Активная rfid метка своими руками
Published date 01.01.2015
Last modified date 15.01.2019
Пока в стране идут новогодние праздники и все отдыхают наконец соберу весь накопленный материал в одну кучку. Я давно не писал в блог, постараюсь исправиться в нынешнем году. Я не пишу о политике, философии, событиях моей жизни, только о железках. Увы о железах на работе я писать не могу в силу определенных причин, но копится материал научно-популярного и просветительского толка. Очень сложно написать лучше, чем уже написано в той же википедии.
RFID – Radio Frequency IDentification – радиочастотная идентификация. На сегодня RFID метки это более широкое понятие и сюда приплетают в том числе и беспроводные сенсоры, хотя идентификация – не их основное занятие. RFID метка – это небольшое устройство, которое позволяет на расстоянии, в отсутствие прямой видимости считать сохраненные на нем данные, тем самым идентифицировать объект. Это как штрихкод, наклеенный на товар, только работающий по радио.
RFID метки бывают разных типов. По способу электропитания различают пассивные (полностью получают питание для работы от излучения считывателя) и активные (имеют на себе батарейку). Само собой у пассивных дальность действия ниже, зато срок службы ничем не ограничен. У активных все лучше, и дальность действия, и начинка поинтеллектуальнее, но батарейку нужно будет менять.
По радиочастотному диапазону различают LF (125 кГц), HF (13.56 МГц) и UHF (860-960 МГц).
Принцип действия
Считыватель и метка имеют катушки индуктивности, образующие колебательный контур. Когда считыватель создает переменное магнитное поле своей катушкой, магнитный поток проходя через катушку метки возбуждает в ней ток. Точно так же как работает к примеру беспроводная зарядка. Метка от возбужденного в катушке тока получает питание, и используя транзистор может на некоторое время (питаясь в это время от накопленного в конденсаторе заряда) замыкать катушку накоротко, тем самым меняя значение амплитуды тока в катушке считывателя. Считыватель фиксирует эти изменения, тем самым принимая сигнал от метки.
(Иллюстрация из книги RFID Handbook by Klaus Finkenzeller 2 редакция)
Устройства UHF диапазона работают аналогично, только вместо катушек – диполи:
(Иллюстрация из книги RFID Handbook by Klaus Finkenzeller 2 редакция)
Само собой это означает что весь обмен данными между меткой и считывателем происходит публично, и при решении задач определения подлинности нужно это учитывать.
Активные метки более разнообразны по устройству, некоторые вообще по сути являются радиомаяками, по несколько раз в секунду просто посылая в эфир свой номер (parsec). RFID метка помимо микроконтроллера, обеспечивающего передачу уникального номера может быть оснащена различными датчиками. Например датчиком давления. Такой датчик можно разместить в шину автомобиля и непрерывно контролировать давление воздуха в шине.
С каждым днем RFID меткам находят все больше применений. Начиная от использования в качестве ключей для домофона заканчивая противокражными метками в магазинах самообслуживания. Именно увеличение спроса, снижение стоимости из-за массового производства позволяет находить все новые и новые применения.
Метка передает считывателю в ответе на запрос свой уникальный номер. Более сложные метки имеют немного памяти на борту и могут хранить какую либо информацию, например количество оставшихся поездок, что избавляет от необходимости создания центрального сервера и поддержки его на связи всегда. Метка также может иметь на борту криптопроцессор и обеспечивать проверку подлинности или обмен секретными данными. Изучается вопрос добавления RFID меток к банкноты как дополнительная мера защиты.
В будущем возможно все продукты будут снабжены RFID метками на стадии производства, а холодильник RFID считывателем. Тогда взяв вечером спросонья из холодильника пакет молока он молвит человеческим голосом “Сдурел? Выкинь, оно во мне уже пол года лежит, испортилось давно”.
Примеры
Екарта – проездная карточка на все виды транспорта в г.Екатеринбурге. Представляет собой карточку Mifare. Внешний вид:
Немного ацетоновых ванн и видно катушку индуктивности по периметру. Система полностью децентрализованная и информация о количестве денег хранится на самой карте в зашифрованном виде.
Московский метрополитен. Конструкция попроще для удешевления, карточка одноразовая:
Брелок от домофона “Факториал”
Внутри тоже RFID чип от Texas Instruments
При этом при каждом открывании двери данные в ключе перезаписываются, таким образом невозможно увеличить количество ключей. Копия будет работать, но после первого открывания перестанет работать оригинал, так как данные в ключе меняются. Этим хитрым апгрейдом факториал разом сделал бизнес копирования домофонных ключей невозможным.
Активные метки parsec
Представляют собой герметичный контейнер с микроконтроллером, батарейкой и радиомодулем, который посылает в эфир пару раз в секунду свой уникальный номер. Закрепив такой на автомобиле можно определять какие авто на данный момент сейчас находятся к примеру в гараже. Основная задача этих меток в автоматическом открывании ворот и шлагбаумов.
При этом вариант на последнем фото снабжен еще и пассивной меткой, можно повесить как брелок для ключей, и открывать не только ворота но и двери.
Правда безопасность автомобиля, основанная на наличии такой метки уязвима.
Если разберем ключ от автомобиля то найдем в нем чип иммобилайзера, который по сути тоже RFID метка:
Справа на крышке. Надежность и секретность механических замков ограничивается точностью механической обработки и достигла своего предела. Электронные замки и ключи имеют значительно большее число комбинаций.
RFID метки могут внедряться на стадии производства, например гитар:
Производитель таким образом не только облегчает себе отслеживание продукции на складах, но и гарантирует себе способ отличить свою продукцию от подделок.
Вот шапка с RFID меткой пришитой при производстве:
Еще одна от куртки:
Немного растворителей и достаем метки:
Отдельного слова заслуживают так называемые противокражные метки, или 1-битные транспондеры. Это RFID метка которая передает всего 1 бит – информацию о своем наличии. Такие метки используются для защиты товара от краж. Я писал про одну такую. Чаще всего встречаются метки электромагнитной системы (метка – колебательный контур), и акустомагнитной. Метки других типов в наших краях встречаются редко.
Если вы параноик
Возможно вам пригодится RFID Zapper. Перманентно отключить метку можно также в микроволновке, просто включив на пару секунд. Пассивные метки считываются на расстоянии в несколько метров (для LF и HF вообще не более 20 см). Что бы считать метку на расстоянии 100 метров в считыватель придется закачивать неприлично большие мощности.
Что почитать?
Рекомендую книгу Klaus Finkenzeller RFID Handbook. В русском переводе, с испорченными схемами и картинками:
Справочник по RFID
Автор: Клаус Финкенцеллер
Год: 2008
Издательство: Додэка XXI
ISBN: 978-5-94120-151-8
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник
RFID: метки для всех №1
RFID (Radio frequency identification, радиочастотная идентификация) — метод удалённого хранения и получения данных с помощью устройств, называемых RFID-метками.
RFID-метка – это небольшой объект, который может быть связан или объединен с продуктом, человеком, животным.
RFID-метки содержат антенны, позволяющие им получать и отправлять сигнал радиочастотной идентификации, запрашиваемый из RFID-трансивера. Пассивные метки не нуждаются во внутреннем источнике питания, тогда как в активных метках он необходим.
Полагается, что первое известное устройство было инструментом для
шпионажа и было изобретено Львом Тереминым для Советского правительства в 1945 году. Устройство Теремина было подслушивающим устройством, а не идентификационной меткой. Технология, используемая в RFID, была в ходу еще в начале 1920-х
(по сведениям одного источника, хотя тот же источник заявляет, что RFID-системы появились только в конце 60-х.).
Похожая технология, импульсный приемопередатчик IFF, была изобретена англичанами в 1939 году и
обычно использовалась союзниками во Второй Мировой Войне чтобы идентифицировать
самолеты в системе «свой-чужой». Другая ранняя работа по исследованию RFID
— значительный труд Гарри Стокмана, озаглавленный «Communication by Means of Reflected Power» (октябрь 1948).
Однако потребовалось еще 13 лет
значительного прогресса во многих областях,
прежде чем RFID технология не стала реальностью.
Как уже мы говорили, RFID-метки могут быть активными или пассивными.
У пассивных RFID-меток нет внутреннего источника питания.
Электрический заряд получается со входящим
радиосигналом, он обеспечивает достаточную мощность для
передачи ответ. Ожидаемый ответ пассивной RFID-метки (сигнал ограниченной мощности) представляет собой резюме – обычно ID number (GUID). Отсутствие
питания означает, что устройство может быть достаточно маленьким: существует коммерчески доступный продукт, который может быть внедрен под кожу. На 2005 год, самые маленькие коммерчески доступные устройства
0.4х0.4 мм, что тоньше листа бумаги, такие устройства практически невидимы. Пассивные метки на практике читаются с расстояния примерно от 10 миллиметров до 6 метров.
Активные RFID-метки, с другой стороны, имеют внутренний источник питания и могут иметь более дальний диапазон и больший объем памяти чем пассивные метки, так как есть возможность запоминать информацию, посланную через трансивер. Сейчас самые маленькие активные метки имеют размер с монету. Многие активные метки имеют диапазон в десятки метров, а батарейка работает до 10 лет.
Так как пассивные метки дешевле для производства и у них нет батареи, большая часть RFID-меток относится к пассивной разновидности. На 2004 год эти метки стоили от
40 центов. Пока это достаточно дорого для
массового применения, однако при
значительных объемах производства (10 биллионов единиц в год)
стоимость одной метки может упасть до 5
центов. Пока это самый оптимистический
прогноз, аналитики из Gartner и Forrester Research согласны, что цена меньше
10 центов (объема продукции в 1 биллион единиц) достижима через 6-8 лет,
остальные аналитики верят, что такие цены достижимы в пределах 10-15 лет.
В то время как ценовые преимущества пассивных меток над активными значительны, остальные факторы, включая точность
надежность работы в определенных средах, например, в воде и металле, и надежность делают использование активных меток довольно обычным на сегодняшний день.
Есть 4 различных типа меток, которые обычно используются. Они разделены на категории по их радиочастотности: метки низкой частотности (125
или 134.2 кГц), метки высокой частотности (13.56 МГц), метки ультравысокой частотности (UHF марки,
868-956 МГц), и микроволновые марки (2.45 ГГц). UHF марки не могут быть использованы повсеместно, так как нет никаких всеобщих правил по их использованию.
Существуют так же некоторые устройства-приемоответчики и карты с бесконтактными чипами, которые выполняют схожие функции.
Система RFID может состоять из нескольких компонентов: tags, tag readers, edge servers,
middleware и application software.
Цель системы RFID в том, чтобы запускать передачу информации мобильным устройством, которое называется марка. Информация читается RFID-считывателем и перерабатывается согласно нуждам специфических приложений. Информация, передаваемая маркой, может обеспечивать идентификацию и информацию о местоположении, или специфику маркированного продукта, такую как цена, цвет, дата покупки и др. Использование RFID в слежении и приложениях доступа впервые появилось в 1980-х. RFID быстро привлек внимание из-за его способности отслеживать движущиеся объекты. Так как технология была усовершенствована, начинается ее распространение и у RFID-меток появляется все больше активных пользователей.
В типичной RFID-системе индивидуальные объекты оборудованы маленькими недорогими марками. Марка содержит транспондер с цифровым чипом памяти, который дает уникальный электронный код продукта. Запрашивающее устройство, антенна,
совмещенная с трансивером и декодером, излучает сигнал, активирующий RFID-метку, так что она может читать и записывать информацию
в себя. Когда RFID-метка проходит через электромагнитную зону, она обнаруживает активизирующий сигнал читающего устройства. Читающее устройство расшифровывает информацию, закодированную в
чипе и информация посылается серверу для обработки.
Возьмем, как пример, книги в библиотеке. Охранная арка может обнаружить была ли книга соответствующим образом оформлена на получение. Когда пользователи возвращают предметы, часть работы охраны – заново установить метку, и запись предмета в интегрированной системе библиотеки автоматически обновляется. В некоторых RFID возвратная квитанция может быть сгенерирована,
а сама книга может быть размещена в
стеллаже возвратным оборудованием.
Пример: метки в 13.56 МГц размещены в рецептах для ветеранов с плохим зрением. Лекарства
Департамента по делам ветеранов сейчас
поставляются с активными метками. Эти
устройства хранят такую информацию как: название лекарства,
инструкция, меры предосторожности и др. RFID-метки с низкой частотностью обычно используются для идентификации животных. Домашним животным можно имплантировать небольшие чипы, которые позволят им быстрее вернуться к хозяину в случае если они потеряются.
Кстати и пивные бочонки так же отслеживаются с помощью низкочастотных RFID-меток. В Америке используется два типа RFID-меток: 125 кГц (первоначальный стандарт) и 134.2 кГц (международный стандарт).
Высокочастотные RFID-метки используются в библиотечных книгах и в книжных магазинах, спутниковом слежении,
осуществлении контроля доступа,
отслеживании авиагрузоперевозок,
отслеживании предметов снаряжения. Высокочастотные метки широко используются в идентифицирующих бейджах, заняв место более ранних карт с магнитной полоской. Эти бейджи
для подтверждения подлинности носителя не
надо прикладывать к считывающему
устройству, а достаточно лишь пройти рядом
с ним. Кредитная карта American Express Blue включает в себя высокочастотную RFID-метку,
для функции ExpressPay.
UHF RFID-метки обычно используются в спутниковом и контейнерном слежении, а так же для
наблюдения за грузовиками и трейлерами при грузоперевозках.
Зачастую предполагается, что RFID-метки — это замена
штрихкодов. Возможно, они никогда не
заменят штрихкоды целиком, что частично объясняется их более высокой ценой.
Для отдельных дешевых товаров большая
стоимость метки неприемлема, несмотря на
все преимущества, которые предоставляет
метка (представьте себе хотя бы
инвентаризацию в магазине). Так же можно принять во внимание, что хранение информации
по отдельным товарам занимает довольно
иного места, так что наиболее вероятная
ситуация — слежение за партиями товара
начиная с паллетов или за дорогими,
штучными изделиями.
Микроволновые RFID-метки используются при долгосрочном контроле доступа для транспортных средств.
Так, например, RFID-метки используются для электронного
взимания пошлины в междугородных и международных
пунктах сбора на дорогах. Метки читаются удаленно, когда
автомобили проезжают через кабины, и информация метки используется чтобы
списать пошлину с уже готового счета. Система помогает ускорить движение транспорта через пункты сбора пошлин.
Сенсоры, такие как сейсмические датчики, могут быть прочитаны с использованием RFID трансивера, что здорово упрощает сбор удаленной информации.
В январе 2003 компания Michelin начала тестирование RFID транспондеров, вмонтированных в шины.
Сейчас уже производитель предлагает шины с RFID-метками.
Начинающаяся с 2004 года, опция Smart Key доступна для Toyota Prius и некоторых моделей Lexus. Ключ-брелок использует активную RFID-схему, которая позволяет машине подтверждать наличие ключа в пределах 3 футов от сенсора. Водитель может открыть двери и завести машину в то время как ключ остается в кошельке или кармане.
Имплантаты для людей
Имплантируемые RFID чипы, разработанные для маркировки животных, сейчас так же используются людьми. Ранний эксперимент с RFID имплантатом был проведен английским ученым-кибернетиком Кевином Варвиком, который имплантировал чип в свою руку в 1988 году. Благодаря использованному цифровому решению
Кевин решил проблему обеспечения доступа в
дом, компьютерного доступа, хранения медицинских записей,
работы с различными правоохранительными приложениями. Baja Beach Club в Барселоне использует имплантируемый чип для идентификации VIP клиентов, которые в свою очередь используют его для оплаты напитков.
Отделение полиции в Мехико имплантировало приблизительно 170 своим офицерам чип, чтобы разрешить доступ к полицейским базам данных и иметь возможность отследить их в случае похищения.
Амал Граафстра, уроженец штата Вашингтон, бизнесмен, имплантировал RFID чип в свою левую руку в начале 2005 года. Размер чипа составлял 12мм в длину и 2 мм в ширину.
Источник