RFID know-how: Identificazione con tecnologia RFID

Contenuti

Domande su dispositivi di scrittura e lettura RFID poste di frequente (FAQ)

Cos’è un RFID?

La Radio Frequency Identification (RFID) è una tecnologia che consente di identificare gli oggetti in modo automatizzato tramite onde radio.

Presupposto a riguardo è un sistema RFID, costituito da un lettore RFID (1) e da un tag RFID (2).

Il transponder si trova direttamente sull’oggetto da identificare, mentre il lettore RFID rileva i dati memorizzati del transponder da una certa distanza senza contatto.

Sistema RFID

1) Lettore RFID
2) Tag RFID

Relativamente ai tipi di transponder, in base al tipo di trasmissione dati, si distinguono tre categorie:

I tag RFID passivi utilizzano l’energia del campo elettromagnetico del dispositivo di lettura RFID, per ricevere o trasmettere dati.

I tag RFID semipassivi utilizzano una piccola batteria integrata che alimenta energia al chip nel transponder. In tal modo il transponder può essere utilizzato anche per distanze operative maggiori.

I tag RFID attivi possiedono una batteria che consente un rilevamento continuo e la memorizzazione di dati di misura (temperatura, umidità ecc.). All’occorrenza i dati di misura memorizzati possono essere letti con il lettore RFID. Questo consente di poter omettere un collegamento radio permanente al transponder.

	Passivo e semipassivo	Attivo
Vantaggi	- Costi di acquisto ridotti	- Distanze operative più elevate - Possibilità di rilevamento continuo di dati di misura
Svantaggi	- Distanze operative inferiori	- Costi di manutenzione dovuti alla sostituzione delle batterie - Costi di acquisto elevati

Quali sono i vantaggi dei dispositivi di scrittura e lettura RFID?

In linea di massima la tecnologia RFID può essere descritta come una tecnologia d’identificazione “che perdona gli errori” ed è molto flessibile. Per l’identificazione non è necessario, né osservare una linea laser esatta, né la profondità di campo rispetto all’oggetto.

Panoramica dei vantaggi principali:

La tecnologia RFID consente di identificare oggetti senza contatto visivo diretto tra dispositivo di scrittura/lettura RFID e transponder.

Ciò consente di identificare anche oggetti fortemente imbrattati e tag RFID e quindi di utilizzare la tecnologia RFID in condizioni ambientali impegnative.

È possibile identificare gli oggetti imballati, contenuti ad es. in un astuccio o che sono montati in un altro oggetto.

Nessuna necessità di contatto visivo

Inoltre l’allineamento dell’oggetto, ad es. su un nastro trasportatore, non riveste un ruolo particolarmente importante, come accade invece nei sistemi ottici d’identificazione. L’oggetto può anche essere identificato quando il transponder si trova sul lato opposto a quello del lettore RFID.

Il fatto di non dover dipendere dall’allineamento tra tag RFID e lettore RFID consente un’applicazione flessibile dei transponder sull’oggetto ovvero un allineamento flessibile degli oggetti rispetto al lettore RFID.

Orientamento flessibile del tag RFID

Con la tecnologia RFID è possibile identificare centinaia di transponder al secondo contemporaneamente (bulk reading).

Bulk reading

La tecnologia RFID consente non solo di leggere informazioni di un transponder, ma anche di modificarle o riscriverle. Ciò avviene direttamente nel processo e consente di memorizzare informazioni (di processo) supplementari direttamente sul chip dell’oggetto da identificare.

La tecnologia RFID offre la possibilità di identificare in modo affidabile sia oggetti vicini che a grandi distanze (fino a 10 m).

L’RFID consente di trasmettere e memorizzare grandi quantità di dati (fino a 64.000 bit) sui transponder.

Lettura e scrittura di transponder

Rispetto alla soluzioni di identificazione ottica, un ulteriore vantaggio offerto dalla tecnologia RFID consiste nel fatto che un lettore è in grado di svolgere le applicazioni più disparate. A tal fine non occorrono adattamenti meccanici come ottiche, illuminazioni o lenti speciali.

Inoltre, mediante impostazioni del software, è possibile adattare in modo flessibile le dimensioni del campo di lettura ai requisiti dati.

Di seguito viene fornito un elenco di ulteriori vantaggi dei dispositivi di scrittura e lettura RFID rispetto alle tecnologie di identificazione ottica:

	Tecnologia d’identificazione
	RFID		Ottico
	HF	UHF	Lettore di codici a camera	Scanner codice a barre fisso
Short range (< 0,5 m)	√	√	√	√
Mid range (0,5 m … 2 m)	X	√	√	√
Long range (> 5 m)	X	√	X	X
Lettura omnidirezionale	√	√	√ (in un piano)	X
Nessuna necessità di linea di vista diretta	√	√	X	X
Insensibile agli influssi ambientali	√	√	X	X
Nessuna manutenzione	√	√	X	X
Bulk reading	X	√	X	X
Riscrivibile	√	√	X	X
Supporto dati Prezzo Versatilità (fattore forma, materiale, ecc.)	~ 0,10 € - 20 € Medio	~ 0,05 € - 20 € Molto alto	< 0,01 € Molto elevata	< 0,01 € Molto elevata

Cos’è un lettore RFID?
Un lettore RFID (anche: dispositivo di scrittura/lettura RFID, lettore RFID) ha un’antenna, che trasmette domande al tag RFID e riceve dati da questo.

Inoltre un lettore RFID ha la possibilità di analizzare dati ricevuti e decodificarli nel formato target desiderato. Un lettore RFID dispone infine di varie interfacce che consentono di inviare dati al sistema target desiderato (computer, unità di controllo, cloud, ecc.).
Struttura del dispositivo di scrittura/lettura con antenna integrata
1) Antenna

2) Analisi dei dati

3) Interfacce

4) Tag RFID
Cos’è un’antenna RFID?
Un’antenna RFID è un componente meccanico che regola l’emanazione e la ricezione del campo elettromagnetico.

L’antenna consente al chip del tag RFID di trasmettere le informazioni d’identificazione a un lettore RFID o di ricevere richieste.

L’antenna può essere integrata sia direttamente nel lettore RFID (antenna integrata) o essere collegata, separatamente dal lettore RFID, mediante un cavo (antenna esterna).
Lettore RFID con antenna RFID esterna
1) Antenna RFID esterna

2) Unità di controllo

3) Tecnica di collegamento

4) Tag RFID

5) Cavo dell’antenna
Cos’è un tag RFID?
Un tag RFID (anche: transponder RFID) è costituito da un’antenna e da un chip (anche: IC, Integrated Circuit).

Il chip gestisce la comunicazione con il lettore RFID e funge da memoria per i dati rilevanti (fino a 64.000 bit), necessari per l’identificazione dell’oggetto.
Struttura del transponder
1) Antenna RFID

2) Chip
Cos’è un sistema RFID?
Un sistema RFID è sostanzialmente costituito da un lettore RFID e da un tag RFID. A seconda del caso, è possibile che occorrano altri sensori, dispositivi meccanici o anche software, per svolgere applicazioni più complesse. Le cosiddette soluzioni di sistema sono spesso necessarie per la lettura contemporanea di 100 transponder (= bulk reading). Le soluzioni di sistema possono svolgere i seguenti compiti supplementari:

Attivazione

Algoritmi di assegnazione

Customized Engineering (ad es. schermatura)

Integrazione software (ERP, MES, ecc.)

Applicazioni tipiche:

Soluzioni gate RFID

Tunnel RFID
Realizzazioni di soluzioni di sistemi RFID
1) Schermatura

2) Lettore RFID

3) Antenne

4) Attivazione e riconoscimento della direzione

5) Software e algoritmi

Quali intervalli di frequenza RFID esistono?

La tecnologia RFID può essere suddivisa in tre range di frequenza.

	RFID LF	RFID HF	RFID UHF
Frequenza	< 135 kHz	13,56 MHz	865 MHz ... 928 MHz
Distanza operativa	< 0,1 m	< 0,3 m	< 10 m
Standard	ISO11784, ISO11785 (identificazione animali) dal 1994 Nota: Non venduto da SICK.	ISO14443 (dal 2000) Nota: Non venduto da SICK. ISO15693 (dal 2001)	ISO18000-63 (dal 2004)
Principio di trasmissione	Accoppiamento induttivo, modulazione del carico	Accoppiamento induttivo, modulazione del carico	Accoppiamento capacitivo, modulazione del carico
Applicazioni tipiche	Controllo accesso, registrazione ora, identificazione animali, antifurto	Pagamento non in contanti, ticketing, riconoscimento portapezzi, biblioteca	Settore tessile e dell’abbigliamento, identificazione veicoli, tracciabilità bagagli, identificazione pallet
Norme relative ai dati	-	-	Settore automobilistico: VDA (gestione contenitori, tracciabilità di pezzi e moduli, distribuzione veicoli) Settore aereo: IATA (tracciabilità bagagli) Traffico, ferrovia: NetworkRail, SJ, SBB, ProRail (Automatic Vehicle Identification) GS1: catene di fornitura aperte, contenitori di trasporto nella logistica, gestione stock, contenitori riutilizzabili
Uso	Closed loop (intraaziendale)	Closed loop (intraaziendale)	Open loop (trasversale alle aziende)
Prodotti SICK	-	RFH62x, RFH5xx, tag RFID, antenne RFID	RFU61x, RFU62x, RFU63x, RFU65x, tag RFID, antenne RFID, RFGS Pro, RFMS Pro

Quale distanza operativa può coprire un dispositivo di scrittura e lettura RFID?
La distanza operativa di un sistema RFID dipende da numerosi fattori. Tra questi vi sono la frequenza del dispositivo di lettura RFID, il tag RFID utilizzato e il relativo chip, l’allineamento tra tag e lettore nonché gli influssi ambientali.

In base alla frequenza utilizzata di un sistema RFID è possibile realizzare distanze operative diverse.

RFID LF: fino a 0,1 m

RFID HF: fino a 0,3 m

RFID UHF: fino a 10 m
Distanza operativa RFID

Il tag RFID influisce fortemente sulla distanza di lettura ottenibile. Come regola generale vale: quanto più grande è la superficie dell’antenna, tanto maggiore è la distanza operativa.

Anche il chip del tag RFID è fondamentale. Negli ultimi anni i chip sono stati resi notevolmente più sensibili. Richiedono quindi meno energia dal lettore RFID per ricevere (Forward Link) e inviare dati (Return Link).

Nei sistemi RFID con transponder attivi è possibile ottenere distanze operative fino a max. 100 m.

Prestazioni tipiche della comunicazione di transponder

Un ulteriore fattore è l’allineamento tra tag RFID e lettore RFID. Un allineamento ottimale dei tag RFID può migliorare notevolmente la distanza operativa, mentre un allineamento non ottimale comporta una notevole riduzione della distanza operativa.
Un ulteriore fattore d’influsso è rappresentato dall’ambiente circostante, in cui viene impiegato un sistema RFID. A riguardo, determinati materiali come il metallo o temperatura e liquidi influiscono sulla distanza operativa.

Effetti di liquido, metallo e temperatura sul tag RFID

Per essere sicuri che la costellazione di transponder e lettori nell’applicazione funzioni, spesso è necessario un test.
Come funziona l’RFID?
La cosiddetta interfaccia aerea indica la trasmissione di dati tramite onde elettromagnetiche attraverso il mezzo aria. I procedimenti di trasmissione sull’interfaccia aerea (lettore ↔ transponder) sono diversi in RFID LF/HF e RFID UHF.

RFID LF/HF

Gli RFID LF e HF funzionano secondo il principio dell’accoppiamento induttivo. Con la sua bobina dell’antenna, il lettore RFID produce un campo elettromagnetico. Se il tag RFID si trova in questo campo, tramite induzione, nella bobina dell’antenna del transponder viene indotta una corrente che alimenta così il transponder con energia. La corrente viene smorzata a livello temporale tramite circuiti di commutazione nel chip, producendo così un segnale. Il lettore RFID riconosce la variazione nel campo e ne deriva un segnale digitale.
RFID HF – accoppiamento induttivo
1) Lettore RFID

2) Bobina antenna lettore RFID

3) Tag RFID

4) Bobina antenna tag RFID

5) Linee di campo
RFID UHF

L’RFID UHF funziona secondo l’accoppiamento capacitivo e utilizza il cosiddetto procedimento backscatter. Il reader RFID crea un campo elettromagnetico mediante la sua antenna, che induce una corrente nell'antenna del transponder, alimentandolo così con energia. Il chip del transponder modula il segnale portante che a sua volta viene ricevuto e analizzato dal lettore.
RFID UHF – procedimento backscatter
1) Lettore RFID

2) Tag RFID

3) Campo elettromagnetico lettore – Forward Link

4) Segnale del transponder – Return Link
Quando costa l’RFID?

I lettori RFID sono di norma più economici rispetto a sensori ottici di identificazione analoghi, in quanto non richiedono meccanica mobile per la regolazioni della messa a fuoco, diodi laser e lenti ottiche. I lettori RFID industriali sono disponibili a partire da ca. 800 Euro.

Negli ultimi anni i prezzi dei tag RFID sono fortemente diminuiti. Tag RFID semplici sono disponibili in grandi quantità anche per pochi centesimi. Persino transponder più complessi, in grado di resistere anche a temperature elevate e ad ambienti impegnativi, possono essere acquistati per pochi Euro.
Cosa si deve considerare nell’ambito del montaggio di un sistema RFID?
Nell’ambito della realizzazione di un sistema RFID è necessario chiarire alcuni requisiti fondamentali:

Concetto della memorizzazione dei dati

I dati devono soltanto essere letti e i numeri RFID collegati a un database, come ad es. nel caso dei codici a barre (→ “data on system”)?

Sul tag si devono scrivere (ripetutamente) dati nuovi (→ “data on tag”)?

Quando e in che modo viene avviata una procedura di lettura/scrittura?

Il lettore RFID legge/scrive costantemente

Il lettore RFID legge/scrive su richiesta (ad es.: comando dell’unità di controllo o segnale della barriera fotoelettrica)

Emissione dati: Quali informazioni sono ancora utili oltre ai dati dei tag (ora, luogo, valore RSSI, ecc.)?

Collegamento al sistema HOST: interfaccia (bus di campo, sistema IT), protocollo

Ulteriori informazioni:

L’ambiente circostante può influire sul sistema RFID.

I liquidi tra lettore RFID e tag RFID nonché dietro il transponder producono effetti negativi soprattutto su RFID UHF . Le onde elettromagnetiche vengono assorbite, il che impedisce una lettura affidabile.

Nelle tecnologie a frequenze più basse (RFID LF, RFID HF), i liquidi praticamente non influiscono in alcun modo.

Un altro fattore di disturbo oltre ai liquidi è il metallo. Il metallo riflette (RFID UHF) o assorbe (RFID HF) le onde radio e pertanto non dovrebbe trovarsi tra lettore RFID e tag RFID . I tag RFID possono essere applicati direttamente sul metallo, ricorrendo però a speciali on-metal transponder ovvero è possibile realizzare uno spazio tra metallo e tag RFID.

Per quanto riguarda i tag RFID è bene assicurarsi che siano correttamente allineati rispetto al lettore RFID.

Per quanto riguarda l’RFID HF, la bobina dell’antenna del tag deve essere orientata in parallelo a quelle del lettore.
RFID HF – Allineamento del transponder

RFID HF – Allineamento del transponder

Per quanto riguarda gli RFID UHF si è notevolmente più flessibili per quanto riguarda allineamento tra lettore e transponder. In linea di massima le antenne del lettore e del transponder non devono essere orientate ortogonalmente tra loro.

RFID UHF – Allineamento tag RFID

Cosa sono etichette, hardtag RFID, ecc.?

La varietà di tag RFID aumenta a mano a mano che la tecnologia RFID viene accettata e riscuote successo sul mercato. I tag più disparati assolvono ai compiti più disparati. A riguardo esistono alcuni termini più o meno ricorrenti. Alleghiamo una panoramica delle diverse forme di tag RFID.

Tipo di transponder	Esempio	Proprietà	Particolarità	Prezzo
Etichette	6073284	Antenna e chip con pellicola di copertura in carta/plastica	Formato di transponder più favorevole Spesso utilizzato per l’identificazione dei contenitori	$
Hardtag	6052346	Molto robusto grazie alla custodia in plastica	Transponder molto robusti. Spesso su metallo. Perfetti per condizioni ambientali rigide, ad es. ID skid.	$$$
Tag a disco	6043514	Transponder tondi con foro di montaggio al centro	Utilizzati spesso nel range LF/HF	$$
Tag a moneta	6041592	Transponder tondi senza foro di montaggio	Utilizzati spesso nel range LF/HF	$$
ISO-Card	6037848	Transponder nel formato di un biglietto da visita	Formato standardizzato che viene utilizzato spesso nei controlli di accesso di persone	$
Tag in vetro	6039237	Transponder in vetro	Formato collaudato che viene utilizzato spesso per l’identificazione di animali	$$
Tag cilindrici	6044368	Transponder di forma cilindrica	Il lettore RFID sotto il veicolo legge i tag sul pavimento per determinare la posizione del veicolo	$$

Quanti dati può contenere un tag/transponder FID?

La quantità di dati utilizzabile dipende dalle dimensioni della memoria del chip integrato nel tag RFID. Esiste una vasta gamma di chip per transponder, che si distinguono, oltre che per le dimensioni della memoria, anche per la sensibilità.

In linea di massima possiamo dire che: quanto maggiore è lo spazio di memoria di cui dispone un transponder, tanto più alto sarà il suo prezzo.

Pertanto alla scelta di un transponder adatto si applica quanto segue:

tanto spazio di memoria quanto ne occorre, ma comunque il meno possibile. Quantità di dati più ridotte riducono inoltre il tempo di lettura o di scrittura nel processo.

Per applicazioni semplici in ambito UHF, si utilizzano generalmente chip con memorie dati da 96 bit.

I cosiddetti high-memory-tag utilizzano chip in grado di memorizzare fino a 64.000 bit di dati.
A cosa servono gli on-metal transponder e perché sono così costosi?
Montando un tag RFID su una superficie di metallo, si riduce drasticamente la sua sensibilità ed è possibile che non riesca più a leggere o scrivere in modo affidabile. Il fondo metallico disturba la frequenza di risonanza dei transponder standard.

I cosiddetti “on-metal transponder sono tag RFID concepiti specificamente per il montaggio su metallo.

Gli on-metal transponder possono essere identificati in modo affidabile anche sul metallo mediante distanziatori integrati per metallo o materiali specifici, che proteggono sul lato posteriore le caratteristiche del metallo. Gli on metal transponder sono disponibili per pochi Euro.

Nota: Nel caso in cui gli on-metal transponder vengano montati sul materiali non metallici, la distanza operativa si riduce enormemente.
Tag RFID su metallo
1) On-metal transponder su metallo

2) On-metal transponder non su metallo

3) Non-metal transponder su metallo
Cosa si deve considerare nella scelta del transponder?
Spesso la selezione dei prodotti di un sistema RFID inizia dal tag RFID. E, a tal proposito, esistono alcune possibilità di scelta.

In base alla distanza operativa necessaria è spesso già possibile limitare la scelta dei transponder che potrebbero essere oggetto di interesse. In tal modo si decide già in merito alla tecnologia RFID più adatta (RFID HF o RFID UHF).

È inoltre necessario stabilire se i transponder verranno utilizzati su materiali metallici, in processi ad alta temperatura (> 150 °C) o in zone ATEX e/o verranno a contatto con liquidi.

Anche le dimensioni dello spazio di memoria rivestono spesso un ruolo decisivo. Si tratta di chiarire se tutti i dati vengono memorizzati sul transponder (“data on tag”) o se sia sufficiente un numero di serie come riferimento per un database nel sistema (“data on system”).

Nel caso dei transponder UHF è inoltre necessario considerare in quale regione geografica verranno utilizzati. I transponder ETSI e FCC sono ottimizzati per frequenze specifiche e quindi per determinate/i regioni/Paesi.

I transponder globali sono adatti per un utilizzo a livello internazionale, ma le loro prestazioni non si avvicinano a quelle dei transponder specifici.

Transponder ETSI (da 865 MHz a 868 MHz)

Transponder FCC (da 902 MHz a 928 MHz)

Transponder globali (da 865 MHz a 928 MHz)

Presupposto per una comunicazione tra lettore RFID e tag RFID è la compatibilità di entrambi i componenti.

Lettore UHF ↔ transponder UHF; conformemente a ISO/IEC18000-6C / EPC Classe 1 Gen 2

Lettore HF ↔ transponder HF; conformemente a ISO/IEC 15693

Un ausilio nella scelta del trasponder giusto viene fornito dalla selezione di prodotti presentata nel nostro sito Web.
Qual è la differenza tra RFID e NFC?

La Near-field Communication (NFC) si basa su protocolli RFID e utilizza la stessa frequenza dei sistemi RFID HF (13,56 MHz).

La distanza operativa di un sistema NFC è di soli pochi centimetri, è quindi molto ridotta. I sistemi NFC sono adatti per applicazioni sicure come ad es. controlli accesso o pagamento senza contatto.

La differenza sostanziale rispetto all’RFID consiste nel fatto che un dispositivo NFC non solo può fungere da dispositivo di lettura, ma anche da tag (Card Emulation Mode).

SICK non offre sistemi NFC
L’RFID è un sensore?

I lettori RFID non sono sensori classici, in quanto non rilevano grandezze fisiche o chimiche.

I lettori RFID formano, insieme a scanner codici a barre fissi, scanner codici a barre mobili e lettori di codice con telecamere le tecnologie di identificazione (Auto-ID) automatizzate.
I raggi emessi dall’antenna RFID sono dannosi?

I dispositivi di scrittura e lettura RFID utilizzano frequenze e valori di potenza analoghi a quelli del settore della telefonia mobile. In Europa non è per esempio consentito superare una potenza di uscita di max. 2 W.

I lettori RFID sono soggetti alle norme vigenti e il loro uso può essere classificato come meno pericoloso rispetto a quello dei telefoni cellulari.
Con la tecnologia RFID è possibile leggere tag in una scatola metallica?

Le onde radio dei lettori RFID non passano attraverso il metallo. Finché un lato della scatola è aperto, il lettore RFID riesce a leggere il tag nella scatola di metallo. Ma i tag all’interno di una scatola di metallo completamente chiusa non possono essere identificati tramite RFID.
Quanti tag è possibile leggere contemporaneamente?
Soprattutto in processi logistici vi è spesso la necessità di leggere molti transponder contemporaneamente. Questa viene indicata anche come lettura multipla (ing. bulk reading).

Nello specifico, la tecnologia RFID UHF è stata sviluppata per la lettura di diverse centinaia di tag al secondo. Il numero massimo dipende in primo luogo dalla quantità di dati da trasmettere e dalla modulazione/velocità di trasmissione dati impostata. A riguardo è necessario considerare che una velocità di trasmissione più elevata comporta di norma una minore sensibilità, e quindi i tag a maggiore distanza non verranno letti correttamente.
Soluzioni di sistemi RFID di SICK
1) Gate RFID RFGS Pro

2) Tunnel RFID RFMS Pro
A causa del campo di lettura, gli RFID HF possono identificare soltanto pochi tag contemporaneamente.
Con i dispositivi di scrittura e lettura RFID è possibile rilevare posizioni?

L’RFID è in primo luogo una tecnologia d’identificazione. Non appena un tag RFID entra nel campo di lettura di un lettore RFID statico, è possibile rilevare in modo univoco la posizione dell’oggetto. La precisione del rilevamento della posizione dipende dalle dimensioni del campo di lettura del lettore RFID. Se il transponder si trova al di fuori del campo di lettura, non si possono rilevare informazioni sulla posizione.

Il lettore HF su muletti per corridoi stretti identifica tag RFID nel pavimento
Con l’RFID è possibile navigare?

I chip RFID non forniscono informazioni precise su luogo, orientamento e direzione di movimento degli oggetti. L’RFID può supportare altre tecnologie di navigazione (GPS, LiDAR ecc.) ad es. al raggiungimento di determinate zone/aree, non appena il tag RFID entra nel campo di lettura di un lettore RFID.
I lettori RFID possono misurare gli angoli?
I lettori RFID standard non possono trasmettere informazioni sugli angoli tra lettore RFID e tag RFID.

Lettori RFID UHF speciali possono invece trasmettere informazioni sugli angoli tra lettori RFID e tag RFID.

A riguardo si distingue tra:

Riconoscimento delle zone: Il lettore verifica se il transponder si trova entro un determinato campo angolare davanti al lettore o se entra o esce da tale area. Nell’esempio grafico, il lettore riconosce l’oggetto B nella zona 1

Riconoscimento della direzione: Il lettore rileva la direzione di movimento del transponder. Nell’esempio grafico, il lettore riconosce che il transponder si sposta da sinistra a destra.
Riconoscimento delle zone (a sinistra) e riconoscimento della direzione (a destra) con RFID UHF