RFID – Nhận dạng tần số vô tuyến là gì? Tổng quan về công nghệ RFID

Trong mấy năm gần đây, công nghệ RFID không chip đang được nghiên cứu và ứng dụng rất mạnh mẽ. Mã vạch đã được sử dụng để theo dõi các mặt hàng và cổ phiếu trong một khoảng thời gian sau khi bắt đầu vào đầu những năm 1970. Mặc dù mã vạch được in bằng các dấu và rất rẻ để thực hiện nhưng chúng là những trở ngại không thể phủ nhận về khả năng đọc được ở phạm vi ngắn. Xu hướng phát triển hiện nay là thay thế mã vạch bằng các thẻ RFID, có mã ID duy nhất cho các mặt hàng riêng lẻ có thể được đọc ở một khoảng cách dài hơn. Những trở ngại của phạm vi đọc và tự động hóa sẽ được giải quyết bằng cách sử dụng RFID. Lý do duy nhất khiến các thẻ RFID không thay thế hoàn toàn mã vạch là giá của thẻ.

Công nghệ RFID – Nhận dạng tần số vô tuyến là gì?

RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến, cho phép một thiết bị đọc thông tin chứa trong chip ở khoảng cách xa, không cần tiếp xúc trực tiếp, không thực hiện bất kì giao tiếp vật lý nào giữa hai vật không nhìn thấy. Công nghệ này cho ta phương pháp truyền, nhận dữ liệu một điểm đến một điểm khác.

Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần sóng vô tuyến để truyền dữ liệu từ các thẻ tag đến các đầu đọc reader (bộ đọc). Thẻ tag có thể được đính kèm hoặc gắn vào đối tượng được nhận dạng chẳng hạn sản phẩm, hộp đựng hoặc giá kệ. Bộ đọc quét dữ liệu của thẻ (tag) và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu có lưu trữ dữ liệu của thẻ (tag). Chẳng hạn, các thẻ (tag) có thể được đặt trên kính chắn gió xe hơi để hệ thống thu phí đường có thể nhanh chóng nhận dạng và thu tiền trên các tuyến đường.

Chìa khóa của chiến lược RFID là điều chỉnh việc sử dụng công nghệ của bạn với mục tiêu của công ty, ví dụ: giảm chi phí sản xuất, mối quan hệ khách hàng tốt hơn, tối ưu hóa hoạt động, v.v. Công nghệ RFID có thể giúp bạn đạt được mục tiêu của mình.

Làm cho sản xuất hiệu quả hơn và năng suất hơn là mục tiêu chung trong tất cả các ngành công nghiệp, không đề cập đến điện tử. Công nghệ RFID đã được thiết kế cho mục đích này. Nhận dạng tần số vô tuyến có thể được sử dụng để theo dõi sản phẩm thông qua vòng đời của sản phẩm, thu thập dữ liệu để phân tích hậu cần và quy trình sản xuất để nâng cao quy trình sản xuất.

RFID – Nhận dạng tần số vô tuyến là gì? Tổng quan về công nghệ RFID

Cấu trúc hệ thống RFID

Hệ thống RFID gồm có 4 thành phần chính : Thẻ RFID, Reader, Antenna, và Server (hay Cơ sở dữ liệu máy tính).

Thẻ RFID (RFID tag)

Thẻ RFID bao gồm một thẻ gắn chip và anten, được lập trình điện tử với thông tin là duy nhất được mô tả trên hình.

  • Chip: ( bộ nhớ của chip có thể chứa tới 96 đến 512 bit dữ liệu gấp 64 lần so với mã vạch) lưu trữ một số thứ tự duy nhất hoặc thông tin khác dựa trên loại thẻ: readonly, read-write hoặc write-once-read-many.
  • Antenna: được gắn với vi mạch truyền thông tin từ chip đến reader. Antenna càng lớn cho biết phạm vi đọc càng lớn

Cấu tạo của thẻ RFID

Thẻ RFID là một thiết bị lưu trữ và truyền dữ liệu đến một đầu đọc trong một môi trường tiếp xúc bằng sóng vô tuyến. Thẻ RFID mang dữ liệu một vật một sản phẩm nào đó và gắn lên sản phẩm đó. Mỗi thẻ có các phân lưu trữ dữ liệu bên trong và cách giao tiếp với dữ liệu đó. Vài thẻ RFID giống như những nhãn giấy và được ứng dụng để bỏ vào hộp và đóng gói. Một số khác được sát nhập vào thành vách của thùng chứa plastic được đúc. Còn một số khác được xây dựng thành miếng da bao cổ tay. Mỗi thẻ được lập trình với một nhận dạng duy nhất cho phép theo dõi không dây đối tượng hoặc con người đang gần thẻ đó. Thông thường mỗi thẻ RFID có một cuộn dây hoặc anten nhưng không phải tất cả RFID đều có vi chip và nguồn năng lượng riêng.

Reader (đầu đọc) để truy vấn các thẻ

Đầu đọc RFID (hay còn gọi là interrogator) là thiết bị kết nối không dây với thẻ để dễ dàng nhận dạng gian mà đầu thẻ đọc có thể phát năng lượng RF để đọc thẻ được gọi là chu trình làm việc của đầu đọc. Đầu đọc có nhiệm vụ kích hoạt thẻ truyền dữ liệu bằng sóng vô tuyến với thẻ, thực hiện giải điều chế và giải mã tín hiệu nhận được từ thẻ ra dạng tín hiệu cần thiết để chuyển về máy chủ, đồng thời cũng nhận lệnh từ máy chủ để thực hiện các yêu cầu truy vấn hay đọc ghi thẻ. Đầu đọc thẻ như hệ thần kinh trung ương của toàn bộ hệ thống phần cứng RFID thiết lập việc truyền với thành phần này và điều khiển nó, là thao tác quan trọng nhất của bất kỳ thực thể nào muốn liên kết với thiết bị phần cứng này. Nó bao gồm các phần: Máy phát, máy thu, vi mạch, bộ nhớ, mạch điều khiển, các kênh xuất nhập của cảm biến, cơ cấu chấp hành, bảng tín hiệu điện bên ngoài và nguồn năng lượng.

Sơ đồ của đầu đọc Reader RFID

Có hai loại RFID Reader . Có đầu đọc cố định và đầu đọc di động. Các đầu đọc cố định thường được gắn vào tường hoặc các vật thể khác và ở một vị trí để đọc dữ liệu được lưu trữ trong thẻ. Đầu đọc di động có thể được cài đặt hoặc mang theo bất cứ nơi nào cần thiết.

Anten thu, phát sóng vô tuyến

Là thiết bị liên kết giữa thẻ và thiết bị đọc. Thiết bị đọc phải xa tín hiệu sóng để kích hoạt và truyền nhận với thẻ.

Cơ sở dữ liệu máy tính Server

Hệ thống RFID yêu cầu cơ sở dữ liệu máy tính để xử lý dữ liệu được lưu trữ trong thẻ. Phần mềm này có thể lập trình thẻ, quản lý thiết bị và dữ liệu, giám sát từ xa và cấu hình phần cứng.

Cở sở tầng truyền thông: Là thành phần bắt buộc, nó là một tập gồm cả hai mạng có dây và không dây và các bộ phận kết nối tuần tự để kết nối các thành phần trong hệ thống RFID với nhau để chúng truyền với nhau hiệu quả.

Database là hệ thống thông tin phụ trợ để theo dõi và chứa thông tin về item có đính thẻ. Thông tin được lưu trong database bao gồm định danh item, phần mô tả nhà sản xuất hoạt động của item, vị trí. Kiểu thông tin chứa trong database sẽ biến đổi tùy theo ứng dụng. Các database cũng có thể kết nối đến các mạng khác như mạng LAN để kết nối database qua Internet. Việc kết nối này cho phép dữ liệu chia sẻ với một database cục bộ mà thông rin được thu thập trước tiên từ nó

Công nghệ RFID hoạt động như thế nào?

RFID hoạt động trên nền tảng sóng vô tuyến kết hợp với máy tính quản lí bao gồm thẻ, đầu đọc thẻ và máy tính chủ. Thẻ RFID gắn vào sản phẩm được tích hợp chip bán dẫn và anten thu sóng. Đầu đọc thẻ nhận tín hiệu từ thẻ RFID từ xa, có thể lên đến 50m tùy vào nguồn năng lượng được cung cấp cho thẻ RFID, chuyển dữ liệu đến máy tính để phân tích và xử lí thông tin về đối tượng đó.

Quá trình làm việc của hệ thống RFID được tóm tắt như sau:

  • Đầu phát gửi tín hiệu Radio tới thẻ tag.
  • Thẻ nhận tín hiệu và năng lượng vào chip.
  • Chip sửa đổi tín hiệu.
  • Anten gửi tín hiệu trở lại đầu thu của bộ đầu đọc.
  • Đầu thu nhận tín hiệu sửa đổi và khai thác tín hiệu thu được từ thẻ tag truyền lại.

Mỗi thẻ RFID được lập trình với một nhận dạng duy nhất cho phép theo dõi không dây đối tượng hoặc con người đang gắn thẻ đó. Bởi vì các chip được sử dụng trong thẻ RFID có thể giữ một số lượng lớn dữ liệu, chúng có thể chứa thông tin như chuỗi số, hướng dẫn cấu hình, dữ liệu kỹ thuật, sổ sách, y học, và lịch trình. Cũng như phát sóng tivi hay radio, hệ thống RFID cũng sử dụng bốn băng thông tần số chính: tần số thấp (LF), tần số cao (UF), siêu cao tần (UHF) hoặc sóng cực ngắn (viba). Các hệ thống trong siêu thị ngày nay hoạt động ở băng thông UHF, trong khi các hệ thống RFID cũ sử dụng băng thông LF và HF. Băng thông viba đang được để dành cho các ứng dụng trong tương lai.

Các thẻ RFID có thể được cấp nguồn bởi một pin thu nhỏ trong thẻ (các thẻ active) hoặc bởi một RFID reader mà nó” Wake up” thẻ để yêu cầu trả lời khi thẻ đang trong phạm vi (thẻ passive).Thẻ active RFID có thể được đọc xa 100 feet từ RFID reader có thể là thẻ thông minh (với bộ nhớ được viết lên và xóa như một ổ cứng máy tính) hoặc là thẻ chỉ đọc. Thẻ passive RFID có thể được đọc xa RFID reader 20 feet và nói chung là bộ nhớ chỉ đọc. Kích thước thẻ và giá cả, dải đọc, độc chính xác đọc/ghi, tốc độ dữ liệu và chức năng hệ thống thay đổi theo đặc điểm nêu ra trong thiết kế và dải tần hệ thống RFID sử dụng. RFID reader gồm một anten liên lạc với thẻ RFID và một đơn vị đo điện tử đả được nối mạng với host computer. Đơn vị đo tiếp sóng giữa host computer và tất cả các thẻ trong phạm vi đọc của anten, cho phép một đầu đọc liên lạc với hàng trăm thẻ đông thời nó cũng thực thi các chức năng bảo mật như mã hóa/ giải mã và xác thực người dùng. Đầu đọc RFID có thể phát hiện thẻ ngay cả khi không nhìn thấy chúng.

Hầu hết các mạng RFID gồm nhiều thẻ và nhiều đầu đọc được nối mạng với nhau bởi một máy tính trung tâm, hầu như thường là một trạm làm việc gọn để bàn. Host xử lý dữ liệu mà các đầu đọc thu thập từ các thẻ và dịch nó giữa mạng RFID và các hệ thống kỹ thuật thông tin lớn hơn, mà nơi đó quản lí dây chuyền hoặc cơ sở dữ liệu quản lý có thể thực thị “Middleware” phần mềm kết nối hệ thống RFID với một hệ thống IT( Information Technolory) quản lý luồng dữ liệu.

Phân loại thẻ RFID

RFID truyền dữ liệu đến một đầu đọc thông qua các tần số khác nhau của trường điện từ. Thẻ RFID được phân loại theo tần suất mà chúng được thiết kế để hoạt động. Có ba dải tần số chính mà thẻ RFID hoạt động.

1. Thẻ tần số thấp (LF)

  • Dải tần số chính từ 125kHz – 134kHz
  • Có thể đọc một khoảng cách vài inch
  • Tốc độ truyền dữ liệu thấp nhất trong số tất cả các tần số RFID
  • Lưu trữ một lượng nhỏ dữ liệu

2. Thẻ tần số cao (HF) – Được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới

  • Dải tần số chính 13,56MHz
  • Phạm vi đọc: 30 cm
  • Khả năng đọc nhiều thẻ đồng thời
  • Có thể lưu trữ tới 4k dữ liệu
  • Dễ dàng đọc khi được gắn vào các vật có chứa nước, khăn giấy, kim loại, gỗ và chất lỏng.
    Ứng dụng HF – Sách Thư viện, Thẻ ID Cá nhân, Hành lý của Hãng hàng không và Thẻ Tín dụng

3. Thẻ tần số siêu cao (UHF)

Có hai loại thẻ sử dụng các tần số khác nhau dưới UHF RFID.

  • Thẻ thụ động UHF – sử dụng năng lượng từ đầu đọc RFID
    • Dải tần số chính: 860MHz – 960MHz
    • Phạm vi đọc: 25 mét
    • Tốc độ truyền dữ liệu cao
    • Nhiều kích thước thẻ
  • Thẻ hoạt động UHF – hoạt động bằng pin
    • Dải tần số chính: 433MHz
    • Phạm vi đọc: 30 – 100 mét trở lên
    • Dung lượng bộ nhớ lớn
    • Tốc độ truyền dữ liệu cao

Ưu và nhược điểm của RFID

RFID có thể được sử dụng để giảm chi phí sản xuất và tối ưu hóa hoạt động. Tuy nhiên, nếu bạn đang xem xét công nghệ RFID để hợp lý hóa sản xuất, theo dõi và phân tích thu thập dữ liệu và hơn thế nữa, có những ưu và nhược điểm cần cân nhắc.                 

Lợi ích đáng kể nhất của việc sử dụng công nghệ RFID so với các phương pháp khác trong sản xuất là nó không cần quét hoặc nhận dạng đường ngắm. Điều này mang lại sự linh hoạt hơn cho quá trình sản xuất và chuỗi cung ứng. Hạn chế lớn nhất cần xem xét là nếu công nghệ này dễ bị tấn công phần mềm.

Ứng dụng công nghệ RFID

Công nghệ RFID đã trở thành một phần của cuộc sống hàng ngày và hầu hết mọi người thậm chí không biết rằng họ đang tương tác với công nghệ này. Ví dụ: khi bạn mở khóa cửa phòng khách sạn bằng cách vẫy thẻ chìa khóa hoặc cấy vi mạch vào vật nuôi của mình, bạn đang sử dụng công nghệ RFID. Việc áp dụng công nghệ RFID trong các ngành tiếp tục phát triển, kết xuất các phần tử RFID trong các ngành công nghiệp lớn trên thế giới.

  • Hàng không & Quốc phòng

Trong thập kỷ qua, các nhà sản xuất Hàng không Vũ trụ và Quốc phòng đã tập trung vào việc chế tạo các khu vực quy trình cụ thể có hỗ trợ RFID. Các nhà sản xuất máy bay tận dụng công nghệ RFID để theo dõi hàng nghìn bộ phận máy bay và củng cố chuỗi cung ứng của họ. Tự động hóa và chống lỗi ngay cả một quy trình kinh doanh đơn lẻ có thể mang lại lợi tức đầu tư đáng kể, cho phép bạn nhanh chóng xây dựng giá trị khi cải thiện hoạt động.

Đây là lý do tại sao các công ty Hàng không Vũ trụ và Quốc phòng hàng đầu hiện nay đã chuyển sang sử dụng công nghệ RFID cho các lĩnh vực quy trình chính như Chuỗi cung ứng, Sản xuất và Bảo trì & Sửa chữa.

  • Y khoa

Hiệu quả và chăm sóc RFID mới chạm đến tất cả các khía cạnh của ngành chăm sóc sức khỏe. Cho dù đó là quản lý cấp trên các hoạt động và hệ thống hay các quy trình an toàn và nhân sự chính xác hơn. RFID đang giúp giảm chi phí trong chăm sóc sức khỏe.

“Lý do tại sao chi phí chăm sóc sức khỏe quá cao là các bệnh viện tiếp tục mua những thứ họ đã có và lãng phí tiền bạc.” Mark Roberti, người sáng lập và biên tập viên của tạp chí RFID

Ngành công nghiệp chăm sóc sức khỏe đang trải qua một cuộc cách mạng có sự hỗ trợ của RFID, một cuộc cách mạng đang giúp cứu sống nhiều người.

  • Internet vạn vật công nghiệp (IIoT)

Tỷ lệ các doanh nghiệp đang kết nối thông qua công nghệ Internet of Things đang tăng lên nhanh chóng. IoT công nghiệp giúp các công ty sản xuất tối đa hóa năng suất của họ. Thông qua vòng đời sản phẩm, các phần mềm có thể được sử dụng để tổ chức dữ liệu, phân tích và tài liệu. Người đọc có thể xác định, theo dõi và giám sát trong thời gian thực và chia sẻ trong toàn ngành.

5G sẽ đóng một vai trò trong việc cung cấp truyền thông dữ liệu và thoại đặc biệt. Quản lý chuỗi cung ứng sẽ được hưởng lợi từ việc dữ liệu được truyền nhanh hơn trong thời gian thực. Tín hiệu 5G sẽ đáng tin cậy hơn các loại tín hiệu di động cũ hơn.

Các thiết bị khác nhau có thể chia sẻ thông tin để có được thông tin chi tiết tốt hơn về dữ liệu, điều này sẽ cho phép đưa ra các quyết định dựa trên dữ liệu . Ví dụ: các giải pháp IoT có thể quản lý năng lượng, an ninh và ánh sáng trong nhà hoặc nơi làm việc.

Triển vọng thị trường công nghệ RFID trong tương lai

Theo báo cáo mới nhất về Nhận dạng tần số vô tuyến do Zion Research phát hành,

“Thị trường RFID trên toàn thế giới dự kiến ​​sẽ đạt 22,0 tỷ USD vào năm 2025. Châu Á Thái Bình Dương dự kiến ​​sẽ là một trong những thị trường khu vực sinh lợi nhất trong những năm tới.”

Statista dự đoán quy mô thị trường toàn cầu cho thẻ RFID vào năm 2025 là khoảng 24,5 tỷ đô la Mỹ.

” Việc thương mại hóa quy mô lớn giao tiếp giữa máy với máy (M2M) gần đây đã khuấy động cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư và thẻ RFID rất quan trọng đối với cái được gọi là Công nghiệp 4.0.”

Báo cáo ghi nhận sự miễn cưỡng của các doanh nghiệp trong việc sử dụng gắn thẻ RFID vì lo ngại về bảo mật. Tuy nhiên, khi công nghệ phát triển, nó có vẻ ít được quan tâm hơn.

Kết luận

Công nghệ RFID là một công cụ thiết yếu cho các ứng dụng hậu cần và đang được sử dụng để tối ưu hóa chuỗi cung ứng và quy trình sản xuất trong các ngành công nghiệp khác nhau. Mặc dù công nghệ này không phải là thương hiệu mới, nhưng nhiều cách mới đang được khám phá để tối ưu hóa nó cho các mục đích mới. Nhãn thông minh RFID, cũng như các yếu tố khác nhau như máy in RFID, vi mạch và ăng-ten, có thể thấy nhu cầu tăng lên khi nhiều ứng dụng được phát triển.

Đăng nhận xét