Устройства радиочастотной идентификации в библиотечных технологиях

Тимошенко Игорь

Системы НЧ диапазона имеют наибольшую проникающую способность, но при этом их рабочая зона не превышает 1 см, поэтому очень высокая проникающая способность рабочего поля считывателя не имеет существенного значения для работы таких систем РЧИ.

Рассмотренные свойства систем РЧИ существующих частотных диапазонов определяют области их применения.

Высокая дальность действия и скорость обмена данными систем МВЧ диапазона позволяет их эффективно использовать в системах позиционирования реального времени (RTLS – системы), а также в транспортной логистике, для идентификации движущихся автомобилей и контейнеров, находящихся в прямой видимости.

Системы СВЧ нашли широкое применение в складской и транспортной логистике, в системах учета движения товаров в цепочке поставок, там где требуется повышенная дальность

считывания меток и не требуется долгое нахождение персонала в рабочей зоне считывателей. В настоящее время производители СВЧ оборудования работают над его совершенствованием с целью расширения сферы его применения, активно внедряясь в области, где традиционно работает оборудование других диапазонов. К таким областям можно отнести системы оплаты проезда по скоростным дорогам, маркировку упаковок с жидкостями, маркировку документов в библиотеках.

Системы ВЧ широко используются там, где требуется передача относительно больших объемов данных при невысокой дальности и обеспечении информационной безопасности – в банковских платежных системах, системах оплаты услуг транспорта, на горнолыжных курортах, в системах контроля доступа. Там, где требуется высокая проникающая способность рабочего поля считывателей для работы с маркированными объектами при небольшой и средней дальности, не находящимися в прямой видимости, контактирующими с металлом или жидкостями – маркировка продуктов питания, фармацевтической продукции, а также в библиотеках для маркировки документов и в качестве электронных читательских билетов.

Системы НЧ диапазона широко применялись в системах контроля доступа – для автоматизации проходных, автомобильных стоянок, также они использовались как подкожные импланты для маркировки животных. В настоящее время НЧ системы активно вытесняются системами РЧИ более высокочастотных диапазонов.

Из всех видов устройств РЧИ, обладающих разными техническими характеристиками, наиболее подходящими для использования в условиях библиотеки оказались устройства, работающие с пассивными метками ВЧ диапазона. Именно они в настоящее время наиболее востребованы в системах автоматизации библиотек различного профиля во всем мире.

Близкими по своим характеристикам к ВЧ диапазону являются устройства РЧИ СВЧ диапазона, получившие широкое распространение в системах автоматизации складов, торговых и транспортных предприятий. Предпринимаются попытки внедрения устройств этого типа в библиотеки, но в настоящее время их широкому использованию в библиотечных технологиях препятствует ряд причин, как технического, так и административного характера.

§ 1.3. Принцип работы и основные составляющие системы РЧИ

Основной принцип работы РЧИ систем заключается в автоматической бесконтактной идентификации учитываемых объектов при появлении их в рабочей зоне специальных устройств – считывателей радиочастотной идентификации (считывателей РЧИ). Объекты должны быть промаркированы радиочастотными метками, содержащими в себе электронную интегральную схему и антенну. Как правило, интегральная схема метки использует для работы энергию электромагнитного поля, создаваемого считывателем. При этом в отличие от штрихового кодирования, для радиочастотной идентификации не требуется визуальный контакт между считывателем и поверхностью метки. Метка может быть спрятана внутри объекта, например, наклеена на внутренней стороне обложки книги или вклеена в переплёт. Сама книга может быть помещена в коробку, сумку и т. д. Единственным условием для работы системы РЧИ является радио-прозрачность материалов, отгораживающих метку от считывателя.

Каждая радиочастотная метка имеет уникальный код, присвоенный при её изготовлении. Кроме того, метки различных типов могут содержать в себе перезаписываемую память различной конфигурации.

Обязательным условием работы оборудования РЧИ является наличие компьютерной системы автоматизации учетных операций с промаркированными объектами. Фактически, технология РЧИ предназначена для автоматизации информационного обмена между меткой и компьютером. Методика дальнейшего использования этой информации целиком определяется технологией работы предприятия и архитектурой его компьютерной системы. Физические условия взаимодействия считывателей РЧИ и радиочастотных меток также определяются технологическими особенностями

производственных процессов, в которых они используются. На различных предприятиях условия использования оборудования РЧИ могут существенно различаться, что требует применения оборудования различных типов, отличающегося своими техническими характеристиками.

Общая структура системы РЧИ показана на рисунке 5 и включает в себя следующие элементы:

1 – управляющий компьютер,

2 – считыватель РЧИ,

3 – рабочая область считывателя РЧИ,

4 – радиочастотную метку.

Рисунок 5 Структура системы радиочастотной идентификации

Управляющий компьютер, работающий по программе, определяющей его функциональное назначение в технологической системе, подает команды на считыватель РЧИ. По команде управляющего компьютера считыватель РЧИ взаимодействует с радиочастотными метками, находящимися в его рабочей зоне. Взаимодействие считывателя и радиочастотной метки в системе РЧИ происходит за счет обмена данными. Для обмена данными с меткой считыватель создает электромагнитное поле в своей рабочей зоне. Размеры рабочей зоны считывателя определяются его мощностью и конструкцией его антенны. Если в рабочую зону антенны считывателя попадает радиочастотная метка, энергия электромагнитного поля на её антенне преобразуется в электрическую энергию, которая обеспечивает работу интегральной схемы метки. Считыватель в небольших пределах изменяет параметры своего электромагнитного поля синхронно с передаваемыми данными (модулирует поле данными). Эти изменения детектируются меткой, дешифрируются её блоком управления и воспринимаются как команды считывателя. Результат выполнения команд передается считывателю также за счет модуляции поля считывателя со стороны метки путем замыкания её антенны синхронно с передаваемыми меткой данными. Таким образом, метка передает данные для считывателя, не излучая энергии. Передача данных от метки происходит за счет манипуляции параметрами электромагнитного поля считывателя. Обмен данными между считывателем и меткой происходит по сложному алгоритму, позволяющему считывателю одновременно работать с несколькими метками в своей рабочей зоне (алгоритм антиколлизии), а также отстраиваться от возможных помех, создаваемых другими электронными устройствами, которые могут оказаться в рабочей зоне считывателя.

§ 1.4. Принцип работы и устройство меток РЧИ

Наибольшее распространение в библиотечных системах автоматизации в настоящее время получили пассивные метки РЧИ, работающие в ВЧ диапазоне (13,56 МГц). Конструктивно такие метки могут быть выполнены в виде пластиковых карт или бумажных самоклеющихся этикеток.

Конструкция пассивной метки РЧИ, выполненной в виде этикетки с клеевым слоем показана на рисунке 6. Метка состоит из бумажного или прозрачного полимерного (ПЭТ – полиэтилентерефталат) лицевого защитного покрытия (1). Под ним располагается полимерный инлей (2) на полимерной (ПЭТ) основе, на котором закреплена интегральная схема (3) и антенна (4). На инлей нанесён клеевой слой (5) из специального акрилового клея. Метки поставляются наклеенными на легко отделяемую подложку (6) изготовленную из силиконизированной бумаги.

Рисунок 6 Конструкция метки РЧИ

Главными конструктивными элементами, определяющими работу метки РЧИ, являются интегральная схема и антенна. Можно сказать, что метка состоит из интегральной схемы, подключенной к антенне. В состав интегральной схемы входит блок управления, энергонезависимая память, радиочастотный блок и модулятор, как показано на рисунке 7.

Антенна метки представляет собой несколько витков электрического проводника, выполненного из меди или алюминия, подключенного к интегральной схеме. Антенна служит для преобразования энергии рабочего поля считывателя в электрический ток, который обеспечивает питание интегральной схемы, и получение данных от считывателя РЧИ.