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Introducción a RFID

Las etiquetas de radiofrecuencia son portadoras físicas de códigos electrónicos de producto (CPE) adheridos a artículos trazables que pueden circular globalmente, ser reconocidos, leídos y escritos. Como tecnología clave para la construcción del "Internet de las Cosas", la tecnología RFID (Identificación por Radiofrecuencia) ha atraído la atención del público en los últimos años.

La identificación por radiofrecuencia (RFID) es una tecnología de comunicación inalámbrica que permite identificar objetivos específicos y leer y escribir datos relacionados mediante señales de radio sin necesidad de identificar el contacto mecánico u óptico entre el sistema y un objetivo específico. La tecnología RFID se basa en el modelo de acoplamiento de transformador (transferencia de energía y transmisión de señales entre el primario y el secundario) en el rango de baja frecuencia, y en el modelo de acoplamiento espacial de objetivos de detección por radar en el rango de alta frecuencia. (El radar emite una señal de onda electromagnética y, tras impactar en el receptor, transporta la información del objetivo).

La señal de radio se transmite a través de un campo electromagnético de radiofrecuencia desde una etiqueta adherida al artículo para identificarlo y rastrearlo automáticamente. Algunas etiquetas reciben energía del campo electromagnético emitido por el reconocedor al ser identificadas y no requieren batería. Además, la etiqueta cuenta con una fuente de alimentación y puede emitir activamente ondas de radio (campos electromagnéticos sintonizados a una radiofrecuencia). La etiqueta contiene información almacenada electrónicamente que puede identificarse a pocos metros. A diferencia del código de barras, la etiqueta de radiofrecuencia no necesita estar dentro del campo de visión del identificador, sino que también puede estar integrada en el objeto rastreado.

El lector de la etiqueta electrónica RFID se comunica inalámbricamente a través de la antena y la etiqueta, y puede leer o escribir el código de identificación de la etiqueta y los datos de la memoria. La tecnología RFID puede identificar objetos en movimiento a alta velocidad e identificar varias etiquetas simultáneamente. Su funcionamiento es rápido y sencillo.

Etiqueta: Consiste en un elemento de acoplamiento y un chip. Cada etiqueta tiene un código electrónico único y se adhiere al objeto para identificarlo.

Lector: Un dispositivo que lee (a veces escribe) información de etiquetas y puede estar diseñado para ser portátil o fijo;

Antena: pasa señales de RF entre las etiquetas y los lectores.

Figura 1: Esquema del sistema RFID

El desarrollo de productos RFID pasivos es el más temprano, y también el producto con mayor desarrollo y mayor uso en el mercado. Por ejemplo, las tarjetas de autobús, las tarjetas de comida de cafetería, las tarjetas bancarias, las tarjetas de acceso a hoteles, las tarjetas de identificación de segunda generación, etc., que vemos en nuestra vida diaria, utilizan el reconocimiento de contacto cercano. Las principales frecuencias de operación de sus productos son: baja frecuencia de 125 kHz, alta frecuencia de 13,56 MHz, UHF 433 MHz y UHF 915 MHz.

Los productos RFID activos se han desarrollado gradualmente en los últimos años. Sus características de identificación automática a larga distancia determinan su enorme campo de aplicación y potencial de mercado. En el ámbito de la identificación automática a larga distancia, como prisiones inteligentes, hospitales inteligentes, aparcamientos inteligentes, transporte inteligente, ciudades inteligentes, mundo inteligente e Internet de las Cosas, existen importantes aplicaciones. La RFID activa ha surgido en este campo y pertenece a la categoría de identificación automática a larga distancia. La frecuencia de operación principal del producto es UHF 433 MHz, microondas 2,4 GHz y 5,8 GHz.

El protocolo de comunicación de interfaz aérea regula el intercambio de información entre el lector y la etiqueta electrónica, con el objetivo de facilitar la interconexión e interoperabilidad entre equipos de producción de diferentes fabricantes. ISO/IEC ha desarrollado cinco tipos de protocolos de interfaz aérea.

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Estuche de diseño RFID pasivo

En las aplicaciones tecnológicas actuales, los productos RFID pasivos son los más utilizados. En muchos diseños de circuitos aplicados a RFID pasivo, se utiliza frecuentemente el módulo RC522 de 13,56 MHz. Este módulo RFID pasivo es ampliamente utilizado. El circuito de aplicación del RC522 utiliza una fuente de alimentación de 3 V CC y recibe la información a través de la interfaz SPI para la comunicación. El esquema de aplicación se muestra en la Figura 2 a continuación:

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Figura II: Esquema de aplicación RC522

El circuito de antena de 13,56 MHz incluye un circuito receptor y un circuito transmisor de señales. El circuito transmisor de señales se divide en una sección de filtrado EMC, una sección de circuito de adaptación y una sección de circuito de bobina.

Circuito de transmisión: La parte de transmisión de señales se puede subdividir en circuito de filtro EMC, circuito de adaptación de impedancia y resonancia y bobina. entre ellos:

Circuito de filtro EMC: compuesto principalmente por un filtro paso bajo LC. La señal del chip lector, enviada a través de las antenas TX1 y TX2, es principalmente de 13,56 MHz, pero inevitablemente se producirán armónicos más altos. Por lo tanto, la función principal de esta parte del filtro paso bajo es filtrar las señales no deseadas por encima de 13,56 MHz. Esto facilita la comunicación normal entre el lector de tarjetas y la tarjeta, y también reduce la interferencia electromagnética de la sección de antena al espacio o a los circuitos cercanos.

Circuito de adaptación: Esta sección ajusta principalmente la frecuencia de resonancia de toda la sección de transmisión de la antena a aproximadamente 13,56 MHz. Esto aumenta la amplitud de la señal en la bobina para facilitar la radiación del campo magnético. Además, el circuito de adaptación debe ajustar la resistencia del circuito transmisor a la resistencia de salida del chip lector, normalmente 50 ohmios (diferente a la del chip). Esto permite que la antena obtenga la máxima potencia, lo que mejora la distancia de lectura.

Bobina: La bobina puede ser una bobina de PCB o una bobina de alambre de cobre.

Circuito receptor: El circuito receptor de señal es relativamente simple y consta de cuatro componentes. El condensador Cmin puede leer de forma estable la tensión de referencia fija Vmin proporcionada internamente por el chip, y R1 introduce esta tensión de referencia en el pin RX para añadir una señal fija al chip. El nivel de CC, CRx, del circuito generador, introduce la señal de retroalimentación y Vmin se superpone al chip. Ajustando la relación entre R2 y R1, se puede ajustar la amplitud de la señal del pin Rx para optimizar la distancia de lectura del chip.

Tenga en cuenta también los siguientes puntos en el diseño de PCB:

Todo el circuito del transmisor debe prestar atención al diseño simétrico. Las longitudes de las trazas de las dos señales de Tx1 y Tx2 deben ser lo más consistentes posible.

Los dos inductores deben empaquetarse con más de 0805, para garantizar que haya suficiente corriente (680nH/0805), de lo contrario no es propicio para la lectura de tarjetas a larga distancia.

La longitud y el ancho de la bobina de PCB dependen de la situación específica. Si la placa de circuito no está limitada por el molde, se puede diseñar para que coincida con la longitud y el ancho de una tarjeta convencional. Si el tamaño de la bobina es limitado, también se puede reducir el área de la bobina. El principio general es diseñar la tarjeta para que tenga el mismo tamaño que la tarjeta que se lee. El número de vueltas de la bobina, y una longitud y un ancho de 4x sobre 3x3 cm pueden ser excesivos para ajustar los parámetros. Si es inferior a 3x3 cm, el número de vueltas se puede aumentar a 6 círculos o más; el ancho de la pista de la bobina de PCB está entre 0,5 mm y 1 mm, y el espaciado y el ancho de línea pueden ser iguales. Además, la transición de la esquina de la bobina se realiza mejor con un arco circular.

Parte de la bobina, no una gran área de cobre, de lo contrario provocará una pérdida grave del campo magnético efecto de corriente de Foucault debe prestar atención al alcance de la bobina (todo el espacio alrededor de la bobina) no puede tener una gran área de componentes metálicos, objetos metálicos, revestimiento de metal, etc.

La tierra de todos los dispositivos de todo el circuito de transmisión debe estar conectada a la misma línea de tierra y regresar al pin TVSS del chip, y no se puede recubrir una gran área de cobre cerca del dispositivo del circuito de antena, y los dispositivos están conectados por cables.

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Para resumir

En la era del continuo desarrollo de la tecnología del Internet de las Cosas (IoT), la RFID, como tecnología de capa sensora utilizada en este ámbito, mantiene una estrecha relación con la misma. En los últimos años, la tecnología RFID ha potenciado considerablemente las funciones del IoT y ha enriquecido su contenido. El desarrollo del IoT también ha impulsado su desarrollo y aplicación, por ejemplo, en el ámbito del IoT y los medicamentos. Para requisitos específicos, las etiquetas RFID no solo pueden proporcionar información estática sobre las mercancías, sino también información sobre su ubicación, la temperatura y la humedad circundantes, entre otros datos dinámicos, lo que mejora considerablemente su inteligencia. Actualmente, el IoT que utiliza la capa sensora RFID ha logrado la comunicación entre personas y entre personas y materiales; sin embargo, para lograr la comunicación e interacción entre objetos en el futuro IoT, es necesario modernizarlo para incluir el nivel de inteligencia que caracteriza a las etiquetas RFID inteligentes. Además, la estandarización, la interoperabilidad, los acuerdos, las regulaciones y las tecnologías de conexión aún requieren mejoras.