فن آوری RFID 
۱۳۸۹/۵/۲۸ فن آوری RFID
  • بسم الله الرحمن الرحیم
  • فن آوری RFID
  • مزایا،کاربردها
  • شرکت خدمات مهندسی و بازرگانی مکرر
  • حمیدرضا دامغانی
  • Damghani@mtes.ir
  • info@mtes.ir
  • www.mtes.ir
  • چکیده
  • در این مقاله ابتدا سعی شده است به معرفی کلی فناوری RFID پرداخته شود و بدنبال آن نحوه عملکرد و اجزای اصلی سیستم RFID و انواع آنها و مزیت ها و کاربرد های گوناگون در بخش های مختلف بویژه در حمل و نقل ریلی اشاره می شود.همچنین مختصری از تاریخچه این فناوری و نحوه شکل گیری آن در ادامه آورده شده است.
  • مقدمه ای برRFID
  • اصولاً به هر سیستمی که قادر به خواندن و تشخیص اطلاعات افراد یا کالاها باشد سیستم شناسایی یاIdentification Systemگفته می‌شود.
  • سیستم شناسایی با استفاده از امواج رادیویی (RFID – “Radio Frequency Identification”)یک تکنولوژی بیسیم برای شناسایی خودکارشناسه است که قادر به تبادل داده‌ها به‌وسیله‌ی برقراری ارتباط بین یک برحسب ( Tag ) که به جسم مورد نظر نظیر کالا، واگن، کارت و... متصل شده است و یک بازخوان (Reader) می‌باشد. سامانه‌های RFID از سیگنال‌های الکترونیکی و امواج الکترومغناطیسی برای خواندن و نوشتن داده‌ها بدون تماس بهره‌گیری می‌کنند. در نهایت داده توسط کدخوان دریافت و توسط نرم افزار مربوطه نظیر برنامه های ERPبرگرفته از ( Enterprise Resource Planning) و SCMS برگرفته از(Supply Chain Management System ) پردازش می گردد.
  • کاربردهای فناوری RFID به عنوان فن آوری به خودی خود بسیار گسترده است. باند های فرکانسی مختلفی به تکنولوژی RFIDبر حسب نوع کاربرد اختصاص داده شده است که از جمله آن ها میتوان به سیستم های فرکانس پایین (دامنه کوتاه) (short range) و سیستم های فرکانس بالا (دوربرد) (long range) اشاره نمود که در ادامه به کاربرد ها و مزایا و جایگاه فرکانس ها در این فناوری خواهیم پرداخت.
  • تاریخچه RFID
  • تصور بسیاری از افراد این است که RFID یک فناوری نوظهور و نوپا است. علت این تصور نادرست این است که فناوری RFID به تازگی توسعه داده شده است. RFID از دهه ۷۰ میلادی وجود تجاری داشته اما به دلیل هزینه زیاد در پیاده‌سازی، تاکنون گسترش چندانی پیدا نکرده است. اکنون با پیشرفت فناوری در زمینه سیستم‌های اطلاعاتی، ظهور ریز پردازنده‌های قدرتمند و نسبتا ارزان و ... می‌توان با هزینه‌های کم‌تری RFID را پیاده‌سازی کرد و چون دنیای تجاری امروزی نیاز حیاتی‌تری نیز به این‌گونه سیستم‌ها دارد، می‌توان آن را راحت‌تر در حوزه تجارت گسترش داد.
  • در سال ۱۹۴۵ میلادی نیز فردی به نام لئون ترمین دستگاهی جاسوسی اختراع کرد که فناوری آن مشابهRFID است.
  • در نهایت اینکه RFID به شکل امروزی توسط مخترعی به نام ماریو کاردلو ساخته شد که به علت گرانی قیمت تا سال ۱۹۷۰ استفاده‌ای از آن در تجارت نشد.
  • اساس شکل‌گیری RFID به کشف انرژی الکترومغناطیس توسط فارادی در سال ۱۸۴۶ برمی‌گردد. راداری که در سال ۱۹۳۵ ساخته شد نیز به نوعی می‌تواند یک RFID مقدماتی باشد. کاربرد RFID برای شناسایی حیوانات نیز در سال ۱۹۷۹ آغاز شد. در حدود سال ۱۹۸۷ نیز کار جمع‌آوری عوارض خودروهای ایالات متحده توسط این فناوری آغاز شد و از سال ۱۹۹۴ به بعد نیز کل خودروهای این کشور با استفاده از فناوری RFID شناسایی می‌شود. بیش‌ترین استفاده از RFID از سال ۲۰۰۰ به بعد انجام شده است.
  • پرداخت هزینه حمل و نقل که کاربرد آن را در مترو ایران نیز می توان مشاده کرد در سال 1995 در فرانسه در تمامی شهرها و بعدتر در تمامی اروپا رواج پیدا کرد. می توان به عنوان نمونه به کارتهای T-money در سئول و شهرهای اطراف برای ترانزیت عمومی اشاره کرد.
  • در سال 2001 در ژاپن برای حمل و نقل ریلی از Felica استفاده شد. از این فناوری امروزه در تمامی متروهای دنیا استفاده می شود. سهولت در پرداخت هزینه حمل و نقل، راحتی شارژ کارت ها، عدم احتیاج به تشکیل صف های طویل برای خرید بلیت و نیز احتیاج کم به حمل و نقل پول از مزایای این نوع کارت هاست.
  • نحوه عملکرد و تجهیزات مورد نیاز
  • در یک سیستم معمول Tag ها به اشیا متصل شده اند. هر تگ دارای میزان مشخصی از حافظه داخلی است (EPROM) که اطلاعاتی راجع به اشیاء ذخیره کند. همچنین شماره سریال منحصر به فرد آن و یا در بعضی موارد جزییات بیشتری شامل تاریخ ساخت و ترکیبات جنس تولید شده نیز در حافظه ذخیره می شود. وقتی که این تگ ها از میان یک میدان تشکیل شده بوسیله خواننده عبور داده می شوند. اطلاعات خود را به خواننده ارسال می کنند. که بدین ترتیب شی تعیین هویت می شود تا اخیراً تمرکز روی تکنولوژی RFID عمدتاً روی Tag ها وبازخوان هایی بود که در سیستم هایی که با حجم اطلاعات پایین درگیر بودند کار می کردند.
  • بطور کلی سیستم های RFID از تجهیزات ذیل استفاده می کند:
  • • برچسب یا تگ Tag))
  • • بازخوان بر چسب یا Reader
  • • آنتن
  • • نرم‌افزار مدیریت اطلاعات
  • برچسب یا تگ (TAG)
  • همانطور که گفته شد تگ ها (Tag) وسیله شناسایی متصل شده به جسم مورد نظر هستند که ما می خواهیم آنرا رد یابی کنیم. تگ ها قادر به ذخیره اطلاعات مختلفی در خصوص یک شی ء می باشند. ذخیره شماره سریال، شماره قطعه و یا دستورالعمل های پیکر بندی نمونه هایی در این زمینه می باشد.
  • شکل 1 –نمونه هایی از تگ (Tag)
  • بطور کلی بعضی از ویژگیهای ظاهری Tag ها بصورت زیر می‌باشد:
  • • شناسه - Tag هایی که دارای کفه پلاستیکی از جنسPVC می‌باشند که بسیار با دوام بوده و می‌توان از آنها بارها و بارها استفاده کرد.
  • • شناسه Tag هایی که شبیه کارتهای اعتباری هستند ومعمولاً به آنها کارتهای هوشمند بدون تمـاس
  • (Contact less Smart Cards)گفته می‌شود.
  • • شناسه Tag هایی که بصورت لایه‌های کاغذی بر روی شناسه ساخته می‌شوند که به آنها شناسه‌های هوشمند (Smart Labels) گفته می‌شود.
  • • شناسه Tag هایی که در محیطهای قابل فرسایش (مثلاً آب یا مایع) به خوبی کار می‌کنند. اینگونه Tag ها در کپسولهای شیشه‌ای قرار دارند.
  • • شناسه Tag های کوچک که در داخل اشیاء عمومی مثل لباس، ساعت، دستبند و .... کارگذاشته می‌شود.
  • در صورتیکه بخواهیم Tag ها را با در نظر گرفتن منبع انرژی تامین کننده شان دسته بندی کنیم به 4 دسته اصلی تقسیم بندی می‌شوند:
  • • شناسه Tag های غیر فعال Passive Tags
  • که انرژی و برق مورد نیاز خود را از Reader ها بدست می‌آورند.استفاده از تگ های غیر فعال در شناسایی ، ایجاد و خواندن تعریف منطقه ، دامنه خواندنی کم(معمولا تا 3 متر) و عبور با سرعت 30 کیلومتر در ساعت می باشد.
  • • شناسه Tag های فعال Active Tags
  • که انرژی مورد نیازشان توسط یک باطری داخلی و جهت برقراری ارتباط دارای یک پردازنده، یک حافظه و حسگر می‌باشند.
  • استفاده از تگ های فعال ، ایجاد شناسنامه غیر تعریف شده منطقه خواندن ، بلند خواندن برد ، و عبور با سرعت 30 کیلومتر در ساعت می باشد.
  • • شناسه Tag هایی نیمه غیر فعال Semi-Passive Tags
  • که علاوه بر استفاده از باطری داخلی شان، می‌توانند از انرژی منتقل شده توسط بازخوان بر چسبReaderها نیزبهره مند شوند.استفاده از تگ های نیمه فعال ایجاد و تعریف منطقه خواندن ، بلند خواندن و دامنه (معمولا تا 10 متر) و عبور با سرعت 400 کیلومتر / ساعت می باشد.
  • • شناسه Tag های دو طرفه Two way Tags
  • که علاوه براستفاده از باطری داخلی شان می‌توانند بدون کمک گرفتن از Readerها دیگر اقسام هم شکل خود را نیز شناسایی کرده و با آنها به گفتگو بپردازند.
  • بازخوان بر چسب (Reader)
  • قبلاً اشاره شد که بازخوان بر چسب Reader ها وسایل الکترونیکی هستند که حضور Tag ها را در محیط تشخیص داده و اطلاعات ذخیره شده در آنها را بازیابی می‌کنند.
  • سه دسته عمده بازخوان بر چسب Readerها بصورت:
  • 1. مدل ثابت Fixed Type
  • 2. مدل کارت PC Card Type
  • 3. مدل دستی Handheld Type
  • شکل 2 – نمونه هایی از ریدر ها ( از راست به چپ مدل ثابت- کارت- دستی )
  • طیف فرکانسRFID
  • یکی از ملاحظات مهم در ارتباط با فناوریRFID ، فرکانس عملیاتی آنان است. همانند تلویزیون که می تواند در باندهای UHFبرگرفته شده از(Ultra-High Frequency) و VHFبرگرفته شده از (Very High Frequency)فعالیت نماید، سیستم های RFID نیز می توانند از باندهای مختلفی برای ارتباطات خود استفاده نمایند.
  • در RFID هم از باند فرکانس پائین و هم از باند فرکانس بالا در محدوده های زیر استفاده می گردد .
  • • باندهای فرکانس پایین در RFID
  • - فرکانس پایین و یا LF (Low Frequency ) : بین 125 تا 134 کیلوهرتز
  • - فرکانس بالا و یا HF (High Frequency ) : محدوده 56 / 13 مگاهرتز
  • • باندهای فرکانس بالا در RFID
  • - باند UHF: محدوده 860 تا 960 مگاهرتز
  • میکروویو : 5 / 2 گیگاهرتز به بالا
  • انتخاب فرکانس بر روی چندین خصلت سیستم های RFID تاثیر گذار است که در ادامه به تشریح برخی از آنان خواهیم پرداخت .
  • محدوده خواندن در باندهای فرکانس پایین ، محدوده خواندن تگ های غیرفعال با توجه به بهره ضعیف آنتن چیزی بیش از یک متر نمی باشد . ( در فرکانس های پایین ، طول موج الکترومغناطیسی بسیار بالا می باشد . در برخی حالات تا چندین کیلومتر و طولانی تر از ابعاد آنتن تعبیه شده در تگ های RFID . بهره آنتن ، بطور مستقیم با اندازه آنتن مرتبط با طول موج متناسب می باشد . بنابراین بهره آنتن در این فرکانس ها بسیار پایین است ) .
  • در فرکانس های بالاتر ، محدوده خواندن معمولا" افزایش خواهد یافت خصوصا" در مواردی که از تگ های فعال استفاده شده باشد . با توجه به این که باندهای فرکانس بالا می توانند باعث بروز مسایل مختلفی در رابطه با سلامت انسان گردند ، تعداد بسیار زیادی از سازمان های تنظیم مقررات رادیویی نظیر FCC ، محدودیت های بیشتری را در خصوص قدرت سیستم های میکروویو و UHF اعمال می نمایند . این کار باعث می شود که محدوده خواندن این نوع سیستم های فرکانس بالا در تگ های غیرفعال بطور متوسط بین سه تا نه متر گردد .
  • تگ های غیرفعال در مقابل تگ های فعال به دلایل تاریخی ، از تگ های غیرفعال معمولا" در باندهای LF و HF و از تگ های فعال در باندهای UHF و میکروویو استفاده می گردد . در اولین سیستم های RFID از تگ های غیرفعال در باندهای HF و LF استفاده می گردید . شاید قیمت مناسب بکارگیری فناوری فوق و عدم امکان سرمایه گذاری بالا بر روی سایر گزینه ها ( در گذشته ای نه چندان دور ) ، باعث بکارگیری تگ های غیرفعال در باندهای HF و LF شده باشد .
  • مزایای استفاده از فن آوری RFID
  • مزایا استفاده از این تکنولوژی به شرح ذیل می‌باشد:
  • کاهش هزینه‌ها (کاهش عملیات اجرایی و افزایش سرعت(
  • اتوماسیون (بدون توقف (
  • کاهش خطا
  • کنترل فرایندهای غیر قابل رویت
  • امکان به روز رسانی بر چسب ها بدون دخالت دست
  • امنیت
  • یکپارچگی
  • مقایسه بارکد و RFID
  • توانایی ها و قابلیتها RFID
  • Barcode
  • حجم و مقدار اطلاعات
  • قابلیت بازنویسی اطلاعات
  • تاثیر آلودگی بر عملکرد
  • نیاز به دید مستقیم
  • تخریب/ سایش
  • کپی غیر مجاز
  • سرعت خواندن
  • فاصله خواندن
  • قابلیت تعامل و همکاری با ریدر بیش از یک کیلوبایت
  • فقط نوشتنی/نوشتنی یا خواندنی
  • بی تاثیر
  • بی تاثیر
  • ندارد
  • رمزگذاری شده
  • میلی ثانیه
  • بیش از 100فوت (30 متر)
  • بله یک تا 100 بیت
  • فقط خواندنی
  • بسیار تاثیر گذار
  • عدم موفقیت در اجرا
  • حساس و مستعد فرسودگی
  • حساس و مستعد کپی
  • بیش از یک ثانیه
  • کمتر از 8 فوت(2/5 متر)
  • بله
  • کاربرد تکنولوژی RFID در حمل و نقل ریلی
  • با افزایش حمل و نقل ریلی و بزرگ شدن شبکه ریلی و افزایش تجهیزات ناوگان در شبکه همانند واگن ها و لوکوموتیوها و غیره، نیاز به برنامه ریزی و بهینه سازی استفاده از این تجهیزات بسیار مهم جلوه می کند. برای برنامه ریزی ناوگان نیاز به اطلاعات خاصی از قبیل تعداد و انواع تجهیزات و محل قرارگیری هر کدام در شبکه می باشد. این مورد نه تنها در راه آهن، بلکه در سایر بخش های حمل و نقلی نیز دارای اهمیت بسزایی می باشد. برای مثال در بندرگاه ها برای تعیین مکان کانتینرها از سیستم GPS و AEI استفاده می شود. در راه آهن نیز سیستم های مختلفی به این منظور به کار گرفته شدند. در برخی از کشورها این کار بصورت بسیار ابتدایی و بصورت دستی انجام می گیرد، بطور مثال در کشور ایران این کار بصورت دستی انجام می گیرد و این باعث سختی و دشواری کار می شود.
  • با بزرگ شدن شبکه راه آهن و افزایش تجهیزات میزان خطای انسانی و زمان صرف شده برای این کار افزایش می یابد بطوری که نمی توان محل واگن ها، واگن انتهایی قطار و سایر وسایل متحرک ریلی را در شبکه مشخص نمود و در بسیاری از موارد پیش می آید که این تجهیزات در شبکه گم می شوند. امروزه سیستم کارآیی در راه آهن آمریکای شمالی مورد بهره برداری قرار گرفته و در اروپا نیز بعد از پشت سر گذاشتن مراحل تحقیقاتی بسوی بهره برداری و فراگیر شدن پیش می رود.
  • کاربرد های RFID در حمل و نقل ریلی
  • - اطلاعات سیر و حرکت
  • - کمک به محاسبه معادله دیزل
  • - تعیین محل و موقعیت توقف دیزل و واگن ها
  • - قابلیت تنظیم over haul بر اساس Tone/Km
  • - موقعیت و ورود و خروج قطارها
  • - مشخصات و آرایش قطار ها
  • - مدیریت اطلاعات محوطه راه آهن
  • - ردگیری آلات ناقله ریلی
  • - تعیین دقیق موجودی ایستگاههای تحت پوشش
  • - بهره برداری بهینه از کشش دیزل
  • - مکانیزه نمودن سیستم توزین
  • - پیش بینی تعمیرونگهداری زیرسازی و روسازی
  • - پیش بینی تعمیرونگهداری آلات ناقله ریلی
  • - کاهش تاثیر خطاهای انسانی
  • مزایای استفاده از RFID در حمل ونقل ریلی
  • - هزینه بسیار ناچیزتگ ها
  • - نصب و راه اندازی ساده
  • - منحصر به فرد بودنشناسه هر تگ
  • - عدم تاثیر شرایط محیطی نظیر آلودگی، دما،...بر عملکرد تگ
  • - عدم نیاز به دید مستقیم بین تگ و ریدر
  • - افزایش ضریب امنیت
  • - انتقال اطلاعات از طریق ارتباطات شبکه ای
  • - قابلیت خواندن اطلاعات در سرعت های بالا ( تا400 کیلومتر بر ساعت)
  • - قابل استفاده در کلیه شرایط آب و هوایی و در کلیه فصول سال
  • - سرعت تحلیل اطلاعات افزایش می یابد
  • - راه اندازی این سیستم تنها دارای هزینه اولیه بوده و هزینه ای اندکی را پس از عملیاتی شدن به سیستم تحمیل می کند
  • - هزینه تعمیر ونگهداری ناچیز
  • بحث و نتیجه گیری
  • با توجه به رشد روز افزون تکنولوژی در عرصه های مختلف و بویژه صنعت ریلی در جهان، کشور ما نیز نیاز به گسترش و استفاده از فناوری های این بخش را احساس نموده است.به همین منظور مجموعه هایی همچون شرکت خدمات مهندسی و بازرگانی مکرر که از پیشگامان معرفی سیستم RFID در صنایع ریلی می باشد،همواره با ارائه طرح های مفید در جهت اجرای این فناوری کوشیده است.
  • در مقالات بعدی به معرفی راهکارهای بیشتر در صنعت ریلی کشور خواهیم پرداخت.
  • امید است با مساعدت کلیه مسئولان بخش ریلی کشور وتلاش مضاعف کارشناسان سیستم های RFID شرکت خدمات مهندسی و بازرکانی مکرر بتوانیم گامی موثر در جهت توسعه این فن آوری برداریم.
  • مراجع
  • ]1[- وب سایت شرکت TagMaster سوئد
  • ]2[-وب سایت فناوری های شناسایی و ردیابی
  • [3]- RFID JOURNAL MAGAZINE

بازگشت به مقالات

برای عضویت در خبرنامه پست الکترونیک خود را در زیر وارد کنید:

صفحه اصلی | درباره ما | اخبار | محصولات | خدمات | مدیران | نیروهای متخصص | تماس با ما

کلیه حقوق برای شرکت شرکت خدمات مهندسی و بازرگانی مکرر محفوظ است.

طراحی و میزبانی: رسانه پرداز پارس