Tecnología de identificación por radiofrecuencia (RFID)

Capítulo 1. Tecnología de identificación por

radiofrecuencia (RFID).

1.1 Definición de RFID

En los últimos años el uso de los procedimientos de identificación automática (Auto-ID) se ha popularizado en muchas industrias de servicios, compras y logística de distribución, así como en sistemas de flujo de materiales. RFID es un sistema que permite la identificación única de un objeto, mediante la transmisión y recepción remota de datos a través de ondas de radio, para el almacenamiento y recuperación de la información, utilizando una antena emisora y un transmisor conocido como etiqueta, tal como se muestra en la Figura 1. 1:

Figura 1. 1 Funcionamiento de RFID

1.2 Componentes

Un sistema básico RFID está formado por los siguientes componentes:

• Un tag (transponder + etiqueta): consiste en un pequeño circuito con una mini antena, capaz de transmitir un número de serie único hacia un dispositivo de lectura, como respuesta a una petición. Algunas veces puede incluir una batería.

• Una antena como conducto para la comunicación de datos entre la etiqueta y el lector.

• Un lector (el cual puede ser de lectura o lectura/escritura) compuesto por una antena, un módulo electrónico de radiofrecuencia y un módulo electrónico de control.

• Un controlador o un equipo anfitrión, comúnmente una computadora personal, en la cual

se ejecuta una base de datos y algún software de control.

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1.2.1 Etiqueta (Tag)

La etiqueta, también conocido como el transponder (TRANSmitir/RESponder) (3), se muestra en la Figura 1. 2, y está formada por:

• Una memoria para almacenar datos.

• Memoria ROM donde se almacenan instrucciones básicas para su funcionamiento.

• Memoria RAM para almacenar datos durante la comunicación de flujo de datos.

• Antena que detecta el campo creado por el diseñador de la aplicación, y del que extrae energía para su comunicación.

• Componentes electrónicos que procesan la señal de la antena y paran el proceso de datos, como buffers, filtros, etc.

Figura 1. 2 Esquema de un transponder de RFID

La etiqueta contiene información para realizar tareas básicas como lectura, lectura/escritura o en su caso manipular los datos de la memoria en alguna forma específica. En el caso de lectura se tienen datos grabados de fábrica con un código de identificación único (ID), el cual no puede ser cambiado, mientras que en la lectura/escritura cuentan con información actualizada cada vez que ocurre un evento, y por lo tanto son aplicables para requerimientos de información variable. Existen dos tipos de etiquetas dependiendo de la energía que utilizan para la comunicación, las pasivas y las activas.

Las etiquetas pasivas se pueden producir a un costo muy bajo y son de tamaño pequeño, debido a que no requieren de energía de la batería, pues obtienen su energía mediante el aprovechamiento de la energía electromagnética emitida por el lector. Se activan

al recibir la potencia emitida por la antena del lector, y su problema principal es el rango de lectura limitado, que oscila entre decenas de centímetros y algunos metros. Actualmente estas tarjetas se están utilizando para remplazar el sistema de código de barras tradicional.

Tabla 1. 1 Consumo de potencia de varios sistemas RFID (Amtel).

Memoria Distancia

Circuito (bytes) Lectura/escritura Consumo Frecuencia Aplicación

ASIC#1

ASIC#2

ASIC#3

ASIC#4

ASIC#5

ASIC#6

ASIC#7

ASIC#8

ASIC#9

ASIC#10 6

32

256

256

256

256

2048

1024

8

128 15 cm

13 cm

2 cm

0.5 cm

< 2 cm

100 cm

0.3 cm

10 cm

100 cm

100 cm 10 µA

600 µA

6 µA

< 1 mA

˜ 1 mA

500 µA

<10mA

˜ 1mA

<1mA

<1mA 120kHz

120kHz

128kHz

4MHz

4/13.56MHz

125 kHz

4.91 MHz

13.56 MHz

125kHz

125kHz Animales ID

Flujo de mercancías, control de acceso

Transporte público

Flujo de mercancías, transporte público

Flujo de mercancías Control de acceso Tarjetas sin contacto Control de acceso Flujo de mercancías Control de acceso

Las etiquetas activas necesitan baterías adicionales, ya que no obtienen energía suficiente del lector. Este tipo de etiqueta tiene la ventaja de un alcance mayor de comunicación, e incluso no necesitan que el lector sea quién inicie la comunicación; además permiten procesos de lectura y reescritura enviando previamente instrucciones al lector y la utilización de memorias más grandes (existen etiquetas con 1Mb de memoria). Como desventaja tienen una vida útil limitada (menor a 10 años), dependiendo del tipo de batería y de la temperatura a la que opera.

Existe una tercera clase de etiquetas llamadas semi-activas o semi-pasivas. Este tipo de etiqueta se basa en la potencia de la batería para realizar tareas simples; sin embargo, todavía utiliza el lector de campo electromagnético al "despertarse" y poder transmitir los datos

almacenados en la etiqueta de nuevo para el lector. Un ejemplo muy común de esta etiqueta es el cobro electrónico de peaje, en uso desde los años 80. La Tabla 1 muestra el consumo de potencia de algunas tarjetas comerciales (4).

Las etiquetas se pueden clasificar según el rango de frecuencia en el que operan para comunicación con el lector:

o LF (baja frecuencia), 120 KHz-134KHz.

o HF (alta frecuencia), 13.56 MHz.

o UHF (Ultra alta frecuencia), 868.956 MHz.

o Microondas, 2.45 GHz.

1.2.2 Antenas

Las antenas son el canal de comunicación de datos entre la etiqueta y el lector; su diseño y colocación constituyen un factor muy importante en la determinación de la zona de cobertura, alcance y exactitud de la comunicación. Por ejemplo, una comunicación lector- antena lineal ofrece mayor calidad que una antena circular si la etiqueta no cambia de orientación respecto al lector, mientras que la misma antena lineal producirá resultados menos precisos en aplicaciones en las que la orientación puede variar al azar. Esto hace que las antenas lineales sean más adecuadas en situaciones relativamente estáticas, tal como en una línea de montaje automatizada.

1.2.3 Lectores RFID

Los lectores (ver Figura 1. 3) constituyen el elemento principal de un sistema RFID, siendo los encargados de enviar la señal de radiofrecuencia para detectar las posibles etiquetas en un rango de acción determinado. En general, existen dos tipos de lectores:

• Sistemas con bobina simple, que sirven para transmitir tanto energía como datos; son sencillos y económicos, pero tienen un menor alcance.

• Sistemas interrogadores con dos bobinas, una para transmitir energía y otra para datos; son más caros pero alcanzan frecuencias mayores.

El contacto con el lector proporciona la alimentación de energía y un pulso de reloj, mientras que la transferencia de datos entre el lector y la tarjeta suele usar un medio de transmisión serial bidireccional (puerto E/S). Una de sus principales ventajas es la facilidad de almacenamiento de información, así como su protección contra accesos indeseados.

Figura 1. 3 Lector RFID

1.2.4 Rango de Frecuencias y Velocidades

Uno de los aspectos más importantes de la etiqueta y un lector de conexión (acoplamiento) es la frecuencia de operación, la cual varía dependiendo de la aplicación, con base en normas y reglamentos, tratando de asegurar que no haya interferencia con otras fuentes emisoras, tales como la televisión o los servicios de radio móviles; es

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