RFID Teknolojisi ve RFID Sistemi Bileşenleri | Otonom Fabrika | Endüstri 4.0

RFID Teknolojisi ve RFID Sistemi Bileşenleri

Tahmini Okuma Süresi:5 Dakika, 33 Saniye

1. RFID Teknolojisi Nedir?

RFID (Radio Frequency Identification) teknolojisi bir kablosuz iletişim ve kimliklendirme teknolojisidir. Bu teknolojinin temel bileşenleri etiket (Tag veya Label), Okuyucu (Reader) ve bunlara ait antenlerdir (Antenna) (Bakınız: Resim 1). RFID teknolojisi, etiketlerin üzerine iliştirildiği nesneye (canlı/cansız) bir kimlik numarası verilmesini ve kablosuz iletişim ile bu kimlik numarası verilmiş bu nesnenin takip edilebilmesini sağlar.

Okuyucu ile Etiket arasında radyo frekansı ile bilgi okunup yazılabilir (Resim 1). Bu sayede canlı/cansız birçok fiziksel objeyi tanıma, kontrol etme ve izleme işlemleri gerçekleştirilebilir. RFID sistemi, Türkçe’ye Radyo Frekansı ile Tanımlama sistemi olarak girmiştir.

1.1. Bir Uygulama Örneği

Bir uygulama örneği olarak site otopark sistemlerini gösterebiliriz (Resim 1). Site otoparklarına giren araçların o siteye ait olup olmadıkları, ne zaman girip ne zaman çıktıkları tespit edilebilir. Her araca bir Etiket (özel kimlik numarası) yerleştirilir. Okuyucuların yanına gelen otomobilin radyo dalgaları ile Etiketin kimlik numarası okunur. Bilgisayara bu bilgi aktarılır. Bilgisayarda yer alan kayıtlı otomobil listesinde bu kimlik numarası varsa otopark/site kapısı açılır ve araç içeri girer. Böylece içeride hangi araçların olduğu, giriş/çıkış zamanları gibi bilgilere de sahip olunabilir.

RFID sistemi kullanan Otopark uygulaması
Resim 1. RFID sistemi kullanan Otopark uygulaması

(Okumak isteyebilirsiniz: Audi, Drone, GPS Ve RFID Teknolojilerini Birleştirdi)

2. RFID Sistemi Nasıl Çalışır?

Okuyucu kendi anteni vasıtasıyla etrafına radyo dalgaları yayar. Yayılan bu radyo dalgaları, etrafındaki Etiketlere kimlik bilgisi sorar. Bu radyo dalgalarını alan Etiketin anteni, cevap olarak oluşturduğu radyo dalgasını Okuyucunun antenine iletir. Böylece Okuyucu, etrafındaki etiketlerin kimlik numaralarını (EPC) öğrenmiş olur. Okuduğu bu kimlik numaralarını bir bilgisayara (veri tabanına) göndererek istenen yazılımlarda kullanılmasını sağlar. Resim 2. örnek bir sistemin çalışma prensibini özetlemektedir.

rfid nasıl çalışır otonom fabrika endüstri 4.0
Resim 2. RFID sistemi çalışma prensibi

RFID Sisteminin çalışması:

  1. Etiketler, Okuyucu anteni tarafından üretilen radyo frekans alanı içerisindeyse (kapsama alanı) tespit edilir.
  2. Etiket, radyo dalgalarından ya da bataryasından aldığı enerji ile bir cevap sinyali üretir ve içerisindeki programlanmış yanıtı kendi anteni vasıtasıyla Okuyucunun antenine gönderir.
  3. Okuyucu gelen bu bilgiyi denetleyiciye (yazılıma) iletir.
  4. Denetleyici (yazılım) hazırlanmış yazılımı çalıştırır, sonuçları saklar ve gerekirse diğer sistemleri harekete geçirir ya da diğer sistemler ile de paylaşır.

3. RFID Sistemi Bileşenleri

RFID Sistemi Bileşenleri etiketler, okuyucular, antenler, denetleyiciler (yazılım) ve EPC’dir (Electronic Product Code – Elektronik Ürün Kodu).

  • Etiketler, yerleştirildiği nesneye bir kimlik numarası verir. Böylece o kimlik numarası okunduğunda nesne hakkındaki bilgiler görüntülenebilir.
  • Okuyucular, radyo sinyalleriyle etiketlerin kimlik numarasını okurlar.
  • Antenler, okuyucu-etiket arasındaki radyo sinyallerini güçlendirerek, kapsama alanını ya da okuma kalitesini artırırlar.
  • Denetleyiciler (yazılım), okunan kimlik numaralarıyla ne yapılacağına karar verir.
  • EPC, elektronik ürün kodudur, yani etiketin kimlik numarasıdır.

3.1 Etiket (Tag veya Label)

Günlük hayatlarımızda görebileceğimiz bazı Etiketler Resim 3‘de gösterilmektedir.

RFID etiket
Resim 3. RFID Örnek Etiketler

Etiketlerde, etiketlere kimlik numarası veren bir mikroçip ve bu kimlik numaralarını radyo dalgalarıyla yansıtan bir anten bulunur (Resim 4).

RFID Etiketi
Resim 4. RFID Etiketi

RFID Etiket Çeşitleri: Etiketler güç kaynağına göre aktif, yarı aktif ve pasif, çalışma frekansına göre düşük frekans, yüksek frekans, çok yüksek frekans, mikrodalga (süper yüksek) frekans ve ultra geniş bant frekansı olarak ayrılmaktadır. Hafızalarına göre ise sadece okunabilen, hem okunup hem yazılabilen ve bir kez yazılıp bir çok kez okunabilen (WORM – Write Once Read Many) etiketler olarak ayrılmaktadır.

Aşağıda bu RFID etiket çeşitlerinin karşılaştırılmalarının yer aldığı tablolar bulunmaktadır.

3.1.1. Güç Kaynaklarına göre Etiketler

Pasif Etiketler, ihtiyaç duyduğu enerjiyi, okuyucudan gelen radyo dalgalarından karşılar. Kendisinin bir bataryası yoktur. Yarı aktif ve aktif Etiketlerin kendi bataryaları vardır. Yarı Aktif ve Aktif Etiketler arasındaki fark; yarı aktif etiketlerin yalnızca Okuyucudan sinyal geldiğinde cevap vermesi ve Aktif Etiketlerin ise Okuyucudan bir sinyal gelmese bile etrafına sinyal (bilgi) yayma kabiliyeti olmasından kaynaklanmaktadır. Kendi bataryası olan etiketler (Yarı Aktif ve Aktif) onlarca metre kapsama mesafesine (100 metreyi geçebilir) sahipken bataryası olmayan etiketler (Pasif) en fazla 10 metre kapsama mesafesine sahip olabilir. Öte yandan pasif etiketlerin maliyetleri diğerlerine kıyasla oldukça düşüktür. Tablo 1. Pasif, Yarı Aktif ve Aktif RFID etiketlerinin karşılaştırılmasını göstermektedir.

Güç kaynaklarına göre RFID Etiketlerinin Karşılaştırılması
Tablo 1. Güç kaynaklarına göre RFID Etiketlerinin Karşılaştırılması

3.1.2. Çalışma Frekanslarına göre Etiketler

Etiketlerin yüksek frekanslarda çalışması daha yüksek kapsama mesafesi sağlayacaktır. Tablo 2. Etiketlerin çalışma frekanslarını ve kapsama mesafelerini göstermektedir.

RFID etiketlerinin çalışma frekanslarını ve kapsama mesafelerini
Tablo 2. RFID etiketlerinin çalışma frekanslarına göre kapsama mesafeleri

Öte yandan, uygulamalarda ortamda bulunan metal objeler ve sıvılar radyo dalgalarının yansımasına/soğrulmasına neden olabileceğinden bazı okuma problemlerine neden olabilmektedir. Böyle ortamlarda düşük frekanslarda çalışan etiketler kullanılması daha doğru olabilir. Düşük frekansla çalışan Etiketlerin, kapsama mesafesi de kısa olduğundan, Okuyucular daha yakın konumlandırılmak durumundadır. Böylece araya metal obje/sıvı girme olasılığı da minimize edilmiş olur.

3.1.3. Hafızalarına göre Etiketler

Etiketler, çiplerinin hafıza özelliklerine göre 3’e ayrılmaktadır: Sadece okunabilen, hem okunup hem yazılabilen, bir kez yazılıp birçok kez okunabilen (WORM – Write Once Read Many). Yazılabilme özelliği olan etiketlere, okuyucu kapsam alanındayken yeni bilgi eklenebilir ya da bilgiler değiştirilebilir. Etiketlerin Elektronik Ürün kodları (EPC) değiştirilemez.

3.2. Okuyucu (Reader)

RFID sisteminin diğer önemli bileşeni Okuyucudur (Reader). Okuyucunun da anteni bulunur. Okuyucu kendi anteni vasıtasıyla etrafına radyo dalgaları yayar. Yayılan bu radyo dalgaları, etrafındaki Etiketlere kimlik bilgisi sorar (Pasif RFID etiketlerine aynı zamanda enerji verir). Bu radyo dalgalarını alan Etiketin anteni, cevap olarak oluşturduğu radyo dalgasını Okuyucunun antenine iletir. Böylece Okuyucu, etrafındaki Etiketlerin kimlik numaralarını öğrenmiş olur. Okuduğu bu kimlik numaralarını bir bilgisayara (veri tabanına) göndererek istenen yazılımlarda kullanılmasını sağlar (Resim 5).

rfid nasıl çalışır otonom fabrika endüstri 4.0
Resim 5. RFID okuyucu çalışma şekli

3.3 Anten (Antenna)

Okuyucu-etiket arasındaki ve/veya başka bir okuyucu ile haberleşmeyi sağlamaktadır. Anten kullanımı, sistemin kapsama mesafesini artırmaktadır. Antenler düzlem yayın yapan (linear polarization) ve dairesel yayın yapan (circular polarization) olmak üzere iki çeşittir. Düzlem yayın yapan anten, olası en uzun okuma mesafesinde, maksimum kazanç için tek bir eksende yoğunlaşır. Dairesel yayın yapan anten ise okuyucunun ürettiği enerjiyi daha uzun mesafelere eşit bir şekilde dağıtır. Böylece dairesel yönlü yayınım sayesinde ortamda bulunan bütün etiketlerin okunmasını sağlanır.

3.4 Denetleyici (Yazılım)

Etiketler hakkında Okuyucudan gelen bilgileri kullanarak planlanan yazılımları koşar. Tüm sistemin beynidir. RFID sisteminin, ticari işletmenin merkezi yazılımlarına entegre olmasını sağlayan ara katman (middleware) yazılımlarını da koşturur.

3.5 EPC (Electronic Product Code – Elektronik Ürün Kodu)

Elektronik Ürün Kodu, o etiketin kimliğidir. Okuyucular etiketlerden bu kod bilgisini alır. EPC’nin bellek kapasitesi, izlenen ürünün üreticileri, ürünün kategorisi ve ürüne ait bilgiler olmak üzere 3’e ayrılmıştır. EPC kodu; 64-bit, 96-bit, 128-bit ve 256-bit gibi farklı boyutlara sahip bir standart koddur. Önek EPC’nin sürüm numarasını, numaranın ikinci kısmı EPC Yöneticisini (büyük ihtimalle EPC’nin üzerine iliştirildiği ürünün üreticisini), Nesne Sınıfı adı verilen üçüncü kısım ise nesnenin cinsini belirtir (Resim 6) [1].

96 bitlik bir Elektronik Ürün Kodu
Resim 6. 96 bitlik bir Elektronik Ürün Kodu [1]

Temel olarak RFID teknolojisini ve bileşenlerini anlattığımız bu yazıdan sonra, RFID-Barkod karşılaştırması yaparak RFID sisteminin avantajlarından/sorunlarından bahsedeceğiz.

[1] Maraşlı, F., Çıbuk, M., “RFID Teknolojisi ve Kullanım Alanları“, 2015.
[2] Yüksel M.E., Zaim, A.H., “Otomatik Nesne Tanımlama Teknolojisi Olarak RFID Ve RFID’nin Faydaları”.

Bunları da sevebilirsiniz

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir