SYSTEMY RFID UHF: MITY I FAKTY cz. I

Systemy RFID w zależności od wymagań klientów mogą być bardzo proste lub niezwykle złożone, jednak istnieją pewne elementy, które muszą wystąpić w każdym środowisku, niezależnie od skali projektu. Najważniejszą częścią składową jest oczywiście sam czytnik RFID oraz antena, która pozwoli na skuteczną identyfikacje tagów RFID. Najczęściej spotykane na rynku rozwiązania to:

1. Czytnik stacjonarny RFID działający w pasmie UHF – najczęściej są to czytniki wieloportowe np. 4 portowe, które pozwalają na podłączenie do czytnika  czterech anten, ale istnieją oczywiście rozwiązania 8 lub 12 portowe, a dodatkowo expandery (rozgałęziacze) pozwalają zwiększyć ilość anten podłączonych do czytnika do np.: 32.
2. Czytnik stacjonarny zintegrowany z anteną. W tym przypadku mamy do czynienia z jednym urządzeniem, które w jednej obudowie posiada zarówno czytnik jak i antenę. Wybrane produkty pozwalają na podłączenie do czytnika zintegrowanego dodatkowej anteny. Rozwiązania tego typu są niezwykle popularne np.: w systemach parkingowych.
3. Terminal mobilny z czytnikiem RFID UHF – w tym przypadku mamy do czynienia najczęściej z urządzeniem, które przypomina telefon komórkowy heavy duty/ rugged (odporny na uderzenia) z dodatkową zewnętrzną anteną.  W tym przypadku zyskujemy argument mobilności i możliwość odczytu tagów w zmiennych warunkach.
4. Oprogramowanie – Większość czytników, z wyłączeniem czytników biurkowych, nie jest w stanie działać bez dedykowanego oprogramowania sterującego. Oczywiście przeważająca większość producentów oferuje wraz ze sprzętem oprogramowanie demo, które pozwala przetestować działanie urządzenia w warunkach testowych, jednak nie nadaje się ono do rozwiązań profesjonalnych. Z tego powodu oprogramowanie stanowi jeden z najważniejszych elementów systemu. W tym miejscu szczególną rolę odgrywają integratorzy systemów, którzy specjalizują się w rozwiązaniach, które pozwolą odebrać dane z czytnika i przekazać je w odpowiedniej formie do systemu, w którym finalnie dane zostaną przetworzone.

W tracie realizacji wielu projektów spotykamy się  z licznymi skrótami myślowymi lub nierealnymi oczekiwaniami klientów wobec technologii RFID, na bazie doświadczeń powstała lista wątków, które postanowiliśmy wyjaśnić lub rozwinąć.

1. Czy mobilny czytnik RFID pozwoli na odczyt wszystkich przedmiotów w pomieszczeniu?

Odp: W większości przypadków jest to oczywiście możliwe, ale nie należy zakładać, iż technologia RFID działa w ten sposób, iż wchodzimy do pokoju, uruchamiamy czytnik, zamykamy oczy i w tym momencie następuje odczyt wszystkich tagów w pomieszczeniu. (Oczywiście w małym pomieszczeniu możemy uzyskać taki efekt). W większości przypadków odczyt następuje w zróżnicowanym środowisku, pojawiają się interferencje wpływające na jakość odczytu. Oznakowane przedmioty znajdują się w otoczeniu przedmiotów metalowych itd. W związku z tym użytkownik w większości przypadków jest zmuszony zbliżyć się do oznakowanego przedmiotu lub zmienić kierunek ustawienia anteny względem tagu. Praca z technologią RFID wymaga doświadczenia i wiedzy, to połączenie gwarantuje skuteczne działanie systemu.

Zupełnie inaczej wygląda sytuacja w przypadku, gdy pomieszczenie monitorowane jest przez stacjonarne czytniki, których zadaniem jest wskazanie położenia oznakowanego przedmiotu w czasie rzeczywistym. W tym przypadku zastosowanie dedykowanych czytników oraz ich prawidłowa lokalizacja – najczęściej są one podwieszane pod sufitem, umożliwia użytkownikowi pokrycie zasięgiem czytników do 100% powierzchni pomieszczenia.
Oczywiście w tym przypadku także niezwykle istotne jest zastosowanie odpowiedniego typu tagów, oraz dostosowanie rozwiązania do zastosowanych regałów, szaf itd.

2.Czy możemy odczytać tagi z przedmiotów zamkniętych w metalowych szafach

Metal stanowi ekran dla fal elektromagnetycznych, z tego powodu nie ma możliwości odczytu przedmiotów, które znajdują się wewnątrz szafy. Wyjątkiem jest rozwiązanie, w którym czytnik jest zamontowany wewnątrz szafy. Oczywiście technologia RFID pozwala na skuteczne odczytanie tagów w momencie, gdy drzwi szafki zostaną otwarte.

3.Maksymalny zasięg odczytu czytnika pasywnych tagów RFID

Odległość odczytu czytników może osiągać wartość kilkunastu metrów, ale jest ściśle uzależniona od środowiska, w którym ma pracować urządzenie. Nie wolno bagatelizować tego parametru, gdyż w zależności od stopnia interferencji oraz typu zastosowanego tagu – wielkości anteny, parametrów zastosowanego tagu, różnie będą zachowywać się czytniki. W wielu przypadkach skupienie się na parametrze odległości odczytu jest błędem. Jednorazowy odczyt tagu może nastąpić z bardzo dużej odległości, jednak w przypadku rozwiązań, w których nie zależy nam tylko na wykryciu pojedynczych przedmiotów, ale np.: na procesie rejestracji przyjęcia towaru do magazynu lub inwentaryzacji. Ważniejszym parametrem jest średnia odległość odczytu dużej ilości tagów na małej przestrzeni oraz przede wszystkim pewność/skuteczność odczytu. W naszych aplikacjach w większości przypadków zależy nam na pewności odczytu i zagwarantowaniu, aby zapewnić jak największą procentową skuteczność odczytu tagów.

Warto pamiętać, że maleńkie tagi o wielkości kilku milimetrów będą odczytywane z odległości zaledwie kilku centymetrów, natomiast duże identyfikatory o powierzchni kilkunastu centymetrów, zostaną odczytane z odległości kilkunastu metrów. Jest to jeden z powodów, dla których to środowisko determinuje zastosowaną technologię, a nie na odwrót. Praktycznie każde wdrożenie systemu RFID ma swoje unikalne cechy.

4. Opanowanie i kontrola emitowanych z czytnika fal radiowych – odczyt przez ściany

Technologia RFID (Radio Frequency Identification) jest technologią radiową, a emitowane fale elektromagnetyczne rozchodzą się swobodnie po mieszczeniu. W przypadku czytników stacjonarnych najczęściej zastosowane są anteny o polaryzacji kołowej, natomiast w przypadku urządzeń mobilnych stosowane są anteny o polaryzacji liniowej lub kołowej. Wbrew powszechnej opinii antena liniowa nie oznacza, iż mamy do czynienia z kierunkowym ograniczonym odczytem tagów. W przypadku technologii RFID zakres rozchodzenia się fal elektromagnetycznych przypomina swoim kształtem odwróconą spadającą kroplę wody. Jednak mówimy w tym przypadku o warunkach laboratoryjnych bez oddziaływania czynników środowiskowych. W rzeczywistości fale mogą odbijać się od różnych przedmiotów, a także ludzi. W takiej sytuacji trudno mówić o 100% pewności wskazania zakresu i zasięgu odczytu. Bardzo często zdarza się, iż czytniki odczytują tagi, które znajdują się za anteną. Mamy wtedy do czynienia z klasyczną wtórną emisją fal spowodowaną przez czynniki zewnętrzne.

Opanowanie zakresu odczytu jest możliwe w przypadku zastosowania ekranu, który może mieć formę np.: bramki RFID lub zmniejszenie mocy samego czytnika, aby jego zasięg był mniejszy. Warto jednak pamiętać, iż nie we wszystkich rozwiązaniach można pozwolić sobie na ograniczenie parametrów czytnika bez negatywnych skutków dla skuteczności działania systemu.

W wielu projektach pojawia się także problem z odczytem tagów znajdujących się w sąsiednich pomieszczeniach. Jest to negatywny efekt zastosowania coraz lepszych rozwiązań w czytnikach RFID. Jednocześnie jest to wyzwanie, z którymi muszą się mierzyć projektanci systemów.  Problem odczytu tagów z sąsiednich pomieszczeń może zostać rozwiązany w następujący sposób:

• Zmniejszenie mocy odczytu czytników,
• Zastosowanie ekranu blokującego fale elektromagnetyczne,
• Zamontowanie czytników RFID w konstrukcji bramki lub portalu,
• Uwzględnienie możliwości filtrowania w oprogramowaniu zarządzającym czytnikiem.

Więcej wątków z zakresu działania systemów RFID w pasmie UHF oraz funkcjonowania czytników i tagów RFID zostanie poruszone w kolejnej części poradnika.
Jeśli nurtują was kwestie techniczne związane z działaniem systemów RFID, chcielibyście dowiedzieć się czegoś więcej o technologii i działaniu systemów. Wysyłajcie pytania, postaramy się odpowiedzieć bezpośrednio i umieszczać odpowiedzi w kolejnych publikacjach.

Wasze propozycje wysyłajcie na adres: konradk@aska.com.pl.