Vítejte, dnes je
neděle
22.
prosinec 2024
Odborný časopis a portál zaměřený na vývoj a výrobu elektroniky 
RFID (radio-frequency identification) je zavedenou technologií, kterou zde máme po mnoho let.
Jedny z prvních pasivních vf transpondérů byly přitom představeny již v sedmdesátých letech minulého století. Pravděpodobně ji používáme každým dnem, aniž si to vůbec uvědomujeme. Možná však budeme překvapeni nejnovějším vývojem v této oblasti, včetně aplikací, které se tak nabízí.
Od svého uvedení nabízela technologie RFID stále vyšší rychlosti, lepší přesnost a také rostoucí počet funkcí, zatímco cena klesala dolů. Ve výsledku proto trh s RFID expanduje a šíře dostupných aplikací se zvětšuje. Očekáváme, že globální trh v této spojitosti poroste z 15,8 miliard dolarů v roce 2023 na 40,9 miliard do roku 2032, to vše s CAGR (compound annual growth rate) na úrovni 11,1 % [1].
V oblasti distribuce či maloobchodu způsobuje nedostatek preventivních opatření společně s rostoucí cenou zboží zvyšující se zájem o RFID. Pokrok v podpůrných technologiích, jako je IIoT (Industrial Internet of Things) či Industry 4.0/5.0, stojí zase za expanzí v průmyslových aplikacích.
Další sektory, které vyžadují rychlé a přesné řízení, jako je letectví nebo špičkový motosport, začaly rovněž používat RFID za účelem sledování nástrojů či součástí, a to jak z důvodu výkonu, tak i bezpečnosti. Článek začneme stručným představením technologie RFID a způsobů, jak pracuje. Následně prozkoumáme několik různých aplikací, které mohou z RFID těžit.
Co to je RFID
Technologie RFID bude zpravidla vycházet z čtečky využívající vf signály ke komunikaci s transpondérem či tagem (visačkou). RFID je přitom obecný pojem, který může zahrnovat různé bezdrátové technologie a standardy, takže si zákazníci dokážou vybrat do své aplikace nejlepší možné řešení.
Rozlišujeme zde dva základní druhy tagů. Aktivní se budou napájet z vlastní baterie, zatímco pasivním dodává energii jen vf signál ze čtečky. Většina RFID tagů je přitom pasivních. Aktivní prvky sice nabídnou větší dosah, jsou ale rozměrnější a také dražší.
Technologie RFID používá různé kmitočty se specifickými vlastnostmi. Mezi tři nejčastější pásma, resp. frekvence zařadíme
V aplikacích pracujících na krátké vzdálenosti, od několika centimetrů až po metr či dva, budou ideální jak LF, tak i HF systémy. Čtečka vytváří magnetické pole a přenáší energii ze své cívky do cívky tagu prostřednictvím indukční vazby. Získáme tím dostatek výkonu k probuzení visačky a její komunikaci se čtečkou – viz obr. 1.
Obr. 1 Induktivní vazba pro LF a HF systémy, včetně NFC (zdroj: Mouser Electronics)
V případě požadavku na větší vzdálenosti pak mohou systémy UHF pracovat s pasivními tagy až do cca 6 metrů, resp. více než 100 metrů, použijeme-li aktivní řešení. Místo indukční vazby zde systémy UHF staví na technice pro přenos energie a dat mezi čtečkou a tagem označované jako „backscatter coupling“.
Aplikace a vhodné oblasti pro RFID v příkladech
Sledování zboží
Technologie RFID se hodně používá při sledování lidí a zboží – v logistice, výrobě, distribuci, automatizaci nebo i Průmyslu 4.0. V takových aplikacích se bude často hodit mimořádný dosah aktivních tagů, přičemž nízká cena pasivních visaček je zase umožňuje použít prakticky na čemkoli.
Ve výrobě nasadíme sledování přes RFID jak pro součástky tvořící součást výsledného produktu, tak i nástroje, vybavení či jiné pohyblivé předměty. Takto získané informace pomohou firmám s efektivním řízením provozu. Omezují papírování a zvyšují účinnost, např. ve spojení s preventivní údržbou.
V letectví sledovací systémy s RFID slouží při identifikaci a sledování nástrojů, pokud jde o údržbu, opravy nebo např. generálky. Zpoždění může být nesmírně drahé. Pokud tedy dokážeme správný nástroj pokaždé najít na tom pravém místě, je to určitě skvělé. Odolné RFID tagy se navíc nebrání ani náročným podmínkám, kterým jsou letecké součásti v provozu vystavovány.
Obchod a výroba
Díky RFID a sledování zboží u dodavatele nebo při distribuci mohou prodejci zrychlit doručení a lépe přitom informovat své zákazníky. Setkáme se s tím běžně při prodeji a také ve výrobě, a to jak při dodávkách, tak i v obchodech. Jedná se rovněž o bezpečnostní opatření proti krádeži.
Další důležitou oblastí je ověřování pravosti produktů, kdy chráníme značku na základě sledování a identifikace originálního zboží. Běžně se např. kopírují náplně do inkoustových tiskáren, takže jejich výrobcům unikají zisky. Pokud ale výrobce u svých náplní použije levné pasivní RFID tagy se čtečkou v samotné tiskárně, zajistí, že budou použity pouze schválené produkty.
Robotická navigace
Roboty, které se pohybují v továrnách či našich domovech, jsou stále běžnější. Potřebují vědět o své poloze a umět rozeznat objekty okolo sebe, což ale může být složitější, než se zdá. Kamerové systémy např. vyžadují spoustu výpočetního výkonu a mohou se i cukat, když jsou předměty nevhodně umístěné nebo se špatnou orientací, příp. když nevyhovuje osvětlení.
RFID tagy naproti tomu zajistí spolehlivý a také levný způsob, jak roboty dokážou nalézt správnou cestu. Tagy pak máme rozmístěny na konkrétních místech a robot obdrží „mapu“ s jejich vyznačením, takže bude i vědět, kde se právě nachází. Příp. si může svou vlastní mapu jednoduše i vytvořit, když okolo sebe při pohybu v domácnosti, výrobním závodě nebo někde jinde RFID tagy objeví.
Platební systémy s NFC
Důležitou aplikací se pro RFID stává i NFC (near-field communications) s využitím HF kmitočtu 13,56 MHz. NFC zde představuje všudypřítomné možnosti platby pro nespočet chytrých telefonů, smart karet nebo dalších zařízení. Technologie má dosah méně než 10 cm a napomáhá tím udržet bezpečnost a zabránit náhodnému spojení.
NFC poskytuje standardizaci potřebnou k univerzální činnosti, stejně jako bezpečnostní funkce nezbytné k zajištění toho, aby platby proběhly bez rizika. Tag může být buď pasivní jako u bezkontaktních smart karet bez baterií, nebo i aktivní, kdy chytrému telefonu dovolí číst, vyměňovat si a také pozměnit složitější informace.
Součástková základna pro RFID
V nabídce distributora, společnosti Mouser, naleznete celou řadu produktů navržených pro aplikace s RFID, takže si mohou vývojáři svobodně vybrat nejlepší variantu. Nechybí zde ani vývojové sady, které zkracují dobu potřebnou k uvedení na trh a také snižují náklady.
Pro tagy a transpondéry bude integrovaný obvod ICODE SLIX SL2S2002 od NXP Semiconductors představovat speciální čip určený pro aplikace s chytrou nálepkou – viz obr. 2. Součástka patří do rodiny IO pro chytré štítky třetí generace vycházející ze standardů ISO, konkrétně ISO/IEC 15693 a ISO/IEC 18000-3, zatímco lze vše provozovat bez požadavku na přímou viditelnost až na vzdálenost 1,5 metru, navíc i bez baterie.
Obr. 2 Blokový diagram SL2S2002; zdroj: NXP Semiconductors (překresleno v Mouser Electronics)
Pro RFID čtečky firma Texas Instruments zase nabízí plně integrovaný transceiver pro 13,56 MHz RFID a NFC, obvody TRF7970A – viz obr. 3. Zahrnují zde analogový front-end a také data – framing, přičemž díky možnostem vlastního nastavení je součástka vhodná pro celou řadu aplikací, pokud jde o systémy identifikující přiblížení či blízké okolí. Pracovat bude v jednom ze tří režimů (RFID a NFC reader, NFC peer či card emulation).
Obr. 3 Blokový diagram hardwaru pro referenční moduly transceiveru NFC / RFID s využitím prvků TRF7970A a MSP430G2553 od firmy Texas Instruments (zdroj: Texas Instruments, překresleno v Mouser Electronics)
Nabídka produktů pro RFID od Murata dále dle obr. 4 zahrnuje moduly RFID LXMS MAGICSTRAP® dostupné jako UHF a HF obvody pro širokou škálu aplikací. Po osazení na desku plošného spoje budou moduly LXMS MAGICSTRAP® ideálním nástrojem pro systémy řešící dohledatelnost produktů.
Obr. 4 Modul RFID LXMS MAGICSTRAP® od Murata (zdroj: Murata)
Závěr
RFID patří k technologiím, které si získaly nesmírnou popularitu a v současné době je nalezneme v obrovském množství zařízení z nesčetných a také velmi rozšířených oblastí. Ve světě RFID ale existuje řada různých alternativ, které by měli vývojáři vzít v úvahu. Jedná se např. o použitý kmitočet, různé protokoly bezdrátové komunikace či standardy a mnoho dalšího.
Mít povědomí o nejnovějších řešeních na trhu, jak s nimi přichází též i distributoři, třeba Mouser Electronics, je základem pro úspěšný projekt, ve kterém pak budou návrhy s RFID nasazovány. V minulosti cena za takové systémy v některých oblastech mnohdy převyšovala potenciální výhody. To již ale nyní pro většinu případů neplatí.
V odvětvích, která zasahují od letectví a motosportu až po výrobu a obchod, hraje RFID zcela zásadní úlohu při navyšování efektivity a předcházení ztrátám. Zaznamenali jsme již řadu nových provedení a také aplikací, které dále jen porostou, když trh nepřestane dospívat a technologie se hromadněji zpřístupní širšímu publiku.
Úvodní ilustrace: Mahambah / Shutterstock.com
Odkazy:
[1] MarketsandMarkets. RFID Market by Offering, Tag Type, Wafer Size, Frequency, Form Factor, Material, Application, and Region – Global Forecast to 2032. Říjen 2023. https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/rfid-market-446.html
