I componenti dei sistemi RF-ID
Stefano Enea
La tecnologia RFID – I componenti dei sistemi RFID
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RF-ID come veicolo dell'informazione
•
•
•
L'RF-ID è una nuova tecnologia che
permette la gestione di un processo di
identificazione in maniera automatica
E’ utile pensare al RF-ID come un
veicolo intelligente con cui
l'informazione attraversa i luoghi e i
tempi del nostro vivere
In questa lezione verranno presentati
i personaggi che partecipano alla
formazione dei sistemi RF-ID
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Obiettivi delle lezioni
• Mettere a fuoco gli elementi
costitutivi di un sistema RF-ID
• Apprendere i principi di
comunicazione dei transponder e
dei reader
• Conoscere le principali tipologie
di componenti e di apparati RF-ID
e i loro campi di applicazione
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(part I) Elementi dei sistemi RF-ID
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Ogni sistema RF-ID è costituito da tre elementi
fondamentali
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Il transponder (o TAG), che permette l'identificazione
dell'oggetto e della persona che lo porta
L'apparato di lettura (Reader), che interroga i TAG
interagendo con essi
L’applicazione software, che si interfaccia con uno o più reader
e, attingendo a risorse di rete come i database e gli applicativi
aziendali, gestisce il processo dal punto di vista informatico
TAG
Reader
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Software
gestionale
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Principio di funzionamento
• La lettura avviene quando i tag si
trovano all'interno del campo generato
dal reader
• In queste condizioni le antenne del tag
e del reader trasferiscono le
informazioni relative all'identificazione
utilizzando i principi delle comunicazioni
radio...
• Dopo la lettura, i dati acquisiti diventano
disponibili all'intero processo di gestione
informatico.
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Il mercato dei transponder
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
Il mercato dei TAG offre oggi un'ampia scelta di
soluzioni tecnologiche e commerciali, e si adatta alle
esigenze delle più svariate applicazioni
Alcuni transponder sono legati ad un utilizzo specifico
(le tessere di identificazione, laundry tags per le
lavanderie o cattle tags per i ruminanti...)
Altri sono commercializzati per finalità del tutto
trasversali (esempio: glass tag – label)
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I formati costruttivi dei transponder
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Forma a disco e monete (resina, plastica o
policarbonato)
Chiodi per legno
Capsule di vetro o di plastica
Chiavette per il caffè, portachiavi (key-fobs) o
braccialetti plastici
Smart labels (etichette stampabili intelligenti)
Plastica, carta, illays (dry oppure wet)
Cuciti su stoffa (Textile tag)
Formato tessera (ISO Card)
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L'alimentazione del transponder
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Per accedere alla memoria del transponder, è
necessario un circuito integrato che indirizzi il settore
desiderato
Il micro chip richiede sempre, anche se di piccola
entità, un’alimentazione in corrente continua
La famiglia di TAG si divide in
 Tag passivi (senza batteria)
 Tag semi passivi e attivi (con batteria)
Infatti alcuni tag sono alimentati unicamente durante il
processo di lettura, e l'alimentazione viene fornita dallo
stesso campo elettromagnetico emesso dal reader
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All'interno di un tag passivo
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Un tag passivo, indipendentemente dal suo formato
costruttivo, contiene:



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Un'antenna, che raccoglie l'energia del reader
Un condensatore, che ne accumula una piccola quantità
Un microprocessore a basso consumo, che implementa il
protocollo radio
La memoria, che contiene le informazioni da restituire al
reader o sui cui avverà un scrittura
www.RFID-handbook.com
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Tag semi-passivi e attivi
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

Nei tag semi passivi (attività di logging) è presente
una micro-batteria, utilizzata per alimentare
permanentemente alcune parti del transponder
Il processo di comunicazione avviene generalmente
allo stesso modo dei transponder passivi
Anche i tag attivi dispongono di una batteria. Essa
provvede sia alla comunicazione con il reader (in
ricezione e in trasmissione), sia all'alimentazione dei
circuiti del micro-chip
I tag attivi sono gli apparati più evoluti e con essi è
possibile raggiungere le massime prestazioni
destinate alle applicazioni speciali.
www.caenrfid.it
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Le frequenze operative
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


Data l'applicazione da realizzare, la scelta della
frequenza operativa è molto importante per il progetto
del sistema RF-ID
Solo con alcune frequenze è possibile una lettura a
lunga distanza, altre sono capaci di attraversare senza
attenuazione tessuti organici e o fluidi
Alcune infine sono le uniche indicate per operare in
prossimità o all'interno di oggetti metallici
Prima di passare ai dettagli sulle frequenze è meglio
mettere a fuoco alcuni aspetti delle onde radio
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Il campo elettromagnetico

Abbiamo visto come nei sistemi RF-ID i campi
elettromagnetici assumono un ruolo molto importante,
infatti:


Sono il veicolo con cui il reader trasferisce energia al tag per
alimentarlo
Sono il mezzo che il tag utilizza per inviare al reader le
informazioni lette nella propria memoria
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La lunghezza d'onda
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
Il campo e.m. Si propaga all'interno di un mezzo
dielettrico (come l'aria ad esempio), grazie a una
continua alternanza e scambio di campi magnetici ed
elettrici (concatenazione di energia in forme diverse)
La rapidità con cui avviene questo scambio determina
la lunghezza d'onda del campo emesso dal reader che
interroga il transponder
Il campo e.m. si propaga nell'aria alla stessa velocità
della luce, così la lunghezza d'onda (lambda) si ricava
dividendo c (velocità m/s) per f (frequenza Hz)

=c/ƒ
www.clima.casaccia.enea.it
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Le linee di forza dei campi e.m.

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
Quando un reader emette un campo e.m, le onde si
propagano seguendo delle linee guida, chiamate linee
di forza
Per distanze inferiori alla lunghezza d'onda del campo
emesso, siamo nel “campo vicino” dove è la
componente magnetica a predominare. Le linee
magnetiche sono chiuse in anelli
Per distanze superiori alla lunghezza d'onda, siamo
nel campo lontano, dove le onde si muovono secondo
piani paralleli
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Spettro elettromagnetico
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
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I transponder RF-ID sono progettati per
operare su frequenze molto diverse...
Dalle basse frequenze (LF=125-145
kHz), utilizzate per le comunicazioni
radio AM in onde lunghe.
Passiamo alle frequenze delle onde
corte (HF=13.56 MHz) impiegate per le
trasmissioni civili e militari
Si utilizzano anche le UHF (433-868
MHz), impiegate nella diffusione
televisiva e dai telefoni cellulari
Infine arriviamo alle micro-onde
SHF=2,4-5.6 GHz adottate ad esempio
nei sistemi WLAN-WiFi-Bluetooth
upload.wikimedia.org
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Transponder magnetici (tecnica)
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I tag passivi LF (125, 134 kHz) e HF (13.56 MHz)
utilizzano il principio della mutua induzione
Durante la lettura l'antenna del reader e quella del tag
si trovano all'interno di un circuito magnetico dove
avviene:
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
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L'induzione di corrente che alimenta il chip del TAG
La trasmissione dei dati di lettura (o scrittura) attraverso la
variazione dei parametri di induttanza del tag (che genera una
tensione ai capi dell'antenna del reader)
La velocità di lettura dipende dalla frequenza
utilizzata, chiamata portante della comunicazione
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Transponder UHF
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Distanza operativa = 2 – 10 m (quando attivi oltre
100m)
Trasferimento dati = veloce (28 kb/s)
Formati = label molto economiche
Lettura influenzata da oggetti metallici (riflessioni)
e dal corpo umano (assorbimento)
Esistono standard per l'identificazione delle merci
e la logistica
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Transponder elettrici (tecnica)
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I tag passivi UHF (868 MHz) e SHF
(2.4 GHz) utilizzano la riflessione del
campo radio, come nei primi sistemi
RF-ID dei radar areonautici
Quando l'onda ettromagnetica
generata del reader raggiunge
l'antenna del tag, il campo radiante
viene assorbito per accumulare
energia all'interno del tag
Dopo qualche mS il chip del tag si
accende e mette in opera una
sequenza di cortocircuiti sull'antenna
stessa, il risultato è una sequenza di
riflessioni trasmesse verso il reader
per “back-scattering”
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