Севастопольский государственный университет
 Скачать 188 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт Радиоэлектроники и информационной безопасности Кафедра «Радиоэлектроника и телекоммуникации»
ОТЧЕТ по производственной практике Практика по получению профессиональных умений и опыта профессиональной деятельности в ФГОАУ ВО «Севастопольский государственный университет» Выполнил ФИО Группа Р/б-18-1-о Направление: 11.03.01 Радиотехника Руководитель практики от Университета: доцент кафедры «Радиоэлектронные системы и технологии» ФИО Севастополь 2022 СОДЕРЖАНИЕ 1. О технологии радиочастотной идентификации (RFID)……………………...3 1.1. Общие сведения……………………………………………………………3 2. Состав и особенности работы RFID-системы………………………………...5 2.1. Антиколлизия …………………………………………………………….....6 2.2. Перезаписываемые идентификаторы …………………………………..7 2.3. Частотные диапазоны и стандарты………………………………………..7 2.4. Области применения RFID-технологии………………………………….10 2.5. Считыватели ……………………………………………………………….13 2.6. Карты………………………………………………………………………..14 Выводы…………………………………………………………………………….20 1. О ТЕХНОЛОГИИ РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ (RFID) 1.1. Общие сведения Радиочастотная идентификация (Radio Frequency Identification, сокращенно RFID) — это современная прогрессивная технология автоматической идентификации, позволяющая автоматизировать процесс сбора и обработки информации бесконтактным способом. Области применения данной технологии обширны, она используется, чтобы идентифицировать, проследить, рассортировать и обнаружить неограниченное количество предметов, включая людей, документы, транспортные средства, одежду, контейнеры, и т.д. Она может быть использована для автоматизации производственных процессов, автоматизации систем управления, организация систем контроля доступа и систем безопасности, контроля и учёт рабочего времени, построение дисконтных и логистических систем, защита товаров и документов от подделок. RFID — бесконтактная технология, носителем информации является радиоволна. Для обеспечения работы системы не требуется ни контакта со считывателем, ни прямой видимости считывателя в отличие от систем с использованием штрих-кодирования, магнитных и smart-карт). Надежная работа гарантирована при работе в агрессивных средах и неблагоприятных климатических условиях. Количество обрабатываемой информации и требования к ее надежности растет по геометрической прогрессии с каждым годом, для ее обработки требуется огромное количество времени и ресурсов, в связи с этим самый практичный метод сбора данных - автоматизированный с использованием автоматизированных интеллектуальных систем. Система, основанная на радиочастотной идентификации, позволяет автоматически проверять подлинность получаемой информации, производя автоматический сбор и систематизацию данных, при необходимости используя заранее заложенные алгоритмы действия и предоставлять информацию в удобном виде. Преимущества технологии RFID: для RFID не нужен контакт или прямая видимость; за единицу времени может идти работа с большим количеством меток; метки читаются быстро и точно (приближаясь к 100%); метки могут нести большое количество информации ; информация на метке может быть зашифрована ; возможность построения интеллектуальных, географически-разрозненных систем; RFID может использоваться в агрессивных средах, а метки могут читаться через грязь, краску, пар, воду, пластмассу, древесину; пассивные RFID-метки имеют фактически неограниченный срок эксплуатации; RFID-метки несут большое количество информации; RFID-метки практически невозможно подделать. История использования RFID для управления цепочкой поставок в розничной торговле началась в 1997 г., когда эта идея пришла в голову сотруднику компании Procter& Gamble Кевину Эштону. Ему удалось убедить свою компанию, а также такие крупные компании, как WalMart, CocaCola, Johnson & Johnson, Unilever, HomeDepot, PepsiCo, что эта идея имеет будущее. При поддержке этих и многих других компаний на базе Массачусетского технологического института была создана лаборатория AutoIDCеntcr по исследованию вопросов применения и выработке стандартов RFID для управления цепочкой поставок, руководителем которой стал Кевин Эштон. В конце октября 2003 г. эта лаборатория закрылась, посчитав свою миссию выполненной. Технология, разработанная ей, была передана EPCglobal - организации, которая стала отныне управлять и развивать стандарты RFID. 2.СОСТАВ И ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ RFID-СИСТЕМЫ Общий принцип работы любой RFID-системы достаточно прост. В системе всегда есть три основных компонента: это считыватель (ридер), идентификатор (карта, метка, брелок, тег) и компьютер. Считыватель излучает в окружающее пространство электромагнитную энергию. Идентификатор принимает сигнал от считывателя и формирует ответный сигнал, который принимается антенной считывателя, обрабатывается его электронным блоком и по интерфейсу направляется в компьютер (рис. 3.1).  Рис. 3.1 — Принцип работы RFID-системы Ридер имеет: приемо-передающее устройство и антенну, которые посылают сигнал к тегу и принимают ответный; микропроцессор, который проверяет и декодирует данные; память, которая сохраняет данные для последующей передачи, если это необходимо. Основные компоненты транспондера (тега): интегральная схема, управляющая связью со считывателем, и антенна. Чип имеет память, которая хранит идентификационный код или другие данные. Тег обнаруживает сигнал от ридера и начинает передавать данные, сохраненные в его памяти, обратно в ридер. Нет никакой потребности в контакте или прямой видимости между считывателем и тегом, поскольку радиосигнал легко проникает через неметаллические материалы. Таким образом, теги могут быть даже скрыты внутри тех объектов, которые подлежат идентификации. Теги бывают активными или пассивными. Активные теги работают от присоединенной или встроенной батареи, они требуют меньшей мощности считывателя и, как правило, имеют большую дальность чтения. Пассивная метка функционирует без источника питания, получая энергию из сигнала считывателя. Пассивные метки меньше и легче активных, менее дороги, имеют фактически неограниченный срок службы. Активные и пассивные теги могут быть: только для чтения; с чтением-записью; однократно записываемыми, данные в которые могут быть занесены пользователем. По принципу действия системы RFID можно разделить на пассивные и интерактивные. В более простой пассивной системе излучение считывателя постоянно во времени (не модулировано) и служит только источником питания для идентификатора. Получив требуемый уровень энергии, идентификатор включается и модулирует излучение считывателя своим кодом, который считывателем и принимается. По такому принципу работают большинство систем управления доступом, где требуется только получить серийный номер идентификатора. Системы, используемые, например, в логистике, работают в интерактивном режиме. Считыватель в такой системе излучает модулированные колебания, то есть формирует запрос. Идентификатор дешифрирует запрос и при необходимости формирует соответствующий ответ. 2.1.Антиколлизия Необходимость в интерактивных системах появилась в связи с потребностью одновременно работать более чем с одним идентификатором. Например, если на складе необходимо прочитать все метки в упаковке с товаром. В подобных ситуациях не обойтись без механизма антиколлизии, который обеспечивает выборочную поочередную работу с несколькими идентификаторами, одновременно находящимися в поле считывателя. Без такого механизма сигналы идентификаторов наложились бы друг на друга. В процессе антиколлизии считыватель определяет все идентификаторы по их уникальным серийным номерам, а затем поочередно обрабатывает. 2.2. Перезаписываемые идентификаторы Для принятия решения о допуске человека в помещение или для подсчета количества коробок на поддоне достаточно, чтобы каждый идентификатор имел свой уникальный номер. Однако есть большой класс задач, когда в метку необходимо помещать дополнительную информацию, отражающую ход технологического процесса. В этом случае используют перезаписываемые идентификаторы с дополнительной энергонезависимой памятью, в которой информация сохраняется и после пропадания питания. Объем такой памяти может колебаться от нескольких десятков бит до десятков килобайт, в зависимости от прикладной задачи. 2.3. Частотные диапазоны и стандарты В технологии RFID есть два ключевых определения: Proximity (карты и брелки) – идентификаторы малой дальности, как правило, около 10 см. Используются в системах доступа, транспортных приложениях; Vicinity – идентификаторы средней дальности (около полутора метров). Используются для идентификации товаров и продукции, в основном, в логистических приложениях. С точки зрения рабочих частот основными являются низкочастотный диапазон (125 или 134 кГц), среднечастотный (13,56 МГц) и высокочастотный (800 МГц … 2,45 ГГц). Особенности стандартов приведены в табл. 3.1. Низкочастотный диапазон используется, как правило, в системах доступа, а также для идентификации животных и металлических предметов (например, пивных кегов). В настоящее время наиболее популярен среднечастотный диапазон. Он используется в транспортных и других аналогичных приложениях, где требуется работа с перезаписываемыми картами. Базовым стандартом является ISO 14443, и практически все смарт-карты производятся в соответствии с этим стандартом. Для меток в среднечастотном диапазоне актуальны два стандарта: ISO 15693 и EPC. По ISO 15693, в основном, производятся перезаписываемые метки с достаточно широкой функциональностью. EPC (electronic product code) имеет более простую структуру и является электронным аналогом штриховых кодов. Высокочастотный диапазон (800 МГц…2,45 ГГц) начал осваиваться сравнительно недавно, но представляет большой интерес ввиду того, что при существующих нормах на уровень мощности излучения в данном диапазоне на пассивных идентификаторах достигаются дальности до 4…8 м, что очень важно, например, для складских приложений. В этом диапазоне доминируют два стандарта: ISO 18000 и EPC. На сегодняшний день можно утверждать, что стандарт EPC для среднечастотного и высокочастотного диапазонов является очень перспективным, в особенности для логистических приложений. Для преодоления технических проблем, связанных с разработкой международного стандарта по RFID, крупнейшие фирмы-производители систем РЧИ образовали в рамках Международной организации по стандартизации (ISO) и Международного электротехнического комитета (IEC) рабочую группу, занимающуюся разработкой международных стандартов систем РЧИ, предназначенных для управления товарами. 31-й подкомитет, в состав которого входит эта рабочая группа, ведет работы, связанные с маркировкой товаров штриховыми кодами. Сама рабочая группа по радиочастотной идентификации делится на четыре подгруппы: профили требований к приложениям, синтаксис данных, уникальная идентификация радиочастотных меток и радиоинтерфейс. Эти подгруппы работают над созданием международных стандартов, посвященных, соответственно, общим вопросам применения систем РЧИ, информационному наполнению радиочастотной метки и системе управления ее работой, единой системе уникальной идентификации радиочастотной метки и, наконец, правилам радиообмена, происходящего между радиочастотной меткой и устройством считывания информации. Результатом работы этих подгрупп будет серия международных стандартов, полностью разрешающая все проблемы, связанные с совместимостью компонентов систем РЧИ разных производителей. Для облегчения процесса выбора функциональных возможностей системы РЧИ разработка стандартов ведется для нескольких диапазонов частот: ниже 135 КГц, 13,56 МГц, 433 МГц, 860 – 960 МГц и 2,45 ГГц. Предполагается, что системы РЧИ, работающие на этих частотах, удовлетворят все потребности пользователей этих систем. Процесс разработки международного стандарта требует его согласования со всеми национальными органами стандартизации, принимающими участие в его разработке. Всего международный стандарт проходит 6 стадий согласования на разных уровнях Международной организации по стандартизации. К настоящему моменту проекты стандартов преодолели самую сложную половину своего пути, что можно расценивать как знак того, что в течение ближайшего времени взаимоувязанные международные стандарты для систем РЧИ будут созданы. Основные особенности современных стандартов по RFID приведены в табл. 2.1. Таблица 2.1 — Общие характеристики RFID-технологии.
В настоящее время наибольший интерес представляют стандарты серии ISO 18000, основные особенности которых приведены в табл. 2.2. Таблица 2.2 — Стандарты RFID серии ISO 18000
2.4. Области применения RFID-технологии До последнего времени RFID-системы были более дорогими по сравнению со штрих-кодовыми системами бесконтактной идентификации. Однако технический прогресс в области тегов привел к тому, что они начали использоваться в областях, в которых прежде использовался только штрих-код. В настоящее время теговые системы успешно соперничают со штрих-кодовыми, в том числе и в цене. Более того, RFID-технология позволяет предлагать решения для работы в оптически тяжелых условиях. Микросхема RFID — это что-то вроде говорящего штрих-кода, передающего информацию на устройство считывания или сканер. Печатные штрих-коды обычно считываются лазерным сканером, которому для определения и извлечения информации требуется прямая видимость. При использовании технологии RFID сканер может считать закодированную информацию, даже когда бирка скрыта – например, встроена в корпус изделия или вшита в одежду. Крошечная бирка RFID может содержать намного больше информации, чем штрих-код. Более того, в отличие от штрих-кодов, бирки RFID могут передавать данные из различных упаковок, например, из тележки покупателя или из коробок с товарами. Результаты проведенного сравнительного анализа этих двух методов бесконтактной идентификации приведены в табл. 2.3.
Таблица 2.3. Сравнительные характеристики двух методов бесконтактной идентификации. В настоящее время RFID-системы применяются в разнообразных случаях, когда требуется оперативный и точный контроль, отслеживание и учет многочисленных перемещений различных объектов. Типичные применения: электронный контроль доступа и перемещений персонала на территории предприятий; управление производством, товарными и таможенными складами (в особенности крупными), магазинами, выдачей и перемещением товаров и материальных ценностей; автоматический сбор данных на железных дорогах, платных автомобильных дорогах, на грузовых станциях и терминалах; контроль, планирование и управление движением, интенсивностью графика и выбором оптимальных маршрутов; общественный транспорт: управление движением, оплата проезда и оптимизация пассажиропотоков; системы электронных платежей для всех видов транспорта, включая организацию платных дорог, автоматический сбор платы за проезд и транзит, платные автостоянки; обеспечение безопасности (в комплексе с другими техническими средствами аудио- и видеоконтроля); защита и сигнализация на транспортных средствах. Область применения RFID-системы определяется ее частотой (рис. 2.4).  Рис. 2.4 — Зависимость недостатков RFID-системы от частоты Учитывая зависимости, представленные на рис. 2.4, RFID-системы можно разделить условно на три группы. 1. Высокочастотные (850 – 950 MГц и 2,4 – 5 ГГц), которые используются там, где требуются большое расстояние и высокая скорость чтения, например контроль железнодорожных вагонов, автомобилей, системы сбора отходов. В этих целях, ридеры устанавливают на воротах или шлагбаумах, а транспондер закрепляется на ветровом или боковом стекле автомобиля. Большая дальность действия делает возможной безопасную установку ридеров вне пределов досягаемости людей. 2. Промежуточной частоты (10 – 15 MГц) – используются там, где должны быть переданы большие массивы данных. 3. Низкочастотные (100 – 500 KГц). Используются там, где допустимо небольшое расстояние между объектом и ридером. Обычное расстояние считывания составляет 0,5 м, а для тегов, встроенных в маленькие “кнопочки”, дальность чтения, как правило, еще меньше – около 0,1 м. Большая антенна ридера может в какой-то мере компенсировать такую дальность действия небольшого тега, но излучение высоковольтных линий, моторов, компьютеров, ламп и т.п. мешает ее работе. Большинство систем управления доступом, бесконтактные карты управления складами и производством используют низкую частоту. Бесконтактные информационные системы на основе RFID-технологии в настоящее время применяются тогда, когда необходимы: резкое сокращение затрат на ввод данных и исключение ошибок, связанных с ручным вводом информации; высокая оперативность регистрационной информации; высокая степень автоматизации управления имуществом, складами, транспортом, доступом людей в помещения; полностью автоматическая регистрация с последующей компьютерной обработкой результатов (пример: система регистрации пассажиров маршрутного такси или автобуса с автоматическим взиманием платы за проезд); улучшение контроля качества в производственных, складских и транспортных операциях; сокращение учетного документооборота и трудозатрат. Все эти и многие другие задачи могут быть с успехом решены с помощью RFID-систем. 2.5. Считыватели Считыватели для систем контроля и управления доступом производятся под карты форматов EM Marin, HID, Mifare. Конструктивно считыватели могут быть выполнены в пластиковом корпусе, в пластиковом корпусе с клавиатурой или в металлическом корпусе. Пользователь приобретает унифицированный считыватель и путем несложных манипуляций выбирает нужный ему формат данных и способ управления индикаторами. Все считыватели имеют встроенные звуковой и двухцветный светодиодный индикаторы, а также вход запрета чтения карт, обычно применяемый для создания шлюзовых алгоритмов прохода и т.п. Кроме того, для средних и больших дальностей производятся считыватели в виде рамки (под карты формата EM Marin) и считыватели для активных идентификаторов диапазона 2,45 ГГц. Считыватели для транспортных карт разработаны для карт форматов ISO 14443 A и B, а также карт Mifare. Для различных применений имеются соответствующие конструктивные решения: настольное исполнение и бескорпусные считыватели для встраивания в оборудование заказчика. Для расширения и обновления объектов, укомплектованных снятыми с производства считывателями Philips типов MF RD260/560 имеются соответствующие модификации, совместимые как по габаритно-присоединительным размерам, так и по протоколу обмена. Для приложений, связанных с идентификацией товаров, багажа, корреспонденции и различной продукции производятся считыватели с различными параметрами, адаптированные под конкретное применение. В этой категории присутствуют: настольные считыватели; встраиваемые бескорпусные считыватели; считыватели средней и большой дальности с выносными антеннами; ручные считыватели с клавиатурой и ЖКИ. Считыватели поддерживают два основных стандарта: ISO 15693 и EPC. 2.6. Карты На рис. 2.5 приведена типовая конструкция proximity-карты с бесконтактной RFID-идентификацией.  Рис. 2.5 — Типовая конструкция proximity-карты с бесконтактной RFID-идентификацией. ВЫВОДЫ В ходе практики ознакомился с принципами построения и выбора формы антенн для RFID-систем EPC Gen2. Основной экономической выгодой использования RFID-систем EPC Gen2 является ускорение и уменьшение трудоемкости операций учета объектов – приемка, отгрузка, инвентаризация, поиск заданных объектов. Внедрение EPC Gen2 системы может принести выгоду, можно назвать следующие: Необходимость регистрации меток с больших дистанций от 0,5 до 10 метров; Одновременная регистрация большого числа меток (до 300); Регистрация меток, перемещающихся на большой скорости. Ограничения и сложности реализации систем EPC Gen2 связаны с особенностями радиосвязи в принципе, а также тем, что названо выше их преимуществом — большой дистанцией регистрации — обычный парадокс. Радиоволны этого частотного диапазона сильно поглощаются водой и электролитами1и1экранируются1металлическими1предметами. Большая дистанция регистрации приводит к проблеме «паразитных» регистраций. Для обеспечения надежной регистрации одновременно многих меток, которые могут быть в неоптимальной ориентации, экранироваться взаимным близким расположением нескольких меток, присутствием экранирующих или поглощающих предметов, необходима установка мощности регистрации многократно превышающей необходимую для регистрации одиночной метки «в1воздухе». Соответственно, при увеличении мощности начинают регистрироваться метки в «хороших» условиях на больших расстояниях от зоны считывания – до 10 и более метров. |