Bases do RFID

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Resumo

Este artigo apresenta a Tecnologia de Identificação por Radiofreqüência e o Código Eletrônico de Produtos como possíveis substitutos dos códigos-de-barra, em um futuro não muito remoto.
Expõe ainda a importância dessa tecnologia para o mercado de suprimentos, analisando as vantagens e desvantagens de sua implantação.

História

Assim como diversas outras tecnologias, a RFID ( Radio Frequeny IDentification, ou Identificação por Rádio Freqüência) surgiu de necessidades militares. Na Segunda Guerra Mundial, Japoneses, Ingleses, Americanos,e Alemães estavam usando radares ( que foi inventado em 1935 por Sir Robert Alexander Watson-Watt) para alertar da aproximação de aviões mesmo estes estando a milhas de distancia. O problema é que esses radares não identificavam quais aviões eram inimigos e quais não eram.
Watson-Watt e seu radar
Os alemães descobriram que se os seus pilotos girassem seus aviões enquanto retornassem à base, isso mudaria o sinal refletido no radar. Este simples método informava aos técnicos responsáveis pelo radar que esses eram aviões amigos. ( Esse é o primeiro sistema RFID passivo. )
Sob os cuidados de Watson-Watt, os Ingleses criaram o primeiro Sistema Identificador de Amigo ou Inimigo ( IFF – Identify Friend or Foe ) ativo. Eles colocaram um transmissor em cada avião Inglês. Quando o transmissor recebe sinais de estações de radar terrestres ele começa a enviar diversos sinais de volta, identificando o avião como amigo. RFID funciona de maneira semelhante. Um sinal é enviando a um transponder, o qual envia o sinal de volta ( passivo ) ou envia um sinal próprio ( ativo ).
Durante os próximos anos, diversas pesquisas e testes foram realizados, no intuito de desenvolver maneiras de identificar remotamente os mais diversos objetos ( e até animais e pessoas ) através de Radio Freqüência.


O que é a RFID

Exemplos de objetos com RFID
RFID, ou Identificação por Radiofreqüência, é uma tecnologia sem fio (wireless) destinada a coleta de dados. Assim como o código de barras, o RFID é pertencente ao do grupo de tecnologias de Identificação e Captura de Dados Automáticos. Seu surgimento remonta há várias décadas, mas o crescimento massivo de seu uso vem se percebendo nos últimos anos, em especial pela redução do custo de seus componentes.
Possibilitará o acompanhamento de um produto, em tempo real, por toda a cadeia de suprimentos, proporcionando altíssimos ganhos de produtividade operacional e garantindo a segurança na manipulação e comercialização destes produtos a indústria varejista será beneficiada com grande redução dos custos.
Esta tecnologia já está sendo utilizada em outras áreas também, como saúde, monitoramento de crianças nas escolas, passaportes, controle de carros, controle de acesso, etc., atendendo setores em que o código de barras já não dá suporte às necessidades de automação.
O sistema é formado por dois componentes: as etiquetas(RF TAGs) que são afixadas às embalagens e estrados (cada uma possui uma antena e um chip embutido que contém uma seqüência exclusiva de números identificando cada produto) e as leitoras que as identificam e transmitem a informação para, por exemplo, um computador.


Funcionamento

Observando a figura 1, um sistema RFID é composto por um transceptor que transmite uma onda de radiofreqüência, através de uma antena, para um transponder(tag). O TAG absorve a onda de RF e responde com algum dado. Ao transceptor é conectado um sistema computacional que gerencia as informações do sistema RFID.

Figura 1 - Sistema RFID
A tecnologia é similar ao conceito de código de barras. O sistema de código de barras utiliza um leitor óptico para os códigos impressos que são colocados nos itens, enquanto que o RFID utiliza um leitor de radiofreqüência e componentes, denominados por tags, que são colocados nos itens a serem controlados. Os dados dentro de um tag podem prover a identificação de um item numa linha de fabricação, de mercadorias em trânsito, a localização, a identificação de um veículo, um animal ou indivíduo.
Como funciona
Seu funcionamento consiste em um leitor transmitir sinais de rádio energizando as TAGs passivas ou ativando as TAGs ativas. Esses transponders respondem com os dados salvos em sua memória. O leitor recebe esses dados e os trata. Por exemplo, esse dado pode ser o número de série do objeto. O leitor tendo essa informação pode fazer uma consulta em um banco de dados e mostrar em um monitor mais informações sobre o produto.
Acoplamento Indutivo- RWD: Leitor LABEL: TAG
Frequência energizando um TAG passivo - RWD: Leitor LABEL: TAG














Antena

A antena emite um sinal de rádio que ativa o RF Tag(passivo), realizando a leitura ou escrevendo algo. Na verdade a antena (sistema de propagação), servirá como o meio capaz de fazer o RF Tag trocar ou enviar as informações ao leitor.
Os sistemas RFID utilizam dois métodos de acoplamento: proximidade eletromagnética ou indutiva e propagação por ondas eletromagnéticas,
As antenas são fabricadas em diversos tamanhos e formatos, possuindo configurações e características distintas, cada uma para um tipo de aplicação. Quando a antena, o transceiver e o decodificador estão no mesmo invólucro recebem o nome de "leitor"

Transceiver / Leitor

Exemplos de leitores
Diagrama de Blocos do leitor
O transceptor é o componente que faz a comunicação entre o sistema RFID e os sistemas computacionais de processamento das informações. O leitor emite frequências de rádio em diversos sentidos, que alcançam desde alguns centímetros até alguns metros dependendo da frequência de rádio utilizada. Pode ler através de diversos materiais como papel, plástico, vidro, cimento, madeira, etc. Ele varia muito na sua complexidade, dependendo do tipo de TAG e das suas funções. Os mais sofisticados apresentam funções como controle de erro e até correção de dados. Assim que os sinais do receptor sejam corretamente recebidos e decodificados, algoritmos podem ser aplicados com as mais diversas funções.

Trabalham com várias frequências e distâncias de operação. Apresentam formatos e dimensões variáveis de acordo com a aplicação.

Transponder / TAG

O termo transponder vem da expressão TRANSmitter / resPONDER, revelando a função do componente: responde ao transmissor com uma informação ou dado que o TAG carregue. É composta por pelo menos um chip e uma antena, podendo ter outras funcionalidades, como memória permanente ou regravável, bateria, etc. Podem ser ativos ou passivos:
Diagrama de blocos TAG
Exemplo de uma TAG
  • Ativos: são energizados por uma bateria interna e além da função de disponibilizar dados, ele permite a escrita. O tamanho de uma memória de um tag ativo pode variar com o tipo de aplicação; alguns casos operam com até 1 MB de memória. Por ser alimentado por uma bateria, sua potência é maior tendo uma distância maior. Porém seu custo é mais alto.
  • Passivos: Os tags passivos são energizados pela tensão induzida na bobina do Tag onda gerada pela antena do transceiver, ou seja não possuem bateria, e portanto precisam de uma distância menor de leitura. Normalmente contém memórias ROM (Read Only Memory), normalmente de 32bits a 128 Kbits, que não podem ser modificada(Apenas leitura). O custo dos modelos passivos é bem inferior, e tem uma vida útil bem mais elevada, se comparado aos modelos ativos.
Uma de suas principais característica é que, ao contrario do código de barras, a tag não precisa de contato visual direto com o leitor para poder ser lida. Ou seja, ela pode estar dentro de uma caixa e ser lida normalmente, bastando apenas estar no campo de atuação do leitor.
Dependendo da aplicação pode ter formatos e dimensões diferente, trabalhar com diversas distâncias de operação e múltiplas freqüências. Existem tags específicas para animais, fixados nas orelhas ou debaixo da pele, podendo ter até 10 mm de comprimento. Outras que podem ser parafusadas, para identificar itens de madeira ou metais, ou então colocados em cartões para uso em aplicações de acesso de usuários em ambiente.
Foram criadas diferentes classes de tags, que variam de acordo com suas funcionalidades. Existe da Classe 0 até a 5, sendo que as classes 0 e 1 já foram padronizadas pela EPCGlobal. As classes 0 e 1 compreendem as tags passivas somente leitura, que possibilitam a gravação uma única vez. Nas demais classes outras funcionalidades são incluídas, como bateria, memória, senhas de acesso, sensor de temperatura e até comunicação com outras tags.

Frequências

Os sistemas RFID operam em diversas faixas de frequências, e existem também padrões mundiais de referência para fabricação de chips. É importante ressaltar que a frequência utilizada determinará a velocidade de leitura das TAGs, sua distância de operação e seu comportamento em ambientes que contenham muitas TAGs, leitores e materiais condutivos.
Por exemplo, para a identificação de pallets ( estrados ) e caixas em processos logísticos da Cadeia de Suprimentos, a EPCGlobal padronizou o uso de frequências UHF entre 860Mhz e 960Mhz, sendo que essa faixa foi escolhida após exaustivos estudos que demonstraram que suas características são as mais apropriadas para o uso em processos logísticos.
Banda de Frequência Caracteristicas Aplicações Típicas
Baixa: 100 a 500 KHz - Faixa de curta até média leitura
- Baixo custo
- Baixa velocidade de leitura
- Controle de acesso
- Identificação de animal
- Controle de inventário
Média: 10 a 15 MHz
(também denominada Alta)
- Faixa de curta até média leitura
-Potencialmente de baixo custo
- Média velocidade de leitura
- Controle de acesso
- Smart cards
Alta: 850 a 950 MHz e 2,4 a 5,8 GHz
(também denominada Ultra Alta)
- Faixa larga de leitura
- Alta velocidade de leitura
- Alto custo
- Linha de visão requerida
- Monitoração de veículos em estradas


Atualmente essas frequências estão divididas em algumas regiões. O uso delas depende da regulamentação de cada país ( ANATEL no Brasil por exemplo ).
  • Região 1: Europa e Ásia -> 869.4 à 869.65 e 915.2 à 915.4 MHz
  • Região 2: Américas -> 902 à 928 MHz ( Brasil: 902 à 907,5 e 915 à 928 MHz conforme resulução nº365/04 da ANATEL)
  • Região 3: Ásia -> 864 à 868 e 918 à 926 e 950 à 956 MHz

Codificação e Modulação

A transmissão de dados em RFID consiste em um leitor que gera continuamente um sinal de radiofrequência senoidal, verificando sempre se ocorrem ou não amortecimentos no sinal gerado. A presença de uma etiqueta ocasionará a detecção da modulação. Esta modulação é produzida por repetidas sobrecargas na bobina(antena) da etiqueta. Fazendo uso de um transístor, a etiqueta provoca ligeiros amortecimentos no campo magnético gerado pelo leitor.
O acoplamento existente entre a bobina do leitor e a bobina da etiqueta faz com que o seu modo de funcionamento seja idêntico ao de um transformador com núcleo de ar: Quando o enrolamento secundário é momentaneamente curto-circuitado ( bobina da etiqueta ), o enrolamento primário ( bobina do leitor ) experimenta momentaneamente uma ligeira diminuição da tensão.
Então o leitor terá que ter um circuito capaz de detectar flutuações de tensão na ordem dos 60 dB ou seja, por exemplo, no caso de termos uma onda de amplitude de 100V, terá que detectar uma flutuação de 100 mV. É através da detecção destas flutuações que o leitor consegue obter os dados provenientes da etiqueta.
Os tipos de codificação são: NRZ, DIFERENCIAL BIFASE, MANCHESTER, DIFERENCIAL BIFASE S
Os tipos de modulação são: ASK(mais usada para TAG passivo), FSK, PSK

Transferência de Energia e Comunicação de Dados

Acoplamento Magnético

Exige uma proximidade das antenas do leitor e da etiqueta(raramente ultrapassam os 50 cm). A distância máxima de leitura dependerá essencialmente da capacidade que a antena do leitor possui para projetar o mais longe possível as linhas de campo magnético, ao mesmo tempo que transfere energia para a etiqueta através das linhas de fluxo magnético que atravessam as espiras da antena da etiqueta. A relação e o inverso da distância ao cubo. Seu princípio de funcionamento é equivalente ao de um transformador com núcleo de ar. É mais vantajoso quando se utilizam frequências abaixo dos 100MHz, utilizando antenas de tamanho reduzido formadas apenas por uma pequena bobina.
Transferencia de energia e comunicação de dados

Campo Elétrico Irradiado

Utilizado em frequências acima dos 100 MHz em aplicações onde se pretendem maiores distâncias de leitura, e as dimensões da antena não seja um fator crítico. A irradiação do campo elétrico requer antenas que tenham tipicamente um tamanho de meio comprimento de onda da frequência utilizada, por ex: 150cm para 100MHz, 15cm para 1GHz, 5cm para 2,5GHz e 2,5cm para 5,8GHz. A potência da energia irradiada diminui com o inverso do quadrado da distância entre o leitor e a etiqueta. Com a utilização de etiquetas sensíveis essa perda de potência de acordo com a distancia pode ser diminuida, podendo ser realizado transferencias de dados a longas distancias. As etiquetas passivas tem uma distância de leitura limitada, imposta por legislação referente à potência permitida, por ex., para uma frequência de 500MHz de 10m. No caso de ser necessário maiores distancia, tera que ser utilizado etiquetas ativas.


Vantagens e Desvantagens

  • Algumas vantagens em relação ao Código de Barras:
    • Leitura e Escrita: Dados podem ser atualizados com uso de tags ativas
    • Sem contato visual direto: a tag não necessita ser visível à leitora
    • Reutilização e durabilidade
    • Múltiplos tags podem ser lidos em uma oeração
    • Segurança: Acesso aos dados podem ser protegidos
  • Algumas desvantagens em relação ao Código de Barras:
    • Custo: tags RFID são mais caras do que papel e tinta
    • Produto ou embalagem com material metálico ou condutivo pode atrapalhar e até impossibilitar a leitura
    • Presença de líquido também pode atrapalhar a leitura
    • A invasão da privacidade dos consumidores por causa da monitoração das etiquetas coladas nos produtos. Para esses casos existem técnicas, de custo ainda elevado, que bloqueiam a funcionalidade do RFID automaticamente quando o consumidor sai fisicamente de uma loja (BOSS: 2004).

RFID e o Código de Barras

Logo abaixo temos um artigo onde a ACURA Technologies, empresa de tecnologia que faz seus comentários sobre os dois meios de identificação automática.

“A tecnologia de RFID não tem a pretensão de substituir o código de barras em todas as suas aplicações. A RFID deve ser vista como um método adicional de identificação, utilizado em aplicações onde o código de barras e outras tecnologias de identificação não atendam a todas as necessidades. Pode ainda ser usada sozinha ou em conjunto com algum outro método de identificação. Cada tipo de identificação tem suas vantagens, é preciso saber aproveitar os melhores benefícios de cada tecnologia para montar uma solução ideal.” (ACURA Technologies Ltd – 2003)

Aplicações

  • Fabricante
    • Planejamento e gerenciamento de estoques com base na informação de toda a cadeia resultando em revisões mais precisas
    • Automatizar ainda mais a movimentação de produtos, atuanda na expedição, agilizando o processo e previnindo erros
    • Rastreabilidade através de uma rede interligada dos leitores
  • Distribuidor
    • Ao receber caixas e pallets(estrados) é possível fazer a leitura e conferir sem a necessidade de abrir ou desmontar
    • Controle de estoques, alcança-se um alto nível de controle, reduzindo perdas por validade do produto ou furtos, tendo uma total exatidão do estoque
    • Rastreabilidade através de uma rede interligada dos leitores
  • Varejo
    • Gerenciamento de gôndolas para monitorar reposição
    • Prevenção de perdas, especialmente por vencimento dos prazos de validade
    • Acompanhamento de efetividade do merchandising e das promoções de vendas
    • Checkout automatizado
  • Outros

Referências

  1. http://www.rfidjournal.com
  2. http://www.wirelessbrasil.org.br
  3. http://www.imasters.com.br
  4. http://www.rfid-handbook.de
  5. http://rfidbusiness.blogspot.com/
  6. http://www.epcglobal.org
  7. Circuito Integrado MCRF355 da Microchip
  8. http://www.dei.isep.ipp.pt
  9. VIANA, Gilberto Alcântara. RFID é nova onda em radiofrequência
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