¿Cómo funciona un Sistema RFID UHF?

El lector emite ondas de radio de unas frecuencias concretas a través de las antenas RFID. Las ondas dan energía a los tags para que estos puedan comunicarse emitiendo un único ID. No necesitan baterías y pueden usarse durante muchos años.  El lector procesa los datos para que podamos integrarlos en nuestra aplicación y darles un sentido.  El rango de lectura RFID UHF típico es de 0-12 metros. Los sistemas RFID UHF Gen2 está compuesto por: lectores, antenas, impresoras y tags o etiquetas RFID. En este artículo voy a ir definiendo con una breve explicación cada uno de los elementos que influyen a la hora de implementar un proyecto RFID.

Antenas RFID

Las Antenas RFID son las encargadas de emitir y recibir las ondas que nos permiten detectar los chips RFID. Cuando un chip RFID cruza el campo de la antena este se activa y emite una señal. Las antenas crean diferentes campos de onda y cubren diferentes distancias.

Tipo de Antena: las antenas de polarización circular trabajan mejor en ambientes donde la orientación del tag varia. Las antenas de polarización lineal se utilizan cuando se conoce y controla la orientación de los tags y siempre es la misma. Las antenas NF (de campo cercano) sirven para leer los tags RFID a unos pocos centímetros.

Angulo de obertura y ganancia: Utilizar antenas de con ganancias de entre 8,5-10 dbi o más, nos permitirá emitir a más potencia y obtener un ratio de lectura mayor. El ángulo de obertura depende del área que se desea abarcar, por ejemplo: 70º, 100º, etc.  Cuanta más obertura tienen las antenas alcanzan menos distancia de detección.

Numero de Antenas: los lectores estándar de alto rendimiento tienen 2 puertos, 4 puertos o 8 puertos, el número de antenas se elige normalmente según el espacio de lectura que deseamos detectar o la densidad de tags a leer. Lo habitual es utilizar lectores fijos de 2 o 4 puertos. Algunas marcas disponen de multiplexores que nos permiten conectar hasta 32 antenas en un mismo lector.
 

Lectores RFID

Hay múltiples tipos de lectores; RFID fijos, lectores rfid portátiles, lectores rfid para el Smartphone y lectores USB. Para leer una alta densidad de tags o se requiere una precisión del 100% en la detección, los mejores lectores RFID fijos son: Impinj R420, ThingMagic M6e, Zebra FX9500.  Y si hablamos de lectores portátiles Zebra MC9190, Impinj AB700 Zebra RFD8500 Para elegirlos tenemos que tener en cuenta diversos factores:

Area de lectura:  Los lectores fijos sirven principalmente para cubrir un área concreta: un paso por puerta, en una máquina, en una cinta transportadora, en una carretilla, etc. Los lectores móviles nos permiten leer mientras nos movemos y así realizar inventarios o buscar tags RFID que no encontramos.

Ratio de lectura: la potencia de emisión y capacidad de lectura se verá influenciado por el número de tags a detectar en un tiempo concreto. Las aplicaciones más complejas son aquellas donde hay mucha densidad de tags, líquidos o productos metálicos. La potencia de lectura máxima viene marcada por la regulación permitida en cada país o zona según el tipo de frecuencia (ETSI, FCC).

El tipo de lector rfid: muchas veces la duda está en elegir un lector fijo o un lector portátil. Este factor depende de la aplicación. Por ejemplo, si estamos en una tienda o almacén donde necesitamos hacer inventarios y para ello debemos movernos será conveniente utilizar un terminal portátil. Si la zona de lectura es fija es conveniente instalar un lector que cubra el área y deje la tarea automatizada. Por ejemplo para detectar pallets o productos en zonas de expedición.

Lectores USB: dan muy buen resultado cuando necesitamos grabar o leer muy poca cantidad de tags en diferentes puntos durante los procesos de fabricación o para validación de documentos en oficinas. Dos ejemplos claros son el Nordic Stix y el ThingMagic Lector USB.

Etiquetas y Tags RFID

Los factores esenciales son: tamaño, orientación, ángulo de lectura, área donde va ubicado y el tipo de chip.

Tamaño: el tamaño influye por una razón muy sencilla, cuanta más antena tenga el tag RFID mejor será la sensibilidad y la detección. Que la respuesta del tag sea siempre la misma o muy similar cada vez que lo detectamos nos permite desarrollar aplicaciones fiables y robustas. Las antenas son normalmente de aluminio o cobre.

Orientación y ángulo de lectura: Si tenemos antenas circulares no tiene que preocuparnos. La orientación del tag es preocupante cuando tratamos de detectarlos con antenas lineales, entonces debemos probar si la mejor posición del tag es vertical o horizontal cuando hablamos de tags de un dipolo como el ShortDipole. Existen antenas omni direcciónales con dos dipolos, como el FROG 3D y WEB, que nos permiten detectar los tags sea cual sea su orientación. El rango de lectura de estos normalmente es inferior por la composición de la antena.
El ángulo de lectura influye, cuando tratamos de detectar un tag desde el lateral, la antena capta poca energía y como consecuencia su rango de emisión es menor.

Circuito Integrado (IC): Son los chips internos del tag RFID, los mas comunes son Impinj Monza, NXP, Alien Higgs. Hay IC con mas o menos memoria, desde 96 bits a 512 bits. Disponen de memorias adicionales, sistema de alarma EAS, posibilidad de poner contraseñas, etc. Hay IC que combinan ambas tecnologías RFID/NFC en el mismo chip. Cuando se requiere más memoria podemos ponerla en una base de datos externa y asociarla un ID que identificara el chip.

Área de ubicación: es muy importante tener en cuenta donde ira el tag aplicado para que la solución rfid tenga éxito y cumpla con los rangos de lectura necesarios. Hay que tener en cuenta que el metal rebota las ondas RF y que el agua las absorbe. Hay soluciones para etiquetas metálicas que permiten situar los tags sobre el metal y detectarlos correctamente. El material y adhesivo a utilizar hay que tenerlo cuando necesitamos etiquetas para el exterior, altas temperaturas, productos farmacéuticos o alimentarios y otras aplicaciones especiales.

Precio etiqueta RFID: Si nuestra aplicación requiere un gran volumen de tags será seguramente el factor más importante para medir el retorno de la inversión.  

 

Codificar RFID

Muchas veces nos preguntamos cómo podemos grabar la información dentro de los tags. Con impresoras RFID como por ejemplo las Impresoras Zebra ZT411 podemos grabar el chip e imprimir cualquier código de barras, numero, etc. También podemos grabar tags con lectores USB, lectores fijos o lectores portátiles. ¿pero dónde grabamos la información? Normalmente cuando leemos los tags se leen los EPC o los TID. Los TID no son modificables y están compuestos por un numero único que viene de fábrica. El espacio EPC del tag es el que se graba, modifica y con el que normalmente interactuamos. Los tags disponen de una memoria interna (Memoria de usuario) donde podemos guardar información adicional.

 

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