Passive RFID-Tags sind weit verbreitet und einige Anwendungen zeigen eine kreative Anpassung an unerfüllte Anforderungen.
Es ist interessant zu sehen, wie sich die Fortschritte entwickeln Technologie werden häufig an Anwendungen angepasst, die in ihren ursprünglichen „Anwendungsfall“-Szenarien nicht hervorgehoben wurden, und zeigen, wie clevere Menschen neue Technologien auf nicht geschriebene Weise anpassen oder nutzen. Ein gutes Beispiel für dieses Phänomen ist die Radiofrequenzidentifikation (RFID), bei der drahtlose Tags, sowohl stromlose (passive) als auch batteriebetriebene (aktive), sowohl innovative als auch clevere Anwendungen gefunden haben.
Was ist ein RFID-Tag? Es handelt sich um ein kleines, dünnes, flaches Etikett mit integrierter Elektronikbaugruppe, das einen Identitätscode und möglicherweise einige zusätzliche Daten enthält. Es wird von einem berührungslosen Lesegerät in einer Entfernung von einigen Zentimetern bis mehreren Metern abgefragt und gelesen, je nach Tag-Typ, Design, Frequenz und Betriebsumgebung.
Aufgrund ihrer geringen Kosten, ihrer langen Lebensdauer und ihrer geringen Größe werden passive Tags häufig für eine allgemeine Kategorie namens „Asset-Tracking“ verwendet. Zu den ursprünglich von den Befürwortern des passiven RFID vorhergesehenen Anwendungen gehörten der Ersatz von Barcodes auf Lebensmittelverpackungen (kam nicht vor) und in Lagerhäusern (dort stark verbreitet), berührungslose Personalausweise für Mitarbeiter (ebenfalls weit verbreitet) und drahtlose Systeme Lesegeräte für Kreditkarten und andere Finanzkarten (erneut weit verbreitete Akzeptanz). In einigen Fällen würde passives RFID optische Barcode-Scanner ersetzen; in anderen würde es physischen Kontakt und Wischen ersetzen.
Beachten Sie, dass aktive Tags einen ganz anderen Story- und Anwendungssatz bieten. Mittlerweile sind sie beispielsweise in Profi-Fußbällen und sogar in die Spieler eingebettet, um deren Standort und Bewegung zentimetergenau in Echtzeit zu verfolgen. Dies erfordert Abfrageraten und Aktualisierungen im Kilohertz-Bereich, um die gewünschte Genauigkeit bereitzustellen. Obwohl diese Anwendungen dramatisch sind, sind sie sowohl bei der Systemunterstützung als auch bei den Tags relativ kostspielig, da der Tag ersetzt (oder der Ball entsorgt) werden muss, wenn die Batterie leer ist; kabelloses Laden ist eine Option, bringt aber andere technische Probleme mit sich.
Die Grundlagen von passivem RFID sind einfach
Ein passives Tag ist ein Beispiel für eine sporadische und nicht für eine kontinuierliche, kontinuierliche Energiegewinnung, da es bei der Abfrage nur die benötigte Energie einem elektromagnetischen Feld als Quelle durch das Lesegerät entzieht. Das Lesegerät erzeugt ein oszillierendes Feld, das von der Tag-Antenne abgefangen wird, die eigentlich eher eine elektromagnetische Spule als eine herkömmliche Antenne ist. Die induzierte Energie wird gleichgerichtet, um eine kleine Ladung aufzuladen Kondensator was dann das Tag mit Strom versorgt (Abbildung 1).
Anschließend tauscht der Tag seine Daten mittels Rückstreumodulation mit dem Lesegerät aus.
Ein passiver RFID-Tag besteht aus drei Hauptkomponenten: der Elektronik des Chips selbst, der über Speicher, Stromumwandlung und „Intelligenz“ verfügt; die Antenne; und ein Substrat, auf dem der Chip und die Antenne montiert sind (Figure 2).
Das Etikett kann auf verschiedene Arten verpackt werden: (1) Inlay, nur mit der RFID-Antenne, dem Chip und dem Substrat, ohne Papieretikett oder Plastikhülle; (2) Etikett, wobei ein Etikett um die Einlage gewickelt wird (Figure 3); oder (3) eigenständiges Etikett, bei dem eine Schutzhülle um das Inlay gewickelt wird und es in ein Etikett verwandelt, das ziemlich robust gestaltet werden kann.
Einige Tags sind für die Verwendung auf Metalloberflächen konzipiert. Im Gegensatz dazu funktionieren andere nicht mehr, wenn sie auf Metalloberflächen aufgetragen werden. Generell gilt: Je kleiner das Tag, desto kleiner die Lesereichweite.
RFID ist sowohl alt als auch neu. Das Verständnis des Prinzips der gegenseitigen Kopplung ist natürlich ziemlich alt, und die Idee, Energie zu übertragen und eine passive Reaktion abzufragen, wird seit Jahrzehnten verstanden und seit etwa 50 Jahren verfolgt. RFID-Systeme wurden mit der Entwicklung extrem kostengünstiger, winziger ICs und ihrer Prozesse praktisch, die die zahlreichen benötigten Funktionen in einem geeigneten superdünnen Gehäuse unterstützen konnten.
Nachdem RFID das embryonale Stadium überschritten hatte, etablierte die Industrie mehrere Standards, um die Interoperabilität zu verbessern. Zu den verwendeten Frequenzen gehören 125 kHz bis 134.2 kHz, 13.56 MHz, 860 MHz bis 960 MHz und 2.45 GHz bis 5.8 GHz (sogenannte Mikrowellen-Tags). Jedes Band hat definierte Betriebs- und Leistungsmerkmale und jedes bietet Kompromisse in Bezug auf Reichweite, Leistung, Richtwirkung, Kosten und andere HF-Attribute (Figure 4).
Die Standards definieren auch, wie die RFID-Daten formatiert werden (die Bitmuster und Datenfelder), den Bereich (manchmal wollen Anwendungen mehr, andere weniger), das Lesezyklusprotokoll und mehr. Da die abfragenden Karten passive Signale lesen, sind sie stark leistungsbeschränkt. Daher ist das Protokoll von entscheidender Bedeutung, da nur begrenzte Möglichkeiten für mehrere Wiederholungsversuche bestehen.
In diesem Artikel wird nicht auf die technischen Details von passivem RFID eingegangen; In den Referenzen werden einige nützliche Quellen für solche Informationen genannt. Stattdessen geht es in diesem Artikel um zwei interessante Anwendungen passiver RFID-Tags, die den Massenmarkt des Durchschnittsverbrauchers erreicht haben und etwas unerwartet sind.
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