RFID – Etiquetas com eletrônica de ponta

Sistemas de identificação são necessários no dia de hoje. O mais conhecido e consolidado talvez seja o código de barras, que é amplamente utilizado para as mais diversas aplicações: identificação de produtos, crachás de funcionários, validação de documentos bancários, gôndolas e caixas dos supermercados, etc.

 

Uma evolução dos códigos de barra é o QR Codes, que podem carregar uma quantidade de informações bem maior do que os códigos de barra tinham capacidade de armazenar.

 

Mas estes dois sistemas (códigos de barra e QR Code) dependem de uma leitura de uma impressão feita em uma superfície, que pode ser, por exemplo, a própria embalagem de um produto contendo o QR Code ou o código de barras.

 

Já com o RFID (Radio Frequency Identification), esta identificação é feita por rádio frequência, não precisando nem ter contato visual com o produto e muitas vezes possibilitando até a leitura dentro de suas próprias embalagens.

 

São estas etiquetas que permitem o controle de produtos em lojas, como é o caso daqueles sensores que ficam apitando na porta da loja quando o vendedor esquece de tirar a etiqueta da roupa que acabamos de comprar.

 

Mas não é apenas isto: estas etiquetas podem ser bem mais inteligentes e permitir o controle de estoques, validade de produtos, localização de equipamentos, etc. Geralmente tem área de cobertura limitada a poucos metros, mas a sua rastreabilidade é excelente. Neste artigo serão abordados os aspectos técnicos e as aplicações desta tecnologia.

 

Num próximo artigo falaremos de uma evolução do RFID, que é o NFC.

 

 

O que é um sistema RFID?

 

A identificação por rádio freqüência (RFID) vem sendo testada desde o início da década de 80 como uma alternativa a outros meios de identificação, como é o caso típico dos códigos de barras e o do QR Code.

 

As grandes vantagens de utilizar rádio frequência para este tipo de identificação são a possibilidade de fazer a leitura da informação sem a necessidade de contato e permitir a identificação de múltiplos objetos simultaneamente.

 

Além disto estas etiquetas têm a capacidade de carregar uma quantidade muito maior de informações a respeito do produto do que o código de barras ou mesmo um QR Code.

 

Mais um diferencial desta tecnologia é a possibilidade de ter um sistema de identificação que além de fazer a leitura de um dado, possibilita também gravar algumas informações na etiqueta RFID. Isto não é possível de fazer no código de barras em si, nem no QR Code, porque implicaria em ter que modificar o que está impresso. O que se faz, algumas vezes como uma medida paliativa, é alterar no banco de dados a informação associada àquele código, mas não se modifica o código em si.

 

Esta característica, de permitir gravar e ler informações, cria a possibilidade de manter um histórico a respeito do deslocamento e modificações de um produto, o que é, por exemplo, excelente para o gerenciamento logístico de cargas, e que não se consegue fazer facilmente apenas com os códigos impressos.

 

Um sistema completo de RFID é a integração de uma série de componentes que permite a identificação e o gerenciamento de objetos. A grande maioria dos sistemas RFID são compostos por pelo menos quatro itens básicos:

 

  • Etiqueta eletrônica: contém a informação referente ao produto. Um circuito integrado interno a esta etiqueta irá carregar estas informações. Estas etiquetas costumam ser classificadas em três tipos:
    • Passivas: Não necessitam de alimentação interna. Sua energia vem do próprio sistema de leitura, através de indução magnética ou campo eletromagnético. Seu alcance típico dificilmente ultrapassa os 5 metros. São as mais comuns e amplamente utilizadas por um simples motivo: o custo.
    • Semi-passivas: Têm uma fonte de alimentação interna (bateria), apenas para a recepção de dados. Isso permite que sejam lidas sem a energia do leitor externo, fazendo-as serem capazes de trabalhar em ambientes com potência muito baixa de campo magnético. Isto reduz a quantidade de energia necessária para o sistema funcionar e também as interferências externas ao sistema. Como tem uma bateria interna, seu alcance pode chegar a 100 m. São mais caras e não são utilizadas em larga escala.
    • Ativas: Tem uma fonte de energia interna (bateria) e um transmissor. Alcance pode chegar a alguns quilômetros. São muito caras para produção em grande escala e utilizadas em sistemas específicos.
  • Leitor: conjunto de antenas que lêem e/ou gravam informações das etiquetas. Podem ser manuais (handhelds) ou fixos.
  • Servidor e softwares: fazem o armazenamento dos dados lidos e/ou gravados das etiquetas. Os softwares podem gerenciar as informações e emitir relatórios sobre os controles de estoques, produtos, indicar localização, etc.
  • Sistema de comunicação: faz a interligação entre os leitores e os servidores. Podem utilizar os meios tradicionais, como internet, rede, fibra ótica, etc.

 

Uma comparação entre os tipos mais comuns de etiquetas disponíveis no mercado é mostrada na tabela 1.

 

Tabela 1 – Comparativo entre os tipos de etiquetas existentes.

 

Vantagens

Desvantagens

Observações

Passiva

  • Grande durabilidade;
  • Vários formatos podem ser fabricados;
  • São mecanicamente flexíveis;
  • Baixo custo de produção
  • Alcance limitado (máximo 5 m);
  • O ambiente interfere na recepção;
  • É o tipo mais utilizado mundialmente;
  • São fabricadas em todas as faixas de freqüência (LF, HF e UHF);

Semi-passiva

  • Grande alcance (de 100m até alguns kilometros);
  • Pode ser utilizado em conjunto com outros sensores (temperatura, pressão, tensão, etc.), criando sistemas ativos;
  • Não apresentam falhas em sistemas de baixa potencia, quando comparada com etiquetas passivas;
  • Alto custo de produção;
  • Impossível determinar quando a bateria está boa ou ruim, principalmente num ambiente que tenham várias etiquetas em conjunto (um estoque, por exemplo);
  • Baterias são tóxicas. Muitas etiquetas, muitas baterias;
  • É um tipo muito utilizado em sistemas de monitoramente em tempo real para objetos de alto valor (jóias, obras de arte, etc.);
  • Geralmente são fabricadas na faixa de UHF.

Ativa

  • É muito utilizada na parte logística de contêineres, caminhões e automóveis;
  • São fabricadas nas faixas de UHF e microondas

 

Na figura 1 tem-se o diagrama de um sistema RFID típico, com vários tipos de leitores e etiquetas convivendo em um mesmo ambiente.

 

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Figura 1 – Sistema típico utilizando tecnologia RFID.

 

Ao identificar cada produto com suas características, é possível todo o controle desde a cadeia de produção até o consumidor final. Imagine a seguinte situação: um grande fabricante de computadores utiliza as RFID em sua linha de produção de modo a identificar cada componente que será utilizado na montagem de computadores portáteis (laptops).

 

O fornecedor de HD já envia cada um com uma etiqueta que informa sua capacidade de armazenamento, velocidade de leitura, data de fabricação, série e modelo. Ao chegar as caixas contendo os diversos HDs, basta passá-las por um portal com leitor RFID. Automaticamente o banco de dados saberá quantos HDs recebeu e quais suas características. O mesmo se aplica a todos os outros componentes (placa mãe, placas de vídeo, memórias, fontes, modens, etc.).

 

Com todo o controle de estoque feito, a empresa recebe um pedido de um cliente com uma determinada configuração. Para montá-lo basta passear pelo estoque com um leito manual selecionando todos os itens. Ao sair um leitor posicionado na porta de acesso dará baixa no estoque e informará o que será montado.

 

No término na montagem, o produto recebe uma nova etiqueta que contém todas as informações de configuração e pode inclusive conter os dados do cliente a que se destina.

 

Ao carregar os caminhões de entrega sensores lêem as etiquetas e ajudam na definição da logística, agilizando rotas e cumprindo prazos estipulados. Este é um mundo RFID. Mas como isso é possível? Vejamos nos itens a seguir.

 

 

Como funciona uma etiqueta RFID

 

Circuitos básicos e construção de etiquetas

 

Basicamente o funcionamento de uma etiqueta RFID é conseguido através da indução de campos eletromagnéticos em circuitos ressonantes, muitas vezes chamados de transpônderes. Uma antena gera um campo eletromagnético e este excita um circuito ressonante LC, a respectiva antena da etiqueta RFID. Esta excitação por sua vez gera uma corrente que alimenta o circuito da etiqueta. O circuito gera a resposta para o leitor e a envia pela antena. As respostas deste circuito geram alterações no campo eletromagnético, que são medidas novamente pela antena. Estas alterações contêm um sinal modulado que carrega a informação da etiqueta, como mostra a figura 2.

 

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Figura 2 – Troca de informações entre antena e etiqueta RFID.

 

Para que a etiqueta responda, é montado um circuito eletrônico como o mostrado no diagrama em blocos da figura 3.

 

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Figura 3 – Diagrama em blocos de uma etiqueta eletrônica.

 

Este circuito é encapsulado e os pontos de contato são soldados na parte física da antena. A grande vantagem deste sistema é que mesmo para uma razoável quantidade de dados a memória necessária já atingiu um ótimo grau de miniaturização. Com isso, consegue-se encapsulamentos da ordem de 1 mm2, como o mostrado na figura 4.

 

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Figura 4 – Chip de uma etiqueta eletrônica RFID.

 

Finalmente este chip é inserido na etiqueta, como é mostrado na figura 5:

 

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Figura 5 – Etiqueta eletrônica RFID fabricada pela Texas Instruments.

 

Para reduzir os custos de produção destas etiquetas e tornar a tecnologia cada vez mais viável, adota-se um processo em série como o mostrado na figura 6. Este processo permite a construção das etiquetas nos mais diversos formatos como:

  • Formato de cartões de crédito flexíveis, com adesivos;
  • Moedas e anéis;
  • Chaves;
  • Formatos embarcados, injetados em moldes plásticos para irem direto a determinados produtos;
  • Pulseiras para bagagens;
  • Crachás;
  • Etc.

 

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Figura 6 – Processo de fabricação típico de uma etiqueta eletrônica.

 

Este procedimento permite a fabricação dos mais diversos formatos de etiquetas, com as mais diferentes configurações de antenas e circuitos, como pode ser visto nas figuras 7, 8, 9, 10, 11 e 12.

 

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Figura 7 – Diversos modelos de etiquetas fabricadas pela Impinj.
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Figura 8 – Etiquetas retangulares fabricadas pela Texas Instruments.
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Figura 9 – Etiqueta em formato de moeda fabricada pela Texas Instruments.
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Figura 10 – Etiqueta para CD ou DVD fabricada pela Texas Instruments.
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Figura 11 – As etiqueta que tem como base filmes plásticos tem grande flexibilidade.
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Figura 12 – Etiqueta em formato de cartão de crédito, fabricada pela Checkpoint.

 

A faixa de frequência de operação das etiquetas irá determinar uma área mínima necessária para que a antena consiga ler os dados que foram enviados.

 

A relação entre as frequências típicas de RFID são mostradas na figura 13.

 

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Figura 13 – Faixas típicas de frequência de RFID.

 

Como as frequências são distintas entre si, é claro que o tamanho das antenas também será distinta, como mostra a figura 14.

 

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Figura 14 – Tamanhos e quantidade de material necessários para diferentes frequências de  RFID.

 

 

Campos magnéticos

 

Só é possível a existência das etiquetas RFID devido as propriedades dos campos eletromagnéticos. Das quatro Leis de Maxell, a Lei de Faraday tem uma implicação direta com o funcionamento das etiquetas. Seu enunciado diz que:

 

“A tensão induzida em uma bobina por um campo magnético é proporcional a intensidade e a freqüência do campo induzido.”

 

Em termos matemáticos o resultado é obtido através da equação 1:

 

Equação 1 – Lei de Faraday, uma das quatro equações da Lei de Maxell.

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Desta lei é fácil concluir que quanto maior for a intensidade do campo magnético gerado pela antena (maior potência) melhor será a indução no indutor da etiqueta e melhor será a leitura dos dados. Porém isto tem um limite. Nas normas europeias, por exemplo, potências maiores do que 0,5 w para transmissão dos sistemas RFID não são permitidas, o que limita a área de leitura das etiquetas.

 

Por outro lado, um aumento na freqüência de operação também fará com que a tensão induzida na etiqueta seja maior. Isto implica que sistemas com maior freqüência de operação tendem a ter maior eficiência e alcance na transmissão de dados.

 

Outro aspecto a ser considerado é o local onde a etiqueta será aplicada. Se aplicada sobre papel ou plástico (na capa de um livro, por exemplo), os campos magnéticos não sofrerão muita interferência. Agora se a superfície for metálica, distorções no campo eletromagnético acontecerão. Ambos os campos são afetados por metal. Porém as frequências maiores (UHF) tiram vantagens quando anexada a metal, coisa que as frequências mais baixas (LF e HF) não conseguem.

 

Outro aspecto de campos eletromagnéticos que devem ser considerados são os campos próximos e distantes (near e far field).

 

Qualquer antena ao irradiar um sinal de RF gera campos eletromagnéticos ao seu redor, que é a composição do campo elétrico com o campo magnético. A intensidade destes campos varia de acordo com a distância da antena até o objeto receptor, em nosso caso a etiqueta.

 

Quanto mais próximo da antena, maior as características magnéticas deste campo e menor as características elétricas do mesmo, mostrado na figura 15. Ao se afastar, as características magnéticas e elétricas passam a se equivaler.

 

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Figura 15 – Comportamento dos campos elétricos e magnéticos em função da distância.

 

Obs.: até 1/2 pi o campo próximo é totalmente reativo e não se propaga. Entre 1/2 pi e 1 comprimento de onda o campo próximo se propaga e é utilizável. O campo distante inicia a aproximadamente 2 D^2/lambda.

 

A região onde a característica magnética predomina é conhecida como campo próximo (near field). Nesta região ocorre o fenômeno da indução magnética, o mesmo que acontece no interior dos transformadores. A região onde as características se equivalem é conhecida como campo distante (far field), mostrado na figura 16. Estas distâncias são funções do comprimento de onda do sinal irradiado.

 

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Figura 16 – Relação entre campos e a distancia da antena.

 

Porque é importante saber isto em se tratando de sistemas RFID?

 

Porque estes campos afetam características de leitura e interferências. Por exemplo: as interferências de outras fontes de RF em um ambiente afetam muito o campo distante. Já o campo próximo praticamente não sente os efeitos destas interferências. Devido a predominância de indução, ou seja, o H da onda eletromagnética tem a maior parte da energia.

 

Além disto, o método de leitura da etiqueta, que também determinara sua construção e freqüência de atuação, é diretamente influenciado pelos campos próximos e distantes.

 

Campo próximo permite um acoplamento magnético, o que é necessário para etiquetas de baixa freqüência. Isto implica que a distância entre a etiqueta e a antena não pode ser muito grande.

 

Já o campo distante fará um acoplamento por dispersão de campo elétrico, o que é indicado para altas frequências. Isto permite uma distância maior entre a etiqueta e a antena do sistema. Isto é mostrado na figura 17.

 

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Figura 17 – Acoplamento magnético e elétrico dos campos distantes e próximos.

 

Fazendo o cálculo do comprimento de onda (lambda – λ) em função da freqüência, é possível estipular a área de cobertura do campo próximo e do campo distante, como é mostrado na tabela 2.

 

Tabela 2 – Distâncias dos campos em função da freqüência.

Freqüência

Campo próximo

Campo distante

LF

< 120 m

> 12 km

HF

< 1 m

> 110 m

UHF

< 1,65 cm

> 1,65 m

microondas

< 0,25 cm

> 0,25 cm

 

Algumas implicações dos campos eletromagnéticos:

  • Etiquetas que operam em LF só atuam em campo próximo;
  • Etiquetas que operam em microondas só atuam em campo distante;
  • Etiquetas que operam em HF atuam em campo próximo, porém alguns componentes do campo distante também podem ser recebidos por este tipo de etiqueta.
  • Etiquetas que operam em UHF geralmente operam na região de transição entre campo próximo e distante.
  • Campo próximo não é afetado por líquidos, assim etiquetas utilizadas para produtos líquidos (perfumes, água, combustíveis, etc.) devem ser lidas por este campo. O campo distante é afetado pelos líquidos;

 

 

Faixas de Frequência – Alcance – Capacidade

 

Como consequência dos campos eletromagnéticos, a faixa de frequência determina também as características de atuação do sistema RFID.

 

A fim de padronizar as etiquetas, as normas disponíveis determinam a construção de sistemas dentro de determinadas faixas de frequência específicas:

 

  • LF (low frequency): de 30 kHz até 300 kHz. As etiquetas desta faixa de frequência são fabricadas em 125 kHz ou 134,2 kHz. Geralmente são etiquetas passivas e seu maior uso é na identificação de animais e rebanhos;
  • HF (high frequency): de 3 MHZ até 30 MHZ. Etiquetas construídas em 13,56 MHz, geralmente utilizada para identificar objetos individuais, como nas lojas de departamento em sistemas antifurto;
  • UHF (ultra-high frequency): de 300 MHz até 1 GHz. Nesta faixa, as etiquetas são fabricas em 868 MHz na Europa e em 915 MHz nos Estados Unidos. Estas etiquetas geralmente são utilizadas em processos logísticos, como transportes de cargas;
  • Microondas: acima de 1 GHz. Duas frequências para RFID: 2,45 GHz e 5,8 GHz. Esta faixa de frequência é utilizada em aplicações industriais, científicas e médicas (ISM).

 

As características de propagação e recepção de cada faixa de frequência são inerentes ao ambiente, tipo de material existente, obstruções, etc.

 

Baixas frequências (LF e HF) sempre fazem acoplamento magnético, exatamente como um transformador, e trabalham a pequenas distâncias. Já frequências mais altas (UHF e micro-ondas) trabalham com campos eletromagnéticos, como um celular, e conseguem atingir distâncias maiores.

 

Mas as características de propagação ainda causam outros efeitos: altas frequências são mais susceptíveis a áreas nulas (zonas mortas), regiões em que o campo não pode ser lido, a não ser que as polarizações entre as antenas e a etiquetas estejam bem-feitas. Além disto, sinais de alta frequência tendem a ser absorvido por líquidos e refletido por metais.

 

 O tamanho da etiqueta também está diretamente relacionado com a faixa de frequência em que ela irá atuar. Como a recepção está ligada a um ou dois comprimentos de onda, etiquetas de HF precisam de maior área e indutores maiores, o que aumenta o tamanho e o custo do processo de fabricação.

 

Já etiquetas que trabalham em UHF podem ser muito menores, reduzindo o custo de produção e aumentando as possíveis aplicações.

 

A tabela 3 faz um resumo das aplicações de cada faixa de frequência.

 

Tabela 3 – Comparativo entre as faixas de frequência.

Tipo

LF

HF

UHF

Microondas

Faixa de frequência

125 ou 134,2 kHz

13,56 MHz

860 ou 930 MHZ

2,45 ou 5,8 GH

Alcance para leitura

< 0,5 m

≈ 1 m

Entre 4 e 5 m

≈ 1 m

Particularidades

Precisa de antenas grandes, o que resulta em altos custos de produção. Sofre pequena degradação de sinal na presença de líquidos e metais.

Melhor aproveitamento em alcance do que as LF. É a melhor escolha para quem não precisa de um alcance muito grande e não necessita de um grande número de etiquetas lidas ao mesmo tempo.

Muito mais baratas que as LH e HF. Tem os chips mais avançados e permite a leitura de múltiplas etiquetas ao mesmo tempo.

Características parecidas com a UHF, com diferença de ser muito mais rápida na transmissão de dados. É muito afetada na presença de líquidos e metais.

Fonte de energia

Acoplamento magnético (campo próximo)

Acoplamento magnético (campo próximo)

Acoplamento eletromagnético (campo distante)

Acoplamento eletromagnético (campo distante)

Aplicações típicas

Controle de acesso, identificação de animais e rebanhos, imobilização de veículos.

Controle de acesso, controle de pagamento, identificação de objetos, controle de bagagens, livrarias, lavanderias,

Identificação de pallets e caixas de equipamento.

Coleta de dados em tempo real. A frequência de 5,8 GHz vem sendo abandonada pelos sistemas RFID.

Leitura múltipla

Lenta

Média

Rápida

Rápida

Leitura em ambientes metálicos ou com líquidos

Melhor

Média

Ruim

Pior

Tamanho da etiqueta

Grande

Médio

Pequeno

Pequeno

 

 

Protocolos existentes

 

No começo dos testes e implantações dos sistemas RFID, cada empresa que conseguia uma solução criava um protocolo proprietário, o que implica em pagamento para uso da tecnologia, os famosos royalties.

 

Como diversas empresas realizaram testes, teve-se uma torre de Babel: cada um com seu protocolo e ninguém falando com ninguém. Para que a tecnologia tivesse alcance global, decidiu-se pela padronização.

 

Mesmo assim, ainda existem diversos protocolos sendo utilizados. Os dois padrões mais comuns serão apresentados a seguir.

 

ISO – International Standard Organization

 

Esta organização é a mesma que desenvolve as normas da qualidade, utilizadas e aceitas mundialmente.

 

Por isso mesmo, os protocolos são reconhecidos globalmente e utilizados como normas locais em vários países do mundo.

 

O conjunto de normas referentes aos sistemas RFID regulamenta todos os aspectos de funcionamento do sistema: desde qual é a potência padrão para as antenas até como deve ser composto os quadros que carregam os dados.

 

Na tabela 4 tem-se a relação das normas ISO para RFID e suas respectivas aplicações.

 

Tabela 04 – Normas ISO para RFID

Aplicação

Número da norma

Nome da norma

Manejo e gerenciamento de animais

ISO 11784

Estrutura de código

ISO 11785

Conceitos técnicos

ISO 14223

Codificação e estrutura de código

Frete de contêineres

ISO 10374

Identificação automática

ISO 18185

Lacre eletrônico para segurança

Gerenciamento de objetos

ISO/IEC 18000-1

Arquitetura de referência

ISO/IEC 18000-2

Interface aérea abaixo de 135 kHz

ISO/IEC 18000-3

Interface aérea em 135 kHz

ISO/IEC 18000-4

Interface aérea em 2,45 GHz

ISO/IEC 18000-6

Interface aérea em 860 e 960 MHz

ISO/IEC 18000-7

Interface aérea em 433 MHz

ISO/IEC 15961

Interface de aplicação do protocolo de dados

ISO/IEC 15962

Regras para codificação de dados no protocolo de dados

ISO/IEC 15963

Identificação unida de objetos

TR 18001

Requisitos de aplicação

TR 18046

Método de testes de performance

TR 18047

Métodos de testes de conformidade

Cartão de identificação de proximidade (de mm até cm)

ISO/IEC 14443-1

Características físicas

ISO/IEC 14443-2

Potência e rádio frequência

ISO/IEC 14443-3

Anti-colisão e inicialização

ISO/IEC 14443-4

Protocolo de transmissão

Cartão de identificação de proximidade (de cm até 0,7 m)

ISO/IEC 15693-1

Características físicas

ISO/IEC 15693-2

Interface aérea e inicialização

ISO/IEC 15693-3

Protocolos e sistemas anti-colisão

Comunicação com campo próximo

ISO/IEC 18092

Interface e protocolo

 

 

EPC – Electronic Product Code

 

A partir de estudos feitos pelo Massachusetts Institute of Technology (MIT), em conjuntos com empresas e outros centros de pesquisa, desenvolveu-se tecnologia modelo para o rastreamento e localização de produtos através de RF. O resultado deste estudo foi o EPC – Código Eletrônico de Produto. Para funcionamento em conjunto com a tecnologia RFID, o EPC enviou seus protocolos e técnicas pra a aprovação junto a organização ISO, criando todo um conjunto de normas para estes sistemas.

 

Com isto o EPC provê especificações técnicas e um número único que identifica cada objeto. A evolução deste conjunto de normas é chamada de EPC Gen 2 (EPC de segunda geração) amplamente apoiado por indústrias e outras companhias, devido a capacidade de transmissão e recepção de dados e individualização de objetos, além da velocidade de leitura e dos mecanismos anti-colisão, que permitem diversas etiquetas serem lidas praticamente ao mesmo tempo.

 

A individualização de produtos ocorre através do EPC propriamente dito, que é um número binário gravado na memória do chip da etiqueta que vai anexada ao produto. Este número é construído de acordo com a estrutura mostrada na figura 18.

  

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Figura 18 – Estrutura típica de um código eletrônico de produto (EPC).

 

Onde:

 

  • Header – cabeçalho: define o tamanho do código que será usado, o que pode variar de 64 a 256 bits de comprimento;
  • EPC Manager – Fabricante: informa o fabricante do produto;
  • Object Class – Classe do objeto: se refere ao tipo exato de produto em uma unidade de estoque SKU (Stock Kepping Unit). Assim, entre líquidos é possível separar o vinho de água e de leite, por exemplo;
  • Serial Number – número serial: identificador individual de unidade, o que dá uma variação de até 296 produtos diferentes dentro de uma mesma classe de objeto (aproximadamente 100 bilhões de objetos).

 

Além de conter o EPC, cada etiqueta é fabricada de acordo com uma classe específica. Cada classe, dentro do protocolo EPC, atribui uma característica específica que deve ser aplicada àquela etiqueta, como pode ser visto na tabela 5.

 

Tabela 5 – Classificação de etiquetas segundo normas EPC.

Classe

Memória

Alimentação

0

Somente leitura

Passiva

1

Gravável apenas uma vez

Passiva

2

Re-gravável

Passiva

3

Re-gravável

Semi-passiva

4

Re-gravável

Ativa

 

Cada classe de etiquetas tem ainda algumas particularidades:

 

  • Classe 0: Apenas leitura e programação em fábrica. É o tipo mais simples de etiquetas. Geralmente contem apenas um número de série EPC e não tem memória no chip. É o tipo utilizado em sistemas anti-furto de supermercados, lojas de conveniências, livrarias, etc.;
  • Classe 1: Apenas leitura, mas permite uma única gravação de dados. Deste modo, pode vir de fábrica programada ou o usuário pode programá-la. Pode conter uma memória que armazene dados referentes ao produto onde será anexada, tornando as informações sobre eles mais completas, como a configuração de um computador, por exemplo;
  • Classe 2: Leitura e escrita, permitindo a gravação de dados a qualquer momento. É o tipo mais flexível de etiquetas, uma vez que pode ser regravada várias vezes e acompanhar as ações que foram feitas no produto. Um exemplo de aplicação é em uma linha de produção de equipamentos, onde a cada etapa mais peças são agregadas até formar o produto final. A cada etapa as etiquetas recebem informações sobre o que foi feito e pode levantar um histórico sobre tudo que ocorreu durante a montagem;
  • Classe 3: Leitura e escrita, com bateria e sensores. Além de conter informações sobre o produto, pode interagir com ele, coletando dados como temperatura, pressão, tensão elétrica, etc, Estes dados são gravados na memória da etiqueta e enviados toda vez que solicitado;
  • Classe 4: Leitura e escrita com transmissores integrados. Acabam funcionando como mini rádios, podendo se comunicar não apenas com os leitores, mas também com outras etiquetas. Formam redes inteligentes de logística.

 

 

Ambiente real: Várias etiquetas ao mesmo tempo

 

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Figura 19 – Princípio de funcionamento de algoritmos anti-colisão.

Imagine uma loja de CDs onde cada disco tem uma etiqueta que informa além do número de série, qual é o artista, quantas músicas têm, data de lançamento, etc. Agora imagine que na hora de fazer um balanço do estoque, o proprietário ligue um leitor de etiquetas manual e o aponte para a seção de música clássica. Todas as etiquetas dos CDs de música clássica irão responder ao mesmo tempo.

 

 

Caso não haja um mecanismo que capaz de separar a informação enviada por cada uma delas, a colisão de dados será inevitável, e informações serão perdidas. Os sistemas RFID tem algoritmos anti-colisão, que evitam a perda de dados nesse caso. Vejamos como eles funcionam.

 

 

Quando o comando de leitura é enviado a múltiplas etiquetas, várias respondem ao mesmo tempo. Para separar cada uma o pedido de leitura é feito bit a bit. Ao ler o primeiro bit, havendo colisão de dados, manda-se ler o próximo bit. Caso ainda persista a colisão e acrescentando mais um bit, até que todos os bits sejam lidos sem colisão. Como cada etiqueta tem um código único, este processo é relativamente rápido. Alguns fabricantes, como a Impinj, anunciam já ter sistemas capazes de ler até 1000 etiquetas por segundo. Na figura 20 tem-se um exemplo do funcionamento destes algoritmos.

 

 

Vantagens e limitações práticas das etiquetas

 

As principais vantagens da tecnologia RFID são:

 

  • Tecnologia sem fios: há uma comunicação bidirecional entre leitor e etiquetas completamente sem fios. Apenas esta característica já elimina uma série de custos envolvidos em sistemas cabeados. Isto elimina também a necessidade de conexão com a etiqueta para efetuar a leitura e gravação da mesma;
  • Tecnologia reciclável: as etiquetas podem ser utilizadas nas mais diversas aplicações. Algumas etiquetas permitem a gravação leitura no ambiente de utilização. Isto significa dizer que uma etiqueta pode ser regravada diversas vezes e reaproveitada em outros objetos após o uso;
  • Tecnologia robusta: por sua construção mecânica não ter partes móveis e ser lacrada, não permitindo acesso ao chip, as etiquetas podem ser aplicadas nas mais diferentes condições de umidade, calor, ambientes corrosivos (com tratamento adequado), etc, e ainda assim serem extremamente funcionais;
  • Capacidade de armazenamento de dados: caso os chips possuam memórias, dados referentes ao produto podem ser gravados, contendo desde o histórico do mesmo até as configurações e particularidades de cada um. Quanto maior a memória, mais dados e maior a capacidade de gerenciamento de informações que as etiquetas proporcionam.

 

Apesar destas vantagens, algumas limitações devem ser consideradas, como: 

  • Física: ondas de rádio frequência (RF) não se propagam facilmente em qualquer ambiente. Isto limita algumas aplicações dos sistemas;
  • Ambiente: interferências de outros sistemas, excesso de calor, tempestades solares, eletricidade estática. Tudo isso pode mudar as condições de propagação ou maquiar os dados trocados entre antenas e etiquetas;
  • Precisão: colisão de dados lidos, distância entre antena e etiqueta, condições ambientais entre outros são componentes que prejudicam a precisão das operações de leitura e escrita de dados;
  • Segurança: as informações de todas as etiquetas podem ser lidas por qualquer um que tenha um leitor de dados idêntico aquele utilizado pelo sistema. Isso faz necessário criar códigos de segurança para objetos importantes;
  • Normatização: como ainda existem diversos padrões disponíveis no mercado, existe uma possibilidade de adquirir um sistema RFID que seja incompatível com o do seu principal fornecedor.

 

 

Aplicações típicas

 

As etiquetas RFID estão por todos os lugares. Diversas aplicações podem ser encontradas no mundo de hoje.

 

Vamos mostrar algumas delas:

 

Indústrias de transportes – Monitoramento de cargas

 

Em cada container ou pallet que é carregado no caminhão, uma etiqueta RFID é aplicada. Nela são gravados dados de todos os produtos, número da nota fiscal, destino e cliente que vai receber a encomenda.

 

Durante o trajeto do transporte, podem-se montar pontos de fiscalização, onde a mercadoria enviada é conferida com as informações das etiquetas.

 

Ao chegar ao seu destino, mais um leitor de RFID é acionado e todas as informações das etiquetas são conferidas com o recebimento de material.

 

Indústrias de transportes – Pedágio

 

Para fiscalização de taxas outro ambiente pode ser montado. Leitores são instalados nas praças de pedágio, e nas etiquetas são armazenadas as informações de cada carro, com um respectivo saldo em dinheiro que o proprietário carregou previamente.

 

Ao passar pelo pedágio, a taxa é cobrada automaticamente, sem a necessidade de parar o veículo. Caso o saldo tenha se esgotado, o proprietário pode optar por gravar na etiqueta dados bancários, o que permite o débito automático em conta corrente.

 

Isto permite a geração de relatório com os horários de passagem por cada praça de pedágio, o que é excelente para os controles de empresas.

 

Segurança

 

Uma empresa pode limitar o acesso a certas áreas através dos crachás dos funcionários. Sensores instalados em cada porta lêem automaticamente os dados de cada pessoa e consultam um banco de dados para saber se tem ou não permissão de entrada.

 

Em caso afirmativo, um comando libera o acesso a porta. Outras pessoas não podem entrar em conjunto, pois o leitor identificará automaticamente quem está burlando o sistema, uma vez que não precisa de contato físico com o leitor para isto.

 

Em hotéis, as chaves dos quartos podem conter estes sistemas, assim como o acesso a cada dependência, sendo ela restritas ou não a hóspedes e /ou funcionários.

 

Um parque de diversões pode vender atrações individuais. Cada usuário terá acesso apenas as atrações que comprou.

 

Linhas de produção

 

Etiquetas podem ser colocadas em cada peça utilizada na manufatura de um produto. Leitores são espalhados pela linha de produção acompanhando cada etapa. Quando uma configuração especifica é solicitada por um cliente, componentes extras são instalados ou retirados, até montar o equipamento customizado.

 

Ao final do processo, um leitor verifica se a configuração obtida equivale ao pedido feito. Qualquer divergência é corrigida automaticamente e os setores de vendas e estoques recebem estas informações.

 

Agropecuária

 

O controle de rebanhos e animais já está sendo feito em várias partes do mundo através das etiquetas eletrônicas. Leitores espalhados pela propriedade identificam e localizam cada rês. Uma etiqueta instalada na orelha do animal, como um brinco, contém desde a data de nascimento, período de engorda, época para abate até dados genéticos.

 

Academias

 

Academias modernas têm chips onde cada usuário grava a sua sequência de exercícios a serem feitos. Algumas soluções já estão sendo testadas com etiquetas RFID presas a pulseiras. Cada equipamento tem um leitor. Quando o usuário se aproxima do aparelho, este lê as informações da etiqueta e se prepara de acordo com as necessidades de treino: ajusta os pesos, controla o tempo de uso, emite relatórios para uma central de gerenciamento.

 

Na central de gerenciamento um professor pode acompanhar o desempenho do aluno e alterar a sequência de exercícios, aumentar ou diminuir a carga, mudar o tempo, etc. estas alterações são gravadas automaticamente na etiqueta dos alunos para uso nas outras máquinas e aparelhos.

 

Controle de estoque

 

Cada produto que entra no estoque recebe uma etiqueta RFID. Na entrada um leitor verifica cada item e grava informações de um código como o EPC. No banco de dados é armazenada a data de entrada, aplicação, cliente, etc.

 

Para fazer um histórico ou inventário, basta passear pelo estoque com um leitor manual. Algoritmos anti-colisão garantem que todas as etiquetas serão lidas e uma conferência completa dos produtos estará concluída. Bastará então conferir a lista de entrada do banco de dados com os resultados obtidos por esta leitura manual.

 

Na saída de qualquer produto um leitor medirá a etiqueta e pode conferir qual produto está saindo, para qual cliente será enviado, qual o uso e aplicação. Como este item será baixado do estoque, quando restarem poucas unidades de um determinado produto, um alarme pode ser acionado, indicando a necessidade de aquisição de novos produtos.

 

Identificação de bagagem em Aeroportos

 

Alguns aeroportos já utilizam um sistema de identificação de bagagens onde as etiquetas são RFID. No balcão do check-in a bagagem recebe a etiqueta, onde são gravados dados como o nome do proprietário, companhia aérea, destino e vôo.

 

Leitores espalhados pelas esteiras de carga identificam cada destino e direcionam automaticamente para o portão de embarque correto.

 

Antes de entrar no avião um funcionário com um leitor manual confere se todas as bagagens são realmente para aquele vôo, evitando assim os famosos e transtornantes desvios de bagagens.

 

 

Conclusão

 

O uso de etiquetas eletrônicas inteligentes RFID apresenta uma série de vantagens sobre outros sistemas de identificação: permite a monitoração e coleta de dados e nos mais diversos ambientes, sem a necessidade de contato físico, leitura simultânea de centenas de etiquetas, o que agiliza o processo de leitura, algumas etiquetas permitem a gravação de dados, o que permite um controle mais específico de objetos.

 

Várias organizações e indústrias já aplicam esta tecnologia. Estas aplicações estão crescendo dia a dia. Já nos deparamos com ela em algumas lojas de departamento, com sistemas anti-furto, e em rodovias, nos sistemas de pedágio automáticos. Suas aplicações são as mais variadas e tem grande mercado de aplicação.

 

No próximo artigo vamos falar da evolução deste sistema, os NFC.

 

Sobre a Avnet do Brasil*

 

Avnet do Brasil é uma empresa global, com mais de 70 anos. Somos um dos maiores distribuidores de produtos Eletrônicos, em nível mundial. Distribuímos os mais renomados fabricantes de Componentes Passivos, Eletro-Mecânicos, Conectores e Semi-Condutores. Informações completas sobre nossa corporação poderão ser obtidas em nosso site e especificamente sobre produtos eletrônicos em www.em.avnet.com. Temos mais de 150 fornecedores, dispomos de estoque nos Estados Unidos e Brasil, todas nossas cotações são elaboradas mediante a informação do PN dos produtos.

 

(*) esse post foi patrocinado pela Avnet do Brasil.

Alessandro Cunha é engenheiro eletricista.Trabalhou com telecomunicações entre 1994 e 2006.Trabalha com sistemas embarcados desde 1998.É professor em diversas instituições de ensino.Foi Diretor de Tecnologia da TECHtraininG Engenharia e Treinamentos.É FAE na AVNET do Brasil LTDA.
  • http://www.sysc.com.br marcio carvalho

    Sensacional. Parabéns pela matéria!!!

    • afcunha

      Que bom que gostou, Marcio.

      Aguarde o próximo artigo desta série, que trata da evolução do RFID, o NFC.

      Espero que goste do próximo tabém.

      Abraços.

  • Paulo Roquetti

    Muito bom mesmo, já divulguei no facebook

    • afcunha

      Sério que gostou, Paulo???

      Excelente!!!!!

      Muito obrigado pela ajuda na divulgação!

      Forte abraço.

  • Galbas Portas Portes

    Tenho uma dúvida? Os RFId's precisam ser homologados pela ANATEL, pois, os mesmos são vendidos livremente sem qualquer selo de conformidade.

  • Sandro Tôrres

    Parabéns pela publicação. Muito bom!!!