Artigo RFID Parte I

8/2/2019 Artigo RFID Parte I

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20 I SABER ELETRNICA 401 I Junho 2006

Etiquetas com eletrnica de ponta

O RFID um sistema de identi cao por rdio freqncia, utilizadona construo de etiquetas eletrnicas, que permitem o controle de produtos em lojas, de estoques, validade de produtos, localizao deequipamentos, entre outros. Pode possuir rea de cobertura limitada,mas com excelente rastreabilidade. Veja os aspectos tcnicos e asaplicaes desta tecnologia.

RFID

Sistemas de identi cao sonecessrios no dia de hoje.O mais conhecido e consoli-

dado talvez seja o cdigo de barras, que amplamente utilizadopara as mais diversas aplicaes:identi cao de produtos, crachs defuncionrios, validao de documen-tos bancrios, gndolas e caixas dossupermercados, entre outros.

O RFID (Radio Frequency Identi -cation) um sistema de identi caopor rdio freqncia, utilizado naconstruo de etiquetas eletrnicas.So estas etiquetas que permitem ocontrole de produtos em lojas (aque-les sensores que cam apitando naporta da loja quando o vendedoresquece de tirar a etiqueta da roupaque acabamos de comprar). Mas noapenas isto: podem ser mais inteligen-tes e permitir o controle de estoques,validade de produtos, localizao deequipamentos, entre outros. Geral-mente tem rea de cobertura limitadaa poucos metros, mas a sua rastreabi-

lidade excelente.

Alessandro F. Cunha

1. O que um sistema RFID

A identi cao por rdio freqn-cia (RFID) vem sendo testada desdeo incio da dcada de 80 como umaalternativa a outros meios de identi-

cao, como o cdigo de barras. Asua grande vantagem fazer a leiturada informao sem a necessidade decontato e permitir a identi cao demltiplos objetos simultaneamente.Alm disto, tem a capacidade de car-regar uma quantidade muito maiorde informaes a respeito do produtodo que o cdigo de barras.

Pode ainda ser um sistema deidenti cao que faz a leitura e gra-vao de informaes, o que permitecriar um histrico a respeito do des-locamento e modi caes de um pro-duto, o que , por exemplo, excelentepara o gerenciamento logstico decargas.

Um sistema RFID a integraode uma srie de componentes quepermite a identi cao e o gerencia-

mento de objetos. A grande maioria


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dos sistemas RFID so compostos porpelo menos quatro itens bsicos:

Etiqueta eletrnica : contm ainformao referente ao produto.Uma comparao entre os tipos maiscomuns mostrada na tabela 1 .Podem ser classi cadas em:

v Passivas : No necessitam dealimentao interna. Sua energiavem do prprio sistema de leitura,atravs de induo magnticaou campo eletromagntico. Seualcance tpico di cilmente ultra-passa os 5 metros. So as maiscomuns e amplamente utilizadaspor um simples motivo: o custo.Sero as etiquetas tratadas neste

artigo.v Semi-passivas : Tm uma fontede alimentao interna (bateria),apenas para a recepo de dados.Isso permite que sejam lidassem a energia do leitor externo,fazendo-as serem capaz de traba-lhar em ambientes com potnciamuito baixa de campo magntico.Isto reduz a quantidade de energianecessria para o sistema funcio-nar e tambm as interferncias

externas ao sistema. Como temuma bateria interna, seu alcancepode chegar a 100 m. So maiscaras e no so utilizadas em largaescala.

v Ativa s: Tem uma fonte de ener-gia interna (bateria) e um trans-missor. Alcance pode chegar aalguns quilmetros. So muitocaras para produo em grandeescala e utilizadas em sistemasespec cos. Leitor : conjunto de antenas que

lem e/ou gravam informaes dasetiquetas. Podem ser manuais ( han-dhelds) ou xos.

Servidor e so wares : fazem oarmazenamento dos dados lidos e/ougravados das etiquetas. Os so warespodem gerenciar as informaes eemitir relatrios sobre os controlesde estoques, produtos, indicar locali-zao, etc.

Sistema de comunicao : faza interligao entre os leitores e osservidores. Podem utilizar os meiostradicionais, como internet, rede, bratica, etc.

Na gura 1 tem-se o diagrama deum sistema RFID tpico, com vriostipos de leitores e etiquetas convi-vendo em um mesmo ambiente.

Ao identi car cada produto comsuas caractersticas, possvel todo o

controle desde a cadeia de produoat o consumidor final. Imagine aseguinte situao: um grande fabri-cante de computadores utiliza asRFID em sua linha de produo de

T1. Comparativo entre os tipos de etiquetas existentes.

modo a identi car cada componenteque ser utilizado na montagem decomputadores portteis ( laptops).

O fornecedor de HD j envia cadaum com uma etiqueta que informasua capacidade de armazenamento,velocidade de leitura, data de fabri-cao, srie e modelo. Ao chegar ascaixas contendo os diversos HDs,

basta pass-las por um portal comleitor RFID. Automaticamente o

banco de dados saber quantos HDsrecebeu e quais suas caractersticas.O mesmo se aplica a todos os outroscomponentes (placa me, placas devdeo, memrias, fontes, modens,etc.).

Com todo o controle de estoque

feito, a empresa recebe um pedidode um cliente com uma determinadaconfigurao. Para mont-lo bastapassear pelo estoque com um leitomanual selecionando todos os itens.Ao sair um leitor posicionado naporta de acesso dar baixa no estoquee informar o que ser montado.

No trmino na montagem, o pro-duto recebe uma nova etiqueta quecontm todas as informaes de con-

gurao e pode inclusive conter os

dados do cliente a que se destina.Ao carregar os caminhes de

entrega sensores lem as etiquetase ajudam na de nio da logstica,agilizando rotas e cumprindo prazos


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F1. Sistema tpico utilizando tecnologia RFID.

estipulados. Este um mundo RFID.Mas como isso possvel? Vejamosnos itens a seguir.

2. Como funcionauma etiqueta RFID

2.1. Circuitos bsicos econstruo de etiquetas

Basicamente o funcionamento deuma etiqueta RFID conseguido atra-vs da induo de campos eletro-magnticos em circuitos ressonantes,muitas vezes chamados de transpon-deres. Uma antena gera um campoeletromagntico e este excita um cir-cuito ressonante LC. As respostas deste

circuito geram alteraes no campoeletromagntico, que so medidasnovamente pela antena. Estas altera-es contm um sinal modulado quecarrega a informao da etiqueta,como mostra a gura 02 .

Para que a etiqueta responda, montado um circuito eletrnico comoo mostrado no diagrama em blocosda gura 03 .

Este circuito encapsulado e ospontos de contato so soldados na

parte fsica da antena. A grande van-tagem deste sistema que mesmo parauma razovel quantidade de dadosa memria necessria j atingiu umtimo grau de miniaturizao. Comisso, consegue-se encapsulamentos daordem de 1 mm 2 , como o mostrado na

gura 04 , de uma etiqueta fabricadapela Texas Instruments .

Finalmente este chip inserido naetiqueta, como mostrado na gura05.

Para reduzir os custos de produodestas etiquetas e tornar a tecnologiacada vez mais vivel, adota-se umprocesso em srie como o mostradona figura 06 . Este processo permitea construo das etiquetas nos maisdiversos formatos como:

Formato de cartes de crditoexveis, com adesivos;

Moedas e anis;

Chaves;

F2. Troca de informaes entre antena e etiqueta RFID

F3. Diagrama em blocos de uma etiqueta eletrnica


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F4. Chip de uma etiqueta eletrnica RFID fabricado pela Texas Instruments

F5. Etiqueta eletrnica RFID fabricada pela Texas Instruments

Formatos embarcados, injetadosem moldes plsticos para irem diretoa determinados produtos;

Pulseiras para bagagens; Crachs; Etc.

Este procedimento permite a fabri-cao dos mais diversos formatosde etiquetas, com as mais diferentescon guraes de antenas e circuitos,como pode ser visto nas guras 07,08,09, 10, 11 e 12 .

F7. Diversos modelos de etiquetasfabricadas pela Impinj. RFID

F6. Processo de fabricao tpico de uma etiqueta eletrnica

F8. Etiquetas retangularesfabricadas pela Texas Instruments

F9. Etiqueta em formato de moedafabricada pela Texas Instruments.


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2.2. Campos magnticos

S possvel a existncia dasetiquetas RFID devido as proprieda-des dos campos eletromagnticos.Das quatro Leis de Maxell, a Lei deFaraday tem uma implicao diretacom o funcionamento das etiquetas.Seu enunciado diz que:

A tenso induzida em umabobina por um campo magntico proporcional a intensidade e a

freqncia do campo induzido.

F10. Etiqueta para CD ou DVDfabricada pela Texas Instruments.

F11. As etiqueta que tem como base filmesplsticos tem grande flexibilidade.

F12. Etiqueta em formato de carto decrdito, fabricada pela Checkpoint.

Em termos matemticos o resul-tado obtido atravs da equao01:

eletromagntico acontecero. Ambosos campos so afetados por metal.Porm as freqncias maiores (UHF)tiram vantagens quando anexada ametal, coisa que as freqncias mais baixas (LF e LHF) no conseguem.

Outro aspecto de campos eletro-magnticos que devem ser conside-rados so os campos prximos edistantes ( near e far eld). Qualquerantena ao irradiar um sinal de RFgera campos eletromagnticos ao seuredor, que a composio do campoeltrico com o campo magntico. Aintensidade destes campos varia deacordo com a distncia da antenaat o objeto receptor, em nosso casoa etiqueta. Quanto mais prximo

da antena, maior as caractersticasmagnticas deste campo e menor ascaractersticas eltricas do mesmo,mostrado na gura 13 . Ao se afastar,as caractersticas magnticas e eltri-cas passam a se equivaler. A regioonde a caracterstica magntica pre-domina conhecida como campoprximo ( near field). Nesta regioocorre o fenmeno da induo mag-ntica, o mesmo que acontece nointerior dos transformadores. A regio

onde as caractersticas se equivalem conhecida como campo distante( fa r field), mostrado na figura 14 .Estas distncias so funes do com-primento de onda do sinal irradiado.

E1. Lei de Faraday, uma das quatroequaes da Lei de Maxell

Desta lei fcil concluir quequanto maior for a intensidade docampo magntico gerado pela antena(maior potncia) melhor ser a indu-o no indutor da etiqueta e melhorser a leitura dos dados. Porm istotem um limite. Nas normas europias,por exemplo, potncias maiores do

que 0,5 w para transmisso dos siste-mas RFID no so permitidas, o quelimita a rea de leitura das etiquetas.

Por outro lado, um aumento nafreqncia de operao tambm farcom que a tenso induzida na etiquetaseja maior. Isto implica que sistemascom maior freqncia de operaotendem a ter maior e cincia e alcancena transmisso de dados.

Outro aspecto a ser considerado o local onde a etiqueta ser aplicada.

Se aplicada sobre papel ou plstico(na capa de um livro, por exemplo),os campos magnticos no sofreromuita interferncia. Agora se a super-fcie for metlica, distores no campo

F13. Comportamento dos campos eltricos e magnticos em funo da distncia


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atuam em campo prximo, pormalguns componentes do campo dis-tante tambm podem ser recebidospor este tipo de etiqueta.

Etiquetas que operam em UHFgeralmente operam na regio detransio entre campo prximo edistante.

Campo prximo no afetado

por lquidos, assim etiquetas utiliza-das para produtos lquidos (perfu-mes, gua, combustveis, etc.) devemser lidas por este campo. O campodistante afetado pelos lquidos; E

F14. Relao entre campos e a distancia da antena

Porque importante saber isto emse tratando de sistemas RFID? Porqueestes campos afetam caractersticas deleitura e interferncias. Por exemplo:as interferncias de outras fontes deRF em um ambiente afetam muito ocampo distante. J o campo prximopraticamente no sente os efeitosdestas interferncias.

Alm disto, o mtodo de leiturada etiqueta, que tambm determinarasua construo e freqncia de atua-

o, diretamente in uenciado peloscampos prximos e distantes. Campoprximo permite um acoplamentomagntico, o que necessrio paraetiquetas de baixa freqncia. Istoimplica que a distncia entre a eti-queta e a antena no pode ser muitogrande. J o campo distante far

F15. Acoplamento magntico e eltrico dos campos distantes e prximos

T2. Distncias dos campos em funo da

freqncia

um acoplamento por disperso decampo eltrico, o que indicado paraaltas freqncias. Isto permite umadistncia maior entre a etiqueta e aantena do sistema. Isto mostradona fgura 15 .

Fazendo o clculo do compri-mento de onda (lambda ) emfuno da freqncia, possvel esti-pular a rea de cobertura do campoprximo e do campo distante, como mostrado na tabela 02.

Algumas implicaes dos camposeletromagnticos:

Etiquetas que operam em LF satuam em campo prximo;

Etiquetas que operam em micro-ondas s atuam em campo distante;

Etiquetas que operam em HF

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