RFID는 전자기장을 활용하여 정적 및 움직이는 물체, 사람 및 동물을 명확하게 감지할 수 있는 자동 디지털 식별 기술입니다. RFID는 정보를 수집하고 원거리에서 자동으로(핸즈프리) 즉각적으로 교환할 수 있는 소프트웨어 및 하드웨어에 대한 일련의 솔루션으로 구성됩니다.이 시스템은 상품 또는 출고 및 입고 제품의 흐름에서 일반적인 분류 및 물류에 이르기까지 모든 보관 단계를 정확하게 추적할 수 있습니다.
이러한 작업의 집합은 기술 전문 용어로 공급망이라고 합니다. RFID 시스템의 하드웨어는 주어진 시간과 수명 주기 전반에 걸쳐 제품의 위치에 관한 각 데이터를 수집하여 소프트웨어가 이를 인식하고 관리자에게 생산, 유통 및 판매 프로세스의 진행 상황에 대한 완전한 비전을 제공할 수 있도록 합니다.
RFID 태그에 인코딩된 데이터를 무선으로 읽음으로써 상품의 흐름을 원격으로 모니터링하고 품목의 상태, 재고 및 상태에 대한 귀중한 통찰력을 얻을 수 있습니다.
1. RFID 시스템 구성
모든 RFID 시스템은 RFID 리더와 RFID 태그로 구성됩니다. 태그는 종종 전자 장치가 거의 또는 전혀 없는 작고 휴대가 간편합니다. 아래 블록 다이어그램을 사용하여 간단한 RFID 시스템을 나타낼 수 있습니다.
블록 다이어그램 구성의 각 구성 요소에 대한 설명은 다음과 같습니다.
1) RFID 리더 : 안테나, 송수신기 및 디코더로 구성된 장치입니다.
- 송수신기: 송신기 또는 수신기로 사용할 수 있습니다. 필요한 주파수로 변조 된 다음 안테나를 통해 공기로 전송되는 연속 신호를 생성하는 발진기로 구성됩니다.
- 안테나 : 전기 신호를 공기 중에서 전파하는 데 효율적인 전자기 신호로 변환하는 장치입니다.
- 디코더: 태그의 안테나에서 RF 신호가 감지되면 디코더는 데이터를 검색하는 데 도움이 됩니다.
2) RFID 태그: RFID 태그는 2개의 구성 요소(마이크로칩과 안테나)로 구성됩니다(패시브 태그의 경우).
- 마이크로칩: 몇 KB의 메모리 저장 장치가 있는 회로가 에칭된 회로로 구성된 반도체 장치로, 데이터를 저장하고 필요할 때마다 전송할 수 있습니다.
- 안테나: 판독기에서 감지할 수 있도록 칩에 있는 데이터를 공기 중으로 전송하는 데 사용됩니다.
활성 태그의 경우 마이크로칩, 배터리 및 안테나로 구성됩니다
- 배터리: 활성 장치에서 마이크로칩 배터리에 전원을 공급하기 위해 외부에서 사용됩니다.
2. RFID 동작방식
RFID 리더는 항상 전원이 켜져 있으며 일반적으로 외부 전원에서 전원이 공급됩니다. 따라서 ON일 때 발진기는 원하는 주파수의 신호를 생성하지만 신호 강도가 매우 작기 때문에(직접 전송하면 신호가 페이드 오프될 수 있음) 증폭기 회로를 사용하여 수행할 수 있는 증폭해야 하며, 신호를 더 먼 거리로 전파하려면 변조기에 의해 수행되는 신호를 변조해야 합니다. 이러한 모든 개선 사항으로 이제 신호를 전송할 준비가 되었으며, 이는 전기 신호를 전자기 신호로 변환하는 안테나로 수행할 수 있습니다.
RFID 리더 신호는 태그를 감지할 수 있는 모든 곳에 있습니다. RFID 태그가 RFID 리더 근처에 오면 태그는 수신된 RF 신호를 전기 신호로 변환하는 코일을 통해 리더 신호를 감지합니다. 이 변환된 신호만으로도 태그에 있는 마이크로칩을 전력으로 작동시키기에 충분합니다. 마이크로칩의 전원이 켜지면 마이크로칩에 저장된 데이터(고유 ID)를 보내는 기능이 있습니다. 신호가 들어온 것과 같은 방식으로 동일한 코일을 통해 공기 중으로 보내집니다.
RFID 리더에는 트랜시버도 있습니다. 신호가 RFID 리더의 안테나를 통해 태그에서 돌아 오면 복조기로 공급 된 다음 디코더에 의해 디코딩되어 원본 데이터를 얻은 다음 마이크로 컨트롤러 또는 마이크로 프로세서에 의해 추가로 처리되어 특정 작업을 수행합니다.
위의 설명은 수동 RFID 태그에 대한 것입니다. 활성 RFID 태그의 경우 활성 태그에는 전원이 내장되어 있기 때문에 회로를 트리거하고 태그를 리더로 데이터를 보낼 준비를 하기 위해서만 리더의 신호를 감지합니다.
3. RFID모듈의 주파수 범위
무선 주파수 범위는 3kHz에서 300GHz까지이지만 RFID는 일반적으로 아래와 같이 분류된 무선 주파수(RF) 대역 내의 무선 주파수를 사용합니다.
- 저주파 RFID: 범위는 30kHz에서 500kHz 사이이지만 사용하는 정확한 주파수는 125kHz입니다. 감지 범위는 10-15cm입니다.
- 고주파 RFID: 범위는 3MHz에서 30MHz 사이이며 모듈에서 사용하는 정확한 주파수는 13.56MHz입니다. 감지 범위는 최대 1.5미터입니다.
- 초고주파 RFID: 범위는 300MHz에서 960MHz이지만 사용되는 정확한 주파수는 433MHz입니다. 감지 범위는 최대 20미터입니다.
- 마이크로파 RFID: 2.45GHz의 주파수를 사용하며 감지 범위는 최대 100미터입니다.
따라서 응용 분야와 필요한 감지 범위에 따라 적합한 RFID를 선택해야 합니다. 감지 범위는 안테나 크기와 튜닝의 크기에 따라 다릅니다.
4. RFID 시스템의 종류
RFID는 주로 사용되는 RFID 태그의 유형에 따라 크게 두 가지 유형으로 분류됩니다. 두 시스템을 액티브 RFID 시스템과 패시브 RFID 시스템이라고 합니다.
1) 액티브 RFID 시스템
액티브 RFID 시스템에는 전원(배터리)으로 전원이 켜지는 액티브 태그가 있습니다. 따라서 액티브 태그는 리더의 전원 신호에 의존하지 않고도 자체 무선 주파수 신호를 방사하여 마이크로칩에 포함된 데이터를 전송할 수 있습니다.
활성 RFID는 일반적으로 감지 범위가 최대 20미터인 UHF RFID로 분류됩니다. 이러한 활성 태그는 트랜스폰더와 비콘으로 더 분류됩니다
- 트랜스폰더
트랜스폰더는 RF 신호를 수신하고 응답으로 다른 RF 신호(일반적으로 데이터)를 방출합니다. 트랜스폰더는 항상 활성화(전원이 켜짐)되지 않지만 리더의 신호를 감지한 다음 마이크로칩에 전원을 공급하여 데이터를 얻은 다음 리더로 다시 전송할 때만 활성화됩니다. 따라서 트랜스폰더는 리더가 신호를 전송할 때만 전원이 켜지는 활성 태그입니다. 이를 통해 트랜스폰더는 Beacon에 비해 높은 배터리 수명을 가질 수 있습니다.
- 비콘
비콘은 항상 전원이 켜져 있지만 지정된 시간 간격(시간 간격은 1분에 한 번 또는 하루에 한 번일 수 있음)으로만 데이터를 전송하는 활성 태그입니다. 데이터가 전송되면 근접 내에 있는 해당 리더가 신호를 감지하고 해당 작업을 수행할 수 있습니다. 배터리 수명은 트랜스폰더와 비교할 때 낮지만 항상 활성 상태를 유지하기 때문에 더 빠릅니다.
2) 패시브 RFID 시스템
패시브 RFID시스템은 ID 카드, 은행 카드 등에서 찾을 수 있는 가장 일반적으로 사용되는 시스템 유형입니다. 태그의 칩에 전원을 공급할 배터리가 없는 수동 태그로 구성됩니다. 대신 리더는 태그에 의해 감지된 RF 신호를 전송합니다.
이러한 RF 신호는 태그의 안테나로 전류를 유도한 다음 칩에 전원을 공급하는 데 사용됩니다. 그런 다음 태그는 리더에 의해 감지된 코일 안테나를 통해 칩의 데이터로 응답하고 해당 작업이 수행됩니다. 이는 일반적으로 사무실과 대학의 출석 시스템을 유지하는 데 나타납니다.
5. RFID 모듈
일반적으로 사용되는 RFID 모듈은 고주파 수동 RFID 시스템에 속하는 RC522입니다. 주로 Arduino, PIC, AVR과 같은 마이크로 컨트롤러 및 SPI, IIC 또는 USART와 같은 통신 프로토콜을 지원하는 기타 마이크로 컨트롤러와 함께 사용됩니다. 인터페이스는 간단하며 Arduino용 라이브러리를 쉽게 구축했습니다. RC522에는 태그에서 데이터를 읽고 원하는 정보를 태그에 쓸 수 있는 기능이 있습니다.
1) RFID 모듈 핀 설명
일반적으로 RFID 모듈에는 Vcc, GND, IRQ, RST, MISO/SCL/Tx, MOSI, SCK 및 SS/SDA/Rx와 같은 8핀 RFID 리더가 함께 제공됩니다.
- Vcc: 모듈을 실행하기 위해 허용 전압은 최대 3.3V입니다. 대부분의 모듈과 달리 RC522는 5V를 입력으로 받아들이지 않습니다.
- GND : 폐쇄 회로를 만들려면 GND 단자가 필요합니다.
- IRQ (인터럽트 요청) : RFID 태그가 RFID 리더 근처에 들어오면 높아집니다. 엔지니어가 설계한 대로 작업을 일시 중지(또는 수행)하기 위해 마이크로 컨트롤러를 중단하는 데 도움이 됩니다.
- RST(리셋): 액티브 로우 핀입니다. 로직 0이 핀에 적용되면 RFID 리더가 꺼집니다.
- MISO(Master In Slave Out): SPI(Serial Peripheral Interface)에서 여러 주변 장치(슬레이브)가 마이크로 컨트롤러(마스터)와 빠르게 통신합니다. 따라서 MISO는 salve (주변 장치)에서 마스터 (마이크로 컨트롤러)로 데이터를 보내는 데 사용됩니다.
- MOSI(Master Out Slave In): MISO와 마찬가지로 MOSI 핀 Master를 사용하여 데이터를 주변 장치로 보낼 수 있습니다.
- SCK (Serial Clock): 마스터와 슬레이브 간의 데이터 전송을 동기화하기 위해 클럭 펄스를 생성하는 SCK 핀이 사용됩니다.
- SS (Slave Select): 슬레이브 장치가 두 개 이상인 경우 필요할 때 SS를 사용하여 원하는 장치를 선택할 수 있습니다.
* RFID 모듈의 특징
- 지원되는 호스트 인터페이스는 SPI, RS232, 직렬 UART 및 I2C입니다.
- 읽기/쓰기 모드의 일반적인 작동 거리는 안테나 크기 및 튜닝 크기에 따라 최대 50mm입니다.
- 전력 효율성을 위한 저전력 기능으로 재설정합니다.
- 인터럽트 모드는 여러 장치를 연결해야 하는 경우 마이크로 컨트롤러와 인터페이스할 수 있도록 유연합니다.
- 2.5V - 3.3V의 작동 전압을 가집니다.
- 시스템이 예상대로 작동하는지 여부를 확인하기 위해 전원을 켤 때 장치 자체를 테스트하기 위한 내부 자체 테스트입니다.
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