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RFID "Identificação por frequência de rádio"
Clique nos links abaixo e saiba um pouco mais sobre esta tecnologia.
1.1. Identificação por Frequência de Rádio

Várias tecnologias têm se desenvolvido nestas ultimas décadas, algumas vêm em decorrência de outras, em suas substituições ou como um complemento. Este poderia ser o caso do RFID (Radio Frequency Idendification) em relação ao código de barras, mas ao que tudo indica, o RFID parece ser muito mais que uma simples evolução deste já tão utilizado sistema de identificação.

O princípio de funcionamento da tecnologia RFID é bastante simples. é composto por um transceptor ou leitora que transmite uma onda de frequência de rádio através de uma antena para um transponder, mais conhecido por tag. O tag absorve a onda de RF e responde com alguma informação que é gerenciada por um sistema computacional.

As leitoras, ou transceptores, operam em conjunto com antenas e, através de um sinal de rádio, conversam com os transponder, ou tags, para a troca de informações.

O termo transponder deriva da expressão TRANSmitter/resPONDER, que revela a função deste componente.

Esses elementos são integrados a uma infraestrutura que dá suporte a comunicação de sistemas de processamento que são responsáveis por manipular os dados lidos pelas leitoras e os transformar em informação.

A principal vantagem desta tecnologia é a característica do nãocontato e da não necessidade de linha de visão entre o transceptor e os tags. Os tags podem ser lidos através de diversas substâncias tais como: tecido, plástico, alvenaria, madeira, etc.

Podem também ser lidos, em certas circunstâncias, a uma distância de até 20m. Porém o principal diferencial do RFID é a sua capacidade de obter um grande número de informações identificando vários tags ao mesmo tempo, sem a exigência da leituraemlinha, permitindo a criação de soluções totalmente automatizadas.


1.2. Evolução dos Sistemas RFID
O RIFD, como várias das invenções hoje comuns no cotidiano, nasceu para fins militares.

Se hoje há tanta sofisticação na comunicação por rádio frequência, boa parte é devida sir Robert Alexander WatsonWatt, físico escocês responsável pela invenção, em 1935 dos sistemas de RADAR (RAdio Detection And Ranging) britânicos durante a segunda guerra mundial.

Na mesma época, foi desenvolvido o primeiro sistema ativo de identificação. Seu funcionamento era bem simples, foi instalado um transmissor em cada avião britânico que, quando recebia sinais das estações de radar no solo, retransmitia um sinal de volta para identificar que o avião era amigo, este sistema de identificação por frequência de rádio ficou conhecido por IFF (IdentificationFriendorFoe) e veio a ser a base dos sistemas de controle de tráfego aéreo atual.

A história em si do RFID começa em 1973, quando Mario W. Cardullo requisitou a primeira patente americana para um sistema ativo de RFID com memória regravável. No mesmo ano, Charles Walton, um empreendedor da Califórnia, recebeu a patente para um sistema passivo, o qual era usado para destravar uma porta sem a ajuda de chaves.

O governo americano também estava trabalhando no desenvolvimento de sistemas de RFID, fazendo um sistema de rastreamento de material radioativo para o Energy Department e outro de rastreamento de gado, para o Agricultural Department, na década de 1970.

Até então, as tags usadas eram as de baixa frequência (LF), 125 kHz, quando as empresas que comercializavam estes sistemas mudaram para os sistemas de alta frequência (HF), de 13.56 MHz. Hoje esta frequência é usados em diversas aplicações, como controle de acesso e sistemas de pagamento. Porém a distância da leitura é muito pequena.

No começo dos anos 80 a IBM patenteou os sistemas de Frequência Ultra Alta (UHF), Ultra High Frequency, possibilitando o uso de o RFID fazer leituras a distâncias superiores a dez metros. Atualmente a IBM não é mais detentora desta patente, que foi vendida para a Intermec, uma empresa provedora de códigos de barra, devido a problemas financeiros, ainda na década de 1990.

O grande crescimento do RFID UHF foi em 1999, quando o Uniform Code Council, EAN Internatinal, Procter & Gamble e Gillete fundaram o Autoid Center, no MIT, Massachusetts Institute of Technology, berço de vários avanços tecnológicos.

O objetivo do AutoID Center era mudar a essência do RFID de um pequeno banco de dados móvel para um número de série, o que baixaria drasticamente os custos e transformaria o RFID em uma tecnologia de rede, ligando objetos à da Internet através das tags.

Entre 1999 e 2003, o AutoID Center cresceu e ganhou apoio de mais de 100 companhias, além do Departamento de Defesa dos Estados Unidos. Nesta mesma época foram abertos laboratórios em vários outros países, desenvolvendo dois protocolos de interferência aérea (Classe 1 e Classe 0), o EPC (Eletronic Product Code, Código Eletrônico de Produto), o qual designa o esquema e a arquitetura de rede para a associação de RFID na Internet.

Em 2003 o AutoID Center fechou, passando suas responsabilidades para os AutoID Labs.

Em 2004, a EPC ratificou uma segunda geração de padrões, melhorando o caminho para sua utilização.

Em função do alto custo, o uso da radiofrequência, até pouco tempo, se restringia apenas as aplicações militares, laboratórios e grandes empresas comerciais. Com o avanço da eletrônica e do desenvolvimento de componentes em grande escala, vem diminuindo o custo final de vários dispositivos e, assim, permitindo o uso comercial para a grande massa global.

As indústrias de manufatura, estocagem e transporte vão desenvolvendo desde 1970 projetos de automação, identificação animal, rastreamento de veículos, entre outras, baseadas na tecnologia de RFID. Com o avanço tecnológico, os sistemas RFID vão ganhando velocidade de processamento, distâncias de leituras cada vez maiores, novas funções, além da miniaturização dos dispositivos, o que permite criar uma série de novas aplicações.

No período entre 1960 e 1990 a tecnologia era utilizada apenas por grandes corporações que movimentavam um grande volume de produtos, o objetivo era o de compensar o custo.

Nos anos 90, o RFID ganha popularidade global, com aplicações comerciais, controle de acesso e a sua integração com meios de pagamento.

Desde então, há um esforço por parte de autoridades governamentais e não governamentais, bem como de grandes fabricantes, em promover a padronização da tecnologia, dos atributos de frequência de operação e dos protocolos de comunicação.



Com o avanço tecnológico, além da miniaturização dos seus dispositivos, os sistemas RFID vêm ganhando velocidade de processamento, distâncias de leituras cada vez maiores e custos cada vez mais reduzidos.

Estes fatores permitem a criação de uma nova série de soluções antes inviáveis tecnicamente. Levandose em conta as características, a tecnologia RFID utilizada e com o objetivo de indicar um direcionamento, iremos dividilas em quatro grupos de aplicabilidade.

1) Veículos

Veículos com “identidade eletrônica". A necessidade de redução de custos, aliado à obrigatoriedade de se identificar um veículo no tempo certo e com a precisão desejada, vem fazendo com que o mundo moderno invista pesado em novas tecnologias.

Dentre elas podemos citar as desenvolvidas para monitorar a localização como o GPS (Global Positioning System), roterizadores (software que mostra a melhor alternativa de rota) e muitas outras oferecidas para minimizar perdas, aumentar o controle e otimizar o tempo.

Porém, custos elevados, processos ineficientes e erro humano contribuem à falta de informações precisas para a implementação destas soluções.

Dentro deste contexto, o RFID se posiciona como a ferramenta ideal para estas aplicações que agiriam automaticamente às ações para qual foram desenvolvidas sem a necessidade de qualquer outro fator a não ser a presença física do veículo.

2) Pessoas

Os problemas da gestão de pessoas, em qualquer atividade, nunca foram tão discutidos como atualmente. A busca por soluções que reduzam as despesas e melhorem a qualidade e o controle das atividades individuais, nos levam a conclusão de que somente com tecnologia se pode conseguir este objetivo. Porém, sem a informação precisa e qualificada não há tecnologia que funcione.

Todos os esforços e investimentos se mostraram ineficazes pela falta de um diagnóstico exato sobre o que acontece dentro das instituições. Ou seja, não adianta dispor dos recursos sem a preocupação de aferir a eficiência de um sistema. é necessário um indicador de melhoria da qualidade ou então de diagnóstico da situação real.

A tecnologia RFID se coloca como uma solução importante neste contexto, pois permite controlar áreas diferentes de atividade tais como empresarial, hospitalar, educacional e de segurança de forma totalmente automatizada e precisa, sem interferências ou tendências externas.

3) Produtos

O objetivo principal da logística de uma Supply Chain Management, é atender a seus clientes e aos clientes de seus clientes da melhor forma possível dentro do conceito de OTIF (On time in full). Desta maneira, a acuracidade dos estoques e a localização rápida e precisa dos produtos nas áreas de armazenagem é algo que deixou de ser apenas uma variante no processo e passou a ser um diferencial competitivo.

A tecnologia é elemento de extrema importância dentro deste processo e ganhou ainda mais destaque com o advento no mercado das chamadas etiquetas inteligentes. Essas etiquetas utilizam a tecnologia RFID para identificar, de forma totalmente automática, produtos ou tudo que se queira monitorar, desde que possa ser afixada uma etiqueta.

Tratase de uma tecnologia que irá mudar radicalmente a maneira de se fazer negócios dentro das cadeias de suprimentos, porém de modo prático, a adoção desta solução depende de ações focadas no desenvolvimento do conhecimento e do aproveitamento da oportunidade.

Em síntese, um sistema RFID fornece uma visibilidade e uma acuracidade maior às companhias, permitindo que focalizem seus esforços no seu core business.

4) Documentos

O RFID é uma solução que veio na hora certa para a logística do serviço postal e de encomendas devido ao significativo volume movimentado por este setor diariamente.

De acordo com o último relatório do Serviço Postal Americano, a utilização desta tecnologia no mercado postal global será de US$ 3 bilhões em 2016. Poderia ser muito maior se os esforços atuais fossem mais difundidos. No curso atual, um trilhão de remessas postais serão etiquetadas por ano, fazendo desta a segunda maior aplicação RFID do mundo, perdendo apenas para os produtos de varejo.

Atualmente há 30 novos casos de utilização do RFID nos serviços postais da América do Norte, Europa e ásia. Estas aplicações buscam principalmente diminuir a intervenção humana, necessária no atual sistema de código de barras, e principal responsável pelos altos custos, erros e atrasos nas expedições de correio.


1.4. Comparação sobre as Outras Tecnologias de Identificação


O uso da tecnologia automática de identificação (autoID) vem crescendo desde a metade do século passado e estão se tornando uma parte indispensável de nossa vida diária.

O sistema de identificação de produtos conhecido por código de barras teve origem nos EUA, em 1973, com o código UPC (Universal Product Code) e, em 1977, esse sistema foi expandido para a Europa através do EAN (European Article Numerical Association). é um código binário que compreende barras em preto e aberturas em branco arranjadas em uma configuração paralela de acordo com um padrão predeterminado e representam os elementos de dados que referenciam a um símbolo associado. A sequência, composta de barras largas e estreitas e de aberturas, pode ser interpretada alfanumérica e numericamente. Sua leitura é feita pela exploração óptica do laser, isto é, pela reflexão diferente de um feixe de laser das barras do preto e das aberturas brancas. Entretanto, apesar de seu princípio físico permanecer o mesmo até hoje, há algumas diferenças consideráveis entre as disposições do código nos aproximadamente dez tipos diferentes de códigos de barra atualmente em uso.

 

O código de barras mais popular é o EAN, que foi projetado especificamente para cumprir as exigências da indústria de mantimentos. O código EAN, que representa um desenvolvimento do UPC dos EUA, é composto por 13 dígitos: o identificador do país, o identificador da companhia, o número do artigo do fabricante e um dígito de verificação.

 

O código EAN8 é um tipo de código de barras comumente utilizado no Brasil em embalagens que dispõem de espaço restrito, conforme figura abaixo. No Brasil, os três primeiros dígitos representam o prefixo EAN/UCC (European Article Numbering/ Uniform Code Council) licenciado pelo GS1. Os quatro dígitos seguintes referenciam o item e são determinados também pelo GS1. O último dígito é um dígito verificador.

O código de barras EAN8 consiste em uma sequencia de barras pretas e brancas que representam o código do produto. Cada dígito é representado por 7 barras pretas ou brancas que são decodificadas. Para dígitos à esquerda das barras centrais, utilizase a Figura a, e a direita, utilizase a Figura b. Cada barra branca representa o bit 0 e cada barra preta o bit 1. As três barras iniciais (lado esquerdo), cinco barras do centro e as três barras do final representam barras de guarda.

Um dos problemas com o código de barras é que se pode fazer a varredura de apenas um objeto de cada vez. Além disso, uma quantidade limitada de dados é armazenada no código deixando de lado informações importantes como número de série original, data de expiração ou validade, ou outra informação pertinente. A leitora de código de barras necessariamente tem que estar em contato visual com o código para efetuar sua leitura, logo, ocorrem erros de leitura caso o artigo codificado esteja empoeirado, sujo ou com algum defeito em sua etiqueta de identificação. Uma grande vantagem é

o baixo custo de implementação e manutenção, bastando a impressão das etiquetas codificadas e um dispositivo de leitura. Atualmente, temse uma exelente infraestrutura para essa aplicação.

Quanto à leitura óptica, temse, ainda, o OCR (Optical Character Recognition) que foi usado primeiramente, nos anos 60, com o objetivo de criar ou reconhecer caracteres de modo que pudessem ser lidos de maneira normal por uma pessoa ou de modo automático por uma máquina. Como exemplo de aplicação do OCR, temse a ferramenta disponibilizada nos scanners que reconhecem os caracteres de texto e os enviam para um editor de texto. Uma importante vantagem do OCR é sua elevada densidade de informação e possibilidade de leitura dos dados de modo visual em regime de emergência, no caso de problemas com a leitura óptica.

Hoje, o OCR é usado na produção, em atividades administrativas, GED e também nos bancos para o registro dos cheques (os dados pessoais, como número do cheque e nome do cliente, são impressos na linha inferior de um cheque do tipo OCR). Entretanto, os sistemas de OCR não se tornaram universalmente aplicáveis devido ao elevado custo e complexidade dos dispositivos de leitura.

Em cartões de memória (Memory Cards), geralmente usase uma EEPROM (Electronic Erasable Programmable Memory), que é acessada usando uma lógica sequencial (máquinas de estado). é também possível incorporar algoritmos simples de segurança. A funcionalidade da memória pode ser otimizada para uma aplicação específica e a flexibilidade da aplicação é altamente limitada, mas, por outro lado, os cartões de memória possuem uma boa relação custobeneficio.

Os cartões microprocessados são muito usados em aplicações que necessitam de uma maior segurança, como os smartcards para telefones móveis GSM e os cartões de crédito com chip. A opção de programar os cartões microprocessados facilita a adaptação rápida à novas aplicações que vão surgindo a cada dia, o que representa uma grande vantagem devido a sua flexibilização mesmo com um custo relativamente alto, pois seu tempo de vida é longo.

A tecnologia smart card consiste em um cartão de plástico com um chip que contém uma memória ROM e, em alguns modelos, possui, além da memória, um microprocessador. Na memória ROM, encontrase o sistema operacional próprio de cada fabricante. A capacidade dos cartões varia de alguns bytes até alguns kilobytes, dependendo do chip, do fabricante e do tipo de aplicação. Assemelhase em forma e tamanho a um cartão de crédito convencional de plástico com tarja magnética. Além de ser usado em cartões bancários e de identificação pessoal, é encontrado também nos celulares GSM. Os smart cards não utilizam fonte de alimentação própria, pois a energia necessária para o seu funcionamento, bem como o relógio de sincronismo para a transmissão de dados, é proveniente do dispositivo de leitura.

Os smart cards oferecem diversas vantagens se comparados aos cartões de tarja magnética. Por exemplo, a capacidade de armazenamento de um smart card é maior que a de um cartão de tarja magnética. Microchips com mais de 256 kB de memória está atualmente disponíveis. Também é possível construir uma variedade de mecanismos de segurança, conforme as exigências específicas de determinada aplicação.

O smart card foi inventado nos anos 70 na França, a partir de onde se espalhou para a Europa. Aos poucos, essa tecnologia está sendo utilizada no mundo inteiro. No Brasil, as aplicações com smart card começaram em meados de 1995 e, atualmente, existem vários projetos em operação.

A arquitetura de um smart card pode ser dos tipos cartão de memória e cartão com microprocessador.

O primeiro tipo consiste em cartões de armazenagem de informações e, dependendo da tecnologia empregada, podem ser descartáveis ou reutilizáveis.

Os cartões de memória possuem as seguintes características:

  • nível de segurança baixo, utilizados para uma única aplicação
  • utilizados para aplicações mais simples, por exemplo, telefonia
  • baixo custo de produção e operação

O segundo tipo de cartão é o "verdadeiro" smart card, pois contém uma CPU, além da área de memória.

Os cartões microprocessados possuem as seguintes características:

  • nível de segurança maior que o cartão de memória
  • podem ser com contato, sem contato, ou combinados
  • comporta mais de uma aplicação e possuem um custo relativamente maior que

o cartão contendo apenas memória.

Nos cartões de contato, o acesso aos dados e aplicações do smart card ocorre através de contato físico com o dispositivo de leitura. Exige que o cartão seja inserido no dispositivo. Atualmente, seu uso está direcionado a cartões de fidelidade e cartões de crédito.

O acesso aos dados e aplicações nos cartões sem contato (contactless) acontece sem contato físico entre o chip e o dispositivo de leitura através de radiofrequência.

São utilizados para aplicações cujas transações devem ser rígidas, como controle de acesso, transporte público e pedágios.

Os cartões combinados e cartões híbridos combinam os dois tipos de interface, visando à integração de aplicações de contato e sem contato em um mesmo cartão.

Diferem pelo fato de que os cartões combinados possuírem uma área de memória em comum, enquanto os cartões híbridos simplesmente têm o mesmo chip.



Devido ao fato de sistemas RFID produzirem e radiarem ondas eletromagnéticas, eles são classificados como sistemas de radiofrequência (RF). Portanto, é necessária a determinação das faixas do espectro de frequência para que não haja interferências de outros serviços de rádio no sistema RIFD. Da mesma forma, o sistema RFID não pode interferir nos sistemas de rádio, celular ou televisão.

Na implementação de um sistema de identificação por radiofrequência, é necessário considerar os espectros de frequência dos outros sistemas de rádio, pois estes restringem de forma significativa na operação dos sistemas de RFID. Por esta razão, utilizamse, em geral, frequências que foram reservadas especificamente para aplicações industriais, científicas ou médicas. Tais frequências são conhecidas como faixa de frequência ISM (IndustrialScientificMedical) que também são utilizadas para aplicações em RFID.

O gráfico abaixo mostra a divisão entre os tipos de frequência, mostrando seu valor de f (frequência), (Lambda) que é o comprimento da onda, e sua classificação. VLF é Very Low Frequency (Frequência Muito Baixa), LF é Low Frequency (Frequência Baixa), MF é Medium Frequency (Frequência Média), HF é High Frequency (Frequência Alta), VHF é Very High Frequency (Frequência Muito Alta), UHF é Ultra High Frequency (FrequênciaUltra Alta), SHF é Super High Frequency (Frequência Super Alta), EHF é Extremely High Frequency (Frequência Extremamente Alta).

Além das frequências ISM, as frequências abaixo de 135 kHz, na América do Norte, e abaixo de 400 kHz, no Japão, também são utilizadas, pois possibilitam trabalhar com intensidades elevadas de campo magnético, principalmente em sistemas RFID de acoplamento indutivo.

Cada faixa de frequência tem seus prós e contras devido ao tamanho da onda e devida frequência, o que implica em atributos como alcance do sinal, qualidade e uso.

Frequência entre 9 kHz e 135 kHz

A faixa de frequência abaixo de 135 kHz não é muito utilizada por serviços de radiofrequência porque não foi reservada como faixa de frequência ISM. Além disso, as condições de propagação nessa faixa de frequência permitem que as ondas de rádio alcancem grandes áreas, com raio em torno de 1.000 km, a um custo relativamente baixo. Tais ondas são conhecidas como Long Waves. A fim de impedir interferências entre os sistemas de radiofrequência, a Europa definiu uma faixa de frequência destinada a aplicações de RFID entre 70 kHz e 119 kHz. é usada principalmente por dispositivos militares e marítmos.

Frequência entre 6,765 MHz e 6,795 MHz

A faixa de frequência entre 6,765 MHz e 6,795 MHz está dentro do espectro das ondas curtas cuja distância de propagação é de alguns quilômetros (em torno de 100 km) durante o dia, e durante a noite, é possível a propagação transcontinental. A faixa de frequência destinada às ondas curtas é utilizada por uma grande quantidade de serviços de rádio. Há pretensões da criação de uma faixa para ISM.

Frequência entre 13,553 MHz e 13,567 MHz

Esta faixa de frequência esta posicionada no meio da faixa de ondas curtas, que variam de 3 MHz a 30 MHz. As condições de propagação nesta faixa de frequência permitem conexões transcontinentais durante qualquer período do dia. Esta faixa também é utilizada por uma variedade de serviços de rádio e telecomunicações ponto a ponto (PTP ­ Peer To Peer), além de outras aplicações ISM como, por exemplo, sistemas de controle remoto, modelos controlados por rádio e pagers de rádio e sistemas RFID indutivos.

Frequência entre 26,565 MHz e 27,405 MHz

A faixa de frequência entre 26,565 MHz e 27,405 MHz é alocada para a Faixa do cidadão (CB Citizens´ Band) no continente Europeu, nos EUA, no Canadá e no Brasil onde é regulamentada pelo Decretolei N° 47/2000.

A faixa do cidadão é um serviço de radiocomunicação de uso privativo, destinado às comunicações multilaterais de caráter utilitário recreativo ou profissional de titulares de estações de radiocomunicações de pequena potência, que funcionem exclusivamente nessas frequências coletivas.

Ao instalar sistemas de 27 MHz para aplicações industriais em RFID, devese observar todos os equipamentos de alta frequência que estiverem situados na vizinhança do sistema em questão, pois estes equipamentos podem interferir na operação dos sistemas RFID que operarem nesta mesma frequência. Ao planejar sistemas RFID de 27 MHz para hospitais (por exemplo, sistemas de controle de acesso), a consideração deve ser dada a todo o instrumento médico que estiver operando nesta faixa de freqência na vizinhança do dispositivo de leitura.

Frequência entre 40,660 MHz e 40,700 MHz

Essa faixa de frequência é situada na extremidade mais baixa faixa do VHF. A propagação das ondas é limitada à proximidade da superfície da terra (Ground Wave) e a atenuação devido aos edifícios e aos outros obstáculos é menos marcante. A faixa de VHF é ocupada por sistemas móveis de comunicação, transmissão de televisão, telemetria e controle de modelo rádiocontrolado.

Nenhum sistema RFID opera nessa faixa de frequência, devido ao sinal, para este tipo de sistema, ser significativamente menor que para sistemas RFID operando em outras frequências. O comprimento de onda de 7,5 m nessa faixa é inadequado para a construção de tags pequenos e baratos, sendo preferível usar outras frequências que permitem um alcance melhor a um custo mais baixo. Porém há uma faixa ISM nela.

Frequência entre 430,000 MHz e 440,000 MHz

Esta faixa de frequência está mundialmente destinada para serviços de rádioamadores na transmissão de voz e dados através de estações de rádio terrestres ou satélites. A propagação das ondas eletromagnéticas na faixa de UHF sofre atenuação e reflexão devido à presença de obstáculos. Dependendo do método e da potência de transmissão, os sistemas utilizados por rádioamadores conseguem alcançar distâncias entre 30 e 300 quilômetros, sendo que as conexões mundiais podem ser feitas através do uso de satélites.

A faixa de frequência ISM (433,05 434,790 MHz) está localizada no meio da faixa destinada aos rádioamadores. Tal faixa é ocupada por várias aplicações ISM, as quais compreendem os sistemas RFID por espalhamento (backscatter), os transmissores de telemetria (para aplicações domésticas, por exemplo, termômetros externos, sensores sem fio etc.), telefones sem fio, walkietalkies, comunicadores de bebês, alarmes para veículos e muitas outras aplicações. A interferência mútua entre as várias aplicações de ISM é comum nesta faixa de frequência.

Frequência 869.0 MHz

Usada nos SRDs (Short Range Devices), dispositivos de curto alcance, como portões automáticos e modelos rádiocontroláveis.

Frequência 915.0 MHz

Fora da Europa, esta faixa pode ser usada em sistemas RFID (backscatter).

Frequência entre 2,400 GHz e 2,4835 GHz

Na faixa de microondas, que é utilizada por serviços de transmissões em telecomunicações e radiodifusão (Continente Europeu), ocorrem interferências e sobreposições devido a reflexões em obstáculos. A onda eletromagnética é fortemente atenuada quando penetra em paredes e outros obstáculos. Além dos sistemas RFID por espalhamento (backscatter), nesta faixa de frequência temse, ainda, algumas aplicações típicas de ISM como transmissores para telemetria e redes sem fio para computadores (wireless network).

 
Frequência entre 5,725 GHz e 5,875 GHz

De modo semelhante à faixa de 2,400­2,4835 GHz, as aplicações típicas são os sensores de movimento, que podem ser usados para detectar presença e efetuar a abertura de portas (nas lojas de departamento), torneiras ou ventiladores sem contato, usado em alguns banheiros, além de outras aplicações para sistemas RFID.

Pode ser usada por sistemas de RFID, porém não existe nenhum. Frequência usada para, entre outras coisas, recursos via satélite ou sistemas de rádio direcionais para transmissão de dados.

No Brasil segundo as regulamentações da ANATEL o RFID UHF trabalha no espectro de 902 ~ 907.5 MHz e de 915 ~ 928 MHz.


1.6. Padrões

Os sistemas de identificação por frequência de rádio estão categorizados na regulamentação sobre equipamentos de radiocomunicação de radiação restrita, o qual está no anexo da Resolução ANATEL N° 365, de 10 de maio de 2004. Este regulamento tem por objetivo caracterizar os equipamentos de radiação restrita e estabelecer as condições de uso da radiofrequência para que os dispositivos possam ser utilizados com dispensa da licença de funcionamento e a liberação da necessidade de outorga de autorização de uso de radiofrequência.

A finalidade da padronização é definir as características de operação e funcionamento de equipamentos para que fabricantes distintos possam produzir dispositivos com características comuns. Ou seja, é por meio da padronização que várias tecnologias podem sobreviver em um mesmo universo. Os maiores fabricantes de RFID oferecem sistemas proprietários, os quais resultam numa grande diversidade de protocolos e de sistemas para uma mesma planta industrial.

Antes de entender os padrões, é necessário conhecer a GS1 e a EPC Global Inc. Segundo seu próprio site, a GS1 teve suas atividades iniciadas em 1969, quando membros da Grocery Manufacturer´s of America (GMA) e da National Association of Food Chains encontraramse para expressar a necessidade de um código de produto interindustrial.

A GS1 é uma organização mundial dedicada a desenvolver e implementar padrões internacionais e soluções para melhorar a eficiência e visibilidade entre múltiplos setores de suprimentos e cadeias de demanda globais. Formada a partir da UCC (Uniform Code Council) e da EAN International, em fevereiro de 2005 iniciou suas atividades no mundo inteiro, e a GS1 é desde então a organização que controla a padronização do EPC (Electronic Product Code), que será abordada na seção seguinte.

A EPC Global Inc é uma organização global mantida por indústrias e que trabalha na regulamentação do EPC, Electronic Product Code, Código Eletrônico de Produtos. O EPC, segundo o site da EAN Brasil, entidade vinculada à EPC Global Inc:

“... define uma nova arquitetura que utiliza recursos oferecidos pela tecnologia de radiofrequência, e serve de referência para odesenvolvimento de novas aplicações. Tem como premissa fazer uso completo das mais recentes infraestruturas como é a Internet, significando uma mudança de conceito na identificação, e principalmente no intercâmbio de informações. O EPC agiliza os processos e permite dar maior visibilidade aos produtos por meio da disponibilização de informações superior ao que se alcança hoje com as tecnologias disponíveis e utilizadas. é o rastreamento total, não somente de um processo ou de uma empresa, mas de cada produto individual aberto a toda a cadeia de suprimentos.".

[EAN Brasil, EPC - Código Eletrônico de Produto]

O sistema EPC tem uma estrutura lógica bem básica. Um produto contendo o seu EPC, que é um número único e que obedece a determinadas regras, é lido pela leitora e então passado ao sistema que irá administrar informações como fabricante, data de fabricação, data de entrega, entre outras.

Cabeçalho: Identifica o comprimento, tipo, estrutura, versão e geração do EPC.

Número do Gerenciador EPC: Entidade responsável por manter as partições subsequentes.

Classe do Objeto: Identifica a classe do objeto.

Número de Série: Identifica a instância.

O EPCglobal é o novo conjunto de Normas Globais do Sistema GS1 que combina a tecnologia de RFID com as infraestruturas de rede de comunicação já existentes e com o EPC Electronic Product Code (Código Electrónico de Produto) para identificar e localizar, de forma imediata e automática, um item ao longo das cadeias de valor. Em outras palavras, o EPCglobal através da EPC Network permite a integração do EPC, do RFID e das tecnologias da Internet para alcançar a visibilidade em tempo real dos itens na cadeia de valor.

A GS1 EPC funciona como chave de acesso para a comunicação entre os parceiros de negócio, que ultrapassando os processos comerciais e as barreiras culturais, pretende facilitar e assegurar corretamente um serviço de pesquisa de produtos pela sua classificação, segundo uma linguagem universal, para processos de negócio colaborativos.

O objetivo da Norma GS1 EPC não é substituir os esquemas de classificação já existentes e implementados nas empresas, mas sim, interligálos com a GS1 EPC através de tabelas de relação.

Neste contexto, os benefícios da GS1 EPC podem ser reconhecidos numa variedade de áreas e tipos de cadeias de valor, porque permite:

  • Facilitar o comércio eletrônico, nomeadamente nos processos de Subscrição/ Publicação/ Validação.
  • Eliminar as atividades redundantes melhorando a precisão na organização.
  • Possibilitar o levantamento dos diferentes parceiros comerciais ou dos prestadores de serviços, reduzindo os custos.
  • Fornecer uma linguagem global para comunicar a informação do produto entre parceiros comerciais, locais, regionais, transnacionais e entre as indústrias.
  • Proporcionar um mecanismo simples de procura com resultados consistentes.
  • Complementar a relação entre comprador/vendedor.
  • Melhorar a integridade dos dados e reduzir o custo de organização e manutenção da informação sobre os artigos.
  • Providenciar uma informação sobre o produto mais precisa aos prestadores de serviços.
  • Agrupar os produtos de acordo com atributos específicos da categoria.
  • Tornar possível a negociação com todos os produtores de uma forma padronizada.

Os sistemas de RFID são descritos pela EPC Global Inc em duas Classes: 0 e 1.

Cada uma com especificações e particularidades distintas, os textos aqui descritos são de origem da própria EPC Global Inc, e vale lembrar que nenhum deles foi completamente fechado, todos ainda podem sofrer algum tipo de alteração por estarem em constante atualização.

Classe 0

Segundo descrito em próprio documento do Auto ID Center do MIT, datado de 23 de Fevereiro de 2003, os tags de classe 0 serão mais comumente usados no gerenciamento de cadeias de suprimento, como terminais de caixa de supermercado e armazéns, nas atividades quais as verificações gerais de operação em supermercados são proeminentes. Este tipo de tags são programados nas fábricas e são do tipo passivos (não contém uma fonte própria de energia).

Funções requeridas:

  • Ser programada na fábrica com EPC, kill code de 24 bits e opcionalmente outros dados.
  • Ser lida pelo leitor.
  • Ser selecionada como um grupo de tags relacionados.
  • Ser destruída individualmente.

Fatores de performance:

  • Regulamentações de Compatibilidade Eletromagnética. O principal impacto é na escolha de um algoritmo anticolisão viável que possa ser empregado em UHF.
  • Regulamentações para exposição humana a campos eletromagnéticos.
  • Tamanho da antena do tag. é preciso um ajuste para que os tags pequenos tenham uma melhor eficiência. Minimizar a força e maximizar a performance (backscatter).
  • Parâmetros de Comunicação para a interface aérea (air interface). Comunicação compacta e com um nível apropriado de segurança para a leitura do EPC.
  • Algoritmo anticolisão para a leitura de múltiplos tags. O número de tags que podem ser lidos em um mesmo segundo é de grande importância. São usados algoritmos de escaneamento de árvores binárias.

Design:

  • Deve permitir a produção de tags a um custo muito baixo.
  • A sinalização e operação dos tags devem suportar a seleção de grupo de tags por uma combinação de código de versão, gerenciador de domínio e classe do objeto.
  • A sinalização e operação do sistema devem permitir uma alta entrada de tags por segundo.
  • O design deve permitir um bom alcance para funcionamento do tag.
  • O design deve ter uma tolerância de sistemas de leitura de tags similares nas redondezas.

Quanto ao algoritmo anticolisão, é usado geralmente uma árvore binária, sendo escaneada por um método é chamado de “reader talks first" (leitor fala primeiro).

Este protocolo de implementação resolve a disputa entre os tags, por isto é também livre de colisões, negociando os dados dos vários tags.

No mesmo documento, em resumo, podese dizer que as características da solução são: satisfazer os objetivos de design descritos, ser compatível com a grande variedade de tags EPC e futuras versões, permitir uma grande quantidade de operações com o tag e não diminuir a velocidade com o aumento do número de tags. Os tags podem ser destruídos, fabricação em baixo custo e ser adaptativa sob as atuais regulamentações americanas e européias.

Classe 1 13.56 MHz ISM Band

A Classe 1, que tem como principio comunicar um identificador único e outras informações requeridas para obter um identificador único durante o processo de comunicação.

Toda esta seção é baseada no documento do MIT AutoID Center, de Maio de 2003. A ISM (Industrial, Scientific and Medical, Industrial, Médica a Científica) band é uma faixa de frequência reservada internacionalmente para aplicações nãocomerciais.

Funções Requeridas:

  • Ser programada com o EPC e possivelmente outros dados.
  • Ser lida pelo interrogador (leitor).
  • Ser selecionada como parte de um grupo de etiquetas relacionadas.
  • Ser destruída individualmente.

Fatores de performance:

  • Natureza do gerador do campo de interrogação: Geralmente a etiqueta funcionará no campo mais próximo, mas em alguns casos, estará em um campo mais distante.
  • Regulamentações para exposição humana a campos eletromagnéticos.
  • Tamanho da antena do tag: é preciso um ajuste para que pequenos tags tenham uma melhor eficiência e que o mínimo de força seja requerido para o funcionamento do tag.
  • Confiabilidade da leitura, gravação e destruição do tag.
  • Parâmetros de Comunicação para a interface aérea (air interface): Comunicação compacta e com um nível apropriado de segurança para a leitura do EPC.
  • Algoritmo anticolisão para a leitura de múltiplas tags: O número de tags que podem ser lidas em um mesmo segundo é o grande impacto. São usados algoritmos de escaneamento de árvores binárias.

Design:

  • Permitir produção a custo muito baixo.
  • As especificações devem ser aplicadas a todas as variedades de etiquetas EPC de AltaFrequência.
  • A sinalização e operação dos tags devem suportar a seleção de grupo de tags por uma combinação de código de versão, gerenciador de domínio e classe do objeto.
  • A sinalização e operação do sistema devem permitir uma alta entrada de tags por segundo.
  • Alcançar um bom alcance de operação, que depende do tamanho da antena.
  • O design deve ter uma tolerância de sistemas de leitura de tags similares nas redondezas.
  • Não permitir interferência entre etiquetas desenhadas para este padrão e etiquetas desenhadas para os padrões ISO de altafrequência.
Classe 1 860930 MHz

Conforme uma publicação de Novembro de 2002, a Classe 1, como descrito anteriormente, tem como principio comunicar um identificador único e outras informações requeridas durante o processo de comunicação. Porém, este sistema não se utiliza da Banda ISM, e sim de uma faixa de frequência entre 860MHz e 930MHz.

Um tag da Classe 1 contém um identificador único, corretor e identificador de erros e uma pequena senha. O identificador único é um número EPC válido, o corretor e detector de erros é um CRC (Cyclic Redundancy Check), e o documento não especifica restrições para a senha.

Classe 1 Gen2

Em um documento mais recente, de Fevereiro de 2005, a EPC Global Inc determina que os sistemas da Classe 1 Geração 2, trabalham a uma faixa de frequência de 860MHz a 960MHz, são do tipo passivos (trabalham por backscatter) e são do tipo ITF (Interrogatortalksfirst, interrogadorfalaprimeiro).

Segundo mesmo documento, o qual descreve toda esta seção, as leitoras devem:

  • Conhecer os requisitos do protocolo.
  • Implementar os comandos principais definidos no protocolo.
  • Modular (transmitir) e demodular (receber) um conjunto suficiente de sinais elétricos definidos na camada de sinalização do protocolo conforme os tags e todas as regulamentações de sinais de rádio locais.

Podem:

  • Implementar quaisquer subconjuntos de comandos opcionais definidos no protocolo.
  • Implementar quaisquer comandos proprietários ou próprios dedes que estejam de acordo com o protocolo.

Não devem:

  • Implementar quaisquer comandos que entrem em conflito com o protocolo.
  • Requerer usando comandos proprietários ou próprios as exigências do protocolo.

Quanto aos tags, eles devem:

  • Conhecer os requisitos do protocolo.
  • Implementar os comandos principais definidos no protocolo.
  • Modular um sinal refletido (backscatter) somente de receber um comando de requisição do interrogador.
  • Estar em conformidade com todas as regulamentações de rádio locais.

Os tags podem:

  • Implementar quaisquer subconjuntos de comandos opcionais definidos no protocolo.
  • Implementar quaisquer comandos proprietários ou próprios dedes que estejam de acordo com o protocolo.

Os tags não podem:

  • Implementar quaisquer comandos que entrem em conflito com o protocolo.
  • Requerer usando comandos proprietários ou próprios as exigências do protocolo.
  • Modular um sinal refletido (bakcscatter) sem este ser sido comandado (requerido).

A ISO, união internacional das instituições nacionais de padronizações tem em seu comitê técnico também a responsabilidade de desenvolver os padrões para os sistemas RFID.


1.7 Arquitetura RFID

2.1. Princípios de Funcionamento de um Sistema RFID.

Os sistemas RFID são classificados em duas principais categorias: 1bit tag e nbit tag.

Os sistemas 1bit funcionam, basicamente, por meio de fenômenos físicos e se subdividem em 5 categorias.

Os sistemas nbit são subdivididos conforme o mecanismo de transmissão de dados. Neste tipo de sistema existe um fluxo de informações entre o tag e o dispositivo de leitura.

Sistemas 1bit tag.

Os sistemas 1bit transponder trabalham com apenas dois estados:

  • Ativado significa que o tag encontrase na zona de leitura do receptor.
  • Desativado não há presença do tag na zona de leitura.

Todos os 5 tipos de sistemas de 1bit seguem essa mesma idéia de identificação por estados.

Sistema de 1bit por radiofrequência.

Este mecanismo é baseado em circuitos ressonantes, contidos nos tags passivos. O dispositivo de leitura gera um campo magnético alternado na faixa de radiofrequência em torno de 8,2 MHz. A região de atuação do campo é controlada por meio da potência fornecida à bobina do dispositivo de leitura. Se o tag estiver na região de atuação do dispositivo de leitura, a energia proveniente do campo alternado gerado pelo dispositivo de leitura induz uma corrente no circuito LC do tag. Se a frequência do dispositivo de leitura combinar com a frequência de ressonância do circuito LC contido no tag, o sistema ressonante responde com uma pequena mudança na tensão entre os terminais da bobina (antena) do dispositivo de leitura (gerador).

A magnitude dessa queda de tensão depende da separação entre as bobinas do dispositivo de leitura e do tag, e do fator de qualidade Q do circuito ressoante formado pelo sistema (gerador e tag).

Como as variações na tensão das bobinas do dispositivo de leitura ou do sensor são geralmente baixas e, portanto, difícil de serem detectadas, o sinal deve ser livre de interferência.

Nesse caso, a frequência do campo gerado varia entre um valor mínimo e um valor máximo. O sistema começa a oscilar sempre que a frequência varrida pelo gerador corresponder a frequência de ressonância do tag, produzindo uma queda de tensão nas bobinas do gerador e do sensor, se este for utilizado.

Tal queda de tensão é percebida e utilizada para sinalizar a presença do tag na região de leitura.

Esse tipo de sistema é muito usado em lojas de departamentos e supermercados como sistemas antifurto.

O gráfico abaixo mostra o comportamento da impedância nos terminais da bobina do dispositivo de leitura para esse tipo de sistema, onde a frequência do campo varia entre um valor mínimo e um valor máximo.

No momento em que as frequências se cruzam, ocorre uma variação na impedância da bobina do dispositivo de leitura e, consequentemente, uma queda na tensão entre seus terminais.

Os tags podem ser destruídos por um campo magnético suficientemente intenso, de modo que a tensão induzida destrua o capacitor contido no tag.

Sistema de 1bit por microondas.

Este também é um sistema utilizado em lojas de departamento, porém trabalha na faixa de microondas explorando a geração de componentes harmônicas nãolineares.

Neste tipo de sistema normalmente são utilizados diodos, devido a sua característica nãolinear de armazenar energia. O número e a intensidade das harmônicas dependem da característica do diodo capacitivo utilizado. O layout de um sistema 1bit tag por microondas é muito simples: um diodo é conectado a uma antena dipolo projetada para a frequência da portadora. Em geral, a frequência da portadora para sistemas desse tipo é ƒp = 2,45 GHz e o comprimento do dipolo 6 cm. Também são usadas as frequências de 5,6 GHz e 915 MHz (Europa) como portadoras.

O funcionamento ocorre quando o tag está na zona de leitura e, devido ao campo elétrico alternado, flui uma corrente pelo dipolo até o diodo que, por sua vez, gera e radia, em geral, os 2° e 3° harmônicos da frequência da onda portadora. O dispositivo de leitura é capaz de perceber a frequência dos harmônicos a que foi ajustado. Para garantir maior segurança e precisão ao sistema, fazse uso da modulação em amplitude ou em frequência (ASK ou FSK) da onda portadora. Assim, as harmônicas terão a mesma modulação, permitindo que o sinal esteja livre de interferência do meio externo.

No exemplo acima a onda portadora foi modulada em ASK com 1 kHz e a frequência da portadora é ƒp = 2,45 GHz. Portanto, o segundo harmônico é de 4,9 GHz e o terceiro de 7,35 GHz. Considerando que o dispositivo de leitura esteja ajustado para o segundo harmônico e que o tag esteja na zona de leitura, o alarme é ativado.

Sistema de 1bit por divisão de frequência.

Este tipo de sistema opera em uma grande faixa de frequencia: de 100 Hz a 135,5 kHz. O tag e constituido por uma bobina, um circuito ressonante e um microchip que tem por função dividir por 2 a frequência da portadora e reemitir o sinal para o dispositivo de leitura que fará a identificação e execução da aplicação. O processo é semelhante ao do sistema anterior, porém com uma redução da frequência da portadora pela metade. Também é utilizado modulação na amplitude ou na frequência (ASK ou FSK) a fim de melhorar o desempenho do sistema.

Sistema 1bit por efeito eletromagnético.

Este tipo de sistema utiliza campos magnéticos na faixa de frequência entre 10 Hz e 20 kHz. Os tags são constituídos por uma fita delgada de material magnético amorfo cuja curva típica de histerese deve ser semelhante a do gráfico abaixo. A magnetização dessa fita é periodicamente revertida e a saturação magnética ocorre quando a fita é submetida a um intenso campo magnético alternado. A característica nãolinear entre o campo magnético H e a densidade de fluxo magnético B, próximo à saturação, mais a mudança repentina da densidade de fluxo magnético B na vizinhança do campo H igual a zero, produz componentes harmônicas na frequência de operação do tag.

O sistema por efeito eletromagnético pode ser melhorado sobrepondose seções adicionais de sinal com frequência mais elevadas sobre o sinal principal, ou seja, a nãolinearidade da curva da histerese do material ferromagnético, além dos harmônicos, sinaliza também seções com frequência da soma e da diferença dos sinais fornecidos. Por exemplo, dado um sinal principal com frequência (ƒs) de 20 Hz

e os sinais adicionais (ƒ1) de 3,5 kHz e (ƒ2) de 5,3 kHz são gerados os seguintes sinais de primeira ordem:

ƒ1+ ƒ2 = 8,80 kHz ƒ2ƒ1 = 1,80 kHz ƒs+ ƒ2 = 1,82 kHz . . .

Assim, o dispositivo de leitura reagirá com a frequência harmônica básica e também com a soma ou a diferença dos sinais extras, o que garante maior confiabilidade ao sistema.

Devido a sua baixa frequência de operação, são os únicos sistemas para produtos que contem metal, porém existe a desvantagem de depender da posição do tag presente na região de interrogação do dispositivo de leitura. As linhas de campo magnético do tag devem estar verticalmente arranjadas através da fita de metal amorfo.

Esse tipo de sistema e muito utilizado em loja de departamentos e bibliotecas devido ao baixo custo do dispositivo de leitura e do tag. O tag é muito pequeno e, portanto, pode ser escondido dentro da capa de um livro ou atrás da etiqueta de algum produto.

Outro fator importante e que esse tipo de tag pode ser ativado e desativado por inúmeras vezes através da magnetização e desmagnetização.

Sistema 1bit por efeito acústicomagnético.

Semelhante ao sistema por efeito eletromagnético, o sistema que opera por fenômeno acusticomagnético utiliza duas fitas de material magnético amorfo. Neste caso, porem, o efeito considerado e o da magnetostrição, que é a vibração decorrente das variações interatômicas, ou seja, a distância entre os átomos varia com o campo magnético alternado aplicado na direção longitudinal. A amplitude da vibração e alta quando a frequência do campo magnético e igual a frequência de ressonância (acústica) da fita de metal.

Quando o tag se encontra na região de leitura do transmissor e do sensor, as fitas de metal começam a oscilar devido a influência do campo magnético. A oscilação na frequência de ressonância do material é facilmente percebida pelo dispositivo de leitura. A vantagem deste sistema em relação ao anterior e que a desmagnetização da fita só pode ser feita por um campo magnético intenso e com um decaimento lento na magnitude do campo magnético aplicado.

Sistemas nbit tag.

Nos sistemas nbit tag existe, de fato, uma comunicação e transmissão de dados entre os dispositivos de leitura e os respectivos tags. Tais sistemas podem ser passivos ou ativos e a transmissão de dados entre eles pode ser do tipo full duplex, half duplex ou sequencial.

Na transmissão de dados full duplex (FDX), a informação e enviada nos dois sentidos e de forma simultânea, portanto, não existe perda de tempo com turnaround (operação de troca de sentido de transmissão entre os dispositivos). Um canal fullduplex pode transmitir mais informações por unidade de tempo que um canal halfduplex, considerandose a mesma taxa de transmissão de dados. Na transmissão half duplex (HDX), a informação e enviada nos dois sentidos, mas não de forma simultânea, ou seja, durante uma transmissão halfduplex, um dispositivo A será transmissor em determinado instante, enquanto um dispositivo B será receptor. Em outro instante, os papeis podem se inverter, por exemplo, o dispositivo A poderia transmitir dados que B receberia; em seguida, o sentido da transmissão seria invertido e B transmitiria para A, se os dados foram corretamente recebidos ou se foram detectados erros de transmissão. A operação de troca de sentido de transmissão entre os dispositivos é chamada de turnaround e o tempo necessário para os dispositivos chavearem entre as funções de transmissor e receptor e denominado turnaround time.

A transmissão de energia entre o leitor e o tag é continua para o FDX e para HDX, o que não ocorre para transmissão sequencial. Na transmissão sequencial, os dados e a energia não são transmitidos de forma continua e sim por determinado período de tempo (pulso).

Sistema nbit tag por acoplamento indutivo.

Um tag por acoplamento indutivo é constituído por um dispositivo eletrônico para armazenar os dados e uma bobina que funciona como antena. Em sua grande maioria, são elementos passivos que recebem a energia para seu funcionamento do dispositivo de leitura. O dispositivo de leitura gera um campo eletromagnético nas frequências de 135 kHz ou 13,56 MHz, que penetra na área da bobina do tag e induz uma tensão que e retificada e utilizada para alimentar o chip, que enviara de volta para o dispositivo de leitura o seu ID (código de identificação).

Paralelo a bobina do dispositivo de leitura e paralelo a bobina do tag, temse capacitores cuja finalidade e formar um circuito ressonante ajustado na frequência de operação do dispositivo de leitura. Esse tipo de montagem pode ser comparado a um transformador. O acoplamento entre as duas bobinas do sistema e muito fraco e a eficiência na transmissão de potencia entre as duas bobinas depende da frequência de operação, do numero de enrolamentos, da área da seção transversal do tag, do ângulo entre as bobinas e da distancia entre a bobina do tag e a bobina do dispositivo de leitura.

Para o funcionamento desse sistema como transformador de acoplamento, e necessário que a distancia entre as bobinas não exceda a 0,16? . Devido a essa característica, ele também e conhecido como sistema de proximidade. Seu funcionamento ocorre quando o tag esta na região de leitura (zona de interrogação) e sua frequência de ressonância corresponde a frequência do dispositivo de leitura. A resposta ao sistema de leitura pode ser representada por um transformador de impedância Zt na bobina (antena) do dispositivo de leitura, ou seja, ligando e desligando uma resistência de carga na bobina do tag, provocase uma alteração na impedância Zt e, portanto, a tensão VL no dispositivo de leitura varia.

Tal efeito funciona como uma modulação em amplitude da tensão VL no dispositivo de leitura em função do chaveamento da resistência de carga que e controlado pelos dados contidos no tag. Este tipo de transferência de dados e conhecido por modulação de carga ou load modulation.

Devido ao fraco acoplamento entre a bobina do dispositivo de leitura e a bobina do tag, as flutuações na tensão da bobina do dispositivo de leitura, que representa o sinal útil, são de magnitudes menores que a tensão de saída do dispositivo de leitura, por exemplo, para sistemas de 13,56 MHz o sinal útil tem uma amplitude de tensão em torno de 10 mV. Para detectar estas pequenas flutuações, e necessário utilizar circuitos eletrônicos complexos e caros.

A alternativa para contornar essa situação e utilizar a modulação de carga com subportadora (Load modulation with subcarrier), conforme o gráfico abaixo. O processo é feito através da comutação da resistência de carga em uma frequência ƒs = 212 kHz,

o que gera duas linhas espectrais em ƒt ± ƒs em torno da frequência central de transmissão ƒt = 13,56 MHz.

A transmissão de dados e feita com modulação ASK, FSK ou PSK ou, ainda, modulando a subportadora no tempo através do fluxo dos dados. O gráfico acima demonstra o sistema para geração da modulação de carga conduzida pelo chaveamento da resistência de carga do tag e a detecção do dispositivo de leitura através de subportadora.

O modelo abaixo mostra um sistema nbit tag por acoplamento indutivo, utilizando a modulação de carga com subportadora. Notase que a comutação da resistência de carga (impedância Zt composta pela indutância da bobina do tag, resistência do enrolamento da bobina e as capacitâncias C1 e Ct) é feita pelo chaveamento do transistor T1.

Sistema nbit tag por acoplamento eletromagnético.

Os sistemas por acoplamento eletromagnético (Backscatter) operam na faixa de UHF (868 MHz nos EUA e 915 MHz na Europa) e microondas (2,5 GHz ou 5,8 GHz), possuem longo alcance e, por operarem com comprimentos de onda relativamente curtos, possibilitam o uso de antenas com pequenas dimensões e de boa eficiência.

A potencia transferida para o tag deve ser maior ou igual a perda no espaço livre mais a potencia consumida pelo circuito eletrônico do tag. A perda no espaço livre e dada por:

Onde R é a distancia entre a antena do dispositivo de leitura e a antena (bobina) do tag, Gt, o ganho da antena do transmissor, GR, o ganho da antena do tag (receptor) e

ƒ, a frequência de transmissão.

A tecnologia de semicondutores permite a fabricação dos circuitos integrados do tag com consumo de potencia em torno de 50 µW [1]. Porém, para aplicações que exigem distancias maiores que 15 m ou operam com circuitos integrados com alto consumo de energia, é necessário a utilização de um tag ativo, ou seja, o uso de fonte de alimentação própria para suprir o consumo dos componentes e circuitos integrados que constituem o tag a fim de realizar a comunicação entre os dispositivos. Neste caso, fazse uso do modo standby, em que o tag é ativado somente quando se encontra na região de interrogação. Então o processo de transmissão dos dados contidos no tag para o dispositivo de leitura ocorre apenas em momentos discretos.

A transmissão de dados do tag para o dispositivo de leitura ocorre por meio da modulação do sinal refletido pela seção de espalhamento. Da tecnologia do radar, sabese que as ondas eletromagnéticas são refletidas por objetos com dimensões maiores que a metade do comprimento de onda. Também, a eficiência com que um objeto reflete ondas eletromagnéticas e descrita pela seção transversal de espalhamento e dos objetos que estão em ressonância com a frente de onda que os atinge. Da potencia P1, que e emitida pela antena do dispositivo de leitura para o tag, uma parcela e atenuada no espaço livre e a outra alcança a antena do tag. A tensão no dipolo e retificada pelos diodos D1 e D2 e é utilizada para ativar ou desativar o modo standby do tag. Essa tensão e usada também como uma fonte de alimentação para transmissão em distancias curtas.

A parcela da potencia que e refletida pela antena, retorna com o valor P2’, que varia de acordo com as características da reflexão da antena do tag, as quais são influenciadas pela variação da carga conectada a ela, e chega ao dispositivo de leitura um valor P2. A fim de transmitir dados do tag para o dispositivo de leitura, um resistor RL, conectado paralelamente a antena, é ligado e desligado conforme os dados contidos na memória do tag. Portanto, a amplitude da onda refletida do tag para o dispositivo de leitura é modulada por backscatter modulation.

Sistema nbit tag por acoplamento magnético (sistemas de proximidade).

Nos sistemas de proximidade, projetados para distancias entre 0,1 cm e 1 cm, o tag é inserido dentro do dispositivo de leitura. As aplicações que fazem uso deste tipo de sistema são conhecidas como touch and go.

A disposição funcional da bobina do tag e da bobina da leitora corresponde aquela de um transformador na qual o dispositivo de leitura e representado pelo enrolamento do primário e o enrolamento do secundário representa a bobina do tag.

Ao se introduzir o tag no dispositivo de leitura, a bobina do tag é posicionada precisamente na abertura existente no núcleo em forma de U. Uma corrente alternada de alta frequência no enrolamento do primário gera um campo magnético de alta frequência no núcleo e na abertura do arranjo em U. Quando o tag esta presente nesse espaço a tensão que é induzida em sua bobina e retificada sendo utilizada como fonte para o seu funcionamento.

Devido a tensão induzida na bobina do tag ser proporcional a frequência da corrente de excitação, a frequência selecionada para transferência de potencia deve ser tão elevada quanto possível. Na pratica, as frequências de operação estão entre 1 MHz e 10 MHz, a fim de manterse reduzidas as perdas no transformador. Para isso, e usado um material (ferrite) que seja apropriado para a frequência escolhida.

Os sistemas com acoplamento de proximidade são muito utilizados para tag constituídos com circuitos integrados contendo memória e microprocessador devido possuírem uma boa capacidade de fornecimento de potencia sendo, assim, capazes de alimentar tais dispositivos eletrônicos, os quais consomem mais energia.

A modulação de carga com subportadora também e usada para sistemas de proximidade por acoplamento magnético, no modelo acima, ou ainda para sistemas de proximidade por acoplamento capacitivo, no modelo abaixo, devido a pequena distancia que existe entre o tag e o dispositivo de leitura. Este tipo de sistema, muito utilizado em sistemas que utilizam smart cards, tem as características elétricas, mecânicas e de funcionamento descrita pela ISO10536.

Sistema nbit tag por acoplamento elétrico.

Nos sistemas de acoplamento elétrico, o dispositivo de leitura gera um campo elétrico de alta frequência e a sua antena consiste em uma placa condutora (eletrodo de placa plana). Quando uma tensão de alta frequência e aplicada ao eletrodo, um campo elétrico de alta frequência se forma entre o eletrodo e o potencial terra.

As tensões requeridas para esse sistema variam entre algumas centenas de volts e alguns milhares de volts, as quais são geradas no dispositivo de leitura pela elevação da tensão em um circuito ressonante. A antena do tag é composta de duas superfícies condutoras que se encontram em um mesmo plano.

Se o tag for colocado no campo elétrico do dispositivo de leitura, uma tensão elétrica é induzida entre os dois eletrodos do tag, suprindo a energia necessária para alimentação.

O circuito acima representa um sistema de acoplamento elétrico em seu modelo simplificado, funcionando como um divisor de tensão entre a capacitância do dispositivo de leitura e o tag (capacitância CRT) e a resistência de entrada do tag (RL) ou, ainda, com a capacitância entre o tag e o potencial terra (CTGND).

As correntes que fluem nas superfícies do eletrodo do tag são muito pequenas, consequentemente, nenhuma exigência particular e imposta para a condutividade do material do eletrodo. Porém, podese aumentar a distância de leitura do sistema variandose a capacitância CTGND.

Ao se colocar um tag por acoplamento elétrico na zona de interrogação do dispositivo de leitura, a impedância de entrada RL do tag em conjunto com a capacitância CRT atua como um circuito ressonante. O amortecimento do circuito ressonante pode ser comutado entre dois valores através do chaveamento do resistor de modulação RMod contido no tag. Por meio desse chaveamento, é gerada a modulação em amplitude da tensão presente na indutância L1 e da capacitância C1.

A modulação (chaveamento) deste resistor e feita de acordo com os dados que serão transmitidos para o dispositivo de leitura, sendo conhecida como modulação de carga (load modulation).

Sistema nbit tag por acoplamento elétrico.

Nos sistemas de acoplamento elétrico, o dispositivo de leitura gera um campo elétrico de alta frequência e a sua antena consiste em uma placa condutora (eletrodo de placa plana), conforme modelo abaixo.

Quando uma tensão de alta frequência e aplicada ao eletrodo, um campo elétrico de alta frequência se forma entre o eletrodo e o potencial terra. As tensões requeridas para esse sistema variam entre algumas centenas de volts e alguns milhares de volts, as quais são geradas no dispositivo de leitura pela elevação da tensão em um circuito ressonante. A antena do tag é composta de duas superfícies condutoras que se encontram em um mesmo plano.

Se o tag for colocado no campo elétrico do dispositivo de leitura, uma tensão elétrica e induzida entre os dois eletrodos do tag, suprindo a energia necessária para alimentação.

O circuito equivalente no modelo abaixo representa um sistema de acoplamento elétrico em seu modo simplificado, funcionando como um divisor de tensão entre a capacitância do dispositivo de leitura e o tag (capacitância CRT) e a resistência de entrada do tag (RL) ou, ainda, com a capacitância entre o tag e o potencial terra (CTGND).

As correntes que fluem nas superfícies do eletrodo do tag são muito pequenas, consequentemente, nenhuma exigência particular e imposta para a condutividade do material do eletrodo. Porém, podese aumentar a distancia de leitura do sistema variandose a capacitância CTGND.

Ao se colocar um tag por acoplamento elétrico na zona de interrogação do dispositivo de leitura, a impedância de entrada RL do tag em conjunto com a capacitância CRT atua como um circuito ressonante. O amortecimento do circuito ressonante pode ser comutado entre dois valores através do chaveamento do resistor de modulação Rmod contido no tag. Por meio desse chaveamento, e gerada a modulação em amplitude da tensão presente na indutância L1 e da capacitância C1.

A modulação (chaveamento) deste resistor e feita de acordo com os dados que serão transmitidos para o dispositivo de leitura, sendo conhecida como modulação de carga (load modulation).

Sistemas RFID Sequênciais.

Nos sistemas sequenciais, a transmissão de dados e de energia do dispositivo de leitura para o tag ocorre de modo alternado. Um sistema sequencial e um sistema digital no qual a saída em determinado instante t depende do valor da entrada neste e em instantes anteriores.

Os sistemas sequenciais são classificados em síncronos e assíncronos. Os sistemas síncronos são aqueles onde as transições ocorrem em instantes discretos definidos por um sinal de sincronização, conhecido por clock. Nos sistemas assíncronos, as transições podem ocorrer em qualquer instante, não existindo um sinal de referencia (clock).

Sistemas sequenciais por acoplamento indutivo.

Os sistemas sequenciais por acoplamento indutivo operam com frequências abaixo de 135 kHz, com um acoplamento que e criado entre a bobina do leitor e a bobina do tag, semelhante ao que ocorre no transformador. A tensão induzida gerada na bobina do tag pelo efeito do campo magnético alternado do dispositivo de leitura e retificada e pode ser usada como uma fonte de alimentação. A fim de conseguir uma eficiência mais elevada na transferência de dados, a frequência do tag deve ser igual ou muito próxima da frequência do dispositivo de leitura. Por essa razão, o tag contem um capacitor trimming que serve para compensar as diferenças na tolerância dos componentes elétricos do sistema e na frequência de ressonância.

Ao contrario do que ocorre com os sistemas FDX e HDX, no sistema sequencial o transmissor do dispositivo de leitura e o tag não operam de forma continua. A energia transferida ao tag pelo dispositivo de leitura e feita em períodos discretos. O funcionamento do sistema consiste em três operações: carga, leitura e descarga.

Durante a operação de carga, o dispositivo de leitura alimenta o capacitor do tag o qual armazena essa energia a fim de utilizala posteriormente para a transmissão de dados, ou seja, na operação de leitura.

Na operação de leitura, o transmissor e desligado ficando apenas em standby para receber as informações que estão sendo enviadas pelo tag. Apos esse período de transmissão do tag, ocorre o período de descarga, no qual e descarregado o resto da energia armazenada no capacitor.

A capacitância mínima do capacitor de carga e calculada conhecendose a tensão e a potencia mínima exigidas para operação do circuito integrado do tag por meio da equação:

Onde Vmax e Vmin são os valores limites para tensão de operação, I é a corrente de consumo do chip e t o tempo requerido para a transmissão dos dados do tag para o dispositivo de leitura.

Em sistemas sequenciais, um ciclo de leitura completo compreende duas fases:

  • Carregamento do capacitor
  • Leitura dos dados.

O final da operação de carregamento do capacitor é detectado pelo dispositivo end of burst detector, que monitora a tensão na bobina do tag e reconhece o momento em que o campo magnético do dispositivo de leitura é desligado. Ao final dessa fase, um circuito eletrônico oscilador contido no tag, que utiliza o circuito ressonante formado pela sua bobina, determina a sua ativação. O campo magnético alternado gerado pelo tag é recebido pelo dispositivo de leitura e, embora seja fraco, a relação sinal ruído para o modo sequencial é melhorada em torno de 20 dB em comparação com a transmissão FDX e HDX.

A modulação do sinal de radiofrequência gerado na ausência de uma fonte de alimentação é feita através da adição, paralelamente ao circuito ressonante, de um capacitor que é ativado no instante de tempo que ocorre o fluxo de dados. Ao fechar a chave do capacitor de modulação, ocorre um deslocamento na frequência, o que gera uma modulação FSK. Apos o período de transmissão, e ativado o modo de descarga para efetuar a descarga completa do capacitor.

Sistema sequencial SAW (surface acoustic wave)

A tecnologia da SAW é usada geralmente nos circuitos eletrônicos dos dispositivos comuns em nosso dia a dia, tais como telefones móveis e televisões, onde as ondas são usadas para filtrar frequências.

Este tipo de sistema é baseado em ondas acústicas de superfície, ou seja, no efeito pizoeletrico e na dispersão superficial elástica da onda acústica para baixas velocidades. Se um cristal iônico for deformado elasticamente em determinado sentido, as cargas de superfície aparecerão, o que gera tensões no cristal. Porém, a aplicação de uma carga na superfície do cristal conduz a uma deformação elástica na grade do cristal.

Os dispositivos SAW geralmente fazem uso de frequência na faixa de microondas (2,45 GHz), onde transdutores eletroacústicos e refletores podem ser criados utilizando uma estrutura plana de eletrodos em um substrato piroelétrico. Normalmente é utilizado um substrato de lítio com um processo (photolithographic) similar ao usado na microeletrônica para manufatura de circuitos integrados.

O transdutor interdigital e posicionado na extremidade do substrato pizoeletrico e uma antena dipolo apropriada e conectada ao seu barramento. O transdutor interdigital e usado para converter sinais elétricos em ondas de superfície acústica e viceversa.

Um pulso elétrico aplicado no barramento do transdutor causa uma deformação mecânica no substrato que, devido ao efeito pizoeletrico entre os eletrodos, gera dispersões em ambos os sentidos na forma de onda de superfície acústica (SAW). Da mesma forma, a onda de superfície acústica que entra no conversor cria um pulso elétrico no barramento do transdutor devido ao efeito pizoeletrico.

Eletrodos individuais são posicionados ao longo do comprimento do tag SAW. Os eletrodos de borda servem para reflexão de uma parcela das ondas de superfície que entram no substrato. As barras que compõem o refletor normalmente são feitas de alumínio. O número de barras refletoras e os espaços entre elas compõem o ID.

O funcionamento do sistema ocorre da seguinte forma: um pulso de exploração de alta frequência gerado por um dispositivo de leitura e fornecido para a antena dipolo do tag. No transdutor interdigital, o sinal elétrico e convertido em uma onda de superfície acústica, a qual percorre o substrato no sentido longitudinal. A frequência da onda de superfície corresponde a frequência da onda produzida pelo pulso de amostragem.

A frequência da portadora da sequência de pulsos refletidos corresponde a frequência da transmissão do pulso de amostragem. Parte da onda de superfície e refletida para fora de cada uma das tiras reflexivas e parte e absorvida na extremidade do substrato. A parcela das ondas que foram refletidas retorna para o transdutor interdigital, onde essas ondas serão convertidas em uma sequência de pulsos de alta frequência e, a seguir, emitidos pela antena dipolo para o dispositivo de leitura.

O numero de pulsos recebidos corresponde ao numero de tiras reflexivas existentes no substrato e o atraso entre os pulsos e proporcional a distancia de separação entre as tiras reflexivas; ou seja, a informação e representada por uma sequência binária de dígitos semelhante ao código de barras, porem, sua leitura e feita por radiofrequência ao invés de leitura óptica.

A velocidade de transferência e a capacidade de armazenamento de dados de um tag SAW dependem do tamanho do substrato e da distancia mínima entre as tiras reflexivas existentes no substrato. Na pratica, a transferência de dados, ocorre em uma taxa de 500 kbps. A distancia de leitura desse sistema depende da potencia do pulso de exploração e pode ser estimada através da equação do radar.

onde:

  • d é alcance do pulso emitido pelo tag SAW.
  • PT é a potência do pulso emitido pelo dispositivo de leitura.
  • GT é o ganho da antena do dispositivo de leitura.
  • GR é o ganho da antena do tag.
  • ? e o comprimento de onda.
  • F é a figura de ruído.
  • S/N é a relação sinal ruído.
  • IL é a perda de inserção (atenuação adicional).
  • T0 é a temperatura de ruído da antena de recepção.
 
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