Introduzione.
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INTRODUZIONE.
I sistemi RFID sono sistemi di Identificazione a Radio Frequenza che permettono l’acquisizione di dati e l’identificazione di qualsiasi oggetto, persona o animale.
Non si tratta di una nuova tecnologia, era già stata utilizzata durante la Seconda Guerra Mondiale per il riconoscimento degli aerei amici tramite il sistema IFF (Identification Friend or Foe); un dispositivo installato nell’abitacolo trasmetteva un segnale per informare che l’aereo era sotto controllo amico. La prima applicazione non militare può essere considerata il sistema di sorveglianza nei supermercati utilizzato a partire dagli anni sessanta. La riscoperta e la messa a punto della tecnologia RFID è avvenuta poi attraverso un progetto del MIT (Massachussetts Institute of Technology) di Boston, sostenuto da alcune aziende multinazionali, che ne ha provocato una rapida diffusione.
I sistemi RFID permettono il miglioramento della efficienza e della precisione nella raccolta e trasmissione dei dati, superando i limiti imposti dai sistemi di identificazione attualmente utilizzati (codici a barre, bande magnetiche e smart card), dovuti agli ambienti industriali ostili, bui, sporchi e con umidità e temperature elevate. Si tratta dunque di dispositivi molto flessibili con una enorme capacità di immagazzinamento dei dati e di riprogrammabilità. Inoltre l’assenza di contatto fra lettore e ricevitore ne permette l’utilizzo nel caso in cui non può esserci contatto diretto con l’oggetto da identificare o nel caso in cui l’oggetto da identificare è posizionato in un punto altrimenti difficile da raggiungere. Si tratta di dispositivi di dimensioni ridotte, dell’ordine di qualche millimetro, che possono essere immersi in altri materiali senza il deterioramento delle prestazioni, per cui aprono il campo a moltissime applicazioni.
Le dimensioni, le forme e i rivestimenti devono essere adeguati al prodotto che si vuole realizzare ed ai processi produttivi necessari per realizzarlo.
È possibile inoltre acquisire, gestire, analizzare e utilizzare i dati forniti da sensori di vario tipo integrati nel sistema. Le informazioni fornite dai sensori permettono di automatizzare e ottimizzare i processi.
Ad esempio un sensore di temperatura nel transponder permette il controllo costante di questo parametro, la programmazione degli intervalli di misurazione e la memorizzazione poi dei valori ottenuti.
Introduzione.
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Negli armadi frigoriferi questa tecnologia permette il controllo dell’intero percorso di conservazione dei prodotti della “catena del freddo”.
Il dispositivo può anche essere inserito nella gettata di cemento, ciò permette di stabilire il raggiungimento della temperatura di solidificazione del cemento per poter rimuovere le casseforme una volta che il cemento stesso sia consolidato.
Il sistema di monitoraggio automatico degli pneumatici, con sensori di pressione che controllano la pressione degli pneumatici, comunica al modulo di comando elettronico del veicolo eventuali anomalie degli pneumatici.
Si dovrà però attendere ancora per individuare più chiaramente le opportunità che potrebbero derivare dalla convergenza e dall’integrazione di sistemi RFID con i sistemi mobili, wireless e dei sensori.
I possibili campi di applicazione dei sistemi RFID sono molteplici ed in settori molto diversi fra loro. Le sperimentazioni attualmente in corso, infatti, sono tante e tali da far prevedere uno sviluppo rapido dell’intero mercato.
Se si considera il numero di progetti in fase esecutiva sicuramente gli Stati Uniti occupano il primo posto per gli investimenti fatti soprattutto in ambito militare, mentre in Europa a farla da padrona è l’Inghilterra, incalzano Cina, Giappone e Corea, per la diffusione di gran lunga più attiva dopo un periodo iniziale di disinteresse.
Il Rapporto 2004-2005 dell’Osservatorio RFID School of management Politecnico di Milano indica che ci sono tre diversi livelli di maturità. <<Ambiti applicativi consolidati come il controllo dell’avanzamento di produzione negli stabilimenti produttivi, o la bigliettazione elettronica nel trasporto pubblico locale, ma anche il controllo accessi e il ticketing. Si pensi solamente al sistema telepass sulle autostrade, e ancora all’identificazione e al controllo degli animali di allevamento.
Negli ambiti sperimentali si includono una serie di applicazioni già in fase esecutiva, nella maggior parte dei casi implementate a scopo di apprendimento, e molti progetti pilota o sperimentazioni tecniche quali sono la logistica di magazzino e il trasporto merci, la gestione di asset, l’identificazione dei pazienti in ambito ospedaliero. In queste realtà l’RFID ha dimostrato la sua validità o applicazione e la sperimentazione è semplicemente diretta a individuare le possibili estensioni.
Appartengono agli ambiti applicativi definiti futuribili la applicazioni di supporto alla gestione dei punti vendita, la tracciabilità delle merci nei beni di largo consumo e nella filiera del farmaco, le applicazioni volte a potenziare le funzionalità di un prodotto. Va sottolineato che, in questi contesti, esistono già dei prototipi non ancora ingegnerizzati >>.
Introduzione.
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I sistemi RFID sono una soluzione conveniente a problemi finora mai risolti e all’ottimizzazione di processi finora molto costosi senza eccessivi investimenti in infrastrutture. La consacrazione definitiva dipenderà dalla capacità di individuarne le applicazioni più adatte, per permetterne una crescita rapida, e dalla possibilità di ridurne drasticamente i costi con l’aumento dei volumi di produzione. Le aspettative e attese sul livello di sviluppo saranno sicuramente influenzate dalle decisioni delle imprese ma soprattutto delle istituzioni collegiali, come associazioni di categoria, legislatore, authority ed altro ancora.
I sistemi di identificazione a Radio Frequenza (RFID) sono costituiti da due unità distinte un lettore e un tag, posizionato all’interno dell’oggetto da identificare.
Lo scopo di questo lavoro è quello di descrivere un sistema di identificazione a Radio Frequenza e la dinamica che regola la trasmissione fra lettore e tag per poi passare alla progettazione del tag.
Nel primo capitolo infatti viene fatta un’analisi dei sistemi di identificazione a Radio Frequenza. Partendo da una classificazione dei sistemi RFID, si passa alla descrizione di un sistema RFID e delle varie parti che lo costituiscono, per poi analizzare le interazioni fra lettore e tag e viceversa, scendendo in dettaglio per quanto riguarda il modo in cui si alimenta il tag e il modo in cui lettore e tag comunicano, cioè si scambiano le informazioni, accoppiamento elettromagnetico e modulazione.
Nel secondo capitolo è descritto il protocollo di comunicazione fra lettore e tag, basato sullo Standard ISO 15693. Questa parte include i dettagli che descrivono la frequenza della portante di 13,56MHz, il tipo e la percentuale di modulazione, i livelli di energia, il data rate, gli algoritmi di codifica dei dati e la tempistica dei sistemi. Una sezione definisce inoltre la comunicazione completa interscambiata, cioè il formato della richiesta inviata dal lettore ed il formato della risposta del tag. Un set completo di comandi definisce lettura, scrittura e chiusura dei dati per blocchi singoli e multipli, è incluso anche un CRC per assicurare l’integrità dei dati ricevuti. Un’ultima sezione riguarda invece il protocollo di comunicazione necessario per permettere a molti tag di operare con un campo elettromagnetico di eccitazione comune, noto come protocollo di anticollisione.
Nel terzo capitolo si introduce la progettazione vera e propria del tag. In particolare si descrive il modo in cui si sintetizza la parte digitale del tag tramite il linguaggio di descrizione hardware VHDL. Si descrivono tutti i processi che permettono di riconoscere i dati inviati dal lettore, di eseguire i comandi per generare poi la risposta.
Introduzione.
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Nel quarto capitolo è descritta inizialmente la parte analogica a radio frequenza che costituisce il tag. In seguito sono analizzati i passi che portano dalla descrizione VHDL, della parte digitale del tag, alla sintesi su FPGA.
Il lavoro è stato svolto in collaborazione con l’Aurelia Microelettronica.
