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Ago 30

Identificación por Radiofrecuencia. RFID

rfid22Por: Ing. Arnaldo Gonzalo Lorenzo Pardo (CM6YX).

Cuando se habla de ondas de radio y su empleo en la vida cotidiana, siempre pensamos en las comunicaciones. Ya sea en una banda u otra, nos viene a la mente el conocidísimo esquema en que se modula una señal que se trasmite a un extremo distante donde es detectada por un receptor y alguien que observa o escucha la información recibida.

Pero las ondas de radio no siempre se utilizan de la misma forma. Aunque casi siempre son portadoras de una información, no es la comunicación directa entre las personas el único uso que se les puede dar.

Desde hace varios años una nueva raza de pequeños dispositivos electrónicos ha comenzado a “invadir” la vida moderna. Basados en el empleo de señales de radiofrecuencia y teniendo como principal aliado a la microelectrónica, los dispositivos de identificación electrónica por radiofrecuencia (RFID) sobrepasaron hace rato los entornos industriales y los laboratorios, para lanzarse a la conquista de la vida social y doméstica de este siglo XXI.

El sistema de identificación por radiofrecuencia RFID (Radio Frequency identification ) tiene la función de señalizar y brindar información referente al objeto o persona que lo porta. Está formado por las etiquetas o tags RFID, que no es otra cosa que un microchip con una antena de radio que realiza la función de transponder, esta etiqueta se adjunta a un objeto cualquiera que se quiera identificar y se pueden grabar en ese microchip hasta 2 Kilobytes de información. El otro elemento del sistema es el dispositivo lector, que se encarga de leer la información almacenada en la etiqueta, esa lectura se hace a distancia y sin necesidad de contacto, ni siquiera visual, con el objeto portador de la etiqueta.

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Los orígenes.

El origen de los RFID está relacionado con la guerra. En los días de la II Guerra Mundial los radares permitían detectar la presencia de aviones a kilómetros de distancia pero no podían identificarlos. El ejército alemán descubrió que si los pilotos balanceaban sus aviones al volver a la base cambiaría la señal de radio reflejada en el radar, esto les permitió en un inicio distinguir los aviones alemanes de los demás y se convirtió en el primer dispositivo RFID pasivo de la historia.

Ya en 1940 se produjeron los primeros dispositivos de identificación (IFF), desarrollados en Alemania para identificar electrónicamente los aviones de combate. Estos trabajaban en las frecuencias de 125 MHz (Radar Freya) y 550-580MHz (Radar Würzburg). Aquellos señores, que pensando en la guerra inventaron tantas cosas, habían creado los cimientos de una tecnología que ahora, después de 76 años, está en la vanguardia de la automatización en todos los frentes.

En los años posteriores a la guerra se continuó perfeccionando los sistemas de radar y la posibilidad de identificar objetos a distancia, muchos científicos de los países más avanzados han investigado durante más de medio siglo para llegar a lo que existe hoy.

Aplicaciones de los RFID.

La aplicación de estos sistemas es muy amplia, se utilizan en una gran variedad de entornos y el hecho de no necesitar contacto directo con un lector o dispositivo les otorgan una gran flexibilidad.

Se aplican ampliamente en controles de acceso, marcado de animales, inmovilizadores de vehículos, puertas que se abren automáticamente según el nivel de acceso de la persona. En los almacenes y supermercados se utiliza para efectuar inventarios automáticos en tiempo real, sistemas antirrobos, facturación automática, seguimiento de productos. En el entorno industrial se emplean en los controles de calidad, guiado de robots, sistemas de seguridad y monitoreo de la producción.

Después de los sucesos del 11 de septiembre de 2001, el pasaporte norteamericano tiene asociadas etiquetas RFID, algo que ha generado algunas polémicas porque atenta contra la privacidad del individuo.

Funcionamiento

El sistema RFID tiene un funcionamiento muy parecido al radar. Cuenta con un dispositivo interrogador/lector, que emite energía de radiofrecuencia. Esa energía electromagnética genera una corriente en la bobina de recepción del dispositivo, esa señal se rectifica y de esta manera se alimenta el circuito. Cuando el voltaje de alimentación llega a ser suficiente el circuito transmite sus datos. El interrogador detecta entonces los datos como una perturbación del nivel de señal.

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Las frecuencias en que operan están en distintas bandas. Las de baja frecuencia (LF) trabajan de124 a 135KHz, las de alta frecuencia (HF) en 13.56MHz, las de UHF de 860 a 960 MHz y también en la gama de las microondas en 2.45GHz y 5.8 GHz, la frecuencia de trabajo se escoge en dependencia de la aplicación y el entorno donde se quiera utilizar.

La señal recibida por el interrogador desde la tarjeta está a -60dB por debajo del nivel de la portadora de transmisión, el rango de lectura puede estar desde algunas decenas de centímetros hasta varios metros.

 

Normalmente utilizan modulación en amplitud con codificación tipo Manchester, pero con el objetivo de lograr mayor inmunidad al ruido y mayor seguridad se les han incorporado nuevos protocolos y técnicas de encriptado. La mayoría de estos sistemas cuenta con una memoria EEPROM donde se almacenan los datos. Una parte de la información viene grabada de fábrica y otros datos los incorpora el usuario.

Los algoritmos de lectura son bastante complejos, ya que tienen que permitir leer varios dispositivos que transmitan a la vez y organizar los datos. Toda esa información después se procesa en ordenadores.

Las etiquetas se clasifican en tres grupos de acuerdo a la manera en que obtienen la energía que las hace funcionar. Pueden ser pasivas si no tienen fuente de alimentación propia, semi-pasivas si utilizan alguna pequeña batería y activas si tienen su propia fuente de alimentación.

rfidpasivasEtiquetas (o Tags) RFID pasivas.

Las etiquetas RFID pasivas no tienen fuente de alimentación, ellas funcionan con la energía de radiofrecuencia que les llega desde el interrogador. Cuando son irradiadas en su frecuencia de trabajo, se induce una corriente en una pequeña bobina que tiene la etiqueta, esa corriente se rectifica y se utiliza para hacer funcionar el microchip, este envía entonces al interrogador los datos que tiene almacenados. Las etiquetas pasivas se caracterizan por su bajo costo y su pequeño tamaño, existen RFID pasivas con tamaños de 0.4mm X 0.4mm y más delgadas que una hoja de papel.

La forma de la etiqueta está en dependencia del uso que vaya a tener, usualmente se montan sobre una pegatina o pequeña tarjeta.

Etiquetas semi-pasivas.

Estas son similares a la anterior, pero incluyen una pequeña batería que se encarga de alimentar el microchip. Al no tener que capturar la energía de la señal entrante pueden tener antenas más elaboradas para emitir su respuesta. Su tamaño es mayor que las pasivas y también su costo.

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Etiquetas activas.

Estas tienen un circuito más elaborado, incluyen su propia fuente de alimentación y tiene un mayor rango de uso. Sus frecuencias de trabajo están en 455MHz, 2.45GHz y 5.8GHz, además, las distancias a las que pueden ser leídas superan los 100 metros. En estas se dispone de una memoria adicional que permite almacenar mayor cantidad de información. Su tamaño es un poco mayor, aunque no mucho más que una moneda.

Un caso particular. El microchip MCRF455.

Este chip tiene una memoria EEPROM de 1024 bits en la que se permite la lectura y escritura de datos. Esa capacidad de memoria de 1024 bits está distribuida en 32 bloques. Los tres primeros bloques (48 bits) vienen de fábrica programados con el número de serie del circuito, otros 48 bits se utilizan para personalizar la tarjeta y los restantes 928 bits son para escritura y lectura de datos. Estos bloques de memoria pueden protegerse contra escritura, cuando los datos que almacenan no van a cambiar.

MCRF455

La velocidad de transferencia de datos es de 70 Kbits en modo asíncrono, utiliza codificación Manchester con control de CRC. Estos dispositivos necesitan para funcionar un circuito resonante LC compuesto por una bobina y un condensador, ese condensador viene integrado dentro del chip aunque en algunas versiones se puede poner externo. Cuando el circuito está dentro del campo de radiofrecuencia del interrogador, se produce un voltaje en el circuito LC, este voltaje se rectifica y alimenta así los circuitos internos del dispositivo.

El chip envía los datos al interrogador conectando y desconectando el condensador interno entre los terminales Vss y Ant que pone en resonancia o no el circuito LC. Si el circuito está en resonancia con la frecuencia de transmisión del interrogador, se produce un voltaje mucho mayor que si no hay resonancia.

Si el transponder está en resonancia (estado cloaking), una parte de la señal enviada por el interrogador, y que se induce en el circuito LC, vuelve al propio interrogador produciendo una pequeña señal que se puede detectar. Cuando el circuito LC está fuera de resonancia (estado uncloaking) el interrogador no ve el dispositivo, es como si desapareciera de su radio de acción.

Este proceso de conectar y desconectar un condensador para que el circuito esté o no en resonancia, produce una señal modulada en amplitud en la antena del interrogador. De esta manera podemos recibir los datos enviados por la tarjeta. Este tipo de comunicación recibe el nombre de “backscatter” que pudiera traducirse como “retrodifusión”, se asemeja mucho al principio del radar.

Para comunicarse con la tarjeta, el interrogador envía primero una señal de referencia de tiempo seguido de comandos y de los datos de escritura. El sistema anticolisión utiliza algoritmos de multiplexado por división de tiempo. Cada dispositivo se comunica dentro de un intervalo de tiempo diferente. Incluye también métodos de verificación de la integridad de los datos, de tal forma que no escriben datos en memoria si no comprueba que éstos son coherentes con el control CRC recibido.

En la actualidad.

Las RFID se utilizan para muchas funciones, desde el rastreo de ganado y de mascotas hasta la activación de equipo en pozos petrolíferos. Las aplicaciones más comunes son los sistemas de control de acceso y el seguimiento de los activos. De manera creciente empresas dedicadas a los rubros de comercialización, vestimenta, aeroespacial, defensa, manufactura, productos empaquetados de consumo y farmacéuticos están viendo cómo usar la RFID para hacer el seguimiento de sus productos en las cadenas de suministro.

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Lector RFID conectado por USB                 Etiquetas pasivas

 

Las tarjetas identificadoras por radiofrecuencia han ido sustituyendo a los tradicionales códigos de barras en muchas aplicaciones. El código de barras sólo almacena los datos del fabricante y el producto de manera genérica, además tiene que existir alguien que coloque el código de barras delante del escáner. La RFID puede almacenar más información específica de un producto, como la fecha de vencimiento por poner un ejemplo y permite leer los datos de todo un lote de artículos en fracciones de segundos. Además que individualiza y puede detectar fácilmente productos cuya fecha de vencimiento ha expirado. Muchos deben haberlas visto, sobre todo en ropa de marca, un pequeño rectángulo recubierto de plástico en muchos casos y en otros similar a un botón adjunto a la etiqueta, esas son RFID pasivas.

cubagas (Small)En el mercado cubano se emplea también esta técnica en sistemas antirrobo en tiendas y almacenes. También se ha introducido con éxito el uso de las etiquetas RFID para el control de las “balitas” de gas licuado, éstas tienen adjunta una etiqueta pasiva muy resistente que tiene una vida útil de 20 años y permite registrar el número de serie, la fecha de última venta y otros datos.

 

 

La vida doméstica tampoco escapa a esta tecnología. Las alfombras con zonas marcadas de esta manera para guiar a los robots de limpieza en grandes salones y hoteles, los sistemas Robotic Cookware, el marcado de las mascotas, la señalización y alarmas para niños pequeños. Hoy se debate en el mundo sobre los microchips RFID implantados en el cuerpo humano, que contienen información relacionada con registros médicos e identidad, eso ha generado conflictos en el terreno de la ética y la religión. Son estos unos pocos ejemplos de lo que puede lograr una tecnología que sólo parece estar limitada por la imaginación humana.

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Las RFID sólo son parte de un todo, de ese todo que hoy llamamos “desarrollo tecnológico” y que avanza por días reduciendo a microsegundos lo que antes tomaba meses, en una carrera con velocidad creciente hacia la automatización y dándole un papel cada vez más protagónico a las máquinas en nuestras vidas.

¿Se convertirá el mundo en un entorno totalmente automatizado? ¿Se convertirán en reportaje las más audaces distopías del siglo XX?

Esas respuestas no las sabemos, lo que sí parece ser cierto es que en el futuro habrá bastante RF alrededor de los humanos. Ojalá todo sea para bien.

3 comentarios

  1. Yadiel

    Súper interesante, tenía conocimiento de esto en las etiquetas de precio y el que es subcutáneo, pero de lo demás no, gracias por estos temas tan interesantes que nos traes, asi como el delos escalones de la radio

  2. Ana

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  3. Andy Liu

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