Что такое радиомаяк, как он работает и где используется

Время на прочтение

Прошло достаточно много времени с момента публикации последней статьи из всем полюбившейся (по крайней мере, я на это очень надеюсь) серии «Взгляд изнутри» — больше полугода. Не то, чтобы не было, о чём написать или рассказать, просто одолели дела, которые станут предметом одной из следующих моих статей на Хабре (надеюсь, что её не отправят в утиль, так как посвящена она будет не совсем ИТ-тематике). А пока есть свободная минуточка, давайте разберёмся, что же такое RFID (Radio-frequency identification) – к ним примкнут более простые метки – или как один небольшой шаг в технологиях круто изменил жизнь миллионов и даже миллиардов людей по всему миру.

Предисловие

Сразу хотелось бы оговориться.

Однако жизнь внесла свои коррективы и всё, что удалось мне найти: общая схема устройства нового поколения меток, фотографии того, как, например, должна выглядеть память – даже не знаю, почему я не уделил этому внимание в статье про RAM (может быть ещё представится возможность исправиться?!), ну и скандалы-интриги-разоблачения процессоров A5 от chipworks.

Часть теоретическая

По традиции начнём с некоторой вводной части.

RFID

История технологии радиочастотного распознавания – пожалуй, именно так можно назвать все мыслимые и немыслимые варианты RFID (radio-frequency identification) – уходит своими корнями в 40-ые года XX века, когда в СССР, Европе и США активно велись разработки вообще любых видов электронной техники.

В то время, любое изделие, работающее на электричестве, было всё ещё в диковинку, так что перед учёными лежало не паханое поле: куда не ткни, как в Черноземье, черенок от лопаты – вырастет дерево. Судите сами: свои законы Максвелл предложил всего-навсего полвека назад (в 1884 году). А теории на основе этих уравнений стали появляться спустя 2-3 десятилетия (между 1900 и 1914), в том числе и теории радиоволн (от их открытия, до моделей модуляции сигнала и т.д.). Плюс подготовка и ведение второй мировой войны наложили свой отпечаток на данную область.

В результате к концу 40-х годов были разработаны системы распознавания «свой-чужой», которые были несколько побольше, чем описанные в данной статье, но работали фактически по тому же принципу, что и современные RFID-метки.

Первая демонстрация близких к современных RFID была проведена в 1973 году в Исследовательской Лаборатории Лос Аламоса, а один из первых патентов на подобного рода систему идентификации получен спустя десятилетие – в 1983 году. Более подробно с историей RFID можно ознакомиться на Wiki и некоторых других сайтах (1 и 2).

Статья на английском мне нравится больше, из неё можно подчерпнуть массу полезной информации по использованию, стоимости производства, стандартам и т.д. и т.п.

В принципе, любая RFID метка состоит из двух основных компонентов – антенны и микрочипа. Антенна нужна для улавливания электромагнитных волн передатчика (или считывателя), превращения их:
а) в сигнал,
б) в электроэнергию для питания самого чипа, т.е. выполнения некоторых операций, и
в) передачи ответного сигнала.

Это в случае пассивных меток. Обычно такие метки относительно «просты» в изготовлении и используются в основном в картах идентификации, когда расстояние между меткой и передатчиком минимально. Самый простой пример, который будет подробно ниже разобран – карта метро, которой точно каждый день пользуется – даже подумать страшно – несколько миллионов человек только в Москве.

Красивая картинка, иллюстрирующая распределение электромагнитного поля в антеннах считывателя и самой карты (Источник)

Активные метки за счёт встроенной батарейки имеют существенно больший радиус работы, габариты, более сложную «начинку» (можно дополнить метку термометром, гигрометром, да хоть целый чип GPS-позиционирования) и соответствующую цену.

Классифицировать метки можно по-разному: по рабочей частоте (LF – низкочастотные ~130КГц, HF – высокочастотные ~14MГц и UHF – ультравысокочастотные ~900МГц), по типу памяти внутри метки (только чтение, однократно записываемая и многократно записываемая). Кстати, так любимый всеми производителями и продвигаемый NFC относится к HF диапазону, который имеет ряд хорошо известных проблем.

Пожалуй, на этом мы закончим с теорией RFID, тем более, что она, как мне кажется несколько скучновата, а кому интересны самые пикантные подробности из жизни RFID-меток – добро пожаловать!)

Прочие метки

К сожалению, стоимость RFID-меток по сравнению с другими видами идентификации довольно высока, поэтому, например, продукты питания и прочие «ходовые» товары мы по-прежнему покупаем с помощью баркодов (или штрих-кодов), иногда QR-кодов, а защиту от краж обеспечивают так называемые противокражные метки (или EAS – electronic article surveillance)

Самых распространённых три вида (все фото взяты с Wiki):

Впереди нас ждёт много чудных открытий, подчас совершенно неожиданных и конечно же hard geek porn в формате HD!

Если кому-то показалось мало теории, добро пожаловать на данный англоязычный сайт.

Часть практическая

Итак, какие метки удалось найти в окружающем нас мире:

Левый столбец сверху вниз: карта московского метро, проездной аэроэкспресс, пластиковая карта для прохода в здание, RFID-метка, представленная компанией Перекрёсток на выставке РосНаноФорум-2011. Правый столбец сверху вниз: радиочастотная EAS-метка, акустомагнитная EAS-метка, бонусный билет на общественный транспорт Москвы с магнитной полосой, RFID-карта посетителя РосНаноФорума содержит даже две метки.

Первой заявлена карточка московского метрополитена – приступим.

В круге первом. Билет московского метрополитена

Сначала вымачиваем карту в обычной воде, чтобы удалить бумажные слои, скрывающие самое сердце данной «метки».

Раздетая карта московского метрополитена

Теперь аккуратненько посмотрим на неё при небольшом увеличении в оптический микроскоп:

Микрофотографии чипа карты для прохода в московский метрополитен

Чип закреплён довольно основательно и хочу обратить внимание, что все 4 «ноги» присоединены к антенне – это нам пригодится далее для сравнения с другой RFID-меткой. Сложив пластиковую основу пополам в месте, где находится чип, и слегка покачав из стороны в сторону, он легко высвобождается. В итоге имеем чип размером с игольчатое ушко:

Оптические микрофотографии чипа сразу после отделения от антенны

Что ж, поиграемся с фокусом:

Изменение положения фокуса с нижнего слоя на верхний

В своей статье, посвящённой «вскрытию» чипов коллега BarsMonster использовал горячую кислоту для выжигания всякой органики на поверхности чипов. Я был с ними чуть более ласков и кипятил в ацетоне (с обратным холодильником, конечно).

NB! Крайне не советую все эти садо-мазохистические действия повторять дома. У BarsMonster есть «полигон», у меня – вытяжной шкаф в лаборатории.

Вуаля, поверхность очищена, последний слой металлизации не пострадал, а рядом лежит та самая полимерная «кожура»:

Очищенный чип и полимерная основа, которая крепко удерживает чип на пластиковой карте

Теперь попробуем заняться травлением. Пространство между контактами и слоями металлизации должно быть разделено диэлектриком, например, аморфным диоксидом кремния. Следовательно, для травления возьмём плавиковую кислоту или HF. Приготовим не сильно концентрированный раствор и приступим.

После выдержки в течение 1 минуты в данном растворе вооружённым электронным микроскопом глазом трудно заметить какие-либо значительные изменения:

Микрофотографии травления чипа в HF через 1 минуту

Кстати, очень показательное фото. На нём хорошо проявляется эффект зарядки и по такому контрасту (заряжается/не заряжается) можно с лёгкостью отличать отдельные частицы микросхемы друг от друга.

Увеличим время ещё на 2 минуты. Так как в ходе травления желательно слегка перемешивать раствор, чтобы травление было более-менее равномерным, то сначала «отлетают» самые тяжёлые части:

Взглянем под другим углом

А вот и само место крепления площадок. Кое-где штырьки вырваны, а кое-где остались нетронутыми:

О размерах. Толщина металлического напыления в чипе может составлять от 20-30 нм до 100-150 нм, при этом расстояние между слоями металлизации, судя по представленным выше фотографиям, составляет около 950 нм. Получается, что очень тонкие и напряжённые (это связано с условиями нанесения данных проводников) «плёнки» металлов стоят на массивных «бочка», поэтому, когда кислота разъедает несущую основу – диоксида кремния, то плёнки стараются снять напряжение, а массивные контакты между слоями металлизации «падают» на освободившееся пространство под ними. Именно размеры элементов и некоторые ограничения экспериментов не позволяют аккуратно вытравить диэлектрик и посмотреть 3D-сетку проводников между отдельными элементами чипа.

Иногда наука превращается немного в искусство, например, таким образом:

Выдержим ещё пару минут в плавиковой кислоте (суммарно уже 5 мин). Пейзаж начинает разительно меняться – всё больше частей покидают свои места. Наступает анархия:

Общий вид на чип после суммарно 5 минут травления

По мимо всего прочего, мы выдерживаем чип в кислоте, а значит, хотим мы этого или нет, но металл будет взаимодействовать с кислотой, постепенно растворяясь. Как было показано в статье про матрицы фотоаппаратов с помощью EDX-анализа, производители крайне не любят раскошеливаться на золото и используют более дешёвый алюминий. Казалось бы, что на поверхности такого металла должна формироваться оксидная плёнка, однако, из-за технологии производства внутри чипа находится практически чистый алюминий.

Через ещё 2 минуты выдерживания в кислоте начинает проявляться другая особенность процесса травления – равномерность. Удаляется постепенно слой за слоем одинаково по всей поверхности, а это значит, что места, где контактируют два слоя металлизации, протравливаются так же, как остальная поверхность. В результате мы имеем «бублики» вокруг контактов:

«Бублики» вокруг контактов между слоями металлизации

Другое наглядное тому доказательство – «выбитые» целые контактные группы:

Растворитель проникает вовнутрь этих дырок, как мы помним чуть-чуть подрастворяет металл и вытравливает пространство по отдельным слоям металлизации – примерно так:

С другого ракурса, чтобы не оставалось сомнений, – это действительно два разных слоя диоксида кремния, а под, между, над и вокруг них — слои металлизации

Другое забавное открытие – три вывода, которые, по всей видимости, при тестировании чипов на пластине после окончания производственного цикла для отбраковки:

Три «тестовых» вывода с чипа

Так как после выставки на Фестивале Науки 2012 в здании Фундаментальной Библиотеки МГУ, тянет на искусство, то не могу себе отказать в удовольствии поделиться с вами нанотетрисом:

Поиграем в тетрис?

И нанесём решительный удар по данному чипу, поместив его в раствор для травления ещё на 7 минут (итого, 14 минут с начала эксперимента, которые растянулись практически на целый день работы;) ). На поверхности остался лишь первый слой металлизации, за ним уже начинаются стоки, истоки и затворы:

Во всём беспорядке можно найти и порядок – чем вам последняя фотография не новая эмблема для Хабра?

Что ж, взглянем в ретроспективном виде на то, какой путь мы проделали в деле травления чипа:

Общие микрофотографии, иллюстрирующие ход процесса травления

Ах, да, я же обещал geek porno в формате HD. Благодарим за это BarsMonster и его длиннофокусный микроскоп:

Картинка кликабельна — HD

Теперь немного интриг.

Ходят слухи, что Микрон разрабатывает и производит чипы для московского метро собственного силам по сходной технологии Mifare (как минимум, различается крепление к антенне – ножки другой формы). 22 августа BarsMonster

без объявления войны и вероломно

направил обращение в Микрон за разъяснениями, можно ли где-то в принципе увидеть данный чип, к 3.11 ответа не поступило. Один из журналистов (а именно, Александр Эрлих) на форуме IXBT тоже собирался уточнить данную информацию у представителей Микрона, но на данный момент воз и ныне там, то есть официальные представители Микрон уклоняются от ответа на прямо поставленный вопрос.

Рассмотренный выше билет, по всей видимости, изготовлен (или только смонтирован на антенну?) на предприятии Микрон (г. Зеленоград) — см. ссылки ниже — по технологии известной в RFID-кругах фирмы NXP, о чём собственно недвусмысленно намекают 3 огромные буквы и год выпуска технологии (а может и год производства) на верхнем слое металлизации чипа. Если полагать, что 2009 относится к году запуска технологии, а аббревиатуру CUL1V2 расшифровать как Circuit ULtralite 1 Version 2 (данное предположение также подтверждается этой новостью), то на сайте NXP можно найти подробное описание данных чипов (последние две строки в списке)

На сайте англоязычной Wiki есть прелестная статья, посвящённая Mifare, где представлен не полный, но довольно обширный список того, где и какие типы данных меток используются.

В круге втором. Билет Аэроэкспресса

На очереди билет, которым пользуются многие, отправляясь в другие города нашей необъятной Родины или за рубеж через воздушные ворота Москвы, Сочи или Владивостока (по-моему, только в этих трёх городах нынче есть Аэроэкспресс).

Так как чип практически ничем не отличается от Mifare, который используется в московском метро, то начнём с hardcore:

Фокус на первом слое металлизации (Картинка кликабельна — HD)

Фокус на последнем слое металлизации (Картинка кликабельна — HD)

Внимательный взгляд уже приметил главное отличие двух чипов Mifare – надпись Philips2001. В самом деле, в далёком 1998 году компания Philips купила американского производителя микроэлектроники – Mikron (не путать с нашим, зеленоградским Микроном). А в 2006 году от Philips отпочковалась компания NXP.

В круге третьем. Пластиковая карта

Как-то раз, решил я одной своей знакомой показать статьи и фотографии на Хабрахабре. После чего спросил, а есть ли у неё какая-нибудь ненужная карта для следующей статьи про RFID. Она к тому времени как раз перебралась учиться в EPFL и подарила мне карточку, по которой осуществляется проход в одно из зданий МГУ. Карта, соответственно, без какой-либо маркировки, и я даже не уверен, что на ней записано хоть что-то, кроме обычно ключа для прохода в здание.
Карточка полностью пластиковая, поэтому сразу кладём её в ацетон буквально на пару десятков минут:

Принимаем ацетоновые ванны

Внутри всё довольно стандартно – антенна да чип, правда, он оказался на маленьком кусочке текстолита. К сожалению, без каких-либо опознавательных знаков – типичный китайский noname. Единственное, что можно узнать об этом чипе и карте, что они изготовлены/относятся к некоторому стандарту TK41. Таких карт полно на распродажах типа ali-baba и dealextreme.

В круге четвёртом. Перекрёсток

После пары покупок в SmartShop, у меня в распоряжении осталось несколько меток. Очистив одну из них от клея и белого защитного слоя видим следующее:

Новая метка сети магазинов «Перекрёсток»

Поступаем так же как и Mifare аккуратно отсоединяем от полимерной основы и антенны и кладём на столик оптического микроскопа:

Оптические микрофотографии метки, предполагаемой к использованию в SmartShop

По счастливой случайности (то ли клей подкачал, то ли так задумано), метку удалось оторвать от основы быстро, а поверхность её осталась без каких-либо следов клея. Хотелось бы обратить внимание, что если у Mifare все 4 контакта прикреплены к антенне (по 2 контакта на каждый её конец), то здесь мы видим, что два контакта присоединены к двум небольших площадкам, которые не контактирую с антенной.

Немножко поиграем с фокусом в разных частях метки:

Максимальное увеличение оптического микроскопа

На последнем фото слева вверху, по всей видимости, запечатлён модуль EEPROM памяти, так как он занимает около трети поверхности чипа и имеет «регулярную» структуру.

Данный производитель меток усиленно скрывает их происхождение. Согласитесь, размер это ремарки «Р5 Alien» в разы меньше, чем надпись «NXP» или «Philips». Мне это напоминает лёгкий троллинг со стороны Samsung, который был замечен ребятами из chipworks после вскрытия Galaxy S и назван «silicon art»:

Но вернёмся к нашей метке. Поиски в Интернете привели к двум сайтам – Wiki и самого производителя Alien Tech. Немного побродив по сайту компании, очень быстро находится тип метки — Higgs 3 и полная спецификация на него.

Higgs 3 относится к стандарту EPC gen2. Подробнее всегда можно ознакомится на тут.

В круге пятом. Метки, использованные в бейджах РосНаноФорума

На сладкое я приберёг метки, которые были использованы для идентификации на РосНаноФорум в 2011 году. Как видно из представленной ниже фотографии, бейджик не простой, а имеет две метки – одна на виду (узкая в самом низу), а вторая спрятана внутри.

К сожалению, большая метка – обычный Mifare, абсолютно такой же, какой используется в московском метрополитене, а вот маленькая – несколько отличается от всего, что мы видели ранее:

Бонус

1. Да, мы совсем забыли про магнитную карту, используемую для оплаты проезда в общественном транспорте г.Москвы – исправляюсь:

Светлыми точками на нижней фотографии могут быть как раз частицы магнитного материала, используемого для записи информации на карту.

2. Два слова о NFC. Летом вышла довольно интересная статья о развитие NFC в России, правда, на частоте 2,4 МГц.

Во-первых, полный список опубликованных статей на Хабре:

Вскрытие чипа Nvidia 8600M GT, более обстоятельная статья дана тут: Современные чипы – взгляд изнутри
Взгляд изнутри: CD и HDD
Взгляд изнутри: светодиодные лампочки
Взгляд изнутри: Светодиодная промышленность в России
Взгляд изнутри: Flash-память и RAM
Взгляд изнутри: мир вокруг нас
Взгляд изнутри: LCD и E-Ink дисплеи
Взгляд изнутри: матрицы цифровых камер
Взгляд изнутри: Plastic Logic
Взгляд изнутри: RFID и другие метки
Взгляд изнутри: аспирантура в EPFL. Часть 1
Взгляд изнутри: аспирантура в EPFL. Часть 2
Взгляд изнутри: мир вокруг нас — 2
Взгляд изнутри: мир вокруг нас — 3
Взгляд изнутри: мир вокруг нас — 4

и 3DNews:
Микровзгляд: сравнение дисплеев современных смартфонов

Во-вторых, помимо блога на HabraHabr, статьи и видеоматериалы можно читать и смотреть на Nanometer.ru, YouTube, а также Dirty.

В-третьих, если тебе, дорогой читатель, понравилась статья или ты хочешь простимулировать написание новых, то действуй согласно следующей максиме: «pay what you want»

Yandex.Money 41001234893231
WebMoney (R296920395341 или Z333281944680)

Иногда кратко, а иногда не очень о новостях науки и технологий можно почитать на моём Телеграм-канале — милости просим;)

Выбор RFID меток является краеугольным камнем при внедрении RFID систем. В отличии от инвестиций в оборудование, которые вы делаете единоразово. Покупка RFID меток – это постоянная статья затрат, которая ко всему прочему будет входить в себестоимость каждого изделия.
Во многих случаях именно от цены меток, будет зависеть целесообразность внедрения RFID системы. Тема выбора меток важнейшая и достаточно сложная, чтобы разобраться в которой необходимо понимать современное состояние технологий в RFID системах в общем.

Поэтому, как часто бывает, нам не обойтись без нескольких, довольно скучных но необходимых для осознанного выбора определений.

Оглавление

1. Системы радиочастотной идентификации (RFID)
2. Основные компоненты RFID систем
          Что такое RFID метка?
                Основные конструкции RFID меток
          Считывающее устройство
                Основные задачи считывателя
3. Производители чипов
4. Цены на чипы для RFID меток
         В нашем каталоге указаны розничные цены
5. Критерии, которыми следует руководствоваться при выборе RFID системы
         Рабочая частота
         Дальность действия
         Требования к безопасности данных
         Объем памяти
6. Применение RFID в реальных проектах
7. Вред от RFID
8. Ловите ветер высоких технологий

Системы радиочастотной идентификации (RFID)

Основой данной технологии являются методы, получившие широкое распространение в радарных и радиосистемах. Собственно, сокращение RFID образовано от названия Radio Frequency IDentification, в переводе на русский — радиочастотная идентификация.

За последнее время благодаря своим очевидным преимуществам перед другими системами автоматической идентификации, системы RFID завоевывают все большую долю рынка.

Например, они все чаще применяются в виде бесконтактных чип-карт для оплаты проезда в общественном транспорте.

Другой пример, из еще более консервативной сферы — это заграничные паспорта. В России с 2009 года можно получить заграничный паспорт нового поколения с электронным бесконтактным RFID чипом.

Это конечно далеко не полный перечень сфер применения RFID систем. Широчайшее применение RFID системы получили: в розничной торговле, на производственных предприятиях, в сфере услуг, в медицинских и образовательных учреждениях и многие многие другие.

Основные компоненты RFID систем

Система радиочастотной идентификации состоит из двух основных компонентов:

Что такое RFID метка?

Закрепляется на объекте, который должен пройти процедуру идентификации.

RFID-метка состоит как минимум из трех компонентов:

• чипа, хранящего идентификационную и пользовательскую инфор­мацию. Чип также отвечает за связь со считывающим устройством;
• антенны, которая позволяет передавать информацию между мет­кой и считывающим устройством;
• оболочки, в которую заключаются чип и антенна;
• внешнего корпуса, адаптированного для крепления метки к различ­ным объектам, требующим идентификации.

Важнейшей характеристикой меток является способ подачи питания.

Различают пассивные метки, которые не имеют собственного источника питания и всю необходимую энергию получают от считывающего устройства (используя электрическое или магнитное поле).

В отличие от них активные транс­пондеры имеют собственный источник питания (батарейку), который полностью обеспечивает питание электронных компонентов или же запасает переданную энергию для кратковременной поддержки работы устройства. Подробный обзор активных меток читайте в нашем блоге.

Следующей важной характеристикой является рабочая частота излучения транспондера, которая в свою очередь определяет его дальность действия. При этом под рабочей частотой RFID системы понимают частоту, которую считы­вающее устройство использует для передачи данных; частота, на которой отве­чает транспондер, здесь никак не учитывается.

Хотя в большинстве случаев частота передачи данных транспондером не отличается от частоты, которую использует считывающее устройство (модуляция нагрузкой, отражение).

Однако, часто мощ­ность передаваемого транспондером излучения может быть на несколько поряд­ков ниже, чем мощность излучения, передаваемого считывающим устройством.

Обычно используются три частотных диапазона:

Реже используется диапазон миллиметровых волн (свыше 2 ГГц).

Основные конструкции RFID меток

Конструкция меток определяет спектр ее использования, а чип который находится внутри метки — возможный функционал.

RFID метки в форме монеты или диска

Наиболее часто транспондеры производятся в форме диска (или монеты), корпус которого изготавливается литьем под давлением из АВС-пластика и имеет диаметр от нескольких миллиметров до десяти сантиметров. В середине диска, может располагаться отверстие для крепления с помощью винта.

Преимуществом АВС-пластика будет являтся широкий диапазон рабочих температур (от −40 °C до +90 °C)

Наряду с АВС-пластиком может использоваться

. Эти материалы способны обеспечить транспондеру более широкий диа­пазон рабочих температур.

Корпус в форме колбы

RFID метки в форме колбы выпускаются из стекла или пластика

Метки выполнены в продолговатой стеклянной или пластиковой трубке размером, как правило от 12 до 32 мм. Внутри расположена печатная плата, на которой смонтированы электронная микросхема и развязы­вающий конденсатор, сглаживающий колебания напряжения питания.

Антенна транспондера выполнена из провода диаметром всего 0.03 мм и намотана на один ферритовый сердечник. Для большей механической прочности все эти компоненты заключены в достаточно твердую внешнюю оболочку.

Метки в стеклянной колбе разработаны для идентификации зверей и домашних животных,  вводятся под кожу животных. Но как показала практика

люди от животных отставать не хотят

При некоторых условиях возможно метки в форме колбы непосредственно встраивать в металлические объекты. Для этого используют стеклянные колбы, в которых применяются катушки с ферритовым сердечником, имеющим высокую магнитную проницаемость. Если подобный транспондер установить в горизонтальном положении в продолговатое углубление на металлической поверхности, размеры которой чуть превышают размеры самого транспондера, то с такого транспондера можно будет без всяких проблем считать данные. При такой установке транспондера линии напряженности магнитного поля проходят параллельно поверхности металла и потери из-за вихревых токов будут незначительны.

И напротив, при установке метки в просверленное вертикально гнездо не приведет к успеху, так как в этом случае проходящие через ферритовый сердечник транспондера линии напряженности магнитного поля падают на края отверстия вертикально и оканчиваются на поверхности металла. В этом случае возникающие вихревые токи сильно мешают передаче транспондером ответных данных.

Прямоугольный пластмассовый корпус

Пластмассовый корпус — был разработан для транс­пондеров, предназначенных для работы в системах, где предъявляются высокие требования по механической прочности.

Транспондер, корпус которого изготовлен из пластика в виде параллелепипеда, содержит те же компоненты, что и описанный чуть ранее транспондер в стеклянном корпусе, однако благодаря более длинной катушке он имеет больший радиус действия.

Другими преимуществами являются возможность использования электронных компонентов с большим размером корпуса, а также более высокая устойчивость к механическим нагрузкам, что, например является обязательным требованием для применения в автомобиль­ной отрасли. Кроме этого, такие  удовлетворяют и другим стандар­там качества, например легко проходят испытания на

или на падение с высоты.

RFID метки для установки на металлические поверхности

Для того чтобы устанавливать метки на металлические объекты, были разработаны специальные конструкции.

В них катушка антенны транспондера наматывалась на сегментный ферритовый сер­дечник, после чего микросхема транспондера монтировалась на обратной стороне такого сердечника и соединялась контактами с катушкой. Для того чтобы при­дать транспондеру механическую прочность, а также устойчивость к вибрациям и необходимую термостойкость, микросхема транспондера вместе с сегментным ферритовым сердечником и эпоксидным закрепителем помещается в полуци­линдр, изготовленный из

или других материалов с высокими прочностными свойствами.

Такие метки могут использоваться для идентификации газовых баллонов, металлического инструмента, контейнеров, или например существуют книги покрытые металлической пленкой, они тоже потребуют специализированной метки.

Метки в виде часов

Такая конструкция была впервые применена в начале 90-х годов австрийской фирмой

и поначалу использовалась в качестве пропуска на горнолыжные трассы. В течение некоторого времени подобные транспон­деры получили широкое распространение, и прежде всего в системах контроля доступа и платежно пропускных системах.

Внутри таких часов находится тонкая печатная плата, на поверхности которой расположены дорожки, образующие рамочную антенну с небольшим числом витков.

Для того чтобы обеспечить наибольшую дальность действия, необходимо использовать антенну как можно большей площади, поэтому она занимает почти весь объем внутри корпуса часов.

Ключ или брелок

Метки часто выполняю в форме брелока для ключе от домашних или офисных дверей, что зачастую позволяет исключить забывание метки дома. Для этого чаще всего встраивают метку в пластиковый корпус, который заливается пластиком или компаундом.

Для доступа в офисные или рабочие помещения, кроме того, часто используют транспондеры, выполненные в виде брелков

Бесконтактные RFID карты

Конструкция бесконтактных RFID карт хорошо знакома нам по кредитным и телефон­ным картам. Преимущество такой формы для использования в RFID системах заключается в большой площади катушки, благодаря чему данные метки могут иметь большую дальность действия.

Типовые размеры карт:

Бесконтактные карты из PVC пластика изготавливают ламинированием транс­пондера между четырьмя слоями ПВХ-пленки. Отдельные слои при высоком дав­лении и температуре свыше +100°С спекаются в единую конструкцию.

Бесконтактные чип-карты из PVC пластика привлекательны для разме­щения рекламы, поэтому на них часто, как и на телефонных картах, можно уви­деть красочные рекламные изображения.

Нанести изображения на такие карты можно с помощью:
     Сублимационного принтера — цена от 61 572 рублей.
     Технологии

— цена сильно зависит от объема и рассчитывается индивидуально.

Нанесение изображений возможно с помощью

, или специальных наклеек под ламинирование.

Этикетки

Конструкция имеет толщину, прибли­зительно равную толщине листа бумаги. Здесь антенна транспондера изготавли­вается по технологии трафаретной печати или методом

и может раз­мещаться на пластиковом листе толщиной всего 0.1 мм. Далее этот лист пластика ламинируется слоем бумаги, а на обратной стороне наносится слой клея.
Транспондер является достаточно тонким и гибким, так как он должен наклеиваться как самоклеящаяся этикетка на багаж при авиаперевозках.

Метка в виде этикетки состоит из тонких листов пластика или бумаги, между которыми находится катушка и микросхема транспондера.

В качестве упаковки для таких транспондеров используют рулон бумаги, после этого метка как правило применяется в качестве самоклеящейся этикетки, кото­рая является достаточно тонкой и гибкой, чтобы наклеиваться на багаж, пакеты или другие предметы подобного рода самой различной формы. На поверхность этикетки легко наносится дополнительная графическая информация с помощью принтера, в том числе и штрих-код товара.

Считывающее устройство

Считывающее устройство, или ридер, определяет формат метки, и в зависимости от задач может не только считывать, но и записывать данные и даже стирать информацию с метки.

Кроме того, важной характеристикой считывающих устройств является проводной интерфейс, который служит для передачи данных другим компонентам системы — персональному компьютеру или контроллеру.

• Для подключения к контроллеру обычно используют считыватели со следующими интерфейсами:
• Wiegand — цена от 940 рублей
• OSDP — цена от 7783 рублей
• Clock & Data — цена от 7348 рублей
• Touch Memory — цена от 150 рублей
• Parsec — цена от 7448 рублей
• Для подключения к компьютеру лучше использовать:
• RS-232 — цена от 4867 рублей
• RS-422 — цена от 22590 рублей
• RS-485 — цена от 2090 рублей
• USB — цена от 1000 рублей

Преобразователи интерфейсов
Если из всего многообразия представленных у нас на сайте считывателей, вы все таки не смогли выбрать идеальный для вас вариант. Не забывайте, что существуют преобразователи интерфейсов, которые сильно расширяют возможности использования любого считывателя.

Основные задачи считывателя

• выполнение команд от программного обеспечения или контроллера, и их оповещение о событиях;
• определение меток, находящихся в пределах радиуса действия считывателя (функции взаимодействия с множественными метками, такие как индивидуализация и предотвращение пересечения сигналов);
• по­лучение идентификационных номеров меток, определение данных, до­ступных на метке;
• чтение данных с метки и запись на метку;
• выполнение специальных команд, например, «уничтожение» (пер­манентная деактивация метки), в целях сохранения конфиденциальности;
• запись и чтение дополнительных элементов метки (например, акти­вация и считывание показаний датчиков, привязанных к метке, или активация светодиода для визуального информирования об активации);
• выполнение
  криптографических функций (если таковые поддержи­ваются системой);

Считывающие устройства в исполнениях с поддержкой только одного типа беспроводного интерфейса или стандарта, реже но существуют считыватели поддерживающие два раз­личных беспроводных интерфейса, и есть даже мультиформатные.

Иногда наличие двух беспроводных интерфейсов даёт преимущества, например, считыватели дальнего радиуса действия используются для идентификации, а считыватели ближнего радиуса дей­ствия для безопасной записи данных через беспроводной канал, ближний радиус действия серьезно затруднит несанкционированный перехват такой информации.

Существует и дополнительное разделение RFID считывателей по даль­ности их действия: ближней и средней дальности действия (до 50 см.) и дальнего действия (более одного метра).

RFID-устройства считывания различаются, в том числе, по габаритам, производительности и стандартам. Существуют даже модели считывающих устройств без корпуса, предназначенные, например, для встраивания в другую продукцию (турникеты, мобильные мультимедиа устройства, ноутбуки, коммуникаторы и т. д.).

Стационарные считывающие устройства, особенно промышленные, с повышенным уровнем защиты и мощностью передатчика часто оборудованы такими дополнительными опциями, как переключатели антенн, которые позволяют использовать комплексы антенн.

Маленькие модули считывающих устройств в большинстве случаев обладают уменьшенной мощностью передатчика и поэтому не могут обеспечить большой радиус считывания меток. Обычно они предназначены для мобильных считывающих устройств.

Устройство антенны считывателя RFID
В зависимости от технологии, RFID-устройства считывания используют одну или несколько антенн (обычно не более четырех). Антенна может быть конструктивно выполнена в одном корпусе со считывателем, либо это могут быть конструктивно разные устройства коммутируемые с помощью кабеля.

Производители чипов

Следует различать производителей чипов и производителей меток. Производство чипов это высокотехнологичное, наукоемкое производство. Производителей чипов во всем мире несколько десятков, в отличии от производителей меток, которых сотни тысяч. Чипы изготавливают с применением хорошо отработанных техно­логий в производстве микроэлектроники.

Европейские производители чипов:

ЕМ Microelectronic SA

Американские производители чипов:

Азиатские производители чипов:

Российские производители чипов:

Цены на чипы для RFID меток

Технология производства полупроводников хорошо развита, и хотя некоторый прогресс еще возможен, ожидать крупных проры­вов в виде значительного снижения стоимости или снижения энер­гопотребления не стоит. В настоящее время бюджетные кремние­вые RFID-метки стоят порядка пяти рублей за единицу при заказе крупнооптовой партии.

Цена напрямую зависит от функциональ­ности метки, форм-фактора чипа и условий эксплуатации. Широко обсуждается возможность добиться цены RFID-метки в два рубля по мере распространения технологии.

На данный момент минимальные цены которые можно получить в районе 7 рублей на оптовую партию.

В нашем каталоге указаны розничные цены:

• Бесконтактные карты с прорезью — цена от 11 рублей
• Тонкие бесконтактные под прямую печать — цена от 12 рублей
• Бесконтактные браслеты — цена от 82 рублей
• Брелоки RFID — цена от 11 рублей
• Метки в жестком корпусе — цена от 144 рублей
• Круглые метки в жестком корпусе — цена от 53 рублей
• Гибкие метки — цена от 153 рублей
• Наклейки и этикетки — цена от 25 рублей

Если хотите узнать, какую цену можно получить на гигантскую оптовую партию, пишите запрос, и мы постараемся вас удивить.

Критерии, которыми следует руководствоваться при выборе RFID системы

В последнее время системы радиочастотной идентификации быстро раз­виваются, одним из свидетельств этого является расширение использования бесконтактных смарт карт в качестве электронных билетов для общественного пассажирского транспорта. Хотя 5 лет назад подобное было трудно себе даже представить, сегодня по всему миру уже используются миллиарды таких бес­контактных билетов. Также быстро расширялось и применение бесконтактных систем идентификации.

Сегодня на рынке предлагаются самые разнообразные системы, технические характеристики которых оптимизированы для самых различных областей при­менения — электронные проездные билеты, идентификация домашних животных, промышленная автоматика, системы контроля доступа.

Все эти системы могут перекрываться между собой по своим техническим характеристикам, что затруд­няет их классификацию и выбор наиболее подходящей для вас RFID системы.

Ситуация осложняется еще и тем, что, за исключением небольшого количества применений, стандарты для используемых RFID систем пока не разработаны.

Составить четкую картину всех предлагаемых на сегодняшний день систем радиочастотной идентификации достаточно сложно даже для специалиста в дан­ной области. Поэтому можно представить, с какими трудностями вы столкнетесь при выборе системы, которая бы полностью соответствовала вашим требованиям.

Дадим краткие рекомендации, какими критериями следует руководствоваться при выборе системы радиочастотной идентификации.

Рабочая частота

Системы радиочастотной идентификации с рабочей частотой от 30 кГц до приблизительно 30 МГц относятся к системам с

. В отличие от них микроволновые системы, работающие в диапазоне 2.45 ГГц или 5.5 ГГц, используют для взаимодействия электромагнитное поле.

При частоте 100 кГц коэффициент поглощения водой или непроводящими веще­ствами приблизительно в 100 000 раз ниже, чем на частоте 1 ГГц. Можно сказать, что на низких радиочастотах поглощение или затухание сигнала практически незаметно, поэтому такие системы используются в основном там, где необходимо значительное проникновение в глубь объекта. В качестве примера можно привести метку которая и помещается в преджелудок (рубец) крупного рогатого скота.

Для чтения данных с транспондера здесь используется частота ниже 135 кГц.

По сравнению с системами с индуктивной связью микроволновые системы имеют значительно большую дальность действия — обычно от 2 до 15 м. Однако в отличие от устройств с индуктивной связью микроволновым системам часто необ­ходим дополнительный автономный источник питания. Обычно мощности, получаемой от считывающего устройства, недостаточно для нормальной работы транспондера.

Еще одним важным качеством является устойчивость к электромагнитным помехам, которые возникают при сварке или создаются мощными электродви­гателями. Индуктивные транспондеры здесь существенно проигрывают микро­волновым системам. Например, именно микроволновые системы господствуют на производственных линиях и лакировальных установках в автомобильной про­мышленности. Этому также способствует большой объем памяти (до 32 Кбайт) и способность работать при высоких температурах (до +250°С)

Дальность действия

Дальность действия, которая необходима для конкретной системы, опре­деляется несколькими факторами:

• Точность позиционирования метки.
• Минимальное расстояние между метками при их практическом при­менении.
• Скорость, с которой метка перемещается в поле действия считываю­щего устройства.

Рассмотрим в качестве примера систему оплаты проезда в общественном пасса­жирском транспорте. Здесь скорость позиционирования достаточно мала — транс­пондер перемещается к считывающему устройству рукой человека.

Минимальное допустимое расстояние между транспондерами соответствует расстоянию между двумя пассажирами, которые стоят в очереди на посадку в автобус.

На сборочной линии автомобильного предприятия часто одновременно могут находиться разные модели автомобилей с совершенно различными габаритами.

Поэтому трудно определить, каково будет расстояние между расположенным в автомобиле транспондером и считывающим устройством.

В этом случае при выборе дальности чтения / записи RFID системы необходимо учиты­вать максимально возможное расстояние. При определении расстояния между транспондерами следует исходить из того, что в поле действия считывающего устройства всегда должен находиться только один транспондер. Здесь микровол­новые системы благодаря направленности диаграммы излучения имеют заметное преимущество перед ненаправленным, изотропным излучением систем с индук­тивной связью.

Требования к безопасности данных

Необходимо быть очень внимательным при определении требований к безопасности данных в RFID системе, включая

и шифрование данных, иначе вы можете столкнуться с неожиданностями на стадии реализации или эксплуатации системы. Для этого необходимо сначала определить, какой интерес система представляет для потенциального взломщика, то есть какую выгоду он может получить от несанкционированного доступа к деньгам или другим ценным ресурсам. С этой точки зрения мы будем подразделять все приложения на две группы:

• Первая — промышленные или закрытые приложения
• Вторая — открытые, публичные системы с возможностью доступа к денежным средствам и другим ценным ресурсам

Приведем два примера подобных систем.
Типичный пример системы первого типа — сборочная линия на любом заводе. В этом случае доступ к RFID системе имеет ограниченное число сотрудников компании и возможен полный контроль над личностями потенциальных взломщиков. Однако злонамеренное изменение или фальсификация хранящихся в транспондере данных может вызвать значительные убытки и нарушить обычный ритм работы предприятия, даже если злоумышленник и не получит при этом никакой личной выгоды. Вероятность такого вмешательства в работу системы невелика, и поэтому можно использовать недорогие системы без какой-либо поддержки функций безопасности данных.

В качестве второго примера рассмотрим систему электронных билетов для общественного пассажирского транспорта. В этой системе носитель данных в виде бесконтактной чип-карты может быть приобретен практически каждым, так что круг потенциальных злоумышленников заранее определить просто невозможно. Успешный взлом системы идентификации может нанести транспортной компании значительный ущерб, ведь злоумышленники могут организовать продажу поддельных билетов. Что и было с блеском

преступниками организовавшими продажу поддельных билетов для московского метрополитена.

Кроме прямых финансовых потерь, это может ухудшить и имидж компании. Для таких приложений необходимо использовать чипы, которые поддерживают аутентификацию и шифрование передаваемых данных.

Идентификаторы поддерживающие шифрование:

Объем памяти

Основной характеристикой электронной начинки транспондера является объем памяти, используемой для хранения данных. В приложениях, где важна низкая стоимость системы, применяются метки Read-only, которые не позволяют изменять записанную в них информацию, — здесь вы можете только идентифицировать объект, все остальные данные по объекту могут быть получены, из центральной базы данных, где хранится подробная информация об объекте.

Если же требуется записывать данные на транспондер в процессе работы системы, то вам необходим транспондер с памятью типа

Память типа ЕЕРКОМ чаще применяется в системах с индуктивной связью, обычно такая память имеет объем от 16 байт до 8 Кбайт.

Для использования памяти RAM необходимо постоянно обеспечивать питание для микросхемы памяти, иначе данные будут утеряны. Такая память применяется в микроволновых системах, ее объем обычно составляет от 256 байт до 64 Кбайт.

Применение RFID в реальных проектах

Современные RFID системы находят применение в сферах о которых еще несколько лет назад было сложно и помыслить.

Сравнение систем идентификации

RFID не единственная система идентификации. Технология

появилась около 30 лет назад и была первой, и самой массовой системой автоматической идентификации. Третья технология — это оптическое распознавание текста

, эта технология получила наибольшее распространение в системах распознавания автомобильных номеров.

Попытаемся сравнить недостатки и преимущества всех трёх систем идентификации. Ведь именно потребность в идентификации определяет возможности для применения RFID технологии в реальной жизни.

Теперь когда преимущество RFID неоспоримо, давайте пройдёмся по тем сферам RFID уже активно вытесняет традиционные системы идентификации и немного по тем сферам где будет вытеснять в ближайшее время.

Защита товара от подделок

При производстве или упаковке товара маркируйте его специ­альными радиометками, чтобы покупатели могли отличить ори­гинал от подделок.

Уникальную встроенную саморазрушающуюся метку подделать невозможно, поэтому сам факт ее наличия гарантирует подлинность товара с вероятностью 100%. К уникальному номеру метки в базе данных может быть привязана любая информация, например информация о том когда и где произведен данный товар. Даже если идентификатор удастся подделать в базе данных он присутствовать не будет. Что будет означать что это подделка.

Никакие другие технологии защиты оригинальных товаров из тех, что используются сегодня, не работают так эффективно.

Для покупателей есть возможность проверять подлинность товара, с помощью смартфона. И получать полную информацию о товаре.

В видео рассказано о глобальной системе отслеживания оригинальной меховой продукции.

Общественный транспорт

Одной из наиболее привлекательных возможностей для использования RFID систем, особенно для бесконтактных карт, является их применение в общественном пассажирском транспорте.

Транспортные организации по всему миру часто работают с большими убытками, иногда дефицит может составлять до 40% от оборота компании, и этот дефицит как правило покрывается за счет государственных средств. Поэтому в данном случаем мы имеем как минимум двух интересантов для решения проблемы высокой себестоимости. Во Франции государство так сильно хочет изменить ситуациию с убыточностью железнодорожных компаний, что готова смирится с

Поэтому, транспортным компаниям необходимо разработать долгосрочные меры по сокращению дефицита путем сокращения расходов и повышения рентабельности.

Одним из наиболее серьезных средств в борьбе с издержками может стать широкое использование бесконтактных RFID карт в качестве электронных средств оплаты проезда. Именно улучшение организации оплаты проезда предоставляет наибольшие перспективы для повышения эффективности работы транспортных компаний.

Розничная торговля

Технология идентификации продаваемых товаров с помощью штрих-кода активно применяется в торговле уже несколько десятков лет.

Технология RFID которая приходит ей на смену обладает рядом преимуществ, самый главное из которых — бесконтактная, и высокоскоростная идентификация.

Обычно в сегменте розничной торговли совершенствуют:

• Отгрузку товаров со склада
• Приемку товаров в магазине
• Инвентаризация товара в магазине

Производство

Применение RFID в розничной торговле, имеет массу плюсов, но прежде чем продать что нибудь, нужно это произвести. Процесс производство в большинстве случаев не менее сложен чем процесс продажи.

Основные возможности применения RFID для оптимизации производства это — снижение издержек и улучшения безопасности.

Ведущие производственные компании уже используют RFID для отслеживания складских запасов полуфабрикатов, готовой продукции, инструмента и многого другого, местоположения транспортных средств и рабочих.

Сфера услуг

Сфера услуг многогранна, но ее многогранней возможности автоматизации которые появляются с приходом RFID технологии. Уже реализованы проекты по по автоматизации химчисток, прачечных, предприятий предлагающих услуги аренды.

Внедрение RFID позволяет добится — автоматизации процессов приёмки, сортировки и отгрузки объектов имущества, отслеживания их местонахождения, оптимизации загрузки производственных мощностей и снижения влияния «человеческого фактора».

Склад

RFID на складе позволяет снизить потери паллет и других транспортных товаров многоразового использования, а также автоматизировать управление ими.

Позволяет отслеживает местоположение как тары таки самих товаров.

Медицинские учреждения

Больницы используют основанную на радиочастотной идентификации систему получения информации о пациенте (данные пациента, диагноз, аллергии и т.д.) в реальном времени. Для этого используется одеваемый на руку пациента одноразовый неснимаемый браслет.

Кроме этого клиники применяют такие решения, чтобы управлять размещением пациентов, отслеживать использование медицинского оборудования и автоматизировать другие рабочие процессы.

Библиотеки

Системы RFID в библиотеках используется для ускорения выдачи и приема книг, а также для совершенствования системы безопасности. Автоматизация процессов выдачи, возврата и выбытия книг из библиотечного фонда позволяет существенно сократить, время обслуживания читателей.

RFID система выполняет не менее важную охранную функцию: при выходе посетитель проходит рядом со считывателем, который получает данные с каждой метки, а программное обеспечение проверяет, все ли книги были зарегистрированы к выдаче. Если нет, на пункте охраны раздается звуковой сигнал и мигает красная лампочка, а программа показывает, какая именно книга или материал вызвали срабатывание системы.

Вред от RFID

Египтяне верили в загробную жизнь, а индусы – в то, что нельзя стричь ногти по ночам. Многие граждане мира верят в то что технология RFID может нанести вред здоровью.

Несмотря на научную обоснованность отсутствия всякого вреда от RFID, именно вред здоровью может явится сдерживающим фактором при внедрении этой технологии.

Просвещение -давно и хорошо зарекомендовавшия себя метод для борьбы с мракобесием.

На видео подробное исследование вопроса безопасности RFID систем.

Ловите ветер высоких технологий

Внедрение RFID технологий в современный бизнес, позволяет увеличить степень автоматизации множества бизнес процессов. А это значит — уменьшить количество ошибок, увеличить скорость обработки, снизить себестоимость, словом сделать все то то позволит получить святой грааль любого бизнеса — значимое конкурентное преимущество.

Важно понимать что само по себе внедрение RFID систем, таким преимуществом не является. Для успешного внедрения необходимо понимание специфики ваших бизнес процессов и знание технических возможностей современных RFID технологий.

И если с первым вам придется разбираться самостоятельно, со вторым мы готовы помочь.

Не стесняйтесь задавайте вопросы, мы обычные люди, просто мы очень хорошо разбираемся в RFID.

Ну, и самое важное — ваше мнение

Ничто так сильно не мотивирует меня писать новые статьи как ваша оценка, если оценка хорошая я пилю статьи дальше, если отрицательная думаю, как улучшить эту статью. Но, без вашей оценки, у меня нет самого ценного для меня — обратной связи от вас. Не сочтите за труд, выберете от 1 до 5 звезд, я старался.

Оцените мою статью:

(45 оценок, среднее: 4.78 из 5)