Мы составили список наиболее важных аспектов, которые следует учитывать при выборе RFID считывателя для своих проектов и проектировании системы автоматизации:
1. Область действия.
Стоит обращать внимание в каких диапазонах работают RFID-считыватели.
- LF (125 kHz) – ридеры используются для ближнего бесконтактного считывания на расстоянии не более 10 сантиметров.
- HF (13,56 МГц) – считывание информации осуществляется на расстоянии до 1 метра.
- UHF (865 — 868 МГц) – максимальное расстояние считывания ридера информации не более 15 метров.
- SHF (2 — 30 ГГц) – сканеры имеют СВЧ-модули, способные считать информацию на очень больших расстояниях.
RFID-считыватели также отличаются протоколами связи для подключения к базе данных и программному обеспечению: UART, RS-232, SPI, WG32, USB. Каждая страна имеет свои собственные правила и стандарты, регулирующие передачу UHF-радиочастот, в соответствии с которыми проектировать систему и выбрать RFID-сканер, который будет работать в заданных диапазонах частот.
Пассивные системы диапазона UHF 860~960 МГц стандарта EPC Class 1 Generation 2 (ISO/IEC 18000-63), кратко Gen2
- Европа (ETSI): 865,6 ~ 867,6 МГц, включая более узкий диапазон РФ 866,6 ~ 867,4 МГц;
- США (FCC): 902 ~ 928 МГц;
- Япония: 952 ~ 956,4 МГц (до 2018 года, а сейчас и в дальнейшем действует второй диапазон 916,7 ~ 920,9 МГц);
- Китай: 920,5 ~ 924,5 МГц.
Если считыватель настроен на передачу в полосе частот 902-928 МГц в стране, которая стандартизировала полосу частот 865-868 МГц для использования RFID, то это будет нарушать местные стандарты соответствия принятого диапазона частот.
Особенности использования систем UHF EPC Gen2, как наиболее часто применяемого стандарта в производстве и промышленности.
Основной экономической выгодой использования RFID-систем EPC Gen2 является ускорение и уменьшение трудоемкости операций учета объектов – приемка, отгрузка, инвентаризация, поиск заданных объектов. Также важным является возможность снижения влияния человеческого фактора, т. к. во многих случаях регистрация меток может происходить без участия человека, тем самым оптимизируя трудовые ресурсы и риски.
Например, портальные зоны для регистрации событий на вход/выход, внос/вынос, учета количества продукции по конвейеру. Подобные системы часто применяются при необходимости регистрации меток с больших дистанций от 0,5 до 10 метров, возможной одновременной регистрации большого числа меток и перемещающихся на большой скорости. Сложность реализации систем EPC Gen2 состоит в особенностях самой технологии радиосвязи в поглощении сигнала водой, рассеивании и возможных помехах при увеличении расстояния от метки до сканера и экранировании металлических предметов. Способ решения конфликтных ситуаций оборудования заключается в установке мощности регистрации ридера многократно превышающей необходимую для регистрации одной метки и искусственном экранировании сигнала и отгораживании зон регистрации.
При выборе считывателя необходимо всегда проверять количество доступных антенных портов и возможности расширения зон считывания и/или добавления большего количества точек считывания, которое зависит от количества развернутых радиочастотных антенн. Как правило, считыватели доступны с двумя, четырьмя и восемью портами (без каких-либо дополнительных устройств, например мультиплексоров). Мультиплексоры, также называемые антенными концентраторами, имеют несколько сигнальных входов, один или более управляющих входов и один выход, позволяющий передавать сигнал с одного из входов на выход. Могут использоваться совместно для увеличения количества антенн (для расширения и поддержки до 32 РФИД-антенн), способных подключаться к одному RFID-ридеру. Следует отметить, что большинство мультиплексоров предназначено только для использования с определенными RFID считывателями и моделями.
В процессе выбора количества антенн, сначала выбирайте количество требуемых зон считывания и в пределах каждой зоны рассчитайте, какое потребуется расстояние и площадь покрытия для достижения желаемой скорости считывания.
Проектирование RFID системы и выбор считывателя напрямую зависит от технологии передачи данных и качества сети. Важная роль при этом также отводится программному обеспечению и на сколько считыватель будет синхронизирован с ним. Например, если требуется, чтобы ридер был подключен к главному компьютеру с помощью кабеля RS-232, кабеля Ethernet, кабеля USB или по Wi-Fi. Передача данных и использование RFID-системы в реальном времени также может помочь снизить общие системные затраты, если у вас настроены несколько опций ридера, поскольку для каждого считывателя вам не потребуется компьютер-хост. Если приложение требует, чтобы считыватель RFID находился в сети, можно использовать Ethernet или Wi-Fi. Использование этих двух технологий связи позволит программе RFID обмениваться данными локально, в радиусе действия сети.
В некоторых RFID-считывателях добавляются дополнительные порты или утилиты для предоставления новых функций, которые могут либо упростить, либо улучшить текущую систему. Ниже приведены наиболее распространенные дополнительные функции РФИД ридеров и возможность их подключения.
- HDMI. Одной из новейших функций считывателей RFID является добавление порта HDMI. Порты HDMI позволяют напрямую подключать дисплей или монитор к считывателю.Чаще применим для бесконтактных настольных считывателей.
- USB. Самый популярный способ подключения для всех устройств порт USB. Объяснить данный факт достаточно просто — дело в его многофункциональности, не исключая и для RFID readers. USB порт может использоваться для хранения и передачи данных, питания или дополнительных вспомогательных функций, таких как добавление ключа Wi-Fi для разных RFID-сканеров.
- GPS. Мобильный считыватель RFID с возможностями GPS очень полезен при крупных проектах, особенно тех, которые связаны с большими расстояниями на сотни метров. Координаты GPS привязываются к RFID-тегу при его чтении, что позволяет пользователям отмечать определенное местоположение актива.
- Камера. В некоторых приложениях, особенно в удаленных районах, удобно использовать камеру в мобильном считывателе, чтобы документировать статус помеченного элемента. Это особенно полезно, если, например промышленный RFID планшет, поддерживает возможность GPS, с привязкой ID меток, фото и GPS координат (геотеги) для анализа при обратной отправке.
- Штрих-код. Наиболее распространенное дополнение к традиционному мобильному считывателю и сканерам штрих-кодов. Используется для управления цепочками поставок в сочетании с RFID-метками или вместо РЧИД в небольших партиях, если невозможно или нецелесообразно применять RFID.
- Сотовые возможности. Мобильные RFID-считыватели дальнего действия с возможностями сотовой связи часто используются в ситуациях, когда нет доступа к Wi-Fi или другим альтернативным способам подключения. Сотовая связь обеспечивает альтернативный метод считывания тегов при транспортировке или определении местоположения объектов, когда другие соединения недоступны.
- Параметры GPIO. Соединения Input/Output общего назначения для считывателей RFID используются для подключения дополнительных устройств, таких как световые блоки и детекторы движения. Как правило, ридеры считывают и записывают метки, но с добавлением дополнительного устройства, подключенного через порт GPIO, определенные теги (или их отсутствие) могут быть запрограммированы для запуска события. Эти события при чтении метки, обеспечивают звуковые или визуальные сигналы (включение/выключение сигнальных огней или световое оповещение).
Inputs — устройства GPI или устройства ввода общего назначения подключаются через порт GPIO и включают такие элементы, как детекторы движения и датчики света. Устройства GPI используют электрические сигналы для связи со считывателем. Если устройство отправляет сигнал считывателю, программа позволяет ридеру выполнить операцию, заложенную в настройках.
Outputs — устройства GPO или устройства общего назначения выходят через порт GPIO и включают такие элементы, как световые блоки и сигнализаторы. Например, если RFID сканер считывает конкретную метку, программное обеспечение по ID отправляет обратно на ридер электрический сигнал, сообщающий вспомогательному устройству выполнить определенную функцию, например, включение света. При принятии решения о добавлении вспомогательного устройства важно понять, какое количество напряжения потребуется для эффективной работы. Некоторые устройства потребляют гораздо больше напряжения, чем RFID считыватель может обеспечить. В этих случаях поле GPIO требуется для обеспечения дополнительной мощности вспомогательному устройству.
Источник питания RFID-считывателя является одним из первоочередных параметров, которые следует учитывать при покупке. Часто количество розеток электросети ограничено или недоступно на производстве или в складских комплексах. Поэтому существует четыре варианта источника питания для функционирования RFID-сканеров.
Адаптер питания. Самый распространенный способ подключения считывателя RFID к розетке через адаптер питания. Перед использованием необходимо убедиться, что розетка находится в непосредственной близости от места установки считывателя.
PoE. Еще одним популярным способом питания считывателя RFID является PoE или Power over Ethernet. PoE использует кабель Ethernet для питания и чтения/приема данных. После настройки считывателя через PoE кабели могут работать до 300 метров и надежно обеспечивать питание ридера. Преимущество использования PoE (по сравнению с адаптером питания) заключается в устранении необходимости подключения питания переменного тока в месте считывания.
Аккумулятор. В основном применяется для мобильных считывателей и промышленных планшетов с предустановленным адаптером RFID. Батареи обеспечивают питание, позволяя RFID-считывателю быть беспроводным и мобильным. Практически лучше иметь в наличии запасные батареи совместно с зарядным устройством, к которому можно подключить для подзарядки сразу несколько аккумуляторов.
In-Vehicle. Главное применение RFID-считывателя — использование в транспортных средствах (например, грузовик, вилочный погрузчик и т. д.). Отличное решение для считывания RFID-меток на расстоянии во время движения по большим площадям, для чтения поддонов на складе или других перемещаемых активов. Существует не так много ридеров, которые были разработаны специально для такого использования, но те, которые представлены на рынке имеют прочный корпус, крепление и кабель подключения к проводке автомобиля.
Сканеры RFID меток передают данные различными способами. В зависимости от того какие варианты подключения к сети поддерживаются устройством будет зависеть эффективность его использования в различных условиях.
- Wi-Fi. Соединение с сетью может быть выполнено через Wi-Fi только с полным покрытие зоны регистрации качественным сигналом, иначе считыватель просто будет сообщать об отсутствующем соединении. Wi-Fi-подключение обеспечивает беспроводной, гибкий вариант взаимодействия для решений радиочастотной идентификации. Порты Wi-Fi и LAN, как правило, являются единственным способом подключения устройства к сети. Дополнительным преимуществом RFID-считывателя Online является возможность подключения принтера или другого устройства к считывателю дистанционно.
- LAN или локальная вычислительная сеть, для подключения к которой используется кабель Ethernet. После подключения к сети RFID-ридер может взаимодействовать с программами и другими подключенными устройствами.
- Последовательные порты (Serial). Используют 9-контактный последовательный порт для прямого подключения к главному ПК с интерфейсом стандарта RS-232. Последовательное соединение является оптимальным для простых решений с одним считывателем и хост-сервером, когда нет необходимости в дополнительных сетевых ресурсах.
- Вспомогательные порты. Некоторые карманные ридеры имеют возможность подключения либо по Bluetooth-соединению, либо через аудио-порт на смартфонах и планшетах. Использование дополнительного аудио-порта для подключения освобождает соединение Bluetooth, если его необходимо использовать для подключения к другому устройству.
| Наличие антенн | Работа с стандартами RFID меток | Интерфейсы | Режимы работы |
|---|---|---|---|
|
|
|
|
Мобильные RFID-считыватели.
Мобильный ручной RFID считыватель.
КПК, имеющий встроенный модуль RFID, который записывает и считывает информацию с RFID-тегов по беспроводной технологии передачи данных. Для выполнения большинства складских задач в нормальных условиях достаточно класса IP30. В промышленности и логистике отдельно стоит уделить внимание классу защищенности оборудования, где необходимо обладать высокой устойчивостью к механическим и температурным воздействиям и даже экстремальным условиям эксплуатации. Как подобрать метки читайте здесь.
Обычно ручные ридеры, в зависимости от модели и производителя, оснащены процессором CPU, оперативной памятью DDR объемом до 1 Гб и опционально жестким диском на 40 Гб. Способны загружать сложные программы и приложения написанные на Java, JavaScript или C# .Net. Локализованная платформа для запуска JavaScript приложений происходит с самого считывателя. По сравнению со стационарным прибором обладает меньшей дальностью чтения, источник питания имеет ограниченную мощность. Чаще всего в комплекте съемный аккумулятор, которого в среднем хватает на 4-5 часов непрерывной работы.
Промышленный RFID планшет.
RFID планшеты относятся к защищенному классу промышленных сканеров. Это универсальные, высокозащищенные устройства с достаточным радиусом чтения UHF меток. Их конструкция и исполнение ориентированы на надежное выполнение функций в полном объеме в агрессивной среде с не доступными опциями для обычных планшетов: сканер штрихкода, адаптер RFID, считыватель магнитных и бесконтактных смарт-карт, считыватель отпечатков пальцев и др. В зависимости от модели планшет может быть водонепроницаемым и противоударным.
RFID насадка для смартфонов.
Как правило представляет собой портативный модуль для аудио-разъема мобильных устройств, либо ручной UHF RFID считыватель с возможностью фиксации на смартфонах. Устройства подключаются к модулю через Bluetooth. Подобный вид ридеров разработан специально для более эффективного и оперативного применения в системах по автоматизации складской инвентаризации при нормальных условиях эксплуатации. Несмотря на не большие габариты имеет встроенную UHF-антенну и обеспечивает производительность сканирования штрих-кода и РЧИ-меток до 6 метров. Расстояние считывания и уровень сигнала зависят от условий и окружающих помех в зоне регистрации.
Стационарные RFID считыватели.Стационарные считыватели самые производительные устройства, которые обеспечивают максимальные скорости и дальности регистрации. Достигается это за счет использования высокопроизводительных цифровых сигнальных процессоров, выделяющих слабый сигнал ответа метки на фоне несущей радиочастоты, шумов и помех.
Стационарные считыватели обычно подключаются через кабель Ethernet к источнику питания. До сих пор доступны и интерфейсы подключения – RS232/485, USB, Wiegand. Также уже существуют беспроводные сетевые устройства чтения Ethernet. Они поставляются с различным количеством портов, через которые стационарный ридер подключается к антеннам. Подобно ручному считывателю, среда, в которой будет функционировать ридер, является решающим фактором в принятии решения, следует ли использовать считыватель с прочным корпусом или защитный контейнер. Или остановиться на оборудовании без дополнительных защитных инсталляций. У стационарных считывателей обычно от 2 до 8 разъемов для подключения антенн через встроенный коммутатор, т. е., одновременно может работать только одна антенна. Переключение между антеннами происходит автоматически и довольно быстро, но настройками можно выбирать, какие антенны задействованы и индивидуально настраивать радиочастотные мощности для каждого выхода. Обычно все стационарные считыватели имеют специальный разъем с 4-8 цифровыми линиями для управления внешними устройствами (например, открытием дверей, шлагбаумов, получения внешних световых сигналов). Для программной интеграции считывателей в информационную систему или для связи с хост-сервером всеми производителями предоставляются SDK и API, а также готовое тестовое ПО, позволяющее проверить работу радиочастотного сканера и подобрать настройки.
Последнее время все основные производители уже используют стандарт низкоуровневого протокола обмена со считывателем LLRP (Low Level Reader Protocol, стандарт ISO/IEC 24791-5), хотя все считыватели также имеют еще много индивидуальных особенностей, которые необходимо учитывать для достижения максимальной производительности и качества регистрации меток.
Настольный RFID считыватель (USB).
Компактные модели для регистрации отдельных меток или небольшой группы меток на небольших расстояниях. Обычно имеют моноблочную конструкцию считывателя и антенны, интерфейс подключения и питания USB. Данный вид считывателей применяется при маркировке книг и документов в библиотеках и архивах, персонализации контрольных знаков при RFID-маркировке шуб и меховых изделий, ювелирных изделий, контроля подлинности продукции в точках продаж. RFID-считыватель устанавливается непосредственно на рабочем месте маркировщика и подключается к компьютеру по шине USB. Современные модели подключаются и питаются по USB и рассчитаны на считывание и запись небольшого числа меток с небольшого расстояния. Если необходима большая производительность и регистрация одновременно десятков меток, в условиях влажной среды или особенно на объектах с элементами из металлов (например, ювелирные изделия), то оправдано использование стационарного считывателя с большой производительностью и надежностью регистрации. В качестве антенн в таких случаях лучше использовать ближнепольные антенны.
Портальный RFID-считыватель (ворота RFID).
Основная цель применения портальных RFID-считывателей – антикражная функция и предотвращение хищений в библиотеках, магазинах, на складах и заводах. Портальные RFID-сканеры используются для идентификации транспорта, учета персонала, перемещения людей и объектов в зонах контроля проездов или ворот (выставках и event-мероприятиях). Содержат в составе кроме считывателя приемопередающие антенны, окружающие зону проезда или прохода.
Для обеспечения высокой надежности регистрации меток в составе зоны используются стационарные промышленные RFID-считыватели с встроенными и внешними антенными коммутаторами, позволяющими подключать от 2 до 32 антенн к одному считывателю. Типичные размеры портальной зоны считывания — до 3 метров в ширину и высоту. Размеры зоны регистрации должны соответствовать возможностям используемых в системе радиометок по расстоянию с учетом характеристик объектов закрепления и настройками радиочастотной мощности считывателей.
Распространенный вариант зоны считывания – две стойки по сторонам прохода или проезда, в которых закрепляются антенны, РФИД ридер, блок питания, батарея бесперебойного питания, свето-звуковая сигнализация. Портальные (воротные) зоны регистрации окружают антеннами, подключенными к стационарному считывателю, зону перемещения объектов с метками с боковых сторон и/или сверху. В особых случаях возможно использование антенн с линейной поляризацией, чтобы увеличить расстояние регистрации при оптимальной ориентации меток относительно антенн строго горизонтально. Высоты стоек около 160 см достаточно для регистрации меток проносимых посетителями товаров или перевозимых между стойками невысоких паллет.
В производственных и складских условиях наиболее практична конструкция с закреплением антенн на несущих штангах или кронштейнах. Считыватели и сопутствующее оборудование закрепляется рядом в удобном месте, обычно в защитном боксе. Допустимая скорость перемещения через зону регистрации зависит от числа меток в группе перемещаемых объектов и от требований к вероятности идентификаци. Но при этом медленное перемещение лучше, чем полная остановка, т.к. распределение электромагнитного поля за счет эффектов интерференции (уменьшения/увеличения амплитуд при накладывании нескольких волн друг на друга) с отражениями от окружающих предметов может иметь ощутимые и непредсказуемые провалы, находясь в которых метка может не считываться. При необходимых больших радиочастотных рабочих мощностях иногда единственным решением является бокс вокруг зоны регистрации, закрывающий ее экранирующим материалом с максимального числа сторон, в том числе и сверху. Очень удобными и недорогим материалом для экранирования зон регистрации является обычный строительный фольгированный утеплитель, образуя заслон от помех.
Потолочный RFID-считыватель.
Дублирует функции портального RFID-считывателя, но в отличие от него устанавливается в местах с широкими проходами, за подвесным потолком, на объектах представляющих культурную ценность без вмешательства в интерьер и конструктив здания. В случаях, когда поток перемещения меток через зону небольшой и установка портального считывателя в виде стоек или отдельных антенн по бокам от прохода невозможен или нежелателен, возможно размещение антенн только сверху над зоной прохода.
В качестве антенн стандартно использование направленных “патч-антенн” с круговой поляризацией, что необходимо для обеспечения регистрации меток в разных ориентациях. Возможно использование антенн с линейной поляризацией, что дает преимущество по дистанции регистрации. Для этого нужно, чтобы была постоянная горизонтальная ориентация всех меток в зоне контроля. Типичные одноэлементные патч-антенны имеют усиление около 8 дБ и характеристики направленности излучения по уровню 0,5 около 60 градусов.
RFID-тоннель.
При необходимости регистрации большого числа меток в небольшой зоне с линейными размерами менее метра оправдано использование тоннелей или боксов, содержащих антенны, окружающие зону регистрации с возможно большего числа сторон и направлений, и внешние экранирующие элементы, предотвращающие сторонние регистрации меток снаружи.
Еще одной эффективной областью применения RFID-тоннелей или боксов является регистрация меток на сложных объектах, содержащих воду, электролиты или большое число «вкраплений» металлов (например, при одновременной регистрации 200 меток на бирках ювелирных изделий в групповых упаковках). В таких условиях считывание меток эффективно только в «ближней» зоне на расстоянии не больше 20-25 см от антенны. При этом для считывания более эффективно использование специальных ближнепольных петлевых антенн, а не патч-антенн.
Вид RFID считывателей Тип RFID считывателей Применение оборудования Мобильные Ручной (карманный) Управление складскими операциями на производстве, в логистике и розничной торговле при приемке/отгрузке продукции или сборочных грузов. Также активно применяется в ювелирной и меховой индустрии.Планшет Дублирует главные функции портативного RFID считывателя с поддержкой технологий RFID, NFC, UHF, Wi-Fi, Bluetooth и считыванием штрих-кода и QR. Гибок в установке профильных приложений для складского учета и логистики. Относится к устройствам для работы в агрессивных условиях.Насадка (модуль) Учет продукции в розничных точках продаж и складских помещениях при них. Предназначены для единичного считывания тегов на не больших расстояниях.Стационарные Ворота (портал) Идентификация транспорта, учет персонала, проходящего через зону контроля, перемещение людей и объектов в зонах контроля проездов, учет и контроль продукции, двигающейся по транспортерной ленте. Предотвращение хищений в библиотеках, магазинах, на складах и других объектах.Потолочный Включает область применения портальных считывателей и устанавливается в местах с широкими проходами (складской комплекс c регистрацией меток товаров на провозимой паллете, сортировочный пункт, завод или промышленное предприятие, железнодорожное депо).Тоннель (бокс) Учет большого количества мелких объектов, ограниченных небольшой зоной считывания. Сканирование маркированной продукции, упакованную, например, в гофротару. Часто применяется в условиях повышенной влажности и окружении предметов, способных создать помехи для сигнала.Настольный Маркировка книг, документов в библиотеках и архивах, шуб и меховых изделий, ювелирных изделий. Контроль продукции в розничных точках продаж.Smart-контейнер Решает задачи автоматизированного учета и инвентаризации, контроля выдачи и приемки ТМЦ, которые находятся на складском хранении или транспортировки в грузовых контейнерах на производственных или удаленных площадках