أساسيات نظام RFID

يدل مصطلح التردد اللاسلكي “RFID” إلى نظام لاسلكي يتضمن على عنصرين هي العلامات والقارئات حيث أنّ القارئ عبارة عن جهاز يحتوي على هوائي واحد أو أكثر، حيث ينتج موجات الراديو ويستقبل الإشارات مرة أخرى من علامة “RFID”، كما يمكن أن تُعد العلامات التي تستعمل موجات الراديو لإيصال هويتها ومعلومات أخرى للقراء القريبين سلبية أو نشطة، ويتم تفعيل علامات “RFID” السلبية من خلال القارئ ولا تحتوي على بطارية، إلّا أنّ علامات “RFID” النشطة تعمل بواسطة البطاريات.

ما هو نظام RFID؟

نظام تحديد الترددات الراديوية “RFID”: هو نظام تحديد قائم على التكنولوجيا يساعد في تحديد الأشياء فقط من خلال العلامات المرفقة بها، دون الحاجة إلى أي ضوء مرئي بين العلامات وقارئ العلامات، حيث أنّ كل ما هو مطلوب هو اتصال لاسلكي بين العلامة والقارئ.

كما يُعد نظام تحديد تردد الراديو “RFID” بأنّه شكل من أشكال الاتصال اللاسلكي الذي يتضمن استخدام الاقتران الكهرومغناطيسي أو الإلكتروستاتيكي، وفي جزء التردد اللاسلكي من الطيف الكهرومغناطيسي لتحديد كائن أو حيوان أو شخص بشكل فريد.

• “RFID” هي اختصار لـ “Radio Frequency Identification System”.

المكونات الرئيسية لنظام RFID:

أولاً: علامة “RFID”:

تتكون من رقاقة سيليكون صغيرة متصلة بهوائي صغير ومثبتة على ركيزة ومغلفة بمواد مختلفة، مثل البلاستيك أو الحجاب الزجاجي مع مادة لاصقة على الجانب الخلفي لتثبيتها على الأشياء.

ثانياً: القارئ:

يتكون من ماسح ضوئي بهوائيات لإرسال واستقبال الإشارات وهو مسؤول عن الاتصال بالعلامة واستقبال المعلومات من العلامة.

ثالثاً: معالج أو وحدة تحكم:

يمكن أن يكون جهاز كمبيوتر مضيفاً به معالج دقيق أو متحكم يستقبل مدخلات القارئ ويعالج البيانات.

أنواع أنظمة RFID:

أولاً: نظام “RFID” النشط:

نظام “RFID” النشط: هي الأنظمة التي يكون للعلامة فيها مصدر طاقة خاص بها، مثل أي وحدة تزويد طاقة خارجية أو بطارية، أمّا القيد الوحيد هو العمر الافتراضي لأجهزة الطاقة، حيث يمكن استخدام هذه الأنظمة لمسافات أكبر ولتتبع البضائع عالية القيمة مثل المركبات.

كيفية عمل نظام “RFID” النشط:

في نظام “RFID” النشط يرسل القارئ إشارة إلى العلامة باستخدام هوائي، حيث تستقبل العلامة هذه المعلومات وتعيد إرسالها مع المعلومات الموجودة في ذاكرتها، كما يستقبل القارئ هذه الإشارة وينقلها إلى المعالج لمزيد من المعالجة.

ثانياً: نظام “RFID” السلبي:

نظام “RFID” السلبي: هي الأنظمة التي تحصل فيها العلامة على الطاقة من خلال نقل الطاقة من هوائي قارئ إلى هوائي العلامة، حيث يتم استخدامها للإرسال قصير المدى، كما يتم الإهتمام في الغالب بنظام “RFID” السلبي؛ لأنّه يُستخدم على نطاق واسع في التطبيقات العادية، مثل مؤسسات سوق البيع بالتجزئة.

كيفية عمل نظام “RFID” السلبي:

يمكن تشغيل العلامة إمّا باستخدام طريقة اقتران الحث أو من خلال طريقة التقاط الموجة الكهرومغناطيسية، كما يتم استخدام هاتين الطريقتين:

1- نظام RFID السلبي باستخدام طريقة اقتران التعريفي:

في هذا النهج تأخذ علامة “RFID” الطاقة من القارئ من خلال طريقة الاقتران الاستقرائي، حيث يتكون القارئ من ملف متصل بمصدر تيار متردد بحيث يتكون حوله مجال مغناطيسي، كما يتم وضع ملف العلامة بالقرب من ملف القارئ ويتم تحريضه بقوة دافعة كهربائية بحكم قانون فاراداي للحث، حيث يتسبب المجال الكهرومغناطيسي في تدفق التيار في الملف، ممّا ينتج عنه مجال مغناطيسي حوله.

واعتماداً على قانون لينز، فإنّ المجال المغناطيسي لملف العلامة يعارض المجال المغناطيسي للقارئ وستكون هناك زيادة لاحقة في التيار من خلال ملف القارئ، كما يعترض القارئ هذا على أنّه معلومات التحميل وهذا النظام مناسب للاتصال لمسافات قصيرة جداً، حيث يتم تحويل جهد التيار المتردد الذي يظهر عبر ملف العلامة إلى تيار مستمر باستخدام مقاوم وترتيب مرشح.

2- نظام “RFID” السلبي باستخدام طريقة انتشار الموجة الكهرومغناطيسية:

يرسل الهوائي الموجود في القارئ الموجات الكهرومغناطيسية التي يستقبلها الهوائي الموجود في العلامة كفرق محتمل عبر ثنائي القطب، كما يتم تصحيح هذا الجهد وترشيحه للاكتساب طاقة التيار المستمر، حيث يتم الاحتفاظ بهوائي المستقبل بمقاومة مختلفة، ممّا يجعله يعكس جزءاً من الإشارة المستقبلة، ويستقبل القارئ هذه الإشارة المنعكسة ويتم مراقبتها وفقاً لذلك.

يستعمل النظام بأكمله نظام “RFID” السلبي بواسطة الاقتران الاستقرائي “inductive coupling method”، وعندما يتم إدخال بطاقة أي علامة “RFID” في القارئ “RFID” يتم إرسال إشارة حاملة تبلغ “125 كيلو هرتز” إلى ملف العلامة، والذي يستلم هذه الإشارة ويقوم بتعديلها، كما يستقبل القارئ هذه الإشارة المعدلة ويتم توصيلها بالمتحكم الدقيق.

حيث يستقبل المتحكم الدقيق هذه البيانات ويتم برمجته لمقارنتها بالبيانات الموجودة في قاعدة البيانات الحالية، أمّا في حالة تطابق البيانات يتم عرض التفاصيل ذات الصلة لهذا الشخص المعين على شاشة “LCD” الموصولة بالمتحكم الدقيق.

• “LCD” هي اختصار لـ “Liquid Crystal Display”.

آلية عمل نظام RFID:

يتكون كل نظام “RFID” من ثلاثة عناصر هي هوائي مسح وجهاز إرسال وتجميع، حيث عندما يتم الجمع بين هوائي المسح وأداة الإرسال والاستلام، كما يُشار إليهما على أنّهما قارئ “RFID” أو محقق وهناك نوعان من أجهزة قراءة “RFID” وهي أجهزة القراءة الثابتة والقارئات المتنقلة، أمّا قارئ “RFID” هو جهاز متصل بالشبكة يمكن حمله أو توصيله بشكل دائم، كما يستخدم موجات الراديو لنقل الإشارات التي تنشط العلامة، وبمجرد التنشيط ترسل العلامة موجة مرة أخرى إلى الهوائي، حيث يتم ترجمتها إلى بيانات.

يوجد جهاز الإرسال والاستقبال في علامة “RFID” نفسها، حيث يتنوع نطاق قراءة علامات “RFID” بناءً على عوامل بما في ذلك نوع العلامة ونوع القارئ، وتردد “RFID” والتداخل في البيئة الخارجية أو من علامات وقارئات “RFID” الأخرى، حيث أنّ العلامات التي تحتوي على مصدر طاقة أقوى لها أيضاً نطاق قراءة أطول.

ما هي أنواع أنظمة RFID حسب الترددات؟

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من أنظمة “RFID” وهي التردد المنخفض “LF” والتردد العالي “HF” والتردد الفائق “UHF” وموجات الميكروويف متاحة أيضاً، حيث تختلف الترددات بشكل كبير حسب البلد والمنطقة.

أولاً: أنظمة “RFID” منخفضة التردد:

تتراوح هذه الترددات من “30 كيلوهرتز” إلى “500 كيلوهرتز”، وعلى الرغم من أنّ التردد النموذجي هو “125 كيلوهرتز”، كما يحتوي “LF RFID” على نطاقات إرسال قصيرة، وبشكل عام في أي مكان من بضع بوصات إلى أقل من ستة أقدام.

ثانياً: نظام “RFID” عالي التردد:

يتراوح من “3 ميجاهرتز” إلى “30 ميجاهرتز”، ومع تردد “HF” النموذجي “13.56 ميجاهرتز”، كما يتراوح النطاق القياسي في أي مكان من بضع بوصات إلى عدة أقدام.

ثالثاً: أنظمة “RFID” فائقة اللتردد:

وهي تتراوح من “300 ميجاهرتز” إلى “960 ميجاهرتز”، وبتردد نموذجي يبلغ “433 ميجاهرتز” ويمكن قراءتها بشكل عام من مسافة تزيد عن “25 قدماً”.

رابعاً: أنظمة موجات الميكروويف “RFID”:

تعمل هذه بسرعة “2.45 جيجاهرتز” ويمكن قراءتها من مسافة تزيد عن “30 قدماً”.

• “LF” هي اختصار لـ “Low Frequency”.

• “HF” هي اختصار لـ “High Frequency”.

• “UHF” هي اختصار لـ “Ultra High Frequency”.