Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2006 №10

Системы бесконтактной идентификации для складских приложений и логистики

Ефимов Геннадий


В настоящее время технологии RFID применяются все шире, что привело к формированию разных требований к системам на основе радиоидентификационных меток. В результате появилось нескольких категорий меток и считывателей, обладающих разными возможностями. Задача этой статьи — познакомить читателей со стандартами для RFID-систем и рассказать о продукции компании NXP.

Стандартизация RFID

Многообразие приложений, использующих RFID, а также бурный, сверх всяких ожиданий, рост спроса на теги приводит к появлению различных типов компонентов RFID, предназначенных для использования в соответствующих областях. Этот рост вывел технологию RFID на принципиально новый уровень и сделал и без этого важную задачу стандартизации компонентов для RFID более актуальной. При этом массовость продукта заставляет перейти от стандартов предприятий к глобальной стандартизации — поскольку вполне очевидно, что компании, использующие технологию RFID и вкладывающие в это большие ресурсы, не хотят быть зависимыми от какого-либо одного производителя. Поэтому вполне закономерным стало появление организации EPCglobal.

Немного истории. EPCglobal

В 1999 году был создан Центр Auto-ID (Auto-ID Center), чтобы донести до общества преимущества технологии RFID. В настоящее время Центр передал эту обязанность организации EPCglobal. Помимо продвижения идеи бесконтактной идентификации EPCglobal занимается разработкой общедоступных универсальных стандартов.

Первой разработкой EPCglobal в сфере стандартизации стала в 2004 году спецификация EPC Класс 1 — Поколение 1, предназначенная для того, чтобы создать основу для сети EPCglobal (товарные коды, технологии и программная поддержка). Чтобы создать по-настоящему глобальную инфраструктуру, в начале 2005 года EPCglobal представила на рассмотрение свою спецификацию EPC Класс 1 — Поколение 2 для включения ее в ISO18000 — международный стандарт для управления изделиями методом радиочастотной идентификации.

Спецификация 1-го поколения EPC Класс 1 была специально разработана Центром Auto-ID для США, с учетом только этой страны регулирующих норм и положений, тем самым ограничивая возможность глобального использования этих технологий. Спецификация EPC Класс 1 — Поколение 2, наоборот, полностью учитывает разнообразие местной специфики по рабочей мощности и диапазону используемых частот, что является необходимым условием для создания в полном смысле слова глобальной сети и универсального стандарта.

Хотя EPCglobal включила в спецификацию EPC Класс 1 — Поколение 2 свою структуру данных, стандарт ISO 18000, устанавливая радиоинтерфейсный протокол для различных частот, на которых работают RFID этикетки и считыватели, не требует совместимости с какой-то определенной структурой данных. Пользуясь стандартом ISO 18000, компании, работающие в различных отраслях промышленности, могут устанавливать свою собственную, характерную для их области применения, систему нумерации. Без сомнения, любая совместимая со стандартом ISO 18000 инфраструктура сможет читать все этикетки, отформатированные в соответствии со структурой данных EPCglobal, что, несомненно, является ключевым этапом в создании действительно глобального рынка радиочастотной идентификации.

Не дожидаясь включения спецификации в стандарт ISO 18000, ведущие розничные компании и их поставщики уже используют EPCglobal-совместимые этикетки, главным образом, в управлении каналами поставок для розничной торговли (на уровне контейнеров и поддонов). Среди них такие как Wal-Mart Stores, Hewlett Packard, Министерство обороны США иMetro Group — третья по величине мировая розничная торговая сеть. Metro уже на протяжении долгого времени оказывает финансовую поддержку EPCglobal и входит в состав правления, а также в состав ассоциации развития EPCglobal. Как убежденный сторонник методов радиочастотной идентификации, Metro внедрила RFID в свой канал поставок на уровне поддонов и к концу года планирует внедрение на уровне контейнеров.

Очевидно, что от стандартизации ISO выигрывает не только розница. RFID-маркировка на уровне изделия поможет открыть и другие рынки, в том числе фармацевтический и рынок моды. Этим рынкам нужно огромное количество наклеек, и поэтому они являются весьма крупной категорией потенциальных потребителей этой категории продуктов.

Итак, подведем итоги сказанному. EPCglobal — это некоммерческая организация, куда входят ведущие мировые розничные сети и разработчики высоких технологий, такие как Hewlett-Packard, Procter & Gamble, Массачусетский технологический институт и, конечно, NXP. Как пионер и лидер в RFID, принимающий активное участие в работе консорциума, Philips также является одним из основных поставщиков самых современных RFID-микросхем, отвечающих самым высоким запросам потребителей.

Пожалуй, сегодня NXP — один из основных производителей и поставщиков полупроводниковых компонентов на рынке радиочастотной идентификации. NXP играет важную роль, входя в состав ассоциации развития EPCglobal и ее технической рабочей группы. NXP является поставщиком таких крупных розничных сетей, как Wall-Mart, Ahold and Tesco, что дает этой компании ясное представление об актуальных коммерческих вопросах и технологических требованиях и запросах потребителей.

Компоненты RFID компании NXP для транспортных, логистических и складских приложений

Как указывалось ранее, поначалу компоненты для RFID получили широкое распространение в платежных транспортных системах, муниципальных социальных карточных системах, в системах оплаты услуг в спортивных центрах, гостиницах, на автомобильных парковках. Почти все они базируются на стандарте Mifare, разработанном компанией Philips Semiconductors. Этот стандарт обеспечивает максимальную защиту данных самыми современными технологиями шифрования и обеспечения секретности. Благодаря этому именно микросхемы Mifare используются для хранения биометрической информации в гражданских паспортах и персональных данных в водительских удостоверениях.

Другим не менее важным применением RFID-систем являются транспорт, логистика и организация складской деятельности. Для подобных систем компания Philips Semiconductor разработала два семейства продуктов ICode (с рабочей частотой 13,56 МГц) и UСode (работающие в диапазоне частот UHF — 900 МГц). В настоящее время все RFID-продукты, разработанные компанией Philips Semiconductor, производятся компанией NXP. Подробнее они будут рассмотрены ниже. Особенно важно, что эти устройства соответствуют стандартам международной организации EPCglobal. Метки стандарта EPC обеспечивают быструю и прозрачную логистику благодаря своим техническим свойствам, высокой скорости разрешения коллизий, большой рабочей дистанции и соответствию международным стандартам, что дает возможность чтения и записи информации в любой точке земного шара.

Все предприятия, работающие на ранке RFID-систем, можно условно разделить на три основные группы:

  • производители специализированных электронных компонентов (интегральных схем считывателей, транспондеров);
  • производители компонентов RFID (считывателей, бесконтактных карт и этикеток);
  • системные интеграторы.

ICode — семейство RFID-меток с рабочей частотой 13,56 МГц

Метки ICode идеально подходят для использования в системах бесконтактной идентификации в различных складских приложениях, а также в устройствах идентификации, применяемых в логистике. Семейство ICode применяется в качестве электронных этикеток для идентификации багажа в аэропортах, посылок, книг в библиотеках, одежды в магазинах и т. п. Семейство включает в себя четыре основные группы продуктов — ICode 1, ICode SLI, ICode UID и ICode EPC. Микросхемы ICode 1 и ICode SLI содержат встроенную память EEPROM, которая обеспечивает время хранения данных не менее 10 лет, при этом обеспечивается более 100 000 циклов перезаписи. ИС ICode 1 имеет память EEPROM объемом 512 бит с организацией 16 блоков по 4 байта каждый, ИС ICode SLI имеет 1024 бит встроенной EEPROM с организацией 32 блока по 4 байта. Все микросхемы семейства ICode имеют 8-байтный уникальный серийный номер, блокировку записи и поддерживают алгоритм антиколлизии. ICode SLI полностью поддерживает стандарт ISO 15693. Новые микросхемы ICode EPC и ICode UID предназначены для замены стандартного штрих-кода. ICode EPC имеют 96 бит однократно программируемой пользовательской памяти (OTP — One Time Programming), а микросхемы ICode UID — 96 бит EEPROM и 40-битный уникальный серийный номер. Они имеют 16 бит памяти для сохранения CRC и защищенную паролем команду уничтожения содержимого метки. Производительность систем, построенных на базе микросхем ICode EPC и ICode UID, позволяет идентифицировать до 200 меток в секунду. Компания NXP производит ИС считывателей для семейства IСode: SLRC400 с поддержкой ICode1 и ICodeSLI и CLRC632 с поддержкой ICode1, ICodeSLI и Mifare. В 2007 году компания NXP планирует выпустить ИС считывателя CLRC660 в миниатюрном корпусе HVQFN32 (5×5×0,85 мм), который ориентирован в основном на мобильные считывающие устройства и платежные терминалы с рабочей дистанцией менее 50 мм. CLRC660 аппаратно поддерживает ИС транспондеров ICode 1/SLI/EPC/UID и Mifare, cвязь с внешним контроллером осуществляется через интерфейсы RS232, I2C и SPI.

В качестве средств разработки для семейства ICode компания «МикроЭМ» предлагает считыватель CLRD701 с компакт-диском собственного производства, который содержит документацию, терминальные программы для Mifare и ICode и примеры исходных текстов программ на языке Си.

На рис. 1 графически представлен состав семейства ICode, а в таблице 1 приведены четыре серийно производимые на данный момент метки, входящие в это семейство, а также новая ИС ICode SLI-S.

Рис. 1. Состав RFID-меток семейства NXP ICode
Таблица 1. Состав семейства меток ICode

Рассмотрим немного подробнее каждый продукт в семействе ICode. RFID-метки ICode I имеют следующие отличительные особенности:

  • двунаправленная пассивная радиочастотная связь на частоте 13,56 МГц;
  • размер встроенной памяти 512 бит;
  • уникальный серийный номер 64 бит;
  • программируемая пользовательская память 384 бит;
  • максимальная дистанция для операций чтения и записи 1,2 м;
  • высокая производительность — до 30 меток/с;
  • наличие функции EAS (повторное использование EAS-меток);
  • дистанция обнаружения EAS: до 1,5 м;
  • совместимость с FCC47, часть 15, а также с ETSI 300-330 и ETSI 300-683;
  • возможность установки в миниатюрные зазоры и отверстия (метки ICode I HC).

Основные характеристики меток семейства ICode SLI:

  • двунаправленная пассивная радиочастотная связь на частоте 13,56 МГц;
  • интерфейс соответствует стандартам ISO 15693 и ISO 18000-3;
  • объем встроенной памяти 1024 бит;
  • доступная для программирования пользователем память 896 бит;
  • радиус действия до 1,5 м;
  • используют детерминированный алгоритм антиколлизий;
  • высокая производительность и одновременное считывание до 60 меток/с;
  • наличие функции EAS;
  • совместимы с FCC47, часть 15, а также с ETSI 300-330 и ETSI 300-683.

Среди основных возможностей RFID-меток семейства ICode EPC и ICode UID выделим следующие:

  • двунаправленная пассивная радиочастотная связь на частоте 13,56 МГц;
  • архитектура меток совместима со стандартами ISO;
  • диапазон функционирования до 1,5 м;
  • усовершенствованная система антиколлизий позволяет добиться уникальной производительности 200 меток/с;
  • имеется команда разрушения метки;
  • наличие механизмов, обеспечивающих устойчивую работу меток в сложной помеховой обстановке;
  • метки совместимы с FCC47, часть 15, а также с ETSI 300-330 и ETSI 300-683.

Базовые параметры меток семейства ICode SL-S:

  • интерфейс соответствует стандартам ISO15693/ISO18000-3;
  • общий объем памяти 2048 бит;
  • уникальный серийный номер 64 бит;
  • EPC-номер 96 бит;
  • EPC-антиколлизия (200 меток/с);
  • функция EAS;
  • рабочая дистанция до 2 м;
  • высокая резонансная емкость;
  • 32-битный пароль на уничтожение метки;
  • 32-битный пароль для функций чтения–записи.

Считыватели для RFID-меток с рабочей частотой 13,56 МГц

Для меток с рабочей частотой 13,56 МГц, среди которых и семейство ICode компании NXP, наиболее функциональными и недорогими являются считыватели с интерфейсом UART/RS232 и USB производства компании ЗАО «МикроЭМ», а также считыватель RI03M компании ООО «Ридер». Рассмотрим эти устройства подробнее.

Для работы с метками семейства ICode с рабочей частотой 13,56 МГц инженерами компании «МикроЭМ» были разработаны два модуля считывателей: один из них с интерфейсом UART/RS232, а другой — с интерфейсом USB. Первый носит название UEM Mifare/ICode RS reader и показан на рис. 2.

Рис. 2. Внешний вид модуля RFID-считывателя «МикроЭМ» с интерфейсом UART/RS232

Считыватель имеет небольшие размеры (95×55×12 мм) и поддерживает метки следующих стандартов:

  • ISO 14443 (части 1-4);
  • ISO 15693;
  • EPC;
  • ISO 18000-3.

При этом поддерживаются следующие типы RFID-карт:

  • Mifare 1K/4K/Ultralight/DesFire/ProX/SmartMX;
  • любые типы карт формата T=CL;
  • ICode SLI/EPC/UID;
  • Tag-it HF-I.

Скорость обмена данными с картами стандарта ISO 14443 составляет 106–848 кбод, а для карт стандарта ISO 15693/EPC равна 53 кбод. Как указывалось выше, считыватель имеет интерфейсы UART/RS232, а также имеет возможность подключения к шине RS-485 (до 32 устройств одновременно). Для удобства работы модуль снабжен внутренней антенной, а также имеет возможность подключения внешней (через SMA-разъем) для увеличения дальности работы: при использовании встроенной антенны дистанция составляет 80 мм, а при использовании внешней достигает 300 мм (для стандарта ISO 15693). Считывателю требуется постоянное напряжение 6–12 В. При подключении к персональному компьютеру программное обеспечение считывателя, поставляемое вместе с ним, может работать в операционных системах Windows 2000/XP, Linux. Кроме программного обеспечения, позволяющего работать со всеми типами карт, поддерживаемыми считывателем, поставляется также библиотека DLL с подробным описанием функций и руководство для программиста, а также пример программы чтения серийного номера с исходным кодом на языке программирования С++. Доступны следующие версии продукта:

  • поддержка ISO 14443А;
  • поддержка ISO 14443A и B;
  • поддержка ISO 14443A и B, ISO 15693.

USB-считыватель RFID-меток производства компании «МикроЭМ» показан на рис. 3.

Рис. 3. Внешний вид модуля RFID-считывателя «МикроЭМ» с интерфейсом USB

UEM Mifare/ICode USB reader поддерживает следующие стандарты:

  • ISO 14443 (части 1–4);
  • ISO 15693;
  • EPC;
  • ISO 18000-3.

Поддерживаемые считывателем типы карт:

  • Mifare 1K/4K/Ultralight/DesFire/ProX/SmartMX;
  • любые типы карт формата T=CL;
  • ICode SLI/EPC/UID;
  • Tag-it HF-I.

Скорость обмена информацией для карт стандарта ISO 14443 равна 106–848 кбод, а для карт ISO 15693/EPC достигает 53 кбод. Считыватель имеет встроенную антенну, которая обеспечивает рабочую дистанцию до 50 мм. Для работы считывателя не требуется внешний источник напряжения, поскольку устройство питается напряжением 5 В от интерфейса USB. Поставляемое программное обеспечение может работать в операционных системах Windows 2000/XP, Linux. Как и для вышеописанного устройства, для этого прибора поставляется хорошо документированная библиотека DLL и пример работы. Кроме того, вместе с устройством поставляются дополнительные PC/SC-драйверы для карт формата T=CL.

Считыватели средней дальности с интерфейсом RS-485 RI03M (рис. 4) компании «Ридер» предназначены для применения в системах, использующих бесконтактные метки стандартов I-CODE1, ISO 15693 и EPC. Они могут быть использованы в системах контроля товаров, ограничения доступа, а также в других системах, требующих применение бесконтактных радиочастотных меток.

Рис. 4. Внешний вид считывателя RI03M производства компании «Ридер»

Основные технические характеристики считывателей RI03M:

  • рабочая частота: 13,56 МГц;
  • диапазон расстояний гарантированного считывания меток с размерами антенны 45×76 мм при параллельном и соосном расположении метки относительно антенны считывателя: 0–800 мм;
  • интерфейс связи с персональным компьютером RS-485;
  • функция антиколлизии;
  • ток потребления: не более 750 мА;
  • габаритные размеры 710×470×34 мм;
  • масса (без кабелей) 7,2 кг.

Условия эксплуатации:

  • рабочее напряжение питания (от стабилизированного источника): 12 В±5%;
  • диапазон рабочих температур: +1...+35 °С;
  • допустимая амплитуда синусоидальных вибраций при частотах 5–200 Гц: 20 м/с2 (2g);
  • пиковое ускорение (в транспортной таре) при многократных механических ударах длительностью 2–20 мс: 147 м/с2 (15g).

В заключение хотелось бы сказать о пополнении семейства ICode еще одной меткой — ICode SLI S, которая еще не вышла на этап массового производства. Это семейство будет представлено тремя метками: ICode SLI-S и ICode SLI-XS с объемом памяти 256 и 1024 байт и повышенной секретностью, ICode SLI-XS с объемом памяти 1024 байт и встроенным датчиком температуры. Подробнее о новых метках мы расскажем в следующих публикациях.

Ucode — семейство RFID-меток с рабочими частотами UHF и 2,4 ГГц

Семейство UCode (табл. 2) было создано компанией NXP в рамках программы глобальной идентификации грузов (GTAG) и применяется в качестве электронных этикеток для идентификации поддонов, контейнеров, железнодорожных вагонов и т. п. Основными функциональными отличиями семейства UCode от ICode являются уверенная работа в окружении металла и большая рабочая дистанция (до 7 м при излучаемой мощности считывателя 4 Вт в UHF-диапазоне). Семейство UCode включает в себя две основные группы продуктов — UCode HSL и UCode EPC Gen2.

Таблица 2. Технические параметры меток семейства UCode

ИС UCode EPC G2 выпускаются компанией с января 2006 года в трех различных исполнениях: на кремниевой пластине, в корпусе TSSOP8 и в виде модуля FCP2. Рабочие дистанции ИС UCode EPC Gen2 зависят от разрешенной мощности излучения на соответствующих частотах в различных регионах и от условий окружающей среды (табл. 3).

Таблица 3. Разрешенная мощность и соответствующая ей дальность связи

Cемейство продуктов Ucode EPC Gen2 является наиболее перспективным для задач логистики благодаря высокой скорости разрешения коллизий (до 600 меток/с для Европы и до 1600 меток/с для США), высокой скорости обмена данными и, главное, полной поддержке спецификации EPCglobal поколения 2.

Считыватели высокочастотных меток UHF-диапазона

Наиболее функциональным и надежным устройством чтения–записи меток UHF диапазона является считыватель компании Feig (рис. 5). Он может с успехом использоваться для чтения информации с меток семейства NXP UCode. ID ISC.LRU1000 представляет собой RFID-считыватель для больших дистанций (вплоть до 7 м) и предназначен для получения информации из транспондеров UHF-диапазона 865–928 МГц. Основные области использования — розничные торговые сети, системы логистики и др. Среди главных особенностей считывателя следует отметить поддержку нескольких стандартов протоколов: ISO 18000-6-A/B, EPC UHF Class 1, Gen1 и Gen2, возможность подключения до четырех внешних антенн, наличие функций BRM (фильтрация и буферизация данных). Считыватель помещен в прочный цельный корпус, имеет несколько интерфейсов обмена данными с компьютером, выполняется в различных вариантах для использования в Европе и Северной Америке. Еще одной важной особенностью является крайне простое и беспроблемное обновление встроенного микропрограммного обеспечения (firmware) считывателя.

Рис. 5. Внешний вид считывателя Feig

Основные технические характеристики считывателя:

  • напряжение питания 12–24 В;
  • рассеиваемая мощность: не более 30 В;
  • скорость приема данных 40–320 кбит/с;
  • интерфейсы: RS232, RS-485, Ethernet, WIFI;
  • рабочий диапазон температур: –25...+55 °С;
  • габаритные размеры: 180×320×110 мм.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке