Identificazione automatica tramite tag RFID
La nuova frontiera dell'identificazione automatica

Al suo esordio qualcuno la annunciò come la sostituta del codice a barre, decretandone l'obsolescenza; altri sospettavano applicazioni per la codifica e il controllo delle persone umane.

Detti anche Transponders, i Tag RFID sono sostanzialmente delle memorie dotate di un apparato radio rice-trasmittente, spesso inserito nel medesimo chip di silicio.

Il Tag viene eccitato da un apparato esterno (fisso o portatile) con il quale stabilisce un dialogo via radio e restituisce poi il suo codice identificativo e/o le altre eventuali informazioni contenute. I Tag riscrivibili possono anche essere programmati a distanza con dati aggiuntivi o riprogrammati completamente con una nuova "identità".

Le loro dimensioni e il loro assemblaggio finale possono variare enormemente a seconda dell'applicazione e delle prestazioni richieste, anche se il chip sul quale si basano rimane lo stesso .

La forma classica a disco è utilizzata per essere inserita in vari tipi di alloggiamenti degli oggetti da codificare, l'eventuale foro centrale invece ne consente il fissaggio con una vite o un rivetto. Alcuni possiedono una forma adatta ad essere direttamente "inchiodata" su materiali teneri (ad es. pallet in legno).

La forma a goccia è invece utilizzata tipicamente per portachiavi.
Le ampolline in vetro (delle dimensioni più disparate) possono essere inserite in materiali non ferromagnetici oppure sottopelle agli animali tramite apposite siringhe. Si possono avere esecuzioni a forma di braccialetto, di stringa mono-uso, di orologio, di carta di credito e molte altre ancora.

Molti costruttori prevedono la possibilità di avere i Tag non inseriti in specifici contenitori , detti In-Let , evidentemente più economici e di ridotte dimensioni. Sono adatti ad essere assemblati durante il ciclo produttivo dell'azienda: ad esempio all'interno di capi di abbigliamento, calzature, orologi, apparecchiature, mobili.

Alcune aziende codificano i pallet con questo tipo di Tag, inserendoli in appositi fori, poi protetti con silicone o altri sigillanti.

LA MEMORIA INTERNA

La prima distinzione importante tra i Tag può essere fatta per il tipo di memoria contenuto.

I meno costosi utilizzano memorie di sola lettura ROM (READ ONLY MEMORY), tipicamente di una decina di byte, che il costruttore precodifica con un numero progressivo in modo che non si ripeterà mai. In fase di lettura è quindi spesso necessario un database in linea dal quale evincere il reale codice utilizzato dall'azienda.

Sono certamente meno costosi ma d'uso poco flessibile, prevalentemente utilizzati nelle applicazioni "a perdere". In generale il mercato è orientato verso Tag con memoria più ampia e di tipo riscrivibile. L'azienda può così memorizzarli con un codice insieme alle informazioni desiderate; sono facilmente riutilizzabili al termine del loro ciclo d'uso. Qualche produttore conta sul fatto che massimizzando i volumi di produzione sui riscrivibili il loro costo possa quasi eguagliare quello dei ROM.

Raramente contengono memorie di tipo SRAM (STATIC RANDOM ACCESS MEMORY) poiché hanno bisogno di essere costantemente alimentate. Quasi sempre vengono utilizzate memorie EEPROM (ELECTRICALLY ERASABLE PROGRAMMABLE READ ONLY MEMORY) e FLASH, che sono alimentate solo nel momento dell'uso senza perdere i dati.

^TOP

TAG ATTIVI E PASSIVI

Questa è una distinzione importante, come lo sono le relative differenze tecniche e i costi.

I Tag attivi sono dotati internamente di una batteria. Vi è quindi sufficiente alimentazione per ottenere elevate prestazioni in termini di portata radio (fino a 100 metri ed oltre), velocità, quantità di memoria e per supportare eventuali altre funzioni accessorie.

Il loro costo è almeno dieci volte superiore a quello dei Tag passivi, ed anche le loro dimensioni minime sono sempre superiori.

Un esempio di Tag attivo è il comune TELEPASS che viene utilizzato all'interno delle autovetture . Le sbarre si alzano automaticamente dopo che i trasmettitori del casello lo hanno attivato per richiedergli in risposta il codice identificativo. Il tutto avviene a circa 20 metri di distanza.

Oltre che per l'identicazione automatica, vi sono dei Tag attivi nati per la localizzazione degli oggetti o delle persone. Vengono fissati all'oggetto o indossati come un orologio e poi, grazie ad una copertura radio con appositi Access Point e a sofisticati sistemi di triangolazione, è possibile determinare la sua posizione con precisione anche sotto il metro.

Di solito la triangolazione avviene misurando la potenza radio ricevuta da almeno 3 Access Point; questo sistema è suscettibile a possibili errori per effetto delle attenuazioni e riflessioni degli oggetti circostanti.

Utilizzando la triangolazione e misurando i tempi di propagazione del segnale la potenza di calcolo richiesta è enorme, basti pensare che in 1 secondo il segnale radio percorre una distanza pari a quella della terra e della luna, e che 3 metri sono percorsi in nemmeno un miliardesimo di secondo.

I Tag passivi, non possiedono una batteria interna: la corrente necessaria al loro funzionamento viene derivata direttamente dalla sorgente RF esterna che sta dialogando con il Tag, in altre parole l'energia RF, convertita dall'antenna in energia elettrica, viene raddrizzata e portata ad un condensatore (similmente a quanto avviene negli alimentatori) che poi funge da minuscola batteria, di carica sufficiente per completare la transazione. In questo modo non è possibile ottenere un'emissione radio di grande potenza, i Tag passivi infatti raggiungono portate che nella migliore delle ipotesi sono di qualche metro.

Sono molto più economici dei Tag attivi e possono raggiungere dimensioni estremamente contenute, persino nell'ordine di qualche mm² (antenna esclusa). Nella nostra vita quotidiana li troviamo inseriti nelle chiavi di accensione delle auto: grazie ad un'antenna posta attorno alla serratura la centralina è in grado di dialogare con il Tag della chiave e se non lo riconosce impedisce l'avviamento dell'automezzo.

Si previene così il furto che venga effettuato cortocircuitando i fili dell'accensione o tramite la copia fisica della chiave, anche se perfettamente eseguita.

E' importante distinguere i Tag passivi dai comuni sistemi antitaccheggio (antifurto) utilizzati nei negozi , grandi magazzini e autogrill.

Questi ultimi infatti sfruttano quasi sempre tecnologie molto più semplici ed economiche: in gran parte dei casi si nasconde nel prodotto una lamina magnetizzata di mumetal (da smagnetizzare alla cassa) oppure l'etichetta è provvista di un circuito risonante L-C (da cortocircuitare alla cassa). Quest'ultimo tipo si presenta esteticamente in maniera simile a certi Tag passivi ma , in realtà , è totalmente privo di qualsiasi chip intelligente o di memoria.

^TOP

SISTEMI D'IDENTIFICAZIONE AUTOMATICA TAGS RFID

La Radio Frequenza, normalmente intesa come tecnologia applicata alla comunicazione di apparati di rilevazione e/o di input dei dati, viene estesa alle tradizionali e collaudate tecniche per l'identificazione automatica, ravvisate sino ad oggi nei sistemi di gestione del codice a barre, della banda magnetica o delle smart card.

Prende infatti sempre più piede, sia nelle realtà produttive sia in quelle commerciali, l'ormai testata tecnologia Tags RFID (Radio Frequency IDentification).

Le componenti interessate a tale argomento sono di fatto tre:

^TOP

TAGS RFID 13.56 Mhz - 125 Khz - 134,2 Khz - 2,45Ghz - 5,8 Ghz

I Tags (o Transponders), che a seconda del campo di applicazione, assumono forma, dimensione e consistenza diverse; possono essere, come già detto, di tipo Attivo (muniti di batteria interna, trasmettono autonomamente il segnale e sono adatti per situazioni che richiedono la possibilità di lettura/scrittura a distanze fino a 10/15 Mt) o di tipo Passivo (più economici, privi di batteria, contengono solo il chip, un'antenna ed un condensatore, che sollecitati da un campo magnetico consentono di trasmettere e ricevere dati a distanze di 25/80 CM).

La tecnica dei Tag (tradotto letteralmente: marchio) in radiofrequenza (RFID) a differenza dei sistemi di identificazione concorrenti, come i codici a barre, la banda magnetica o la carta intelligente smart card, spesso non ha alternative in molte applicazioni di identificazione automatica e questo grazie alle sue caratteristiche uniche , prima fra tutte l'assenza di contatto tra Tag e lettore.

L'utilizzo di un Tag a radiofrequenza consente di risolvere molti problemi di natura ambientale in campo industriale, in quanto negli ambienti sporchi il codice a barre è inutilizzabile, così come alle alte temperature le bande magnetiche e le carte intelligenti sono difficili da usare.

^TOP

TAGS ATTIVI E PASSIVI

Esistono due tipi principali di Tags a radiofrequenza, il più diffuso ed economico è di tipo passivo, cioè non contiene al al suo interno alcuna batteria, ma solo un chip e un'antenna che ha il compito, oltre che di ricevere e trasmettere dati, anche di trasformare l'energia elettromagnetica in energia elettrica per alimentare il sistema di trasmissione.

La parte intelligente di ciascun sensore è costituita da un solo circuito di trasmissione del segnale e da una memoria non volatile contenente un codice unico, il quale viene trasmesso all'apparato lettore oppure da un microprocessore, capace di elaborare in proprio i segnali provenienti dai lettori e ritrasmettere in proprio i risultati così ottenuti.

La maggior parte dei Tags passivi funzionano con frequenze del campo elettromagnetico di 13.56 Mhz oppure 125/134,2 Khz, e le loro dimensioni possono essere anche molto piccole.

I Tags di tipo Attivo contengono una sorgente di alimentazione propria, di solito una piccola batteria al litio. Questa oltre ad alimentare i circuiti di ricetrasmissione, può servire per tenere attiva la memoria RAM statica nella quale si memorizzano i dati relativi al Tag. Il vantaggio di utilizzare un'alimentazione consiste nella possibilità di realizzare sistemi che lavorino con frequenze del segnale più elevate e che abbiano un raggio di azione di una decina o più metri.

Alcuni Tags attivi lavorano con una frequenza del segnale nella banda dei 900 Mhz, per i quali è disponibile una vasta gamma di componenti elettronici economici per realizzare il ricetrasmettitore. E' previsto l'uso di frequenze anche più elevate, dell'ordine Ghz. Per esempio, negli Stati Uniti è stato proposta alla FCC , l'autorità che regola l'uso delle frequenze, di destinare la frequenza 2,45Ghz ai Tags elettronici a radiofrequenza. In Europa vi sono altre proposte per definire l'uso delle frequenze intorno a 5,8 Ghz.

Le varie applicazioni fin qui descritte richiedono l'uso di Transponders con caratteristiche diversificate; in linea di massima si può affermare che la distanza di lettura, le dimensioni, le condizioni ambientali di funzionamento, il tipo e la capacità della memoria a bordo del chip ed il costo sono gli elementi che ne determinano la scelta.

Il costo dei Transponders lettura/scrittura è più elevato rispetto a quello dei sola lettura.

Talvolta la scelta di un transponder lettura/scrittura sembra la più ovvia per la possibilità di immagazzinare dati relativi all'evolversi delle situazioni in cui si trova l'elemento da identificare (si pensi ad esempio alla possibilità di dotare tutta la popolazione di una tessera sanitaria che può essere aggiornata nel corso degli anni).

La richiesta di sistemi di identificazione sempre più sicuri sta portando anche alla realizzazione di dispositivi lettura/scrittura di tipo criptato caratterizzati dal fatto che l'identificazione passa attraverso complessi calcoli, basati su particolari algoritmi che vi sono contenuti, effettuatati sia dal lettore che dal transponder.

Tutti i circuiti integrati che sono applicati, sono stati progettati ed implementati per assorbire potenze estremamente basse (coerentemente con il sistema di trasmissione dell'energia necessaria al loro funzionamento) ed, in genere, vi si trova anche integrato il condensatore di accordo e di accumulo dell'energia necessaria al funzionamento del dispositivo.

L'antenna è costituita da un avvolgimento (talvolta su una ferrite) di filo di rame i cui terminali sono saldati direttamente alle piazzole del chip di silicio mediante un processo a termo compressione.

Questa scelta tecnologica con un solo chip saldato mediante hard bording alla bobina, garantisce affidabilità, elevati livelli di qualità e costi contenuti. La tecnologia di fabbricazione sviluppata è sicuramente tra le più avanzate; la produzione è completamente autorizzata e si avvale di macchine con capacità produttive estremamente elevate, e cicli di tempo di pochi secondi.

Dal punto di vista geometrico le strutture utilizzate sono di due tipi. La prima viene di solito utilizzata quando si devono realizzare Transponders molto piccoli, in tal caso il complesso chip + bobina viene inserito in un cilindretto di vetro o in un contenitore plastico chiusi poi ermeticamente. Le dimensioni sono tipicamente 13 mm di lunghezza e 2 o 3 mm di diametro nel primo caso e di 10 x 4 x 3 nel secondo.

La seconda si presta ad una notevole varietà di configurazioni in cui anche le dimensioni e la forma dell'antenna possono essere facilmente cambiate. Il complesso chip + bobina viene annegato o laminato in materiali plastici adatti, dando origine a dischi di vari diametri (20, 30 e 50 mm sono standard), ad ISO CARDS es altre configurazioni anche su richiesta specifica del cliente.

^TOP

LETTORI/SCRITTORI DI TAGS

I lettori/scrittori di Tags possono essere di tipo palmare (per il rilievo sul campo), trasportabile (per l'istallazione su muletti e carrelli) oppure fissi (per il controllo di varchi, di linee di produzione o di specifiche aree di attività) e possono leggere/scrivere su uno o più Tag contemporaneamente, con alcuni limiti.

Un sistema RFID è costituito da un ricetrasmettitore (lettore) e da uno o più Transponders capaci di comunicare tra di loro mediante un segnale modulato a radio frequenza.

Nel caso si utilizzi un transponder di tipo passivo , l'energia necessaria al suo funzionamento viene fornita dal ricetrasmettitore che attraverso la sua antenna genera un opportuno campo magnetico a Rf. Il transponder capta la radiofrequenza con la propria antenna andando a caricare un piccolo condensatore che vi si trova integrato. Quando la tensione ai capi del condensatore ha superato un certo valore, il transponder invia al ricetrasmettitore i dati contenuti nella sua memoria modulando il segnale a RF.

Questi dati rappresentano, nel caso di un transponder a sola lettura, un codice unico, scelto tra parecchi miliardi di combinazioni possibili, che viene memorizzato sul chip durante la sua produzione.
I dati possono essere inviati in entrambe le direzioni a seconda delle caratteristiche del transponder ( e del ricevitore) che si può incorporare in un chip con una memoria ROM ( scritta in fase di lavorazione del chip e che può essere di sola lettura) oppure una memoria tipo EEPROM che ne consente sia la lettura che la scrittura e su cui possono essere scritte (e riscritte) varie informazioni relative all'oggetto che si intende riconoscere.

E' facile a questo punto immaginare la intrinseca efficacia di un sistema di identificazione di questo tipo e la versatilità ottenibile con un sistema di raccolta dati che lo utilizzi. Le possibilità di questa nuova ed affascinante tecnologia sono dunque molto vaste e lo diventeranno ancora di più nell'immediato futuro con i nuovi sviluppi di cui già si intravedono le applicazioni nel "SuperTag" (nato da ricerche condotte in Sud Africa).

In linea di massima risultano particolarmente utili in quanto si vuole realizzare una lettura senza contatto diretto lettore-oggetto da identificare, quando si vuole la massima sicurezza nel trasferimento dell'informazione (la percentuale di letture corrette al primo tentativo superiore al 99,9%), quando si lavora in ambienti sporchi o particolarmente severi in cui le tecniche più tradizionali falliscono e quando, per esempio, non si vuole rilevare la presenza di un sistema di controllo.

^TOP

CONTROLLERS E LE ANTENNE PER RICEVERE E TRASMETTERE I DATI

Le antenne che si differenziano per dimensione e forma, secondo i campi d'applicazione, sono di norma associate ai Lettori/Scrittori di Tags o ai Controllers, che fungono da interfaccia tra le prime ed eventuali Personal Computer, PLC od Host System, a cui devono riferirsi per lo scambio dei dati.

Le antenne generano un campo magnetico (più o meno grande a seconda della dimensione dell'antenna) e captano il segnale emesso dal Tag, che transita nella zona controllata.

^TOP

SETTORI DI UTILIZZO DEI TAG RFID

I Transponders possono essere annegati in materiali non metallici senza alcun deterioramento delle prestazioni. E' evidente che l'utilità della tecnica di riconoscimento a RF viene esaltata dal suo impiego in un sistema automatico di raccolta dati. Per i sistemi di riconoscimento a RF si vanno configurando varie possibilità di impiego:

Tra questi annoveriamo i sistemi di controllo accesso (che consentono l'entrata in un certo ambiente solo del personale autorizzato oppure il passaggio degli sciatori muniti di pass convalidato attraverso i cancelli degli impianti di risalita), quelli anti-contraffazione (un transponder inserito in un vestito di marca od in una bottiglia di profumo ne può confermare l'autenticità) e quelli basati su tessere prepagate.

Si pensi, per esempio, alla possibilità di marcare, smistare e rintracciare in ogni momento i bagagli di tutti gli aeroporti del mondo, di seguire in tutte le sue fasi la fabbricazione di un certo prodotto o di tenere sotto controllo il movimento delle fiches in una casa da gioco.

^TOP

PRINCIPALI DIFFERENZE TRA LA TECNOLOGIA BAR - CODE E LA TECNOLOGIA RFID.

^TOP