Različne vrste RFID čitalnikov in njihove lastnosti

Tipi RFID čitalnikov, pregled protokolov in komunikacijskih vmesnikov

02. Junij 2021
Mnogi uporabljajo izraz RFID čitalnik, vendar iščejo različne vrste bližinskih naprav, kot so namizni čitalniki pametnih kartic, stenski čitalniki brezstičnih kartic, mobilni čitalniki, NFC kodirniki, NFC bralniki, naprave za nadzor dostopa, rešitve za spremljanje delovnega časa ali celo pametne ključavnice.

Za izbiro primerne naprave je potrebno poznati različne vrste RFID naprav in razlike v delovanju. Velikokrat ima naprava identično ohišje, majhna razlika v oznaki modela naprave pa pomeni, popolnoma drugačen princip delovanja in posledično primernost ali neprimernost za uporabo v želeni aplikaciji. 

Za lažje razumevanje in pomoč pri izbiri ustrezne naprave preberite spodnji članek ali stopite v stik z nami. Pomagali vam bomo razjasniti, katera najbolje ustreza vašim potrebam. Za bolj zapletene projekte ponujamo tudi svetovalne storitve.


Kaj je RFID čitalnik?

RFID čitalnik je elektronska naprava, ki komunicira z brezstičnimi RFIDmediji, ki jih imenujemo tudi transponderji ali RFID tagi. Ti transponderi vsebujejo mikročip čip ter anteno. Princip delovanja temelji na izmenjavi informacij preko radijskih frekvenc. RFID čitalniki vsebujejo oddajnik, ki oddaja elektromagnetni signal in ko je RFID transponder v bližini, se le ta »zbudi« in odda povratni elektromagnetni signal (ID ali druge podatke). Pri kodiranju oziroma programiranju čipov čitalnik odda signal, ki spremeni vsebino EEPROM pomnilnika v mikročipu medija.

Frekvence delovanja RFID čitalnikov

RFID čitalniki delujejo v različnih frekvenčnih pasovih, med katerimi naslednji najpogosteje uporabljeni:

Nizkofrekvenčni čitalniki (LF) delujejo običajno na frekvenci 125 kHz, včasih 134,5 kHz,
Visokofrekvenčni čitalniki (HF) delujejo običajno na frekvenci 13,56 MHz
Čitalniki na ultra visoki frekvenci (UHF) delujejo običajno na frekvenci od 860 MHz do 960 MHz.
• Mikrovalovni RFID čitalniki delujejo običajno na frekvenci 2,45 GHz

UHF čitalniki lahko uporabljajo le določeno frekvenco za določeno državo ali regijo. Določene frekvence za UHF čitalce v Evropi so od 865 do 868 MHz.

Nekatere aplikacije RFID uporabljajo lastne komunikacijske protokole ali frekvenčne pasove, običajni čitalniki iz prostega trga pa s takimi aplikacijami ne delajo.

Načini delovanja RFID čitalnikov

RFID čitalniki lahko delujejo v različnih načinih:

Čitalnik z emulacijo tipkovnice (Keyboard emulator) - vnese ID čipa na računalniški zaslon,
Čitalnik na navideznih COM vratih (Virtual COM Reader) - prebere ID čipa preko navideznih COM vrat računalnika,
Serijski čitalnik (Serial Reader) – prebere ID čipa na COM vratih čunalnika,
AutoRead reader – čitalnik samodejno bere podatke iz pomnilnika in jih prikaže na zaslonu (deluje podobno kot emulator tipkovnice le da pretipka shranjeno vsebino in ne ID kodo),
PC / SC in CCID reader - čitalnik oz. zapisovalnik, ki za uporabo potrebuje integracijo API-jev s programsko rešitvijo.
Wiegand čitalnik - uporablja 3-žični protokol za prenos ID-ja čipa krmilniku,
Krmilnik z relejem - naprava, ki sprejema podatke iz čitalnika, vsebuje programski vmesnik in rele za odpiranje vratnih ključavnic. Krmilnik je lahko samostojna enota, ali pa vsebuje integrirani čitalnik.

RFID tagi ali transponderji za RFID čitalnike

Obstajata dve glavni vrsti RFID transponderjev: pasivni in aktivni RFID transponderji.

Pasivni RFID transponderji so cenejši RFID mediji, ki se odzovejo šele, ko prejmejo čitalnikov signal. Običajno vsebujejo standardni RFID čip in anteno.

Najpogostejši pasivni RFID čipi so:
13,56 MHz čipi: Mifare Classic®, NTAG, ICODE®, DESFire®, Ultralight, Fudan F08 itd.
125 kHz čipi: EM4200, EM4102, EM4100, TK4100, T5577, EM4550, HITAG® itd.
UHF čipi: Alien Higgs-3, UCODE 8, Monza® R6

Običajna bralna razdalja za čipe na frekvenci 13,56 MHz in 125 kHz je 1–5 cm, UHF čipi pa dosegajo razdaljo branja tudi do 7 metrov.

Pasivni RFID transponderji so na voljo v različnih oblikah:

- RFID COB ’(Chip On Board), kjer gre le za majhno ploščico s čipom (veliko naprimer 7x5 mm) in bakreno navitje v premeru naprimer 2 cm.
- RFID Dry Inlay, kjer sta čip in antena na tanki prozorni plastični snovi
- RFID Wet inlay, kjer sta čip in antena na tanki prozorni plastični snovi, ki vsebuje tudi lepilo
- RFID nalepka, kjer je nad čipomin anteno še plastična ali papirnata plast, ki jo je mogoče potiskati, na spodnji strani pa lepilo
- RFID oznaka, kjer sta čip in antena znotraj izsekane plastike (primer PVC disk premera 30 mm)
- RFID kartica, kjer sta čip in antena znotraj izsekane plastike standardne dimenzije kreditne kartice
- RFID ključek ali obesek, kjer sta čip in antena znotraj ohišja obeska
- RFID zapestnica, kjer sta čip in antena znotraj zapestnice iz papirja ali silikonskega materiala

Aktivni RFID transponderji imajo lasten vir energije - notranjo baterijo, ki jim omogoča izjemno dolge razdalje branja (do 150 metrov), pa tudi večjo količino spominskega pomnilnika. Aktivni RFID mediji običajno delujejo na frekvenci 2,45 MHz in na 433 MHz. Transponderji 433 MHz delujejo tudi z nekaterimi materiali, ki niso prijazni radiofrekvenčni snovi, kot sta kovina in voda. Nekateri aktivni transponderji odgovorijo, ko prejmejo signal od bralnika, drugi aktivni transponderji delujejo kot svetilniki in oddajajo signal v določenem časovnem obdobju (3-5 sekund). Aktivni transponderji so dražji od pasivnih (25–100 €) in se običajno uporabljajo za sledenje dragocenim sredstvom ali za predmete, kjer je potrebno natančno sledenje lokaciji. Nekaj primerov te vrste sredstev so zabojniki za tovor, stroji itd.

Standardi RFID čitalnikov

Pri izbiri bralnika in transponderjev morate upoštevati več standardov. Če transponder deluje na isti frekvenci kot čitalnik, še ni dovolj, da bi zagotovili medsebojno ustreznost in delovanje. Tudi določeni NFC čitalniki niso primerni za vse NFC transponderje ampak je potrebno preveriti tudi tip NFC čipa oziroma podprte standarde.

Najbolj priljubljeni standardi, ki opredeljujejo RFID transponderje in komunikacijske protokole s čitalniki, so:

Standard ISO/IEC 14443, ki določa komunikacijo med 13,56 MHz čitalniki in transponderji (uporabljajo se v čipih MIFARE®, NTAG, DESFire® in čipih drugih proizvajalcev).

ISO/IEC 15693 je še en standard, ki se običajno uporablja za čipe ICODE® in druge, za knjižnične aplikacije, identifikacijo sredstev itd. Standard se uporablja tudi za čipe 13,56 MHz in UHF.

ISO/IEC 18000 določa komunikacije zračnega vmesnika za različne frekvenčne pasove (ISO / IEC 18000-2 za frekvence pod 135 kHz, ISO / IEC 18000-3 za 13,56 MHz, ISO / IEC 18000-6 za UHF frekvence).

ISO/IEC 18092 je standard NFC, ki vsebuje nabor komunikacijskih protokolov za komunikacijo v bližini (NFC), ki deluje na razdalji do 4 cm.

ISO/IEC 21481 je še en standard NFC, ki vsebuje nabor komunikacijskih protokolov za komunikacijo v bližini (NFC), ki deluje na razdaljah večjih od 4 cm.

ISO 11784/11785 je standard za 134,2 kHz čitalnikov in transponderjev, ki se uporabljajo za identifikacijo živali.

ISO 14223 opredeljuje napredne transponderje za identifikacijo živali (primer HITAG® µ HITAG® Advanced / Advanced +).

ISO 18185 je industrijski standard za elektronska tesnila ali „e-tesnila“ za sledenje tovornim zabojnikom s frekvencami 433 MHz in 2,4 GHz.

ISO 28560-2 določa standarde kodiranja in podatkovni model, ki se uporablja v knjižnicah.

Komunikacijski protokoli

Ko izbirate primerno opremo za svojo RFID rešitev, morate upoštevati komunikacijske protokole in njihove omejitve.

RS-232 je standard za serijsko komunikacijo med elektronskimi napravami. Določa električne značilnosti in čas signalov. Največja dolžina kabla je lahko 15 metrov. Ta protokol se običajno uporablja za povezavo serijskih čitalnikov z zunanjimi napravami s serijskimi COM vrati (starejši računalniki, industrijska ali druga posebna oprema, krmilniki).

RS485 je tudi standard za serijsko komunikacijo, kjer je splošno sprejeto, da se lahko uporablja s hitrostjo prenosa podatkov do 10 Mbit / s. Pravilo je, da 50-metrski kabel ne sme signalizirati hitreje od 2 Mbit / s, vendar je pri nižjih hitrostih kabel lahko dolg tudi 1200 m. Ta protokol se običajno uporablja za povezavo stenskih bralnikov s krmilniki.

USB (Universal Serial Bus) je industrijski standard, ki določa specifikacije za kable, konektorje in protokole za povezavo, komunikacijo in napajanje računalnikov in zunanjih naprav. Obstaja široka paleta strojne opreme USB, vključno z enajstimi različnimi priključki, med katerimi je USB-C najnovejši. Največja dolžina kabla USB je 3 - 5 metrov, vendar obstajata vsaj dve možnosti za povečanje dolžine kabla. Uporabite lahko kabel Active USB, ki ojača signal z dodatno elektroniko ali USB over Cat5/Cat6 Extender, ki prenese USB signal prek Etherneta in ga pretvori nazaj v USB na drugi strani. Protokol USB se uporablja za povezavo namiznih čitalnikov z osebnim računalnikom, prenosniki, tabličnimi računalniki in mobilnimi telefoni.

Wiegand protokol je komunikacijski protokol, ki uporablja tri žice, od katerih je ena skupna in dve žici za prenos podatkov, običajno imenovani DATA0 in DATA1, ki sta včasih označeni z „D0“ in „D1.“ Priporočila za razdaljo kablov za protokol Wiegand se razlikujejo od naprave do naprave. Wiegandov protokol se uporablja za komunikacijo med stenskimi čitalniki in bližnjimi krmilniki.

Ethernet je družina tehnologij žičnega računalniškega omrežja, ki se pogosto uporablja v lokalnih omrežjih (LAN). Kabel kategorije 6 (Cat 6) je standardiziran ethernet kabel, imenovan tudi UTP (Unshielded Twisted Pair). Standardna različica Cat6 kabla ima največjo razdaljo 55 metrov, obstajajo pa tudi druge kabelske različice, ki dosežejo razdaljo do 100 metrov. RFID čitalniki z ethernetno povezavo niso tako pogosti in so običajno dražji.

TCP / IP je nabor komunikacijskih protokolov, ki se uporabljajo v internetu in podobnih računalniških omrežjih. „TCP“ pomeni protokol za nadzor prenosa, „IP“ pa internetni protokol (IP).

Serijski TTL (Transistor-Transistor Logic) je podoben komunikacijski protokol kot RS-232, vendar bo raven TTL vedno ostala med mejama 0V in 5V, kjer je 5V ali 3,3V je pogosto logično visoka ('1'), medtem ko je 0V logično nizka ('0'). Ta protokol se uporablja z opremo kot so kartični razdeljevalci (Card Dispensers) ali zbiralniki kartic (Card Collectors).

Bluetooth je standard brezžične tehnologije kratkega dosega, ki se uporablja za izmenjavo podatkov med stacionarnimi in mobilnimi napravami na kratkih razdaljah. Primer uporabe je ročni RFID čitalnik, ki komunicira z bližnjim prenosnikom ali osebnim računalnikom. Najpogostejše razdalje za Bluetooth so 5–10 metrov.

Profinet, Profibus, IO-Link so standardi industrijskega komunikacijskega omrežja, ki se uporabljajo s specializiranimi RFID čitalniki za industrijske aplikacije. Te visoko zanesljive naprave so narejene za surovo okolje in vsebujejo posebno elektroniko. Običajno so dražji od drugih vrst čitalnikov.

PC / SC (Personal Computer/Smart Card) je specifikacija za integracijo pametne kartice v računalniško okolje.

CCID (Chip Card Interface Device) je protokol USB, ki omogoča povezavo pametne kartice z računalnikom prek čitalnika kartic s standardnim vmesnikom USB, ne da bi moral vsak proizvajalec pametnih kart zagotoviti svoj čitalnik ali protokol.

CT-API (Card Terminal Application Programing Interface) je specifikacija za integracijo pametnih kartic v računalniško okolje.

Uporaba RFID čitalnikov

RFID tehnologijo se pogosto uporablja za:

• upravljanje dostopa (elektronski ključi za sistemi zaklepanja na osnovi RFID tehnologije)
• sledenje hišnim ljubljenčkom in živini
• sledenje osebam in vozilom
• upravljanje in nadzor zalog
• sledenje blaga, sredstev in opreme
• cestnina in brezstično plačevanje
• strojno berljive potne listine
• Smartdust (široko porazdeljena senzorska omrežja)
• merjenje časa na športnih prireditvah
• za identifikacijo uporabnikov in obračunavanje storitev.


RFID čitalniki na kovinskih površinah

Če RFID čitalnik postavite na kovinsko površino, bodo magnetni tokovi čitalnika sprožili vrtinčne tokove znotraj podlage in povzročili slabo delovanje čitalnika ali da sploh ne bo deloval.

Če želite zagotoviti, da bo bralnik dobro deloval, priporočamo, da ga namestite na plastiko, les ali drug neprevoden material debeline vsaj 1 cm ali več.

Za zaščito delovanja čitalnika v bližini kovine so na voljo tudi posebni zaščitni materiali, kot je 3M ™ Flux Field Directional Material (FFDM) EM15TF. Ti materiali imajo debelino 0,05 mm - 0,5 mm in se običajno uporabljajo v mobilnih telefonih z NFC čitalnikom, kjer je antena zelo blizu baterije ali elektronike in drugih elektronskih komponent.

Potrebujete pomoč pri izbiri ustreznega RFID čitalnika?

Kot lahko vidite, je področje RFID čitalnikov zelo obsežno in zapleteno ter
če potrebujete pomoč pri izbiri prave naprave, opišite svojo aplikacijo in pomagali vam bomo. Za bolj zapletene projekte ponujamo tudi svetovalne storitve.

Na razpolago smo na naslovu info@mave.si ali na telefonski številki 041 884 124.

Strokovni članki

Vsi članki