На сегодняшний день противокражные радиочастотные системы стали очень популярны. Чаще всего их можно увидеть на выходе из магазинов. Эти системы получили свое признание благодаря тем преимуществам, которые они дают своему владельцу.
Общее описание системы
Основной принцип работы радиочастотного оборудования – это детектирование антеннами (сенсорами) колебательного контура. Данный контур находится в защитном элементе, который, в свою очередь, крепится на товар, а его резонансная частота совпадает с той, что использует сенсор. На сегодняшний день универсальной частотой для всех противокражных радиочастотных систем является 8,2 МГц. Это значение подходит под сенсор любого производителя. Однако есть и специальные частоты – 9,5 и 10 МГц. Но тут стоит отметить, что такая частота применяется только в таких местах, как библиотека или магазин видеопроката. Важный элемент для работы таких систем – это радиочастотная этикетка. Они отличаются друг от друга по трем пунктам: технология производства, внешний вид и размер. Хотя если говорить о размерах чуть подробнее, то практически все производители используют стандартные размеры 40 х 40 или 50 х 50 мм.
Преимущества системы
У противокражных радиочастотных систем имеется несколько безусловных преимуществ, которые и привели к тому, что в настоящее время они занимают 52% рынка. Из основных плюсов можно выделить следующее:
- Относительно низкая стоимость системы.
- Надежность работы обеспечивается за счет того, что метки срабатывают с большой вероятностью.
- Высокая экономичность достигается за счет того, что используются многоразовые типы датчиков.
- Противокражные радиочастотные системы безопасны для здоровья человека, а также не оказывают влияния на разнообразные магнитные и электронные устройства.
- Имеется возможность интегрировать сигнал тревоги с системой видеонаблюдения и другими.
Данный список, конечно, не полный, однако это основные положительные качества данной системы, которые и сделали ее достаточно популярной.
Элементы системы
Естественно, что антикражная система и оборудование, которое входит в комплект, – это не только сенсоры. В комплект включены несколько основных элементов.
Антикражные защитные датчики – это наклейки защитного типа, которые всегда клеятся непосредственно на сам товар. Пока покупатель находится в магазине, этикетка должна находиться на товаре. На кассе этот датчик деактивируется кассиром, а потому при прохождении мимо сенсоров они не срабатывают.
Далее основным элементом выступают непосредственно антикражные ворота или противокражные стойки, называют их по-разному. Место установки данных элементов – это вход/выход на объект. Данные сенсоры оборудуются приемо-передающими устройствами, для взаимодействия с защитными этикетками. Здесь также важно отметить, что каждая пара рамок состоит из двух штук. В одну устанавливается датчик приема, во вторую датчик передачи. Здесь также важно знать, что расстояние между сенсорами должно быть 2 метра.
Третьим важным элементом радиочастотной антикражной системы и противокражным оборудованием является деактивирующее и съемное устройство. Эти приспособления работают вместе с датчиками, которые монтируются в стойки, располагающиеся на выходе из магазина, торгового зала и т. д.
Разновидности устройств
Основа работы защитной системы заключается в виде технологии, которую она использует.
Бывает электромагнитная система. Данный вид характеризуется низкой надежностью, так как коэффициент срабатывания находится в районе 65-70%. Однако здесь важно отметить, что среди всех систем эта имеет и самую низкую стоимость. Также использовать такие устройства можно на любом товаре, включая фольгированные упаковки, консервы, металлические товары и прочее.
Далее идет вид радиочастотных противокражных систем, которые используют для своей работы датчики и защитную этикетку. Применение таких сетей возможно лишь в магазинах продажи одежды, а также продуктов питания. Стоимость системы несколько больше, однако все равно считается невысокой. К тому же коэффициент срабатывания довольно высок – 85-90%. Однако имеется существенный недостаток в виде того, что плохо работает с металлическими поверхностями. А потому применение с электроникой, бытовой техникой и тарой из металла сильно ограничено. Система не сможет определить защитную этикетку, если проносить товар внутри металлической упаковки.
Последний вид – это акустомагнитные. Эта группа обладает наибольшим коэффициентом срабатывания – 90-95%, а также отсутствуют те недостатки, которые имеются у радиочастотных систем.
Разновидности радиочастотных систем
Первая группа – это антикражные ворота JSB XL Supra (Crosspoint, Голландия). Система характеризуется наличием сети “антивор”. Также они отличаются тем, что являются наиболее тонкими и узкими моделями, однако обеспечивающими необходимую защиту на расстоянии двух метров друг от друга. Эти устройства используют технологию ODD, которая обеспечивает надежное обнаружение этикеток даже небольшого размера. Ширина детекции у данных устройств от 63 до 2000 мм, а в качестве датчика используется жесткая модель ракушка.
Один из вариантов, который в настоящее время считается последним словом в группе радиочастотных систем – Sentinel. Данная сеть считается флагманом компании WG Security Product. Отличительная черта данной категории заключается в том, что здесь используется большое количество инноваций, которые успешно тестировались и внедрялись в последнее время. Кроме того здесь были воплощены в жизнь многие пожелания клиентов, которые помогли значительно улучшить систему.
Система EAS
Принцип работы радиочастотных систем строится на программе EAS (Electronic Article Surveillance — электронное обнаружение предмета).
Суть работы достаточно проста – происходит определение специального предмета, который чаще всего выражен в форме этикетки или бирки. Этот элемент находится на товаре, который нуждается в защите, а сам процесс определения происходит в электромагнитном поле, располагающемся между антенными рамками (стойками). Защитный элемент, то есть бирка – это устройство, которое будет вносить помеху в это поле при его прохождении, что и вызовет сигнал тревоги, если не разблокировать его на кассе.
Антикражные системы RF
Противокражные системы радиочастотные RF работают в диапазоне от 1,9 до 10 МГц. На территории Российской Федерации используется частота 8,2 МГц.
Также стоит отметить, что имеется улучшенная модификация этой системы, которая является наиболее надежной, но и самой дорогой. Сеть RFID использует программу радиочастотной идентификации. Сама же метка этой системы включается в свою структуру микрочип, содержащий большое количество информации о товаре.
Наибольшее количество отзывов о противокражной системе положительные. Большинство клиентов выделяют устройства марки Abc. Отмечалось, что они работают стабильно и довольно продолжительный срок. У некоторых пользователей рядом имелись помехи в виде электронных устройств, однако сбоев в работе замечено не было.
Принцип работы противокражных систем | Video-REC
И сразу небольшая оговорка: в данной статье я опишу только 3 вида противокражных систем (технологий), т.к. в России используется только эти 3 технологии. На самом же деле, только мне известных технологий систем защиты от краж 7, и это не считая противокражные системы использующие комбинации нескольких технологий.
Также важное замечание: Данная стать пишется техническим языком, многие данные берутся из «чисто» технической документации, в нее добавляются всякие формулы и приведено очень мало картинок. Если Вы не готовы к чтению подобного рода литературы — не расстраивайте себя….
И так, 3 вида противокражных систем – 3 технологии (приведены в соответствии с процентным соотношением присутствия на Российском рынке).
- Радиочастотная (РЧ)
- Акустомагнитная (АМ)
- Электромагнитная (ЭМ)
Все эти технологии основаны на принципе Однобитных Транспондеров, соответственно, сначала рассмотрим, что означает это понятие.
Однобитный транспондер
Основной единицей представления информации является 1 бит, и он может принимать только два значения: 0 и 1. В применении ко всевозможным системам дистанционного обнаружения и идентификации, в которых применяются так называемые Однобитные транспондеры, это означает, что возможны только два состояния: «Транспондер находится в зоне действия системы» или «Транспондер находится вне зоны действия системы». Казалось бы, ну какой толк с такого алгоритма, но не тут-то было, несмотря на очевидные недостатки, такой принцип – Однобитных транспондеров, получил широчайшее применение и глубокое развитие в сфере защиты товаров, в магазинах розничной торговли – Противокражных системах (EAS). Такие транспондеры, в простонародье, называют очень просто – Таг, бирка, этикетка, жесткий датчик и т.п.
EAS – Противокражные системы
У EAS в России много названий: Противокражные ворота, противокражные системы, противокражные рамки, антикражные рамки, антикражные ворота, антикражные системы, системы защиты от краж, противокражное оборудование, антикражное оборудование, антикражка, антивор, чекпоинт, антикража.
Такая система (EAS), хоть и называется противокражной, является бесконтактным средством обнаружения или системой слежения за товаром. Её смысл в обнаружении транспондера, заранее закрепленного на товаре и не снятого при оплате, что говорит о НЕоплате этого товара. Состоит такая система из целого комплекса приборов и компонентов: антенна считывающего устройства или детектора, элемент обеспечения безопасности – бирка или этикетка – Транспондер. Также в эту систему могут быть добавлены Деактиваторы, которые прекращают работу транспондера – деактивируют его, специальные съемники для физического удаления транспондера с товара, защитные боксы снабженные транспондером, которые являются физическим препятствием для доступа к товару.
В современных антикражных системах деактивация или физическое удаление транспондера может быть автоматизировано и происходит на кассе, при оплате товара, сканировании Штирх-кода или сразу после этого.
Некоторые противокражные системы могут иметь в своем составе – Активатор, благодаря которому транспондер может быть активирован вновь.
Основной характеристикой подобных систем является Коэффициент обнаружения транспондеров в зависимости от расстояния до считывающего устройства (обычно рассматривается при максимально допустимом, установленным производителем, расстояни
Принцип работы противокражных систем
Все эти технологии основаны на принципе Однобитных Транспондеров, соответственно, сначала рассмотрим, что означает это понятие.
Однобитный транспондер
Основной единицей представления информации является 1 бит, и он может принимать только два значения: 0 и 1. В применении ко всевозможным системам дистанционного обнаружения и идентификации, в которых применяются так называемые Однобитные транспондеры, это означает, что возможны только два состояния: «Транспондер находится в зоне действия системы» или «Транспондер находится вне зоны действия системы». Казалось бы, ну какой толк с такого алгоритма, но не тут-то было, несмотря на очевидные недостатки, такой принцип – Однобитных транспондеров, получил широчайшее применение и глубокое развитие в сфере защиты товаров, в магазинах розничной торговли – Противокражных системах (EAS). Такие транспондеры, в простонародье, называют очень просто – Таг, бирка, этикетка, жесткий датчик и т.п.
EAS – Противокражные системы в Симферополе
Такая система (EAS), хоть и называется противокражной, является бесконтактным средством обнаружения или системой слежения за товаром. Её смысл в обнаружении транспондера, заранее закрепленного на товаре и не снятого при оплате, что говорит о НЕоплате этого товара.
Состоит такая система из целого комплекса приборов и компонентов: антенна считывающего устройства или детектора, элемент обеспечения безопасности – бирка или этикетка – Транспондер.
Также в эту систему могут быть добавлены Деактиваторы, которые прекращают работу транспондера – деактивируют его, специальные съемники для физического удаления транспондера с товара, защитные боксы снабженные транспондером, которые являются физическим препятствием для доступа к товару.
В современных антикражных системах деактивация или физическое удаление транспондера может быть автоматизировано и происходит на кассе, при оплате товара, сканировании Штирх-кода или сразу после этого.
Некоторые противокражные системы могут иметь в своем составе – Активатор, благодаря которому транспондер может быть активирован вновь.
Основной характеристикой подобных систем является Коэффициент обнаружения транспондеров в зависимости от расстояния до считывающего устройства (обычно рассматривается при максимально допустимом, установленным производителем, расстоянии между транспондером и антенной детектора).
Системы защиты от краж Радиочастотной технологии в Симферополе
Радиочастотные системы защиты от краж используют в качестве чувствительного элемента колебательный LC-контур, который настроен на резонансную частоту fr. Ранее для этого использовались катушки индуктивности из лакированного медного провода и припаянного к ее концам конденсатора. Катушка и конденсатор заключены в пластиковый корпус снабженный специализированным замком – Жесткий датчик – транспондер. Сегодня все чаще используют наклеиваемые ярлыки, в которых катушка наносится на металлическую фольгу. Для того чтобы уменьшить затухание и обеспечить высокую добротность колебательного контура, толщина алюминиевых проводящих дорожек, проложенных по прочной полиэтиленовой пленке толщиной 25 мк, должна составлять не менее 50мк. Для изготовления пластин конденсатора используется фольгированная пленка толщиной20мк.
Считывающее устройство (детектор), состоит из двух основных компонентов – передатчика (Tx) и приемника (Rx), как правило это две разные антенны, которые устанавливаются по бокам защищаемого прохода, но есть и Моноантенны, объединяющие эти два компонента в одном корпусе антенны. Такие антенны могут быть установлены посередине прохода.
Возникающий в колебательном контуре ток «пытается» противодействовать вызвавшей его причине, то есть – уменьшить внешнее электромагнитное поле. Это приводит к небольшому падению напряжения на антенне передатчика и, соответственно, к снижению измеренной интенсивности электромагнитного поля на антенне приемника. Данный эффект можно заметить по падению индуцированного напряжения в специальное измерительной катушке, таким образом можно отследить появление резонансного контура в поле детектора.
Относительная величина такого измерения зависит от расстояния между катушками (расстояние между передатчиком и LC-контуром, и расстояние между LC-контуром и приемником), а также от добротности Q возбуждаемого внешним полем резонансного контура.
Обычно относительное измерение напряжения на катушке передатчика, которая служит антенной, очень мало и его очень трудно измерить. Однако для надежного распознавания транспондера желательно получить как можно более отчетливый сигнал. Для этого применяются определенные ухищрения: частота излучения передатчика не является постоянной, она «плавает» (в противокражных системах 1 и 2 покалений, а в 3 и 4 поколениях, частота последовательно выдаваемых импульсов имеет определенный алгоритм и может проходить не по порядку). Генерируема частота изменяется в диапазоне между двумя граничными частотами, а разница между ними называется «Дельта или Девиация», а обозначается в настройках систем как «Sweep». Как правило, в антикражной системе нет выбора или настройки конкретно граничных частот накачки, а органы настройки позволяют выбрать Центральную частоту и уже относительно нее ширину «Sweep». Получается, частота такой системы 8,2 мГц + 7-10%.
Скорость такого «плавания» по частотам называется «Sweep frequency» — Свип частота или Частота свипирования, т.е. частота сканирования частот от между заданными границами.
В тот момент, когда такая плавающая частота совпадает с резонансной частотой колебательного контура транспондера, возникает резонанс, который приводит к заметному падению напряжения как на катушке передатчика, так и на катушке приемника, именно на определенной частоте, что и позволяет безошибочно свидетельствовать о внесении транспондера в поле системы. Также преимуществом данного метода является и то, что отпадает необходимость в точной настройке резонансной частоты колебательного контура транспондера, достаточно лишь обеспечить, чтобы она попадала в заданный диапазон частот. Это особенно актуально для транспондеров в виде наклеек — этикеток, так как из-за сильно влияющих на них внешних факторов, их резонансная частота очень подвержена неконтролируемым изменениям.
Так как после оплаты товара на кассе этикетка обычно не удаляется (для увеличения скорости обслуживания), то возникает необходимость не дать этикетке возможность работать в дальнейшем. По началу, этикеток вообще не существовало, а жесткие датчики – транспондеры просто снимались на кассе. Позже, при появлении этикеток, как правило, товар с этикетками выдавался покупателю с другой стороны от противокражной системы, но этот способ быстро «вышел из моды» с появлением деактиваторов и деактивируемых этикеток. Деактиватор либо устанавливается непосредственно в сканер штрих-кодов либо в непосредственной близости от него. Кассир просто подносит купленный товар к деактиватору, который создает достаточно сильное электромагнитное поле заданной частоты, приводящее к пробою пленочного конденсатора транспондера. Для этого в конденсаторах намеренно создаются области, в которых может возникнуть короткое замыкание, так называемые dimples (места с меньшим расстоянием между обкладками конденсатора, в которых происходит пробой и, как следствие, короткое замыкание). После подобного пробоя конденсатор уже невозможно восстановить. Это приводит к смещению резонансной частоты контура за пределы заданных в противокражной системе, как результат – к отсутствию реакции транспондера на воздействие внешнего электромагнитного поля выдаваемого антикражкой.
Для создания переменного электромагнитного поля достаточной интенсивности в зоне действия системы защиты от краж, обычно используются Рамочные антенны большой площади. Эти рамочные антенны встраиваются в колонны шлюзовой системы на входе/выходе из помещения. Классическая конструкция, знакомая нам по любому крупному магазину. Использование радиочастотного метода позволяет создавать ворота шириной до 2-х метров. Однако доля обнаружения транспондеров (бирок) относительно невысока и составляет 70-75%, что является нормой для всех противокражных систем Радиочастотной технологии. Это обясняется достаточно сильным влиянием определенных материалов. В первую очередь к таким материалам относятся металлы и металлосодержащие вещества (например, консервные банки, фольгированная упаковка) которые оказывают сильное влияние на резонансную частоту этикеток, на степень взаимодействия с катушкой детектора и экранирует радиоволны, что уменьшает вероятность обнаружения товара. Для того чтобы при указанной ширине прохода добиться нужной вероятности обнаружения, необходимо использовать этикетки большей площади, например вместо стандартных наклеек 40х40мм. использовать 50х50мм.
Другой важной особенностью, которую необходимо учитывать при проектировании радиочастотных систем, являются свойства различных товаров (например, катушки с кабелем или проволочные обмотки элементов товара), которые могут иметь резонансную частоту в пределах частоты сканирования антикражной системы – 8.2 мГц. +10%, что может привести к ложному срабатыванию системы безопасности.
Типичные характеристики Радиочастотной противокражной системы EAS
Коэффициент добротности, Q, средства защиты – >60…80.
Минимальная напряженность электромагнитного поля, hd, необходимая для детектирования транспондера – 1.5A/м.
Максимальная напряженность поля области детектирования – 0.9 А/м.
Рабочая, центральная частота, мГц. (для России) – 8.2.
Дельта (Sweep), кГц – от 600 до 1500.
Частота сканирования (частота изменения частоты от нижнего предела, до верхнего)( Sweep frequency), Гц – от 60 до 540.
Системы защиты от краж Акустомагнитной технологии в Симферополе
Транспондеры (этикетки) противокражных систем акустомагнитной технологии представляют собой пластиковые кубики небольшого размера: около 40мм в длину, от 8 до 14мм в ширину, в зависимости от исполнения, и всего около 2-х мм. в высоту. Каждый такой кубик содержит, как минимум, одну металлическую полоску, изготовленную из магнитотвердого металла, которая жестко закреплена внутри этого пластикового кубика. Кроме того, имеется полоска аморфного металла, которая располагается таким образом, чтобы она могла свободно совершать механические колебания, т.е. она не закреплена и находится в свободном пространстве.
Ферромагнитные материалы, такие как Никель, железо и т.п., под действием напряженности магнитного поля H изменяют свою длину (на очень незначительную величину) – этот эффект носит название Макнитострикции и связан с малым изменением расстояния между атомами вещества при его намагничивании. В переменном магнитном поле полоски, изготовленные из магнитострикционного металла, начинают колебаться в продольном направлении с частотой внешнего переменного магнитного поля. Если частота магнитного поля совпадает с резонансной частотой металлической полоски, то амплитуда колебаний значительно увеличивается. Этот эффект особенно четко проявляется в аморфных материалах.
Важно также то, что эффект магнитострикции является обратимым – это означает, что при механических колебаниях магнитострикционного материала возникает магнитное поле. Современные Акустомагнитные противокражные системы устроены таким образом, что частота создаваемого магнитного поля точно совпадает с резонансной частотой встроенных в транспондер металлических полосок. Под воздействием внешнего переменного магнитного поля металлическая полоска начинает совершать механические колебания, и когда магнитное поле выключается, то металлическая полоска еще некоторое время продолжает колебаться подобно камертону. При этом она создает собственное магнитное поле, которое может быть обнаружено детектором – приемником.
Одним из главных преимуществ таких систем является то, что в момент приема сигнала от транспондера магнитное поле выключается, благодаря этому можно создавать детекторы с высокой чувствительностью.
Типичные параметры акустомагнитных антикражных систем:
Резонансная частота – 58кГц.
Точность установки частоты — +0.52%.
Добротность Q — > 150.
Минимальная напряженность ha, которая необходима для активации – Ю16000А/м.
Длительность импульса передатчика – 2мс.
Пауза между импульсами передатчика – 20мс.
Время затухания остаточных колебаний в транспондере – 5мс.
Нормальным считается коэффициент обнаружения бирки – транспондера – до 90%.
В активированном состоянии транспондеры акустомагнитных систем намагничиваются, а так как упомянутые ранее полосы из магнитотвердого металла обладают высокой остаточной намагниченностью, то их можно рассматривать как постоянный магнит. Для того чтобы деактивировать транспондер, необходимо размагнитить металлические полосы из магнитотвердого материала. Это приводит к рассогласованию резонансной частоты аморфной металлической полоски, и она больше не будет возбуждаться под воздействием поля, создаваемого противокражной системой. Для размагничивания полосы из магнитотвердого материала необходимо использовать переменное магнитное поле достаточной мощности , причем эта мощность должна медленно уменьшаться с течением времени. Поэтому все попытки обмануть систему при помощи манипулирования постоянными магнитами, которые злоумышленник может принести с собой, обречены на провал.
К значительному недостатку можно отнести то, что противокражные системы акустомагнитной технологии оказывают влияние друг на друга на значительно большем расстоянии, относительно систем других технологий. Это обусловлено рабочей частотой системы в Ультразвуковом диапазоне – 58кГц. Что влечет за собой необходимость синхронизации различных акустомагнитных противокражных систем между собой.
Системы защиты от краж Электромагнитной технологии в Симферополе
Системы электромагнитного типа используют сильное магнитное поле в диапазоне низких частот – от 10Гц. До 20кГц. Транспондер содержит металлические полоски из магнитомягкого аморфного металла, у которых кривая Гистерезиса имеет достаточно крутой наклон. В сильном переменном магнитном поле эти металлические полоски намагничиваются и переходят в состояние магнитного насыщения. Благодаря сильной нелинейной зависимости плотности магнитной индукции B от напряженности внешнего магнитного поля H вблизи точки насыщения, а также скачкообразному изменению B вблизи перехода напряженности внешнего магнитного поля через 0 возникают гармоники основной частоты переменного внешнего магнитного поля, которые принимаются детектором и свидетельствуют о присутствии транспондера.
Дальнейшая оптимизация электромагнитного способа заключается в том, что к основному сигналу добавляются гармоники с более высокой частотой. Благодаря высокой нелинейности кривой гистерезиса для металлических полосок возникают дополнительные гармоники с частотой, равной сумме и разности частот входящих сигналов. Например, если основная рабочая частота равна fh = 20 Гц и добавлены дополнительные сигналы с частотами f1=3.5 и f2=5.3 кГц, то в результате мы получим следующие сигналы:
f1+ f2=f1+2 = 8.80 кГц
f1-f2=f1-2 = 1.80 кГц
fh+f1=fh+1 = 3.52 кГц. и т.д.
При этом детектор реагирует не только на гармоники основной частоты, но также и на сигналы, полученные в результате сложения и вычитания частот дополнительных сигналов.
Транспондеры – метки в основном имеют форму самоклеящихся этикеток в виде полосок длиной от нескольких сантиметров до 20 см.
Благодаря низкой частоте излучаемого поля, электромагнитные системы подходят для товаров, изготовленных из металла. Недостатком таких систем является высокая требовательность к ориентации этикетки относительно антенны противокражной системы: для надежного обнаружения линии внешнего магнитного поля должны проходить через полосы аморфного металла вертикально.
Для деактивации этикетки экранируются слоем магнитотвердого металла или же частично закрываются пластинами из магнитотвердого материала. При прохождении через кассу транспондер деактивируется с помощью сильного постоянного магнита, который ориентирован вдоль металлических полосок транспондера. Под его воздействием пластины из магнитотвердого материала намагничиваются. При этом полосы из магнитотвердого металла спроектированы таким образом , что создаваемое ими, благодаря остаточному магнетизму, поле позволяет удерживать металлические полоски, изготовленные из аморфного материала, в состоянии насыщения. Благодаря этому переменное магнитное поле, которое излучается антикражной системой, уже не будет оказывать на транспондер никакого влияния.
После снятия намагниченности с магнитотвердых пластин этикетки можно использовать вновь, причем процесс деактивации и активации этикетки можно проводить с любой желаемой частотой, предельное количество таких циклов не ограничено. В связи с этим поначалу основной областью применения Электромагнитных систем защиты от краж были частные платные библиотеки в Европе и Америке, однако затем благодаря своим небольшим размерам (полоски могут иметь длину до 32мм.) и низкой стоимости, подобные этикетки, как и электромагнитная технология в целом, нашли применение и в защите товаров в розничной торговле.
Чтобы создать поле с интенсивностью, достаточной для размагничивания полосок из пермаллоя, обычно такие системы состоят из двух антенн, которые устанавливаются в расположенных по бокам от защищаемого прохода колоннах. В каждой колонне — антенне находится система катушек (обычно от 9 до 12-ти шт.), создающих такое магнитное поле, которое в центре имеет довольно небольшую интенсивность и существенно большую – по краям. В современных системах Электромагнитного типа ширина прохода может составлять до 1.5 м., при этом вероятность детектирования доходит до 70%.
Типичные параметры систем Электромагнитной технологии.
Частота – 70Гц.
Возможные комбинированные частоты для различных систем – 12Гц.;215Гц.;3.3кГц.; 5кГц.
Напряженность поля в зоне детектирования – 25…120А/м.
Минимальная напряженность поля, необходимая для детектирования – 16000А/м.
RFID и другие метки / Хабр
Let the skyfall
When it crumbles,
We will stand tall
And face it all…
Прошло достаточно много времени с момента публикации последней статьи из всем полюбившейся (по крайней мере, я на это очень надеюсь) серии «Взгляд изнутри» — больше полугода. Не то, чтобы не было, о чём написать или рассказать, просто одолели дела, которые станут предметом одной из следующих моих статей на Хабре (надеюсь, что её не отправят в утиль, так как посвящена она будет не совсем ИТ-тематике). А пока есть свободная минуточка, давайте разберёмся, что же такое RFID (Radio-frequency identification) – к ним примкнут более простые метки – или как один небольшой шаг в технологиях круто изменил жизнь миллионов и даже миллиардов людей по всему миру.
Предисловие
Сразу хотелось бы оговориться.
Перед началом работы над этой статьёй, я очень надеялся, что по микрофотографиям, а особенно по оптике, информации, найденной на просторах Интернета, и некоторому багажу знаний от прошлых публикаций удастся определить, где и какие элементы микросхемы находятся. Хотя бы на «бытовом» уровне: мол, вот это — память, вот это — схема питания, а вот тут происходит обработка информации. Действительно, казалось бы, RFID – простейшее устройство, самый простейший «компьютер», который только можно придумать…
Однако жизнь внесла свои коррективы и всё, что удалось мне найти: общая схема устройства нового поколения меток, фотографии того, как, например, должна выглядеть память – даже не знаю, почему я не уделил этому внимание в статье про RAM (может быть ещё представится возможность исправиться?!), ну и скандалы-интриги-разоблачения процессоров A5 от chipworks.
Часть теоретическая
По традиции начнём с некоторой вводной части.
RFID
История технологии радиочастотного распознавания – пожалуй, именно так можно назвать все мыслимые и немыслимые варианты RFID (radio-frequency identification) – уходит своими корнями в 40-ые года XX века, когда в СССР, Европе и США активно велись разработки вообще любых видов электронной техники.
В то время, любое изделие, работающее на электричестве, было всё ещё в диковинку, так что перед учёными лежало не паханое поле: куда не ткни, как в Черноземье, черенок от лопаты – вырастет дерево. Судите сами: свои законы Максвелл предложил всего-навсего полвека назад (в 1884 году). А теории на основе этих уравнений стали появляться спустя 2-3 десятилетия (между 1900 и 1914), в том числе и теории радиоволн (от их открытия, до моделей модуляции сигнала и т.д.). Плюс подготовка и ведение второй мировой войны наложили свой отпечаток на данную область.
В результате к концу 40-х годов были разработаны системы распознавания «свой-чужой», которые были несколько побольше, чем описанные в данной статье, но работали фактически по тому же принципу, что и современные RFID-метки.
Первая демонстрация близких к современных RFID была проведена в 1973 году в Исследовательской Лаборатории Лос Аламоса, а один из первых патентов на подобного рода систему идентификации получен спустя десятилетие – в 1983 году. Более подробно с историей RFID можно ознакомиться на Wiki и некоторых других сайтах (1 и 2).
Статья на английском мне нравится больше, из неё можно подчерпнуть массу полезной информации по использованию, стоимости производства, стандартам и т.д. и т.п.
В принципе, любая RFID метка состоит из двух основных компонентов – антенны и микрочипа. Антенна нужна для улавливания электромагнитных волн передатчика (или считывателя), превращения их:
а) в сигнал,
б) в электроэнергию для питания самого чипа, т.е. выполнения некоторых операций, и
в) передачи ответного сигнала.
Это в случае пассивных меток. Обычно такие метки относительно «просты» в изготовлении и используются в основном в картах идентификации, когда расстояние между меткой и передатчиком минимально. Самый простой пример, который будет подробно ниже разобран – карта метро, которой точно каждый день пользуется – даже подумать страшно – несколько миллионов человек только в Москве.
Красивая картинка, иллюстрирующая распределение электромагнитного поля в антеннах считывателя и самой карты (Источник)
Активные метки за счёт встроенной батарейки имеют существенно больший радиус работы, габариты, более сложную «начинку» (можно дополнить метку термометром, гигрометром, да хоть целый чип GPS-позиционирования) и соответствующую цену.
Классифицировать метки можно по-разному: по рабочей частоте (LF – низкочастотные ~130КГц, HF – высокочастотные ~14MГц и UHF – ультравысокочастотные ~900МГц), по типу памяти внутри метки (только чтение, однократно записываемая и многократно записываемая). Кстати, так любимый всеми производителями и продвигаемый NFC относится к HF диапазону, который имеет ряд хорошо известных проблем.
Пожалуй, на этом мы закончим с теорией RFID, тем более, что она, как мне кажется несколько скучновата, а кому интересны самые пикантные подробности из жизни RFID-меток – добро пожаловать!)
Прочие метки
К сожалению, стоимость RFID-меток по сравнению с другими видами идентификации довольно высока, поэтому, например, продукты питания и прочие «ходовые» товары мы по-прежнему покупаем с помощью баркодов (или штрих-кодов), иногда QR-кодов, а защиту от краж обеспечивают так называемые противокражные метки (или EAS – electronic article surveillance)
Самых распространённых три вида (все фото взяты с Wiki):
- электромагнитные системы (обычно используются при продаже книг, их вклеивают где-нибудь между страниц у корешка)
- акустомагнитные системы
- радиочастотные системы (обычно ими, или их аналогами в пластике с защёлкой снабжают одежду и бутылки элитного алкоголя, например)
Впереди нас ждёт много чудных открытий, подчас совершенно неожиданных и конечно же hard geek porn в формате HD!
Если кому-то показалось мало теории, добро пожаловать на данный англоязычный сайт.
Часть практическая
Итак, какие метки удалось найти в окружающем нас мире:
Левый столбец сверху вниз: карта московского метро, проездной аэроэкспресс, пластиковая карта для прохода в здание, RFID-метка, представленная компанией Перекрёсток на выставке РосНаноФорум-2011. Правый столбец сверху вниз: радиочастотная EAS-метка, акустомагнитная EAS-метка, бонусный билет на общественный транспорт Москвы с магнитной полосой, RFID-карта посетителя РосНаноФорума содержит даже две метки.
Первой заявлена карточка московского метрополитена – приступим.
В круге первом. Билет московского метрополитена
Сначала вымачиваем карту в обычной воде, чтобы удалить бумажные слои, скрывающие самое сердце данной «метки».
Раздетая карта московского метрополитена
Теперь аккуратненько посмотрим на неё при небольшом увеличении в оптический микроскоп:
Микрофотографии чипа карты для прохода в московский метрополитен
Чип закреплён довольно основательно и хочу обратить внимание, что все 4 «ноги» присоединены к антенне – это нам пригодится далее для сравнения с другой RFID-меткой. Сложив пластиковую основу пополам в месте, где находится чип, и слегка покачав из стороны в сторону, он легко высвобождается. В итоге имеем чип размером с игольчатое ушко:
Оптические микрофотографии чипа сразу после отделения от антенны
Что ж, поиграемся с фокусом:
Изменение положения фокуса с нижнего слоя на верхний
В своей статье, посвящённой «вскрытию» чипов коллега BarsMonster использовал горячую кислоту для выжигания всякой органики на поверхности чипов. Я был с ними чуть более ласков и кипятил в ацетоне (с обратным холодильником, конечно).
NB! Крайне не советую все эти садо-мазохистические действия повторять дома. У BarsMonster есть «полигон», у меня – вытяжной шкаф в лаборатории.
Вуаля, поверхность очищена, последний слой металлизации не пострадал, а рядом лежит та самая полимерная «кожура»:
Очищенный чип и полимерная основа, которая крепко удерживает чип на пластиковой карте
Теперь попробуем заняться травлением. Пространство между контактами и слоями металлизации должно быть разделено диэлектриком, например, аморфным диоксидом кремния. Следовательно, для травления возьмём плавиковую кислоту или HF. Приготовим не сильно концентрированный раствор и приступим.
После выдержки в течение 1 минуты в данном растворе вооружённым электронным микроскопом глазом трудно заметить какие-либо значительные изменения:
Микрофотографии травления чипа в HF через 1 минуту
Кстати, очень показательное фото. На нём хорошо проявляется эффект зарядки и по такому контрасту (заряжается/не заряжается) можно с лёгкостью отличать отдельные частицы микросхемы друг от друга.
Увеличим время ещё на 2 минуты. Так как в ходе травления желательно слегка перемешивать раствор, чтобы травление было более-менее равномерным, то сначала «отлетают» самые тяжёлые части:
Микрофотография площадки для крепления к антенне, оторванной от чипа
Взглянем под другим углом
А вот и само место крепления площадок. Кое-где штырьки вырваны, а кое-где остались нетронутыми:
О размерах. Толщина металлического напыления в чипе может составлять от 20-30 нм до 100-150 нм, при этом расстояние между слоями металлизации, судя по представленным выше фотографиям, составляет около 950 нм. Получается, что очень тонкие и напряжённые (это связано с условиями нанесения данных проводников) «плёнки» металлов стоят на массивных «бочка», поэтому, когда кислота разъедает несущую основу – диоксида кремния, то плёнки стараются снять напряжение, а массивные контакты между слоями металлизации «падают» на освободившееся пространство под ними. Именно размеры элементов и некоторые ограничения экспериментов не позволяют аккуратно вытравить диэлектрик и посмотреть 3D-сетку проводников между отдельными элементами чипа.
Иногда наука превращается немного в искусство, например, таким образом:
Наноскамеечка…
Выдержим ещё пару минут в плавиковой кислоте (суммарно уже 5 мин). Пейзаж начинает разительно меняться – всё больше частей покидают свои места. Наступает анархия:
Общий вид на чип после суммарно 5 минут травления
По мимо всего прочего, мы выдерживаем чип в кислоте, а значит, хотим мы этого или нет, но металл будет взаимодействовать с кислотой, постепенно растворяясь. Как было показано в статье про матрицы фотоаппаратов с помощью EDX-анализа, производители крайне не любят раскошеливаться на золото и используют более дешёвый алюминий. Казалось бы, что на поверхности такого металла должна формироваться оксидная плёнка, однако, из-за технологии производства внутри чипа находится практически чистый алюминий.
Через ещё 2 минуты выдерживания в кислоте начинает проявляться другая особенность процесса травления – равномерность. Удаляется постепенно слой за слоем одинаково по всей поверхности, а это значит, что места, где контактируют два слоя металлизации, протравливаются так же, как остальная поверхность. В результате мы имеем «бублики» вокруг контактов:
«Бублики» вокруг контактов между слоями металлизации
Другое наглядное тому доказательство – «выбитые» целые контактные группы:
Выкорчёвываем контактные группы…
Растворитель проникает вовнутрь этих дырок, как мы помним чуть-чуть подрастворяет металл и вытравливает пространство по отдельным слоям металлизации – примерно так:
Микрофотография протравленного чипа, демонстрирующая два отдельных диэлектрика с полостью между ними
С другого ракурса, чтобы не оставалось сомнений, – это действительно два разных слоя диоксида кремния, а под, между, над и вокруг них — слои металлизации
Другое забавное открытие – три вывода, которые, по всей видимости, при тестировании чипов на пластине после окончания производственного цикла для отбраковки:
Три «тестовых» вывода с чипа
Так как после выставки на Фестивале Науки 2012 в здании Фундаментальной Библиотеки МГУ, тянет на искусство, то не могу себе отказать в удовольствии поделиться с вами нанотетрисом:
Поиграем в тетрис?
И нанесём решительный удар по данному чипу, поместив его в раствор для травления ещё на 7 минут (итого, 14 минут с начала эксперимента, которые растянулись практически на целый день работы;) ). На поверхности остался лишь первый слой металлизации, за ним уже начинаются стоки, истоки и затворы:
Во всём беспорядке можно найти и порядок – чем вам последняя фотография не новая эмблема для Хабра?
Первый, основной слой металлизации, за которым только транзисторы…
Что ж, взглянем в ретроспективном виде на то, какой путь мы проделали в деле травления чипа:
Общие микрофотографии, иллюстрирующие ход процесса травления
Ах, да, я же обещал geek porno в формате HD. Благодарим за это BarsMonster и его длиннофокусный микроскоп:
Картинка кликабельна — HD
Теперь немного интриг.
Ходят слухи, что Микрон разрабатывает и производит чипы для московского метро собственного силам по сходной технологии Mifare (как минимум, различается крепление к антенне – ножки другой формы). 22 августа BarsMonster без объявления войны и вероломно направил обращение в Микрон за разъяснениями, можно ли где-то в принципе увидеть данный чип, к 3.11 ответа не поступило. Один из журналистов (а именно, Александр Эрлих) на форуме IXBT тоже собирался уточнить данную информацию у представителей Микрона, но на данный момент воз и ныне там, то есть официальные представители Микрон уклоняются от ответа на прямо поставленный вопрос.
Рассмотренный выше билет, по всей видимости, изготовлен (или только смонтирован на антенну?) на предприятии Микрон (г. Зеленоград) — см. ссылки ниже — по технологии известной в RFID-кругах фирмы NXP, о чём собственно недвусмысленно намекают 3 огромные буквы и год выпуска технологии (а может и год производства) на верхнем слое металлизации чипа. Если полагать, что 2009 относится к году запуска технологии, а аббревиатуру CUL1V2 расшифровать как Circuit ULtralite 1 Version 2 (данное предположение также подтверждается этой новостью), то на сайте NXP можно найти подробное описание данных чипов (последние две строки в списке)
Кстати, в прошлом году для участников Интернет-олимпиады по Нанотехнологиям была организована экскурсия на завод Микрон (фото- и видеоотчёты), поэтому говорить, что там оборудование простаивает смысла нет, но и заявление «дядечки в белом халате», что производят они метки по стандартам 70 нм, я бы поставил под сомнение…
Согласно статистике, собранной BarsMonster после анализа чипов 109 билетов метро (довольно репрезентативная выборка), согласно нормальному распределению шансы найти «необычный» билет ~109^1/2 или около 10%, но они тают с каждым вскрытым билетиком…
На сайте англоязычной Wiki есть прелестная статья, посвящённая Mifare, где представлен не полный, но довольно обширный список того, где и какие типы данных меток используются.
В круге втором. Билет Аэроэкспресса
На очереди билет, которым пользуются многие, отправляясь в другие города нашей необъятной Родины или за рубеж через воздушные ворота Москвы, Сочи или Владивостока (по-моему, только в этих трёх городах нынче есть Аэроэкспресс).
Так как чип практически ничем не отличается от Mifare, который используется в московском метро, то начнём с hardcore:
Фокус на первом слое металлизации (Картинка кликабельна — HD)
Фокус на последнем слое металлизации (Картинка кликабельна — HD)
Внимательный взгляд уже приметил главное отличие двух чипов Mifare – надпись Philips2001. В самом деле, в далёком 1998 году компания Philips купила американского производителя микроэлектроники – Mikron (не путать с нашим, зеленоградским Микроном). А в 2006 году от Philips отпочковалась компания NXP.
Также несложно заметить пометку CLU1V1C, что, исходя из вышеописанного, означает Circuit ULtralite 1 Version 1C. То есть эта метка является предшественницей Mifare, используемой московским метрополитеном, а, следовательно, совместима с ней по основным параметрам. Однако, как и в предыдущем случае 2001 – это указание на год разработки и внедрения технологии или год производства. Странно, что Аэроэкспресс использует устаревшие метки…
В круге третьем. Пластиковая карта
Как-то раз, решил я одной своей знакомой показать статьи и фотографии на Хабрахабре. После чего спросил, а есть ли у неё какая-нибудь ненужная карта для следующей статьи про RFID. Она к тому времени как раз перебралась учиться в EPFL и подарила мне карточку, по которой осуществляется проход в одно из зданий МГУ. Карта, соответственно, без какой-либо маркировки, и я даже не уверен, что на ней записано хоть что-то, кроме обычно ключа для прохода в здание.
Карточка полностью пластиковая, поэтому сразу кладём её в ацетон буквально на пару десятков минут:
Принимаем ацетоновые ванны
Внутри всё довольно стандартно – антенна да чип, правда, он оказался на маленьком кусочке текстолита. К сожалению, без каких-либо опознавательных знаков – типичный китайский noname. Единственное, что можно узнать об этом чипе и карте, что они изготовлены/относятся к некоторому стандарту TK41. Таких карт полно на распродажах типа ali-baba и dealextreme.
Картинка кликабельна — HD
В круге четвёртом. Перекрёсток
Далее я хочу рассмотреть две метки, представленные на выставке РосНаноФорум 2011. Первую из них представили с большим пафосом, сказав, что это чуть ли не панацея от воров и краж в магазинах. Да и вообще, данная метка позволит полностью перевести магазины на самообслуживание. К сожалению, эффективный менеджер оказался чуть более, чем полностью некомпетентен в вопросах школьной физики. И после предложение проверить эффективность его и метки с помощью сильного магнита, приложенного к метке, быстро замял тему…
После пары покупок в SmartShop, у меня в распоряжении осталось несколько меток. Очистив одну из них от клея и белого защитного слоя видим следующее:
Новая метка сети магазинов «Перекрёсток»
Поступаем так же как и Mifare аккуратно отсоединяем от полимерной основы и антенны и кладём на столик оптического микроскопа:
Оптические микрофотографии метки, предполагаемой к использованию в SmartShop
По счастливой случайности (то ли клей подкачал, то ли так задумано), метку удалось оторвать от основы быстро, а поверхность её осталась без каких-либо следов клея. Хотелось бы обратить внимание, что если у Mifare все 4 контакта прикреплены к антенне (по 2 контакта на каждый её конец), то здесь мы видим, что два контакта присоединены к двум небольших площадкам, которые не контактирую с антенной.
Немножко поиграем с фокусом в разных частях метки:
Меняем фокусировку…
Максимальное увеличение оптического микроскопа
На последнем фото слева вверху, по всей видимости, запечатлён модуль EEPROM памяти, так как он занимает около трети поверхности чипа и имеет «регулярную» структуру.
Картинка кликабельна — HD
Данный производитель меток усиленно скрывает их происхождение. Согласитесь, размер это ремарки «Р5 Alien» в разы меньше, чем надпись «NXP» или «Philips». Мне это напоминает лёгкий троллинг со стороны Samsung, который был замечен ребятами из chipworks после вскрытия Galaxy S и назван «silicon art»:
Но вернёмся к нашей метке. Поиски в Интернете привели к двум сайтам – Wiki и самого производителя Alien Tech. Немного побродив по сайту компании, очень быстро находится тип метки — Higgs 3 и полная спецификация на него.
Higgs 3 относится к стандарту EPC gen2. Подробнее всегда можно ознакомится на тут.
В круге пятом. Метки, использованные в бейджах РосНаноФорума
На сладкое я приберёг метки, которые были использованы для идентификации на РосНаноФорум в 2011 году. Как видно из представленной ниже фотографии, бейджик не простой, а имеет две метки – одна на виду (узкая в самом низу), а вторая спрятана внутри.
К сожалению, большая метка – обычный Mifare, абсолютно такой же, какой используется в московском метрополитене, а вот маленькая – несколько отличается от всего, что мы видели ранее:
Картинка кликабельна — HD
Это RFID-метка от NXP, но другого стандарта, нежели Mifare и гораздо меньше, и выпущена в 2007 году. Название, которое читается справа – t5(S?)L35(S?)10V0(O?)E. Но расшифровать его не получилось…
Бонус
1. Да, мы совсем забыли про магнитную карту, используемую для оплаты проезда в общественном транспорте г.Москвы – исправляюсь:
Светлыми точками на нижней фотографии могут быть как раз частицы магнитного материала, используемого для записи информации на карту.
2. Два слова о NFC. Летом вышла довольно интересная статья о развитие NFC в России, правда, на частоте 2,4 МГц.
3. Кстати, магазин на RFID уже открыт — можете опробовать…
PS: Автор выражает благодарность пользователю BarsMonster, которого, кстати, ещё можно поздравить и с успешным переводом статьи на английский язык, что Вашему покорному слуге ещё только предстоит сделать… а их ещё с десяток – OMG!
PPS: Не так давно была опубликована статья на сайте 3DNews, посвящённая изучению дисплеев различных топовых и не очень устройств. Если ещё не решились с выбором смартфона — то вам точно сюда…
Во-первых, полный список опубликованных статей на Хабре:
Вскрытие чипа Nvidia 8600M GT, более обстоятельная статья дана тут: Современные чипы – взгляд изнутри
Взгляд изнутри: CD и HDD
Взгляд изнутри: светодиодные лампочки
Взгляд изнутри: Светодиодная промышленность в России
Взгляд изнутри: Flash-память и RAM
Взгляд изнутри: мир вокруг нас
Взгляд изнутри: LCD и E-Ink дисплеи
Взгляд изнутри: матрицы цифровых камер
Взгляд изнутри: Plastic Logic
Взгляд изнутри: RFID и другие метки
Взгляд изнутри: аспирантура в EPFL. Часть 1
Взгляд изнутри: аспирантура в EPFL. Часть 2
Взгляд изнутри: мир вокруг нас — 2
Взгляд изнутри: мир вокруг нас — 3
Взгляд изнутри: мир вокруг нас — 4
и 3DNews:
Микровзгляд: сравнение дисплеев современных смартфонов
Во-вторых, помимо блога на HabraHabr, статьи и видеоматериалы можно читать и смотреть на Nanometer.ru, YouTube, а также Dirty.
В-третьих, если тебе, дорогой читатель, понравилась статья или ты хочешь простимулировать написание новых, то действуй согласно следующей максиме: «pay what you want»
Yandex.Money 41001234893231
WebMoney (R296920395341 или Z333281944680)
Иногда кратко, а иногда не очень о новостях науки и технологий можно почитать на моём Телеграм-канале — милости просим;)
В основе радиочастотного оборудования лежит детектирование антеннами (сенсорами) колебательного контура, находящегося в защитном элементе, который укрепляется на товаре и имеет туже резонансную частоту, что и передающая антенна. Универсальная частота 8,2 МГц и подходит к радиочастотным системам любых производителей, работающих на частоте 8,2 МГц. Специальные частоты 9,5 и 10 МГц обычно применяются для библиотек и видеопрокатов, до избегания ложных срабатываний систем, при посещении покупателем других магазинов. Радиочастотные этикетки отличаются между собой размером, внешним видом и технологией производства. Оптимальные размеры этикеток 40´40 мм и 50´50 мм. Радиочастотная технология используется на мировом рынке (52%) для магазинов одежда спорттовары, косметика, бытовая химия и др.
Преимущества данных систем:
– невысокая стоимость;
– надежность и устойчивость работы за счет высокой вероятности срабатывания меток;
– экономичность, благодаря использования многоразовых датчиков;
– повышенная эффективность моделей с цифровой обработкой сигнала; – автоматическое саморегулирование системы;
– безопасность для здоровья и отсутствие влияния на электронные устройства и магнитные носители.
– интеграция сигнала тревоги с системой видеонаблюдения и др.
Контрольные вопросы
1. Назвать системы защиты от несанкционированного выноса и охарактеризовать их эффективность.
2. Дать характеристику акустомагнитных противокражной системе защиты товара. Назвать положительные и отрацательные стороны акустомагнитной технологии защиты товаров от кражи в магазинах самообслуживания.
3. Акустомагнитные защитные этикетки их характеристика и принцип деактивации
4. дать характеристику электромагнитной противопожарной системе защиты товаров. Назвать преимущества и недостатки.
5. Дать характеристику радиочастотной противокражной системе защиты товаров. Назвать отличительные особенности указанной системы защиты товаров от акустомагнитной и электромагнитной систем.
6. Указать преимущества и недостатки радиочастотной защиты товаров от кражи.
Все большую популярность в России набирает технология RFID. Широкая популярность обуславливается дешевизной и простотой использования систем, построенных на основе данной технологии. Такие системы широко применяются в логистике, системах аутентификации и контроля. Технология радиочастотной идентификации схожа по функционалу с штрих-кодом, но обладает существенными преимуществами в эксплуатации: надежность, большая защищенность, износостойкость элементов. Основным преимуществом является то, что хранение и передача данных производится с использованием криптографических алгоритмов. Это значительно усложняет попытки несанкционированного считывания данных и взлома всей системы. В данной статье приведена подробная классификация с описанием каждого вида RFID меток. Произведен анализ существующих RFID меток, рассмотрены достоинства и недостатки их решений: надежность, дальность действия, энергонезависимость. Проведено сравнение различных систем, построенных на технологии RFID и даны рекомендации по выбору компонентов при проектировании различных систем.
Ключевые слова: RFID технология, логистика, автоматизация производства, идентификация, система контроля качества, системный анализ.
The increasing popularity in Russia is gaining RFID technology. Wide popularity is caused by cheap and easy to use systems that are based on this technology. Such systems are widely used in logistics, authentication and control systems. RFID technology is similar in functionality to the barcode, but offers significant advantages in service reliability, great security, durability of elements. The main advantage is that the storage and transmission of data is done using cryptographic algorithms. This greatly complicates the unauthorized reading data and breaking the entire system. This article is a detailed classification of the description of each type of RFID tags. The analysis of existing RFID tags, consider the advantages and disadvantages of their decisions: the reliability, range, non-volatility. Finally, a comparison of different systems based on RFID technology, recommendations on the choice of components in the design of the various systems.
Keywords: RFID technology, logistics, industrial automation, identification, quality control, system analysis.
RFID — способ автоматической идентификации объектов, в котором посредством радиосигналов считываются или записываются данные, хранящиеся в так называемых транспондерах, или RFID-метках [1]. Акроним относится к маленьким электронным устройствам, которые состоят из маленького чипа и антенны. Чип, как правило, способен к переносу 2 000 байтов данных или меньше [1]. Устройство RFID служит той же самой цели как штрих-код или магнитная полоса на обратной стороне карты банкомата или кредитной карты [2]. Так же, как и штрих-код или магнитная полоса, RFID метки должны быть просмотрены, чтобы получить информацию или восстановить информацию об идентификации. Значительное преимущество устройств RFID в сравнении с штрих-кодами и магнитными полосами состоит в том, что устройство RFID не должно быть помещено точно относительно сканера, что позволяет сократить затрачиваемое на считывание информации время [3]. Также предоставляет возможность записи большего объема данных, нежели хранящейся в штрих-кодах и других подобных носителей данных. Технология RFID была доступна более пятидесяти лет, но только недавно стало возможно произвести устройства RFID ценою в несколько центов, что позволило применять их в качестве этикеток вплоть до для мелких товаров [4]. Одной из причин, того что метки RFID столь долго не могли быть широко распространены, чтобы войти в общее употребление, является отсутствие стандартов в промышленности. Большинство компаний вложило свой капитал в технологию RFID, используя метки, чтобы отследить продукты производства в пределах их контроля [5]. Впоследствии, увеличивая сферы влияния своих компаний, RFID метки начали отслеживать перемещение товаров и компонентов в рамках локальной и глобальной логистики [6]. Вместе с этим увеличивалось их разнообразие, как в конструктивных, так и в технических исполнениях, они стали неотъемлемым элементов реализации технологий «Бережливого производства» в современных условиях.
В данной статье произведена подробная классификация всех существующих видов и вариантов исполнения RFID меток с приведением их преимуществ и недостатков, что позволит потребителю выбрать наиболее для него подходящего устройство.
- Анализ принципов работы RFID систем.
RFID (радиочастотная идентификация) — обобщенное название применения технологий радиочастотного и электромагнитного излучений в считывании или записи данных на носитель [1].
RFID технология состоит из считывающего устройства и носителя информации.
Рис. 1. Обобщенная структурная схема RFID систем
Ридер может быть исполнен по-разному, в зависимости от предназначения (переносной сканер, стационарное устройство). Задачей ридера является активацией метки, с последующим принятием передаваемой информацией. Состоит он из антенны и управляющей электроники. Антенны считывателя излучают электромагнитные волны, передавая энергию метке, та активируется, приняв собственной антенной электромагнитную энергию, которая заряжает встроенный аккумулятор. После, используя в качестве источника питания заряженный аккумулятор, включается внутренняя электроника метки, которая отсылает хранимый ею сигнал считывателю с помощью собственной антенны. Сигнал принимается антенной считывателя, далее полученный сигнал демодулируется, расшифровывается и представляется пользователю в удобном для него виде.
- Классификация RFID меток.
RFID метки классифицируют по следующим признакам:
− источник питания;
− рабочая частота;
− тип применяемой памяти;
− техническое исполнение.
Рис. 2. Классификация RFID меток
Пассивные RFID-метки, которые не используют внутренних аккумуляторов или батарей. Работа подобных меток осуществляется за счет накопления энергии передаваемой антенной ридера в момент считывания. Т. к. используется КМОП технология, то столь малой энергии достаточно для активации работы встроенной в метку электроники и передачи обратного сигнала. Подобные метки используются в стикерах, проездных билетах или имплантатах под кожей. Их главным недостатком является в применении более мощных считывающих устройств, нежели для работы меток с активным или полупассивным источником питания.
Активные RFID-метки в технологии работы, которых применяется внутренний источник питания, что позволяет данным меткам не зависеть от энергии ридера. Это дает возможность считывать информацию с них на больших расстояниях (до 300 метров). Подобные метки имеют большие размеры и возможность установки более сложной внутренней электроники. Минусом является цена и ограничение времени работы внутренних батарей.
Также преимуществом подобных меток является большая надежность, нежели в использовании меток с пассивным источником питания и более качественном передачи сигнала, с совершением меньшего числа ошибок. За счет применения внутреннего источника питания, появляется возможность увеличения интенсивности передаваемого сигнала, что позволяет применять данные метки в более агрессивных радиочастотных средах и увеличения расстояния передачи. А усложнение внутренней электроники позволяет, к примеру, использовать различные сенсоры и датчики (мониторинг температуры скоропортящегося товара), причем время работы на внутренней батарее может доходить до 10 лет или увеличения объема внутренней памяти, тем самым увеличивая количество хранимых данных.
По рабочей частоте выделяют Диапазон LF — метки данного диапазона (125–134 кГц) отличаются низкими ценами и из-за своих физических характеристик применяются в имплантации под кожу животным. Используемый диапазон частот не позволяет производить считывание на больших расстояниях.
Диапазона HF — виды меток использующие данный диапазон (13,56 МГц) широко применяются, за счет чего стандартизированы, имеют большое разнообразие технических исполнений, а также дешевы в производстве. Также как и в предыдущим типе меток, присутствуют проблемы при считывании на большие расстояния.
Диапазона UHF — использование подобного диапазона частот (860–960 МГц) для считывания информации позволяют увеличить расстояние считывания до 300 метров и возможность применять противоколлизионные решения. Широкое распространение приобрели за счет использования в логистике. В UHF RFID-системах по сравнению с LF и HF ниже стоимость меток, при этом выше стоимость прочего оборудования.
Сравнительный анализ характеристик меток по используемым частотным диапазонам приведен в таблице 1.
Таблица 1
|
Частота |
Основные характеристики |
Где применяется |
|
HF 13.56 МГц |
− Применение стандартов − Дальность отклика 1.2 м − Малое количество ошибок при обращении − Малоэффективны при работе среди металлических конструкций |
− Карты для платежей − В службах безопасности − При учете товаров |
|
UHF 860–930 МГц |
− Отсутствие стандартизации − Большие размеры − Высокая дальность чтения (3 метра и более) |
Логистика и подобные сферы товарооборота |
По типу памяти выделяют:
− RO (Read Only) — запись данных при производстве. Отсутствует возможность перезаписи. Исключают подделки.
− WORM (Write Once Read Many) — то же что и RO, но содержат уникальный идентификатор, присутствует возможность многократного чтения.
− RW (Read & Write) — Имеют возможность многократной перезаписи внутренней информации.
По конструктивному исполнению:
− корпусные транспондеры: метки, антенна и чип которых закреплены в жестком корпусе. Имеет защиту от окружающей среды, за счет чего используется в промышленности.
− RFID этикетки: антенна и чип прикреплены к бумажной основе. Их цена ниже корпусированных меток, но, соответственно, у них ниже прочность. Используются на складах и в магазинах.
− RFID карты: представляют собой пластиковую карту, чаще всего, размером с визитку. Применяются при идентификации личности в системах безопасности.
− RFID бирки: то же что и RFID этикетки, но за счет пластикового корпуса имеют большую прочность. Применяются при учете животных.
Заключение.
Технологии радиочастотной идентификации находят все большее применение в различных сферах технической деятельности: автоматизации производства, логистике, контроле качества. В данной статье рассмотрены основные виды существующих RFID меток, описаны их преимущества и недостатки, приведена классификация.
Каждая из классифицированных в статье систем находит свое применение в различных областях. Самыми дешевыми являются пассивные метки, выполненные в виде наклейки. Их стоимостью обусловлена возможность повсеместного использования в сфере логистики и системах учета для складов. Транспондеры, применяющиеся, как правило, в системах учета проезда автотранспорта, выполнены по активной схеме и имеют защиту от окружающей среды. В системах где требуется идентификация на большом расстоянии недопустимо использование меток диапазона 125–134кГц, если таковая возможность требуется следует использовать метки диапазона 860–960МГц.
Литература:
- Сандип Лахири. RFID. Руководство по внедрению. 2007 г. 312 с.
- Клаус Финкенцеллер. Справочник по RFID. — Издательский дом «Додэка-XXI», 2008. 496 с.
- Верейнов К. Д., Власов А. И., Дудко В. Г., Тимошкин А. Г. Концепция комплексной автоматизации систем управления производством и разработками на базе современного аппаратного и программного обеспечения // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Автоматизированные системы управления производством и разработками. 1994. № 2. С. 50–66.
- Власов А. И., Михненко А. Е. Информационно-управляющие системы для производителей электроники // Производство электроники. 2006. № 3. С. 15–21.
- Власов А. И., Михненко А. Е. Принципы построения и развертывания информационной системы предприятия электронной отрасли // Производство электроники. 2006. № 4. С. 5–12.
- Власов А. И., Ганев Ю. М., Карпунин А. А. Системный анализ «бережливого производства» инструментами визуального моделирования // Информационные технологии в проектировании и производстве. 2015. № 4 (160). С. 19–24.
Больше новостей
