I componenti dei sistemi RF-ID

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I componenti dei sistemi RF-ID

• Stefano Enea

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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

• Ogni sistema RF-ID è costituito da tre elementi
  fondamentali
• 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
• Lapplicazione 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

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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.

www.weblogsinc.com
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Il mercato dei transponder

• 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

• 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

• 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, unalimentazione 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

www.techexchange.com
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All'interno di un tag passivo

• Un tag passivo, indipendentemente dal suo formato
  costruttivo, contiene
• 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

• 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

• 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

www.stockphoto.it
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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

• 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.

• 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

• I transponder RF-ID sono progettati per operare
  su frequenze molto diverse...
• Dalle basse frequenze (LF125-145 kHz),
  utilizzate per le comunicazioni radio AM in onde
  lunghe.
• Passiamo alle frequenze delle onde corte
  (HF13.56 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 SHF2,4-5.6 GHz
  adottate ad esempio nei sistemi
  WLAN-WiFi-Bluetooth

upload.wikimedia.org
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Transponder magnetici (tecnica)

• 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
• 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

• 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)

• 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