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‚Softrónica
Ing. Electrónica Software y Comunicaciones
Sistema ICODE deIdentificación
Por Radiofrecuencia
Manual Técnico
Cod.: 135.0017.0 Rev.: 0
Agosto 2000
‚Softrónica
Ing. Electrónica Software y Comunicaciones
Índice
1.-GENERALIDADES .................................................................................................................................... 4
1.1.- SISTEMAS DE IDENTIFICACIÓN POR RADIOFRECUENCIA ........................................................ 4
1.2.- CARACTERÍSTICAS DE UN SISTEMA RFID ................................................................................. 4
1.2.1.- FUENTE DE ENERGÍA ........................................................................................................... 4
1.2.2.- ALCANCE ............................................................................................................................... 5
1.2.3.- FRECUENCIA DE TRABAJO .................................................................................................. 5
1.2.4.- MODO DE ESCRITURA .......................................................................................................... 5
1.2.5.- CAPACIDAD DE MEMORIA ................................................................................................... 6
1.2.6.- ANTICOLISIÓN ....................................................................................................................... 6
1.3.- ICODE ........................................................................................................................................... 6
1.4.- ESTRUCTURA DEL CHIP ICODE .................................................................................................. 6
1.4.1.- ESTRUCTURA GENERAL ...................................................................................................... 6
1.4.2.- ORGANIZACIÓN DE LA MEMORIA ........................................................................................ 7
1.4.2.1.NÚMERO DE SERIE ..................................................................................................... 8
1.4.2.2.CONDICIONES DE ACCESO A ESCRITURA ................................................................ 8
1.4.2.3.FUNCIONES ESPECIALES (EAS/QUIET) .................................................................... 9
1.4.2.4.CÓDIGO DE FAMILIA E IDENTIFICADOR DE APLICACIÓN ....................................... 10
1.4.2.5.CONFIGURACIÓN DE FÁBRICA DE LAS ETIQUETAS ............................................... 10
1.5.- ELEMENTOS QUE COMPONEN UN SISTEMA ICODE ............................................................... 10
1.5.1.- LECTOR/GRABADOR .......................................................................................................... 10
1.5.2.- ANTENA ................................................................................................................................ 11
1.5.2.1.ANTENA TX/RX COMÚN/SEPARADA ......................................................................... 12
1.5.2.2.SINTONIA DE ANTENA ............................................................................................... 12
1.5.2.3.ANTENAS 2D/3D ........................................................................................................ 13
1.5.3.- UNIDAD DE SINTONÍA DE ANTENA .................................................................................... 14
1.5.4.- SEPARADORES Y COMBINADORES ................................................................................. 15
1.5.5.- ELEMENTOS AUXILIARES. PUERTOS DE E/S ................................................................... 15
1.5.6.- TAGS
................................................................................................................................. 15
1.8.- GLOSARIO .................................................................................................................................. 16
2.-MODELOS ICODE SOFTRÓNICA ............................................................................................................. 17
2.1.- LECTORES/GRABADORES ........................................................................................................ 17
2.1.1.- RIDEL5000. LECTOR DE LARGO ALCANCE ....................................................................... 17
2.1.2.- RIDEC5000. LECTOR DE CORTO ALCANCE ....................................................................... 19
2.2.- ANTENAS .................................................................................................................................... 20
2.2.1.- ANTLR5000. ANTENA DE LARGO ALCANCE 3D 175X60 .................................................... 20
2.2.2.- ANTAR5000B. ANTENA DE MEDIO ALCANCE 3D 60X60 .................................................... 21
2.2.3.- ANTMR5000. ANTENA 2D DE MEDIO ALCANCE DE LAZO 47.5CM ................................... 22
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2.3.- OTROS ELEMENTOS ................................................................................................................. 22
2.3.1.- ANTUN5000. UNIDAD DE SINTONÍA AUTOMÁTICA DE ANTENA ........................................ 22
2.3.2.- ATUSP5000. UNIDAD DE SINTONÍA AUTOMÁICA CON SUMADOR, SPLITTER, IO ............ 24
2.4.- KITS ............................................................................................................................................ 25
2.4.1.- KIT DE ANÁLISIS DE ETIQUETAS ....................................................................................... 25
2.4.2.- «STARTER KIT» ICODE ........................................................................................................ 26
3.-CONFIGURACIONES TIPO ....................................................................................................................... 27
3.1.- ANTENA ÚNICA ........................................................................................................................... 27
3.2.- ANTENA TX/RX SEPARADAS. CONFIGURACIÓN PUERTA ........................................................ 27
3.3.- DOS ANTENAS TX/RX SEPARADAS. CONFIGURACIÓN PASILLO ............................................ 28
3.4.- EJEMPLOS DE APLICACIÓN ...................................................................................................... 29
3.4.1.- CONTROL DE ACCESOS .................................................................................................... 29
3.4.2.- LOGÍSTICA ........................................................................................................................... 30
3.4.3.- FABRICACIÓN ...................................................................................................................... 31
4.-IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA ICODE ........................................................................................... 32
4.1.- ANÁLISIS DE PROCESO ............................................................................................................ 32
4.2.- DEFINICIÓN DE REQUIERIMIENTOS .......................................................................................... 32
4.3.- DEFINICIÓN DEL SISTEMA ......................................................................................................... 33
4.4.- IMPLEMENTACIÓN DE SISTEMA PILOTO .................................................................................. 33
4.5.- IMPLEMENTACIÓN FINAL ........................................................................................................... 33
4.6.- CUESTIONARIO .......................................................................................................................... 33
ANEXO 1.-DEFINICIÓN DE PROYECTO ....................................................................................................... 35
Indice Analítico ................................................................................................................................... 36
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1.-
GENERALIDADES
1.1.- SISTEMAS DE IDENTIFICACIÓN POR RADIOFRECUENCIA
Se denomina sistema de identificación por radiofrecuencia o RFID (de las siglas inglesas Radio Frequency
IDentification) a una forma de etiquetado de bienes o productos, donde las etiquetas, denominadas
transpondedores o tags, contienen un dispositivo electrónico capaz de comunicarse mediante un enlace radio
con un equipo lector.
Mediante este mecanismo, la información contenida en el tag es recogida en el lector, permitiendo, de esta
forma, identificar a una cierta distancia, sin necesidad de contacto físico, el objeto sobre el que va fijado o la
persona que lo porta.
Las aplicaciones de este tipo de sistemas son muy variadas. A continuación se citan algunas de ellas.
Lineas aéreas. Marcado y seguimiento de equipaje e identificación segura de pasajeros. Se
puede simplificar el proceso de marcado, comprobación y enrutamiento de los equipajes,
incluyendo identificación única a cada equipaje, y información de origen, destino, escalas, ...
que puede ser actualizado en cada escala del viaje.
Paquetería.
Marcado de los paquetes para su clasificación automática. Es posible codificar
en la memoria del dispositivo datos relativos a su control, como fecha de expedición, origen y
destino, número de control, ruta a seguir, ...
Logística.
Permiten la identificación de objetos apilados o situados en el interior de un
envoltorio cerrado tanto en reposo sobre estanterías como en movimiento sobre una cinta
transportadora.
Control de accesos «Manos Libres».
Tanto en edificios o recintos cerrados, como en eventos
deportivos o de otro tipo. Permiten el control del fraude, dado que es dificil la duplicación de los
tags. Se puede además, codificar la información mediante una clave privada, que unida al
número de identificación único de cada dispositivo (que es imposible modificar), permiten llegar
a realizar sistemas de alta seguridad.
Control de calidad en fabricación.
Es posible marcar los productos o los lotes de
productos en proceso de fabricación, de forma que se asegure la trazabilidad de todo el proceso.
En cada etapa de fabricación se puede marcar el operario, fecha y hora, incidencias, estado, no
conformidades, elementos rechazados, ...
1.2.- CARACTERÍSTICAS DE UN SISTEMA RFID
Los dispositivos de identificación por radiofrecuencia se pueden clasificar atendiendo a algunas de sus
características.
1.2.1.-
FUENTE DE ENERGÍA
Esta característica indica cual es la fuente de energía de los tags.
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•
Sistemas Pasivos
No requieren alminetación. Obtienen la energía del campo
magnético de radiofrecuencia generado por el dispositivo lector.
•
Sistemas Activos
Requieren de su propia alimentación para funcionar. Van equipados
habitualmente con baterías que pueden llegar a durar varios años.
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1.2.2.-
ALCANCE
Se denomina alcance a la distancia máxima a la que se garantiza que un determinado sistema es capaz
de leer o escribir un tag. El alcance de un sistema es el resultado de la conjunción de las características de los
diversos elementos del sistema. En concreto, las características del lector grabador (potencia transmitida y
sensibilidad del receptor), junto con las de la antena y las del transpondedor son las que determinan el alcance de
un determinado sistema RFID.
•
Sistemas de corto alcance
Dispositivos con un rango de lectura de hasta 15cm.
•
Sistemas de medio alcance
Dispositivos con un rango de lectura de hasta 75cm.
•
Sistemas de largo alcance
Dispositivos con un rango de hasta 1metro.
•
1.2.3.-
Sistemas de muy largo alcance
1metro.
Dispositivos con un rango de lectura por encima de
FRECUENCIA DE TRABAJO
La frecuencia a la que opera el dispositivo.
• Sistemas de Baja frecuencia
Entre 100 y 500KHz. Los tags son de bajo precio,
pero el rango de lectura es bajo.
• Sistemas de Frecuencia Media
Entre 10MHz y 15MHz. Rango de lectura intermedio
con tags habitualmente pasivos y de coste intermedio.
• Sistemas de Alta Frecuencia
En las bandas de 900MHz o de 2.4 a 5MHz. Utilizando
tags activos se consiguen sistemas de muy largo alcance, aunque el coste de los tags es
elevado.
1.2.4.-
MODO DE ESCRITURA
La escritura de los tags es el proceso mediante el cual se guarda en la memoria del dispositivo una
determinada información. Existen diferentes opciones para la escritura de los tags
• Tags de solo lectura
Dispositivos cuya memoria contiene un código único o
número de serie que no es posible modificar.
• Tags de una sola escritura
En este tipo de dispositivos solamente es posible escribir la
memoria una vez. Esa información puede ser posteriormente leida cuantas veces se quiera,
pero no puede ser modificada ni borrada.
• Tags de escritura/lectura
Dispositivos cuya memoria (toda o en parte) se puede
modificar un elevado número de veces (rangos típicos pueden ser 105 o 106 veces).
En los dispositivos que no son de solo lectura, la información puede ser grabada de dos formas:
• Escritura por contacto Es necesario un programador con contacto físico para grabar los
dispositivos.
• Escritura sin contacto
El proceso de escritura sigue el mismo procedimiento que el de
lectura, es decir, a través de un enlace radio.
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1.2.5.-
CAPACIDAD DE MEMORIA
Se denomina capacidad de memoria a el número de bytes de memoria no volatil que el tag incorpora.
Dispositivos típicos incorporan entre 64 y 512 bits de memoria en la actualidad, aunque se prevén nuevas versiones
de los dispositivos actuales con mayor capacidad.
Los dispositivos incorporan habitualmente alguna característica de protección de la información, de modo
que parte de la memoria es codificada en fábrica con un número de identificación único, siendo imposible su
modificación posterior. Asimismo es posible bloquear zonas de la memoria, de forma que una vez bloqueadas sea
imposible su modificación.
1.2.6.-
ANTICOLISIÓN
Algunos dispositivos incorporan un protocolo denominado anticolisión mdiante el cual un número elevado
de tags pueden coexistir en el campo de la antena simultaneamente, de forma que el lector/grabador es capaz de
controlar cada uno de ellos de forma individualizada.
1.3.- ICODE
El protocolo ICODE es un desarrollo reciente en el campo de la identificación por radio-frecuencia (RFID).
Se basa en un nuevo chip desarrollado y fabricado por Philips Semiconductors. Proporciona una solución de
bajo coste y elevadas prestaciones a cualquier aplicación de RFID.
Entre las características del sistema se pueden citar las siguientes:
• Tags pasivos. Obtienen su energía a partir de el campo de radiofrecuiencia generado por el
lector.
• Sistema de Largo alcance. Se obtienen rangos de funcionamiento mayores de 1m
• Frecuencia de trabajo media. La frecuencia de trabajo es de 13.56MHz
• Tags de lectura/escritura. Escritura sin contacto hasta 106 veces.
• Capacidad de memoria de 512 bits en la versión actual. Existen previsiones de mayor capacidad
en el futuro.
• Protocolo anticolisión. Es posible tener hasta un máximo teórico de 32K etiquetas en el
campo de radiofrecuencia de una misma antena.
• Los tags son de bajo coste.
• Para aplicaciones de retail, o distribución, el dispositivos incorpora unas funciones especiales
denominadas EAS (Electronic Article Surveillance, o vigilancia electrónica), que consiste en un
bit «antirrobo», que es capaz de ser detectado y provocar una alarma en el lector, y QUIET
(silencio), para provocar que un determinado tag quede mudo (por ejemplo, cuando el artículo
sobre el que va fijado es vendido). Ambos bits, a diferencia de las etiquetas antirrobo normales,
pueden ser activados y desactivados cuantas veces se desee.
1.4.- ESTRUCTURA DEL CHIP ICODE
1.4.1.-
ESTRUCTURA GENERAL
Este capítulo está basado en las especificaciones del integrado ICODE de Philips Semiconductors.
Un diagrama del integrado se puede apreciar en el siguiente esquema:
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Interfaz RF Analógico
Control Digital
EEPROM
32 Bits
PAD
VREG
VDD
Anticolisión
DATA IN
Lectura/Escritura
RECT
16 B loques
DEMOD
Control Acceso
DATA OUT
CRES
Control Interfaz EEPROM
CLK
MOD
CLK
Control Interfaz RF
PAD
CLK
Bomba de Carga
El dispositivo no requiere alimentación interna. Su interfaz sin contacto genera la tensión de alimentación
y el reloj del sistema a través del circuito resonante por acoplamiento inductivo con el lector. El interfaz también
demodula los datos transmitidos desde el lector a la etiqueta ICODE, y modula el campo electromagnético para
transmisión de datos del tag ICODE al lector.
Los datos se almacenan en memoria no volátil (EEPROM). La EEPROM interna tiene una capacidad de
512 bits, y se organiza en 16 bloques de 4 bytes cada uno (1 bloque=32 bits). Los 12 bloques más altos
contienen información de usuario (acceso de lectura/escritura), mientras que los cuatro bloques restantes (las
direcciones inferiores) contienen el número de serie único de la etiqueta, las condiciones de acceso de escritura
y algunos bits de configuración.
1.4.2.-
ORGANIZACIÓN DE LA MEMORIA
La EEPROM de 512 bit está dividida en 16 bloques. Un bloque es la mínima unidad de acceso. Cada
bloque está compuesto por 4 bytes (1 bloque=32 bits). El bit 0 de cada byte es el menos significativo, y el 7 el
más significativo.
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BYTE 0
BYTE 1
BYTE 2
BYTE 3
BLOQUE 0
SNR00
SNR01
SNR02
SNR03
Número de Serie (byte bajo)
BLOQUE 1
SNR04
SNR05
SNR06
SNR07
Número de Serie (byte alto)
BLOQUE 2
F0
FF
FF
FF
Bits de habilitación de escritura
BLOQUE 3
X
X
X
X
Funciones Especiales (EAS/QUIET)
BLOQUE 4
X
X
X
X
Código de Familia/Identificador de Aplicación
BLOQUE 5
X
X
X
X
BLOQUE 6
X
X
X
X
BLOQUE 7
X
X
X
X
BLOQUE 8
X
X
X
X
BLOQUE 9
X
X
X
X
BLOQUE 10
X
X
X
X
BLOQUE 11
X
X
X
X
BLOQUE 12
X
X
X
X
BLOQUE 13
X
X
X
X
BLOQUE 14
X
X
X
X
BLOQUE 15
X
X
X
X
Datos de usuario
Los valores hexadecimales mostrados en la tabla son los almacenados en la EEPROM tras el proceso de
producción de obleas. El contenido de los bloques marcados con ‘x’ en la tabla no están definidos a la entrega del
producto.
1.4.2.1.-
NÚMERO DE SERIE
El número de serie único de 64 bits se almacena en los bloques 0 y 1, y se programa durante el proceso
de producción. SNR00 en la tabla representa el byte menos significativo, y SNR07 el más significativo.
1.4.2.2.-
CONDICIONES DE ACCESO A ESCRITURA
Los bits de condición o habilitación de acceso a escritura en el bloque 2 determinan las condiciones de
acceso a escritura para cada uno de los 16 bloques. Estos bits solamente pueden ser puestos a 0 una vez. i.e.
los bloques una vez protegidos no pueden ser reescritos nunca más. Esto es también cierto para el bloque 2. Si
este bloque se pone en estado protegido mediante el borrado de los bits 4 y 5 del byte 0, no será posible volver a
cambiar los bits de acceso a escritura.
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Byte 0
MSB
Bloque 2
Condiciones
de acceso a
escritura
de bloque:
Byte 1
LSB MSB
1 1 1 1 0 0 0 0
3
Byte 2
2
1
0
LSB MSB
1 1 1 1 1 1 1 1
7
6
5
4
Byte 3
LSB MSB
1 1 1 1 1 1 1 1
11
10
9
8
LSB
1 1 1 1 1 1 1 1
15
14
13
12
Función
Especial
Acceso a escritura
Nº
Serie
Dato de Usuario
Los unos en las parejas de 16 bits deben ser puestos a cero simultaneamente para proteger el bloque
correspondiente contra escritura para siempre (1|1 -> Acceso a escritura habilitado, 0|0 Acceso a escritura
deshabilitado).
Las parejas de bits 1|0 o 0|1 no están permitidas.
Atención.- Es extremadamente importante ser particularmente cuidadosos al borrar los bits de
acceso a escritura en el bloque 2, dado que se puede perder el acceso de escritura a todos los bloques
de la etiqueta en caso de error. ¡Por supuesto, se puede utilizar esta característica para poner la
etiqueta en un estado de protección contra escritura por hardware!.
1.4.2.3.-
FUNCIONES ESPECIALES (EAS/QUIET)
El bloque de funciones especiales contiene los dos bits de EAS (Electronic Article Sureveillance o vigilancia
electrónica de artículos, en modo activo, la etiqueta contesta al comando EAS), y los dos bits de QUIET (con
modo QUIET o silencio activo, la etiqueta está permanentemente deshabilitada, pero puede ser habilitada de
nuevo con el comando de ‘RESET DE BIT QUIET’). El resto de los 28 bits (marcados con ‘x’ en el siguiente
diagrama) se reservan para uso futuro.
Byte 0
MSB
Bloque 3
Funciones
Especiales
Byte 1
Byte 3
LSB
x x x x q q e e
Quiet
Byte 2
x x x x x x x x
x x x x x x x x
x x x x x x x x
EAS
Quiet:
q|q = 1|1 -> modo QUIET habilitado
q|q = 0|0 -> modo QUIET deshabilitado
EAS:
e|e = 1|1 -> modo EAS habilitado
q|q = 0|0 -> modo EAS deshabilitado
Las parejas de bits 1|0 o 0|1 no están permitidas.
Atención: El cambio de los bits de control de acceso a escritura debe ser llevado a cabo en un
ambiente seguro (mediante la lectura del valor actual del bloque y el enmascaramiento de los nuevos
valores para las posiciones de bit a modificar). ¡La etiqueta no debe ser desplazada fuera del campo
de comunicaciones de la antena durante la escritura!. Se recomienda colocar la etiqueta cerca de la
antena y no moverla durante la operación.
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1.4.2.4.-
CÓDIGO DE FAMILIA E IDENTIFICADOR DE APLICACIÓN
El sistema ICODE ofrece la posibilidad de utilizar (independientemente) códigos de familia y/o identificadores
de aplicación con algunos comandos del lector. Estos valores de 8 bits se localizan al comienzo de los datos de
usuario (bloque 4) según se muestra en el siguiente gráfico, y solamente son evaluados si los bytes correspondientes
de los comandos del lector son diferentes de 0.
Byte 0
MSB
Byte 1
Byte 2
LSB MSB
Bloque 4
x x x x x x x x
Cod. Familia
Ident. Aplicación
LSB
x x x x x x x x
Código de familia
Byte 3
x x x x x x x x
x x x x x x x x
Identificación de aplicación
Los bits dibujados en gris son para uso libre, así como el resto de los bloques (5 a 15).
1.4.2.5.-
CONFIGURACIÓN DE FÁBRICA DE LAS ETIQUETAS
Los integrados SL1 ICS30 01 de Philips salen de fábrica con la siguiente configuración:
El número de serie único es de solo-lectura
Las condiciones de acceso a escritura pueden ser modificadas
El estado del modo EAS no está definido
El estado del modo QUIET no está definido
El código de familia y el identificador de aplicación no están definidos
La memoria de datos de usuario no está definida
1.5.- ELEMENTOS QUE COMPONEN UN SISTEMA ICODE
El número y tipo de los elementos que forman un determinado sistema RFID basado en la tecnología
ICODE varían según los requerimientos de cada aplicación. En este apartado se describen los diferentes elementos
«tipo» que forman uno de estos sistemas.
1.5.1.-
LECTOR/GRABADOR
Un lector es el dispositivo encargado de, mediante una o varias antenas, establecer el enlace radio con los
tags que se presenten en su campo de lectura, de forma que los datos recogidos de estos elementos puedan
quedar disponibles para su posterior procesamiento. Un lector grabador es el equipo que, además, es capaz de
escribir la memoria no volatil de los tags.
Las funciones básicas de estos dispositivos se enumeran a continuación:
• Generar el campo RF necesario para alimentar al tag ICODE
• Establecer el enlace radio con el tag
• Codificar y decodificar los datos enviados y recibidos del tag
• Almacenar la información decodificada de los tags o bien enviarla mediante un enlace de
comunicaciones estándar (RS232 o RS485 habitualmente) hacia un ordenador funcionando
como host.
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En cuanto a funciones añadidas que pueden incorporar algunos dispositivos lectores/grabadores se pueden
citar:
• Puertos de Entrada/Salida para el control de elementos auxiliares, como sensores de presencia
o semáforos para control de accesos
• Memoria RAM para el almacenamiento de un determinado número de tags una vez que han
pasado por la zona de lectura.
Existen diferentes tipos de lectores, según los requerimientos de la aplicación a la que se destinen. Las
características que definen el tipo de lector son las siguientes:
• Potencia Transmitida. Se trata de la potencia de RF transmitida hacia la antena. Existen
equipos desde algunos miliwatios hasta alrededor de los 10W. Este parámetro, junto a la
configuración de la antena, definen el alcance o rango de lectura de un determinado sistema.
De esta forma, los equipos de corto alcance suelen funcionar en el rango de los miliwatios,
mientras que si se pretende funcionar a distancias del orden de 1m, el equipo debe ser capaz
de entregar potencias del orden de 3 a 7 Watios.
Algunos equipos son capaces de modificar, bajo control software la potencia transmitida. Esta
característica resulta de utilidad cuando se pretende adaptar el funcionamiento del equipo a las
diferentes condiciones de instalación que se puedan presentar.
• Sensibilidad del receptor. Se trata del nivel mínimo de señal que debe recibir el equipo
procedente de un tag para ser capaz de decodificarla correctamente. Si la sensibilidad no es
adecuada, puede ocurrir que la etiqueta se excite, es decir, emita su señal una vez alimentada
desde el lector, pero este no sea capaz de decodificar la señal que le llega. Sensibilidades del
orden de 20uV son necesarias en equipos de largo alcance.
• Comunicaciones. Existen diferentes protocolos de comunicaciones para el control de los
dispositivos lectores desde el host. Algunos equipos responden a uno solo de los protocolos,
mientras que existen equipos «multiprotocolo», en los que se puede adaptar su modo de
funcionamiento para responder a los diferentes protocolos existentes en el mercado.
1.5.2.-
ANTENA
La antena es el transductor encargado de generar en el espacio cercano, una disposición de campo
electromagnético correspondiente a la señal RF del dispositivo lector, que permita la energización de los
transpondedores situados en esa zona denominada zona de lectura. La modulación de este campo permite,
además, al lector, enviar la información requerida a los tags presentes en esta zona.
La antena se encarga, por otro lado, de capatar la señal de RF emitida por el tag, de modo que el lector
reciba a su vez el nivel necesario de señal para la demodulación.
La correcta selección de la configuración de antena o antenas, a partir de los requerimientos de una
aplicación determinada, es fundamental para la correcta implementación de un sistema RFID. Cada tipo de
antena o combinación de las mismas, define una distribución determinada de campo electromagnético en el
espacio que las rodea. Esta distribución de campo depende de múltiples factores:
• Factores geométricos. Tamaño y posición de la antena o antenas, y en el caso de varias
antenas, su posición relativa. Todos estos parámetros definen la relación entre la corriente que
el lector hace circular por la antena, y las características del campo electromagnético generado
en cada punto del espacio.
• Factores eléctricos. La antena tiene un determinado comportamiento eléctrico frente al lector.
La geometría de la antena, el material de que esté compuesta e incluso el resto de los factores
geométricos descritos anteriormente, definen las características de resonancia de la antena,
es decir, la forma en que se comporta frente a la señal enviada por el lector.
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• Entorno. Algunos elementos del entorno, como metales o ferritas, modifican tanto la
distribución del campo generado en el espacio, como las características eléctricas de la antena.
Asimismo, parámetros como la temperatura, o humedad relativa (en el caso de variaciones
extremas), pueden influir en el funcionamiento del conjunto.
Es fundamental para la correcta implementación de un sistema RFID, el control de todos estos factores. Si
alguno de ellos no puede ser controlado, o bien varía con el tiempo, se deberá dotar al sistema de elementos
auxiliares de compensación, como unidades de sintonía de antena. Estos elementos serán descritos en un
apartado posterior.
Es también importante, que el propio lector/grabador incorpore elementos de ayuda al proceso de sintonía
de antena. Estas ayudas consisten principalmente en la incorporación de elementos de medida en la circuitería
del lector. El propio lector puede proporcionar información sobre los parámetros de Potencia Incidente, Potencia
Reflejada, o ROE de la antena de transmisión a la que se encuentra conectado. Mediante estas medidas es
posible realizar una sintonía manual de la antena.
Los diferentes tipos de antena utilizados para RFID se describen en los siguientes apartados.
1.5.2.1.-
ANTENA TX/RX COMÚN/SEPARADA
Es posible conectar al lector/grabador una única antena funcionando tanto en transmisión como en recepción.
Se trata de la disposición mas sencilla, y es utilizada en sistemas cuyos requermientos en cuanto a alcance no
sean muy estrictos.
En el caso de que el alcance exigido no permita la utilización de una sola antena, se podrá optar por la
configuración con dos antenas, una correspondiente a transmisión y otra para recepción.
Es muy importante no confundir la configuración de dos antenas con la presencia física de dos elementos
diferentes. En muchos casos, la antena TX y la RX van montadas sobre un único soporte físico, que sin embargo
internamente incorpora dos antenas separadas, y externamente presenta dos conectores de RF para la conexión
de cada una de las dos antenas.
1.5.2.2.-
SINTONIA DE ANTENA
Se denomina sintonía de antena al proceso de adaptación de las características eléctricas de la antena a
las requeridas por el dispositivo lector para un funcionamiento óptimo. En concreto, se trata de conseguir que a la
frecuencia de trabajo, la antena presente al lector una impedancia igual a la conjugada (igual magnitud, fase
opuesta) de este. En estas condiciones, se consigue la máxima transferencia de energía desde el lector hacia la
antena.
Existen una serie de medidas que nos indican si la sintonía de la antena es o no correcta.
• Potencia Directa La potencia de la señal de RF que el equipo entrega a la antena
• Potencia Reflejada
La potencia de la señal de RF que la antena devuelve al equipo
como consecuencia de la no correcta adaptación de impedancias
• ROE Es una relación entre la potencia directa y la reflejada. Se trata de una medida de la
correcta sintonía de la antena. Valores de ROE cercanos a 1 corresponden a una sintonía
adecuada. Valores por encima de 2 no se consideran adecuados.
Como se señaló anteriormente, los parámetros eléctricos de una antena vienen determinados por una serie
de factores, algunos de ellos son constructivos (forma, material, ...). Estos elementos corresponden al diseño de
la antena, de forma que sería posible diseñar una unidad de sintonía fija para cada tipo de antena que adaptara las
características eléctricas de la antena a las requeridas por el lector.
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Sin embargo, existen otros factores de tipo ambiental (temperatura, humedad relativa, elementos metálicos
o ferromagnéticos situados en el entorno de la antena,...) que no pueden ser completamente tenidos en cuenta en
el proceso de diseño de la antena. Para ajustar las características eléctricas de la antena al funcionamiento en un
determinado entorno, se utiliza un elemento denominado Unidad de Sintonía de Antena, o por sus iniciales
USA.
Dependiendo de la sintonía, existen dos tipos de antena.
• Antenas no sintonizadas. Para sistemas cuyo requerimiento en cuanto a alcance no sea
muy estricto, o bien para sistemas de prueba en laboratorio, se pueden utilizar antenas no
sintonizadas o de banda ancha. Este es el tipo de antena más simple pues no requiere sintonía,
y sus características eléctricas no se ven modificadas por las características del entorno. Sin
embargo, este tipo de antena no permite conseguir distancias elevadas para una determinada
potencia transmitida. Una antena de este tipo, de reducidas dimensiones, utilizable, por ejemplo
para pruebas en laboratorio, o para un dispositivo de corto alcance, siempre que la potencia
transmitida no sea elevada, puede responder al siguiente diagrama.
Soporte aislante
Resistencia
50ohm 1W
Cinta metálica
adhesiva
Conector BNC
Cable coaxial
• Antenas sintonizadas. La antena de un sistema RFID se denomina sintonizada cuando
incorpora un dispositivo (unidad de sintonía) que permite la adaptación de las características
eléctricas de la antena a las del dispositivo lector en la frecuencia de trabajo, de forma que se
maximice la transferencia de energía entre ambos elementos. Según el procedimiento de sintonía,
el sistema puede ser de sintonía fija, de sintonía manual o de sintonía automática. Las
caracterìsticas de cada uno de estos sistemas se describen en el apartado correspondiente a
Unidades de Sintonía.
1.5.2.3.-
ANTENAS 2D/3D
La geometría de la antena junto con las características del entorno de la misma, definen una determinada
distribución de campo electromagnético en el espacio cercano a la antena. Para que el lector pueda llegar a
energizar al transpondedor, parte del campo magnético (B) generado por la antena en el punto en el que se
encuentra el transpondedor, debe ser perpendicular al plano que define la antena de este. Esta circunstancia se
ilustra en el siguiente diagrama.
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Antena
3
Tag
s
B
Antena
2
Antena
1
Tag
s
B
Tag
s
B
En la disposición 1 (los elementos se suponen vistos desde arriba), el campo magnético B generado por la
antena es paralelo al vector superficie (definido como de magnitud igual a la de la antena del transpondedor, y de
dirección perpendicular a la misma). En esta disposición, la señal inducida en la antena del transpondedor es
máxima.
La situación opuesta es la corredspondiente a la figura 2. En esta disposición, en que los vectores campo
y superficie son perpendiculares, la señal inducida es nula. La figura 3 muestra una situación intermedia.
Se denomina antena «3D» a aquella cuya distribución de campo garantiza que un tag que pasa a través de
la zona de lectura en cualquier posición, siempre encuentra al menos un punto en el que el vector campo
magnético es paralelo a su superficie, de forma que la señal inducida es máxima.
Por supuesto, esto no significa que el tag pueda ser leido en cualquier punto del espacio en cualquier
posición, pero si que para cualquier tag que atraviese la zona de lectura existan varias zonas en las que se puede
producir el enlace radio con el lector.
Para aquellos sistemas en los que la posición de los tags sea conocida (por ejemplo etiquetas fijadas
sobre contenedores siempre en la misma posición relativa con respecto a la antena), se pueden utilizar antenas
de tipo «2D», mientras que en aquellos sistemas en los que no se pueda prever la posición del tag, o puedan
existir varias posiciones, la geometría de la antena deberá ser de tipo «3D».
Es importante reseñar que en realidad no existe un tipo de campo «2D» y otro «3D». Todos los campos
generados por una antena son del mismo tipo. Es la disposición en la zona de lectura del campo generado la que
da lugar a los dos tipos de antenas.
1.5.3.-
UNIDAD DE SINTONÍA DE ANTENA
Se denomina Unidad de Sintonía de Antena o por sus iniciales USA, a aquel dispositivo conectado entre la
antena y el lector/grabador, y que es capaz de ajustar sus características eléctricas hasta conseguir que la
antena quede sintonizada a la frecuencia de trabajo (ver apartado sobre Antenas para una descripción del concepto
de sintonía). De esta forma, se consigue que la transferencia de energía entre el lector y la antena a la frecuencia
de trabajo sea máxima.
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Ing. Electrónica Software y Comunicaciones
Atendiendo al procedimiento de sintonía, es decir, la forma en que el conjunto se adapta a los cambios en
las características eléctricas de la antena, existen varios tipos de USAs.
• Unidades de sintonia fija. Un sistema con unidad de sintonía fija, consigue la adaptación
de la antena al lector/grabador en unas determinadas condiciones ideales. Si estas condiciones
corresponden a aquellas del entorno en el que se instala el sistema, y estas no se ven modificadas
con el tiempo, el sistema puede funcionar adecuadamente.
• Unidades de sintonía manuales. Una unidad de sintonía manual, continene un conjunto de
elementos variables (normalmente microinterruptores o bien capacidades variables) que permiten
realizar el ajuste de la antena una vez situada en su entorno. Si se dispone de instrumentos de
medida adecuados, o bien si el propio lector/grabador incorpora medida de ROE, el proceso de
sintonía consiste básicamente en buscar la configuración de microinterruptores que proporciones
un ROE mínimo. El inconveniente de este tipo de unidades de sintonía es que no se adaptan a
cambios en el entorno, como los provocados por variaciones extremas de temperatura, o por el
paso de elementos metálicos por el campo de lectura.
• Unidades de sintonía automáticas. Cuando se pretende que la antena quede correctamente
sintonizada aún en presencia de fuertes cambios en las condiciones del entorno, se debe
utilizar una unidad de sintonía automática. Este tipo de unidades permiten, normalmente bajo
control del lector, el ajuste automático de la sintonía, de forma que las condiciones de la lectura
y grabación siempre sean las óptimas.
1.5.4.-
SEPARADORES Y COMBINADORES
En determinadas configuraciones de antena (ver apartado correspondiente a configuraciones típicas), puede
ser necesario el utilizar dos antenas receptoras o dos antenas transmisoras. Un caso típico puede ser una
configuración de pasillo, en la que, con objeto de conseguir un pasillo ancho (un amplio rango de lectura), se
instala una antena transmisora y otra receptora a cada lado.
En estas condiciones, debe existir un elemento que divida la señal que genera el lector para alimentar a las
dos antenas transmisoras. Este elemento se denomina separador o splitter.
En recepción, las señales procedentes de las dos antenas receptoras, son combinadas en un elemento
denominado sumador o combinador.
1.5.5.-
ELEMENTOS AUXILIARES. PUERTOS DE E/S
En determinadas ocasiones, el sistema de RFID debe incluir algún elemento adicional, como semáforos o
tornos en sistemas de control de accesos, o sensores de paso, ... Para el control de estos elementos, se dota a
los dispositivos de puertos de E/S, o bien internos en el propio dispositivo lector/grabador, o bien como ampliaciones
en placas adicionales.
1.5.6.-
TAGS
El tag es un elemento formado por un dispositivo electrónico unido a una antena y montados ambos sobre
un determinado soporte físico. Las características físicas del tag vienen definidas por los requerimientos mecánicos
de la aplicación:
• Tamaño (largo, ancho y espesor)
• Material base
• Encapsulante
• Factores ambientales (temperaturas, humedad, ...)
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Las características eléctricas vienen definidas por los parámetros de la antena y del circuito integrado al
que se conecta:
• Capacidad, inductancia y resistencia de la antena
• Impedancia de entrada del chip
• Area y número de vueltas de la antena
De estos factores se derivan una serie de parámetros básicos para el funcionamiento del dispositivo:
• Frecuencia de resonancia
• Factor Q
• Ancho de banda
También es importante considerar las variaciones de estos parámetros cuando el dispositivo se situa
dentro de un campo electromagnético de RF y el integrado resulta activado. Todos estos parámetros deben ser
tenidos en cuenta en un diseño cuidadoso si se pretende que el tag presente unas características adecuadas de
rango de funcionamiento. Sistemas de análisis de etiquetas, como el descrito en el apartado correspondiente de
este manual, son fundamentales para la comprobación de un diseño realizado, dado que permiten medir los
parámetros del tag, en sus diferentes condiciones de funcionamiento.
Otro parámetro importante a considerar es el material sobre el que va a ir fijado el tag, principalmente en el
caso de que se trate de metal. En este caso, el diseño debe ser muy cuidadoso, dado que el metal afecta
enormemente a los parámetros eléctricos de la antena.
1.8.- GLOSARIO
• RFID
Radio Frequency Identification. Identificación por radiofrecuencia.
• Lector
Dispositivo encargado de recibir la información de los tags que se le presentan
en su zona de lectura.
• Grabador Dispositivo capaz de escribir información en la memoria interna de los tags
• Antena
Transductor al que se conecta un lector/grabador para generar y recibir las señales
RF que permiten realizar en enlace radio con el tag
• USA, Unidad de Sintonía
Elemento que permite la adaptación eléctrica de una antena
a un dispositivo lector/grabador en la frecuencia de trabajo de forma que la transferencia de
energía entre ambos dispositivos sea máxima.
• Combinador
Dispositivo utilizado para acoplar a un lector/grabador la señal procedente
de dos antenas receptoras.
• Separador, Splitter
Dispositivo utilizado para enviar a dos antenas transmisoras la señal
procedente de un solo lector/grabador
• Transpondedor
Dispositivo que incorpora un circuito integrado, y una antena montados
sobre un soporte físico y encapsulados
• Tag
• ICODE
• Dice
Transpondedor
Familia de dispositivos RFID desarrollada por Philips
Circuito integrado que contiene la memoria, el control y el interfaz de radio del
transpondedor
• Inlay
Se trata de un Dice conectado a una antena y montados ambos sobre un soporte
físico
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2.- MODELOS ICODE SOFTRÓNICA
2.1.- LECTORES/GRABADORES
2.1.1.-
RIDEL5000. LECTOR DE LARGO ALCANCE
El RIDEL5000 es un módulo lector/grabador para RFID en tecnología ICODE, de largo alcance y elevadas
prestaciones. Además de incorporar todas las funciones correspondientes a un lector/grabador, incorpora todas
las funciones necesariqas para el control de los elementos auxiliares de un sistema ICODE (USAs, puertos de E/
S, ...).
Entre sus características cabe citar las siguientes:
• Frecuencia de trabajo 13.56MHz.
• Protocolo I-CODE
• 0-8 W Ajustables por software
• Puertos de comunicaciones RS232 / RS485.
• Puerto entrada/salida de cuatro canales entrada y cuatro canales salida.
• Velocidad de comunicación 9,600 a 115,200 KBd.
• Alimentación 24 Vcc.
• Consumo máximo 2A.
• Temperatura de trabajo -10 a 55 ºC
• Conectores RF - 2 * BNC
• Conectores puertos RS232 9 pin Sub-D Hembra
• Conector auxiliar y RS485 15 pin Sub-D Hembra
• Sistema de autocalibración
• Actualización del firmware por el puerto serie RS232
• Medidas suministradas de potencia incidente, potencia reflejada, ROE y temperatura interna
• Ajuste mediante software de potencia, indice de modulación, ganancia FI, sintonía filtro entrada
• Protocolos de comunicaciones y modos de operación programables
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• Opera con una antena para TX-RX o antenas separadas, mediante conmutación interna.
• Refrigeración mediante ventilador incorporado
• Diemsiones 120 x 120 x 38 mm
En la siguiente figura se puede apreciar un diagrama de bloques del RIDEL5000.
SK03
Interfaces
RS485
4 E/S
Transmisor
13.56MHz
Oscilador
SK01
SK01
SK02
RS232
Alimentación
Fuente de
Alimentación
Control
Modulador
Digital
Amplificador
RF
Potencia
Reflectómetro
Receptor
SK04
Microprocesador
Conversor
A/D
Demodulador
Amplificador
Filtro de
Entrada
Conmutador
de
Antena
SK05
Selector Antena
Los principales bloques o subsistemas son:
• El receptor
• El transmisor
• El selector de antena
• El controlador
• El interfaz de entrada/salida
• La fuente de alimentación
El receptor está integrado y encapsulado en una caja metálica apantallada, para mejorar su inmunidad al
ruido ambiente y su sensibilidad. Se compone de un filtro de entrada, un demodulador, un amplificador de señal
(todos ellos con ajuste desde el microcontrolador), y un conversor A/D para proporcionar información al
microcontrolador, y para realizar funciones de auto-calibración.
El transmisor se compone de un oscilador, cuya señal es enviada a un modulador digital, y un amplificador
de potencia de RF, con control de temperatura incorporado. En la salida del transmisor, se ha incorporado un
reflectómetro para proporcionar información contínua al microcontrolador sobre la potencia incidente, reflejada, y
las características eléctricas de la antena. Hace posible, además, realizar el cálculo de ROE y de la fase y el
módulo de la impedancia de la antena.
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El control de todo el conjunto se realiza desde un microcontrolador. Controla todo el sistema de radio, el
protocolo de comunicaciones ICODE, los protocolos RS232 y RS485, y los puertos de Entrada/Salida. Sus
principales características son:
• Memoria de programa en FLASH. Permite modificar el software interno a través de un interfaz
de programación proporcionado en el conector SK02, mediante un cable especial y un software
de PC. Esta característica hace posible la actualización del software interno con nuevas versiones
o diferentes protocolos sin necesidad de abrir el equipo.
• Memoria adiccional para aplicaciones stand-alone (almacenamiento de los datos leidos de
etiquetas).
• EEPROM para almacenamiento de parámetros de trabajo (velocidad de comunicaciones en
baudios, parámetros de radio por defecto, ...).
El interfaz externo consiste en un puerto estándard RS232 para comunicaciones punto a punto y un puerto
RS485 para la conexión de varios RIDEL5000 en paralelo o de otros equipos con bus RS485.
El puerto de Entrada/Salida consiste en 4 canales de entrada opto-aislados, y cuatro canales de salida de
estado sólido de 6A. Funciona bajo control del micro de la unidad, y puede ser utilizado para generar una alarma
sonora o visual, detectar presencia mediante un sensor volumétrico, ...
El subsistema de fuente de alimentación genera todas las tensiones internas necesarias para el
funcionamiento del equipo a partir de la fuente de 24Vcc externa.
Existe un selector de antena realizado entre los conectores externos SK03 y SK04, para realizar la selección
entre los modos de funcionamiento de una antena o dos antenas.
2.1.2.-
RIDEC5000. LECTOR DE CORTO ALCANCE
El RIDEC5000 es un dispositivo lector/grabador de corto alcance y bajo coste para RFID en tecnología
ICODE. Se suministra en formato de circuito impreso para su integración en sistemas más complejos.
• Frecuencia de trabajo 13.56MHz.
• Protocolo I-CODE
• Puertos de comunicaciones RS232 / RS485 /TTL
• Cuatro canales salida.
• Velocidad de comunicación 9,600 Bd.
• Alimentación 3,6 a 9 Vcc.
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• Consumo máximo.:
Versión A
Alimentación 9Vcc 90mA.
Alimentación 6Vcc 72mA.
Versióm B
Alimentación 5 Vcc 90mA
Alimentación 3,5 Vcc 55 mA.
• Temperatura de trabajo -10 a 55 ºC
• Antena incorporada.
• Distancia de lectura y escritura 8cm max.
•
DIMENSIONES
3,37’’ * 2,1’’
85,6 * 53,91 mm.
2.2.- ANTENAS
2.2.1.-
ANTLR5000. ANTENA DE LARGO ALCANCE 3D 175X60
Se trata de una antena para ICODE diseñada para su conexión al lector/grabador RIDEL5000. Incorpora
una antena transmisora y otra receptora sobre el mismo elemento físico.
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La antena ANTLR5000, está diseñada para trabajar en conjunto con el lector grabador RIDEL5000, la
unidad de sintonía automática ANTUN5000 y el combinador - expansor de entradas salidas con sintonía automática
ATUSP5000, configurando sistemas completos para la lectura y grabación de datos en etiquetas y tarjetas
ICODE a larga distancia.
El conjunto Antena TX/RX ha sido diseñada para trabajar en 3D (campo tridimensional) con el fin de activar
las etiquetas o tarjetas por radiofrecuencia en cualquier posición. La disposición de las antenas TX y RX que este
elemento incorpora ha sido especialmente estudiada para conseguir un rango de lectura óptimo, minimizando la
influencia mutua entre las dos antenas.
Construcción robusta en fibra de vidrio con caja inferiór IP65 para albergar los equipos electrónicos. Sus
dimensiones son de 175x60cm. El espesor en la zona de lectura es únicamente de 32mm. En la zona inferior
incorpora la caja para la eléctrónica, siendo su espesor de 77mm.
2.2.2.-
ANTAR5000B. ANTENA DE MEDIO ALCANCE 3D 60X60
Antena de tamaño reducido, para larga distancia y generación de campo en 3D.
Dispone de una antena transmisora y otra receptora en el mismo conjunto con una caja en la parte inferior
para albergar unidad de sintonía automática. Permite configurar sistemas de tipo industrial ya que su tamaño de
60x60 cm. permite sun instalación en cintas transportadoras y soportes industriales.
La antena ANTAR5000B, está diseñada para trabajar en conjunto con el lector grabador RIDEL5000 y la
unidad de sintonía automática ATUSP5000. Configurando sistemas completos para la lectura y grabación de
datos en etiquetas y tarjetas ICODE a larga distancia.
Su espesor es únicamente de 15mm en la mayor parte de su superficie. La caja que alberga la unidad de
sintonía tiene una profundidad de 35mm.
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2.2.3.-
ANTMR5000. ANTENA 2D DE MEDIO ALCANCE DE LAZO 47.5CM
Se trata de una antena de lazo para RFID. Está diseñada para su conexión al lector/grabador RIDEL5000
en configuración de antena TX/RX conjunta. Su diagrama de radiación permite su funcionamiento en 2D con un
alcance intermedio (del orden de 70cm dependiendo de la potencia transmitida y de los tags utilizados).
Está fabricada en PVC, e incorpora en su base un elemento de sintonía manual a base de microinterruptores.
Está especificada para trabajar con una potencia máxima de 4W.
2.3.- OTROS ELEMENTOS
2.3.1.-
ANTUN5000. UNIDAD DE SINTONÍA AUTOMÁTICA DE ANTENA
La ANTUN5000 es una unidad de sintonía automática para el acoplamiento de el lector/grabador RIDEL5000
a su antena. Funciona bajo el control del propio RIDEL5000, que se encarga de realizar las medidas de ROE
necesarias para el ajuste de sintonía.
Este dispositivo se aplica en configuraciones de antena de tipo «pasillo» (ver apartado correspondiente a
configuraciones típicas), funcionando como unidad de sintonía en la antena esclava. También se puede utilizar
para configuraciones de «puerta» con antena única.
El control se realiza desde el RIDEL5000 mediante un protocolo serie. Las entradas están optoaisladas.
En configuraciones complejas, esta unidad de sintonía funciona en conjunción con la ATUSP5000, unidad de
sintonía maestra. Consultar el apartado de Configuraciones típicas, en el que se describe el modo de conexión de
estos dispositivos en las configuraciones de antena más habituales.
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El dispositivo se entrega en formato de placa impresa para su integración en otros elementos, o para su
montaje dentro de la caja para la electrónica de las antenas ANTLR5000 o ANTMR5000. Internamente, la
ANTUN5000 responde en su estructura al siguiente diagrama:
Alimentación
+24Vcc
del RIDEL5000
Del
RIDEL5000 TX
Al RIDEL5000
RX
A Puerto I/O de
RIDEL5000
Entrada RF
TX
BALUN TX
Entrada RF
RX
BALUN RX
A antena TX
Elemento de
sintonía TX
A antena RX
Elemento de
sintonía RX
Registro de desplazamiento y driver
de relés
El dispositivo se conecta a las salidas de RF del RIDEL5000 para TX y RX, a través de dos conectores
BNC. Asimismo, la alimentación y control se obtienen del propio lector/grabador, a través de su conector de
salidas I/O. Las antenas TX y RX se conectan a dos parejas de conectores tipo FASTON.
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2.3.2.-
ATUSP5000. UNIDAD DE SINTONÍA AUTOMÁICA CON SUMADOR, SPLITTER, IO
La ANTUSP5000 es una unidad de sintonía automática para el acoplamiento de el lector/grabador de largo
alcance RIDEL5000 a su antena. Está diseñado para su uso en sistemas de una o dos antenas («puerta» o
«pasillo», ver el apartado correspondiente a configuraciones típicas), trabajando en este último caso como unidadd
de sintonía maestra. Incorpora, para esta configuración, los elementos necesarios (sumador y splitter), para la
combinación de los dos conjuntos de antenas TX/RX.
Permite realizar el acoplamiento tanto de la antena transmisora como de la receptora. Su control se realiza
desde el RIDEL5000, mediante un protocolo serie con entradas optoaisladas.
La ANTUSP5000 incorpora, además, un circuito de entradas y salidas digitales para el control de dispositivos
externos (semáforos, alarmas, sensores, ...). Se conecta directamente a los conectores delta del RIDEL5000.
Internamente, el dispositivo responde al siguiente diagrama de bloques:
Alimentación
+24Vcc
del RIDEL5000
A USA TX
esclava
Del
RIDEL5000 TX
Entrada RF
TX
BALUN TX
A antena TX
SPLITTER
Elemento de
sintonía TX
De USA RX
esclava
Al RIDEL5000
RX
Conmutador
RX/TX
A Puerto I/O de
RIDEL5000
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Entrada RF
RX
BALUN RX
A antena RX
SUMADOR
Registro de desplazamiento y driver
de relés
Elemento de
sintonía RX
Puertos de E/S
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El RIDEL5000 se conecta, a través de sus conectores de TX y RX a las entradas de el dispositivo. En
primer lugar existe un conmutador TX/RX que permite utilizar la antena de RX para transmisión, con objeto de
realizar la sintonía de esta antena.
Inmediatamente después, las señales de RF de TX y RX pasan a través de sendos balun. De ahí, la señal
de transmisión pasa a un separador o splitter que divide la señal para su uso en la antena maestra (la que se
conecta a este dispositivo) y en la esclava (que se conecta a través de otra USA ANTUN5000).
La señal de recepción sigue un camino inverso a través de un sumador. Las señales correspondientes a
la antena maestra pasan a través de elementos de sintonía, controlados desde el RIDEL5000.
Por último el dispositivo incorpora un conjunto de puertos de E/S controlados desde el propio lector. El
control de estos dispositivos, así como de los elementos de sintonía se realiza a través de un interfaz serie
optoaislado.
2.4.- KITS
2.4.1.-
KIT DE ANÁLISIS DE ETIQUETAS
Se trata de un sistema de medida diseñado para la realización de pruebas y medidas de radiofrecuencia
sobre tags, sin contacto físico. El KIT incorpora un dispositivos analizador RFTST1000, una antena TAGAN1000,
y un software para PC bajo Windows, de tipo instrumentación virtual para presentar gráficamente las medidas
realizadas.
Incorpora un generador sintetizado con resolución de 1Hz en el rango de 20KHz a 50MHz, y de tres
entradas analógicas con amplificadores logarítmicos con 85dB de rango dinámico. El conjunto permite realizar el
análisis completo de las etiquetas comprobando su sintonía y efectos sobre la misma del campo de RF con
ajuste de intensidad del campo de RF variable.
El software permite presentar la información recibida en forma de analizador de espectros. Además es
posible realizar medidas mediante un conjunto de marcadores. La medida del valor de Q de la etiqueta es
realizada automáticamente.
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2.4.2.-
«STARTER KIT» ICODE
El «Starter Kit» o kit de desarrollo de ICODE es un conjunto de elementos que permiten la demostración de
las posibilidades de un sistema de RFID basado en los dispositivos Softrónica. Permite, además, el desarrollo de
aplicaciones en laboratorio.
Está formado por los siguientes elementos:
• 1 Lector de largo alcance RIDEL5000
• 1 Antena 2D de lazo de medio alcance ANTMR5000
• 1 Fuente de alimentación para el RIDEC5000
• 15 Etiquetas en formato estándar de 5x5
• Documentación técnica del lector RIDEL5000
•
Manual de usuario del software de demo
•
Documentación DLL`s
• 1 Disco con programas de demostración y DLL para desarrollo
• Cables de alimentación, comunicaciones y antena
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3.-
CONFIGURACIONES TIPO
3.1.- ANTENA ÚNICA
ANTMR5000
RIDEL5000
ANTENA TX
En la configuración con antena única, el lector/grabador RIDEL5000 utiliza la misma antena tanto para
transmisión como para recepción. En la figura se muestra la utilización con la antena de medio alcance ANTMR5000.
En este caso, la propia antena incorpora una unidad de sintonía manual en su base, por lo que no es necesario
utilizar otro dispositivo de sintonía externo. Es posible utilizar esta configuración con una antena de banda ancha,
es decir, no sintonizada.
Mediante esta configuración, es posible realizar sistemas muy simples, de bajo coste, siempre que los
requerimientos en cuanto a rangos de lectura, o estabilidad frente a cambios en el ambiente o temperatura no
sean muy estrictos.
En esta configuración, el RIDEL5000 debe ser configurado mediante un puente interno. La salida de RF
para antena TX es la utilizada en este caso tanto para TX como para RX.
3.2.- ANTENA TX/RX SEPARADAS. CONFIGURACIÓN PUERTA
CONTROL
ANTAR5000B
TX
RX
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TX
ANTUN5000
RIDEL5000
RX
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En la configuración denominada de Puerta, un módulo de antenas con antena TX y RX separadas, como el
ANTAR5000B, se conecta a una unidad de sintonía de antena simple modelo ANTUN5000, que va alojada en la
caja dispuesta en la parte posterior de la antena, y que es capaz de realizar la sintonía automática de la antena
de transmisión. La sintonía de la antena de recepción se realiza de forma manual.
La unidad de sintonía de antena se conecta a su vez a los dos puertos de RF del RIDEL5000. El control y
alimentación de la USA se realiza, asimismo desde el lector/grabador.
3.3.- DOS ANTENAS TX/RX SEPARADAS. CONFIGURACIÓN PASILLO
PASILLO
ANTLR5000
Esclava
TX
ANTUN5000
RX
ANTLR5000
Maestra
USA RX
Externa
CONTROL
TX
TX
RX
ATUSP5000
RIDEL5000
RX
En la configuración de pasillo, se trata de cubrir la zona comprendida entre dos antenas de TX/RX cada una
de ellas. En este caso, se debe utilizar una unidad de sintonía ANTUN5000 como maestra, para la sintonía de una
de las antenas, mientras que la otra antena puede ser sintonizada mediante una unidad de tipo ATUSP5000
esclava.
La USA que actua como maestra, realiza la división de la señal de transmisión, enviando una parte a la
antena asociada, mientras que el resto se envía hacia la unidad de sintonía esclava que a su vez está conectada
a la antena correspondiente.
Las señales de recepción procedentes de la antena maestra y la de la antena esclava, son combinadas en
la USA maestra, que a su vez envia el resultado al dispositivo lector/grabador RIDEL5000.
El control de las dos USAs se realiza desde el mismo RIDEL5000, a través de un interfaz serie optoaislado.
En esta configuración, si se utiliza la antena ANTLR5000, toda la circuitería, tanto de la antena maestra, como de
la esclava, así como el RIDEL5000 pueden ser situados en la caja para electrónica que incorpora.
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3.4.- EJEMPLOS DE APLICACIÓN
3.4.1.-
CONTROL DE ACCESOS
RIDEC5000
Grabador de
tarjetas de
acceso para
personal
Servidor
Ethernet
RIDEC5000
RED de
alimentación
Adaptador
RS232
RS485
Control de accesos
PUERTA 1
Grabador de
tarjetas de
acceso para
visitas
Conexiión
RS485
RED
4
Par Trenzado
Fuente de
Alimentación
+24Vcc
RIDEL5000
Alarma
Sensor de
Presencia
2x
Antena de Puerta
ANTLR5000
Configuración
PASILLO
Control 1
Control 2
Control 31
ACCESO 1
ACCESO 2
ACCESO n
Se trata de una aplicación de control de accesos mediante tarjetas ICODE. Existen dos tipos de tarjetas
de acceso en esta aplicación. La de personal fijo y la de visitantes.
Existen, también, tarjetas con diferentes niveles de acceso, de forma que existan zonas restringidas para
determinado personal, o bien al visitante ocasional se le puede dar acceso unicamente a la zona concreta a la
que se dirige. A las tarjetas se les puede, asimismo, dar una fecha de caducidad.
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Toda esta información se almacena en cada etiqueta, mediante un algoritmo de compresión y encriptado
de la información, basado en el código único de cada tarjeta unido a una clave de codificación secreta. Como
resultado las etiquetas quedan formateadas, permitiendo al sistema funcionar, incluso frente a un fallo en los
ordenadores o la red de control (RIDEL5000 en modo stand alone).
Los ordenadores están unidos en red. Se ha dotado al ordenador de cada acceso de un grabador de
tarjetas para visitas, y al ordenador central de supervisión de otro grabador para personal fijo, Estos grabadores se
realizan mediante un lector de corto alcance RIDEC5000.
3.4.2.-
LOGÍSTICA
Servidor
Ethernet
Fuente de
alimentación
+24Vcc
Impresora de
código de barras
RIDEL5000
PC de control
Mesa de
Trabajo
Cinta transportadora
Contenedor
Antena
de lazo
ANTMR5000
Cinta
Transportadora
I-CODE
PUESTO DE ENTRADA DE MATERIAL 1
MATERIAL
MATERIAL
MATERIAL
MATERIAL
MATERIAL
MATERIAL
MATERIAL
MATERIAL
MATERIAL
MATERIAL
MATERIAL
MATERIAL
MATERIAL
MATERIAL
MATERIAL
CONTENEDOR
PUESTO 2
PUESTO N
Lector/Grabador
I-CODE de mano
INVENTARIO Y
CONTROL DE
STOCK
Esta es una aplicación de logística y control de almacen con ICODE. Los materiales de entrada se reciben
un uno o varios puestos de entrada de material. Las etiquetas se leen con un RIDEL5000 que además escribe la
información relevante de recepción en la memoria de la etiqueta.
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Es posible fijar etiquetas a cada item individual, así como al contenedor, de forma que pueden ser leidos
conjuntamente o por separado. Una vez que los materiales han sido situados en su lugar de almacenaje, un
operador puede realizar control de stock e inventarios mediante un lector-grabador de mano. Es también posible
incluir antenas de corto alcance en las estanterias de almacenaje, en aplicaciones en las que se requiera inventario
en tiempo real.
3.4.3.-
FABRICACIÓN
I-CODE EN PROCESO DE
FABRICACIÓN
Servidor
Ethernet
Operario identificado
mediante tarjeta I-CODE
Fuente de
alimentación
+24Vcc
RIDEL5000
PC de control
Mesa de
Trabajo
Cinta transportadora
Contenedor
I-CODE
PASO 1
PUSTO DE SALIDA DE
ALMACÉN
Cinta
Transportador
a
Cinta Transportadora
Antena
de lazo
ANTMR5000
PASO 2
ALMACEN
PASO N
CONTROL DE
CALIDAD
PUESTO DE ENTRADA A
ALMACÉN
En el proceso de fabricación, ICODE es utilizado para garantizar la trazabilidad del producto en los diferentes
procesos. En el primer paso de fabricación, se coloca una etiqueta I-CODE en el producto a fabricar. A partir de
ese momento, en cada paso de la cadena de producción, se le va incluyendo la información relevante sobre fecha,
operario (que puede estar identificado por su tarjeta ICODE), anomalias, ensayos realizados, ...
En el último paso se incluye, asimismo, la información sobre control de calidad, según haya sido definido
en el procedimiento correspondiente (inspecciones por lotes, medidas individuales, ...). En cada momento, de
este modo, el estado del producto está perfectamente identificado, garantizando la trazabilidad.
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Tras el control de calidad, el elemento pasa a el puesto de entrada al almacén, y en su momento sale de
la fábrica a traves del correspondiente puesto de salida. El sistema anticolisión permite trabajar con lotes de
elementos en lugar de elementos individuales. Asimismo, los productos quedan marcados de forma que es
posible detectar falsificaciones.
4.-IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA ICODE
En este apartado se pretende dar una pequeña guia para la implementación de un sistema RFID basado en
la tecnología ICODE. Se describirá una serie de pasos a seguir para posteriormente, describir un pequeño
cuestionario de implementación.
4.1.- ANÁLISIS DE PROCESO
En primer lugar se trata de realizar un análisis previo del proceso sobre el que se pretende implementar el
nuevo sistema. Es importante describir lo más detalladamente posible los siguientes extremos:
• Descripción en detalle del funcionamiento actual del proceso
• Descripción en detalle del funcionamiento del mismo proceso tras la implementación del
sistema ICODE
• Descripción y cuantificación de las ventajas a obtener con el nuevo sistema
4.2.- DEFINICIÓN DE REQUIERIMIENTOS
Se describen los requerimientos generales del sistema a desarrollar. En este apartado se deben describir,
de forma general, al menos las siguientes especificaciones técnicas.
• Dimensiones de las zonas de lectura y rangos o distancias requeridos
• Definición de las características físicas de los tags. Tamaño, materiales, fijación, posición
sobre el elemento a identificar, ...
• Procedimiento de lectura. Posición y velocidad de los tags en el momento de la lectura
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4.3.- DEFINICIÓN DEL SISTEMA
En este punto, y a partor de el análisis del punto anterior, se deberá establecer las características del
sistema a implementar, lo que incluye los siguientes extremos:
• Determinación de la estructura global del sistema a implementar. Puntos de lectura/grabación,
comunicaciones, hardware adicional (PCs, ...), nuevas funciones software a implementar, ...
• Definición en detalle de los elementos del apartado anterior. En cada punto de lectura/grabación,
requerimientos en cuanto a lectores, antenas, elementos auxiliares, ... Definición de hardware
adicional, mecánicas, ...
4.4.- IMPLEMENTACIÓN DE SISTEMA PILOTO
Con el doble objetivo de habituar al personal al funcionamiento del nuevo sistema, y de detectar posibles
fallos o mejoras en las características del sistema. Ayuda, además, a que la nueva tecnología sea positivamente
aceptada por el personal que la debe utilizar, mediante una implementación gradual.
Este punto debería acabarse con la realización de una batería de pruebas para evaluar el resultado obtenido,
comparándolo con con el análisis del proceso definido al comienzo del proyecto.
4.5.- IMPLEMENTACIÓN FINAL
Una vez implementado el sistema piloto se pasará a la implementación final del sistema
4.6.- CUESTIONARIO
En el ANEXO 1 se describe un cuestionario tipo para la definición de una aplicación ICODE. Este cuestionario
puede ser enviado a Softrónica para la evaluación de una aplicación determinada. Softrónica contestará lo más
rápidamente posible con una propuesta de arquitectura de sistema que permita conseguir los objetivos reseñados.
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ANEXO 1.-DEFINICIÓN DE PROYECTO
Descripción funcional del sistema
Dimensiones de la zona de lectura
Dimensiones de los tags
Velocidad de paso y posición de los tags en el momento de la lectura
Número de tags a leer simultaneamente
Descripción del elemento sobre el que se fijan los tags
Requerimientos de lectura o escritura
Descripción del entorno de la antena
Requerimientos de comunicaciones
Diagrama general
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Indice
Analítico
RIDEC5000 19
RIDEL5000 17
S
Sensibilidad del receptor 11
Sintonia de antena 12
Starter kit 26
Símbolos
T
2D 13
3D 13
Tags 4, 15
Transpondedores 4
A
U
Acceso a escritura 8
Alcance 5
Análisis de etiquetas 25
ANTAR5000B 21
Antena 11
Antenas 2D/3D 13
Anticolisión 6
ANTLR5000 20
ANTMR5000 22
ANTUN5000 22
ANTUSP5000 24
Unidad de Sintonía de Antena 13
USA 13
C
Capacidad de memoria 6
Código de familia 10
Combinadores 15
E
EAS/QUIET 9
F
Frecuencia de trabajo 5
I
ICODE 6
Identificador de aplicación 10
L
Lector/grabador 10
M
Memoria 7
N
Número de serie 8
O
Organización de la memoria 7
P
Pasillo 28
Potencia Transmitida 11
Puerta 27
Puertos de E/S 15
R
RFID 4
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Control de versiones
Código
135.0017.0 0
115000600
Fecha
20/8/2000
Cambios
Versión Original
Nombre/Firma
JCPM
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