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Introdução ao RFID

Etiquetas de radiofrequência são portadoras físicas de códigos eletrônicos de produtos (EPCs) anexados a itens rastreáveis, que podem ser distribuídos globalmente, reconhecidos, lidos e gravados. Como tecnologia-chave para a construção da "Internet das Coisas", a tecnologia RFID (Identificação por Radiofrequência) tem atraído a atenção das pessoas nos últimos anos.

A Identificação por Radiofrequência (RFID) é uma tecnologia de comunicação sem fio que permite identificar alvos específicos e ler e gravar dados relacionados por meio de sinais de rádio, sem identificar o contato mecânico ou óptico entre o sistema e um alvo específico. A tecnologia RFID baseia-se no modelo de acoplamento de transformador (transferência de energia e transmissão de sinal entre o primário e o secundário) na faixa de baixa frequência, e no modelo de acoplamento espacial para detecção de alvos por radar na faixa de alta frequência. (O radar emite um sinal de onda eletromagnética e, em seguida, carrega as informações do alvo de volta ao radar após atingir o alvo. Receptor).

O sinal de rádio é transmitido através de um campo eletromagnético de radiofrequência e transmitido por uma etiqueta afixada ao item para identificá-lo e rastreá-lo automaticamente. Algumas etiquetas recebem energia do campo eletromagnético emitido pelo reconhecedor quando são identificadas e não necessitam de bateria. Além disso, a própria etiqueta possui uma fonte de energia e pode emitir ativamente ondas de rádio (campos eletromagnéticos sintonizados em uma radiofrequência). A etiqueta contém informações armazenadas eletronicamente que podem ser identificadas em poucos metros. Ao contrário do código de barras, a etiqueta de radiofrequência não precisa estar dentro da linha de visão do identificador, mas também pode ser incorporada ao objeto que está sendo rastreado.

O leitor da etiqueta eletrônica RFID se comunica sem fio através da antena e da etiqueta eletrônica RFID, podendo ler ou gravar o código de identificação da etiqueta e os dados da memória. A tecnologia RFID pode identificar objetos em movimento em alta velocidade e identificar várias etiquetas simultaneamente. A operação é rápida e fácil.

Etiqueta: Consiste em um elemento de acoplamento e um chip. Cada etiqueta possui um código eletrônico exclusivo e é fixada ao objeto para identificar o objeto alvo.

Leitor: Um dispositivo que lê (às vezes grava) informações de tags e pode ser projetado para ser portátil ou estacionário;

Antena: Passa sinais de RF entre tags e leitores.

Figura 1: Esquema do sistema RFID

O desenvolvimento de produtos RFID passivos é o mais precoce, sendo também o produto com o desenvolvimento mais maduro e o mercado mais amplamente utilizado. Por exemplo, cartões de ônibus, cartões de refeição para cafeterias, cartões bancários, cartões de acesso a hotéis, cartões de identificação de segunda geração, etc., que podem ser encontrados em todos os lugares do nosso dia a dia, são de reconhecimento de contato próximo. As principais frequências de operação de seus produtos são baixa frequência 125 KHz, alta frequência 13,56 MHz, UHF 433 MHz e UHF 915 MHz.

Os produtos RFID ativos têm sido gradualmente desenvolvidos nos últimos anos. Suas características de identificação automática de longa distância determinam seu enorme espaço de aplicação e potencial de mercado. Existem aplicações importantes no campo da identificação automática de longa distância, como prisões inteligentes, hospitais inteligentes, estacionamento inteligente, transporte inteligente, cidades inteligentes, mundo inteligente e Internet das Coisas. O RFID ativo surgiu nesse campo e pertence à categoria de identificação automática de longa distância. A principal frequência de operação do produto é UHF 433 MHz, micro-ondas 2,4 GHz e 5,8 GHz.

O protocolo de comunicação de interface aérea regula a troca de informações entre o leitor e a etiqueta eletrônica, visando a interconexão e a interoperabilidade entre os equipamentos de produção de diferentes fabricantes. A ISO/IEC desenvolveu cinco tipos de protocolos de interface aérea.

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Caso de design RFID passivo

Nas aplicações tecnológicas atuais, os produtos RFID passivos são os mais amplamente utilizados. Em muitos projetos de circuitos aplicados à RFID passiva, o módulo RC522 com 13,56 MHz é utilizado em muitos casos. Este é um módulo RFID passivo amplamente utilizado. O circuito de aplicação do RC522 utiliza uma fonte de alimentação CC de 3 V e recebe as informações por meio da interface SPI para comunicação. O esquema da aplicação é mostrado na Figura 2 abaixo:

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Figura II: Esquema de aplicação RC522

O circuito da antena de 13,56 MHz inclui um circuito de recepção de sinal e um circuito de transmissão de sinal. O circuito de transmissão de sinal é dividido em uma seção de filtragem EMC, uma seção de circuito de casamento e uma seção de circuito de bobina.

Circuito de transmissão: A parte de transmissão do sinal pode ser subdividida em circuito de filtro EMC, circuito de ressonância e casamento de impedância e bobina. Entre eles:

Circuito de filtro EMC: composto principalmente por um circuito de filtro passa-baixa LC, o chip leitor envia o sinal da antena via TX1 e TX2 principalmente em 13,56 MHz, mas é inevitável que haja harmônicos mais altos. Portanto, a principal função desta parte do filtro passa-baixa é filtrar sinais indesejados acima de 13,56 MHz. Isso facilita a comunicação normal entre o leitor de cartão e o cartão, além de reduzir a interferência eletromagnética da seção da antena no espaço ou em circuitos próximos.

Circuito de Correspondência: Esta seção ajusta principalmente a frequência de ressonância de toda a seção de transmissão da antena para cerca de 13,56 MHz. Isso pode aumentar a amplitude do sinal na bobina para facilitar a radiação do campo magnético. Além disso, o circuito de correspondência deve corresponder a resistência do circuito transmissor à resistência de saída do chip leitor, normalmente 50 ohms (diferente do chip). Isso pode fazer com que a parte da antena obtenha a potência máxima, o que contribui para a melhoria da distância de leitura.

Bobina: A bobina pode ser uma bobina de PCB ou uma bobina de fio de cobre.

Circuito de recepção: O circuito de recepção de sinal é relativamente simples e consiste em quatro componentes. O capacitor Cmin pode ler de forma estável a tensão de referência fixa Vmin fornecida internamente pelo chip, e R1 introduz essa tensão de referência no pino RX para adicionar um sinal fixo ao chip. O nível CC, CRx do circuito de geração para introduzir o sinal de feedback e Vmin sobreposto no chip. Ajustando a relação entre R2 e R1, a amplitude do sinal do pino Rx pode ser ajustada para otimizar a distância de leitura do chip.

Observe também os seguintes pontos no projeto do PCB:

Todo o circuito transmissor deve levar em conta o design simétrico. Os comprimentos dos traços dos dois sinais de Tx1 e Tx2 devem ser o mais consistentes possível.

Os dois indutores devem ser encapsulados com mais de 0805, para garantir que haja corrente suficiente (680nH/0805), caso contrário, não será adequado para leitura de cartão de longa distância.

O comprimento e a largura da bobina do PCB dependem da situação específica. Se a placa de circuito não for limitada pelo molde, ela pode ser projetada para ser consistente com o comprimento e a largura do cartão comum. Se o tamanho da bobina for limitado, a área da bobina também pode ser reduzida. O princípio geral é projetar o cartão para ter o mesmo tamanho do cartão que está sendo lido. O número de voltas da bobina e o comprimento e a largura de 4x sobre 3x3cm podem ser muito para ajustar os parâmetros. Se for inferior a 3x3cm, o número de voltas pode ser aumentado para 6 círculos ou mais; a largura do traço da bobina do PCB está entre 0,5 mm e 1 mm, e o espaçamento e a largura da linha podem ser os mesmos. Além disso, a transição do canto da bobina é melhor com um arco circular.

Parte da bobina, não uma grande área de cobre, caso contrário, causará uma perda séria do efeito de corrente parasita do campo magnético. Deve-se prestar atenção ao escopo da bobina (todo o espaço ao redor da bobina), não pode ter uma grande área de componentes de metal, objetos de metal, revestimento de metal e assim por diante.

O aterramento de todos os dispositivos de todo o circuito de transmissão deve ser conectado à mesma linha de aterramento e retornar ao pino TVSS do chip, e uma grande área de cobre não pode ser revestida perto do dispositivo do circuito da antena, e os dispositivos são conectados por fios.

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Resumindo

Na era do desenvolvimento contínuo da tecnologia da Internet das Coisas, a RFID, como tecnologia de camada de detecção utilizada na Internet das Coisas, mantém estreita relação com a própria Internet das Coisas. Nos últimos anos, a tecnologia RFID ampliou significativamente a função da Internet das Coisas e enriqueceu seu conteúdo. O desenvolvimento da Internet das Coisas também impulsionou o desenvolvimento e a aplicação da tecnologia RFID, como na "Internet das Coisas" e em medicamentos. Atendendo a requisitos especiais, as etiquetas RFID podem não apenas fornecer informações estáticas sobre os produtos, mas também informações sobre a localização dos produtos, a temperatura, a umidade e outras informações dinâmicas do ambiente, melhorando significativamente o grau de inteligência das etiquetas RFID. Atualmente, a Internet das Coisas, utilizando a camada de detecção RFID, alcançou a comunicação "humano-humano" e a comunicação "humano-material", mas para alcançar a comunicação e interação "objeto-item" na futura Internet das Coisas, ela precisa ser atualizada para incluir "o nível de inteligência que torna as etiquetas RFID inteligentes". Além disso, a padronização, a interoperabilidade, os acordos, as regulamentações e as tecnologias de conexão ainda precisam ser aprimoradas.