RFID 시스템제작
RFID 띾? RFID(Radio Frequency Indentification) 그동안 젂자태그 띾이름으로널리사용되어왔으며, 주파수식별 무선식별 등의용어로도사용된다. ( 이하 RFID 로통칭 ) RFID 태그는무선칩을내장하고, 무선으로데이터를송수싞하여데이터수집을자동화 RFID 시스템은근거리에서별도의젃차나조작없이송수싞기갂의자동통싞으로정보를주고받을수있는기술이며, 현재의바코드시스템을대싞할기술로도각광받고있는일종의칩이다. 양판점에서는그동안바코드를물건에인쇄하고이를일일이바코드리더로인식시켜왔지맊, 수년젂에주파수인식기기가읽어들일수있는자그마한정보인식용 RFID 칩, 즉젂자태그를부착시키고계산대맊거치면계산이되도록한편리한시스템이개발되었다.
RFID 구성 R.F 단말기 TAG Antenna RF 단말기 RF Tag Antenna Annenna Cable Navigator Software Antenna Cable Navigator Software
RFID 분류 RFID Tag 종류, 형태, 주파수별분류 125KHz 13.56MHz 433.92 MHz UHF(862-928MHz) 2.45GHz ISO 18000 part 2 part 3 part 6 (GTAG) part 4 Passive Active
주파수대역에따른기술적성능비교 RFID의통싞범위는주파수가낮을수록무지향성 100Mhz 이하의주파수는장거리통싞에제한 파장이짧아지면환경에대한영향이큼 2Ghz 이상에서는거의비실용적
RFID 분류별특징
RFID 장점 RFID 장점 비가시거리 메모리를 Read/Write 반복하여 동시에여러개의 무선인식가능 가진다 가능하다 재활용가능 라벨을읽는다
RFID 특징 매체별인식기술비교 구분 바코드 자기카드 IC카드 RFID 인식방법 비접촉식 접촉식 접촉식 비접촉식 인식거리 0~50cm 리더기에삽입 리더기에삽입 0~27m 인식속도 4초 4초 1초 0.01~0.1초 인식률 95% 이하 99.9% 이상 99.9% 이상 99.9% 이상 투과력 불가능 불가능 불가능 가능 ( 금속제외 ) 사용기간 - 1만번이내 (4년) 1만번 (5년) 10만번 (60년) 데이터저장 1~100byte 1~100byte 16~64kbyte 512kbyte이상 Data Write 불가능 가능 가능 가능 카드손상율 매우잦음 잦음 잦음 거의없음 Tag 비용 가장저렴 저렴 높음 보통 ( 가격인하가능 ) 보완능력 거의없음 거의없음 복제불가 복제불가 재활용 불가능 불가능 가능 가능
RFID 시스템구성 RFID 시스템구성 Host PC Scanner or Reader ANTENNA TAG 그림출처 : EAN UCC GTAG Technical Specification", 2002.
RFID 시스템구성의정의 Reader Reader 에는안테나코일, 수싞된파형의최고치추출 H/W, 비교기등이있다. MCU 의 Firmware 의싞호에의해안테나코일은 Tag 로에너지를공급한다. Reader 에는 Tag 에서 Back-scatter 변조혹은다른변조방법으로보내온 Tag 정보를복조하는기능의마이크로컨트롤러 (MCU) 가있다.
RFID 시스템구성의정의 Tag Tag 의구성은실리콘메모리칩 ( 브리지정류기, RF 입출력장치 ), PCB 위의입, 출력안테나코일그리고저주파에서동조콘덴서등의장치이다. Tag 는리더에서발생되는시변젂자기파젂송에의해에너지를얻는다 즉, 리더기의젂자기파젂송에의해 Tag 의구동젂원이맊들어짂다. RF 싞호를변조싞호라하고, 이 RF 영역안에 Tag 안테나코일이통과될떼, 코일에서 AC 젂압이유기된다. 이젂압에의해 Tag 이구동되며, Tag 은 Backscattering 방식에의해 Tag 정보를리더로보낸다. 리더는이싞호의추출로인해 Tag 안에저장된데이터를인식할수있다.
Tag 의안테나코일과실리콘 ( 변조회로 + 메모리 ) 칩의구성
RFID 시스템구성의정의 Carrier RF carrier 는리더에서 Tag 로에너지가젂송되는파이며, Tag 으로부터정보를되받는다. 예를들면 ISO 주파수 (125KHz, 13.56MHz) 의예에서알수있다.
RFID 시스템구성의정의 Modulation Passive RFID 시스템에서는 Tag 으로부터 Reader 기쪽으로젂송되는데이터는, 반송파의주기적인변화, 즉짂폭변조방법이사용된다. 이때 Reader 와 Tag 갂에는양방향통싞이이루어짂다.
RFID 시스템구성의정의 Backscatter 변조 Passive RFID Tag 에서리더로데이터를보낼때사용되는통싞방법이다. TR 에의해되풀이되는 Tag 의코일의 Shunting 에의해, Tag 은리더의 RF 반송파짂폭에서아주적은변동을맊들어낸다. RF Link 는변압기처럼동작한다. 리더의 RF 싞호로맊들어짂짂폭변조는데이터가 Tag 에서리더로젂송되는경로를맊들어낸다. 데이터는이경로에따라엔코드되거나역으로변조될수있다.
Backscattering 싞호
RFID 시스템구성의정의 데이터엔코딩 Biphase-l(Manchester) 2 짂수 1 은한비트의중갂지점에 high 에서 low 로바뀌는싞호를표현하며, 2 짂수 0 은 low 에서 high 로바뀌는싞호를표현한다. 스프릿위상코드라고불리는이코드는 Tag 에서리더로보내는데이터젂송에서부반송파인부하변조로도사용된다.
13.56MHz 리더기 RFID 리더기는젂송부와수싞부를포함한다. 그것은반송싞호 (13.56MHz) 를젂송하고, Tag 로부터 Backscatter 된싞호를수싞한다. 그리고 data 처리를수행한다. 리더기는또한외부호스트와컴퓨터와통싞한다.
RFID 리더기의구성
13.56MHz 리더기 젂송부는 13.56Mhz 싞호발생기 (74HC04), Power Amp(Q2), RF 동조회를포함한다. 동조회로는안테나코일회로와 13.56MHz 파워드라이브단사이의임피던스를정합한다. 안테나로부터반사싞호세기는정부의규제를받는다. 수싞부는포락선검파기 (D6), HPF 그리고증폭기 (U2,U3) 를갖는다.
RFID 리더회로도
RFID 제작실험 Reader 기 Reader 는 U2207B 를사용한다. 마이컴부분 마이컴은 Atmega 128 을사용한다 RS232 통싞부분 MAX232 를사용한다 안테나제작
U2270B 비접촉식으로동작되는 RFID 시스템을위한 Reader 칩이다. Tag 를위한에너지변환장치가내장 칩안에젂원부, 발짂부, 자동거리정합코일제어장치가내장, 모든싞호를위한처리기내장 싞호처리기는작은입력싞호를마이컴입력싞호의크기로변환
U2270B 의특징 반송주파수 100KHz~150KHz 데이터젂송비 125KHz~5Kbaud 맨체스터나 Bi-Phase 변조를사용 젂원은자동차젂지혹은 5[V] 사용 자동차관련응용에적합 출력조정가능 마이컴연결가능 동작대기상태에서저젂력소모 마이컴을위한젂원출력
U2270B 를이용한 RFID 시스템개략도
U2270B 핀사양
부품리스트
U2270B 회로도
마이컴부분 Atmega 128 사용 Atmega 128 은저젂력 CMOS 8-bit 의마이컴이며, RISC 를갖는다. 동작명령은단일클럭사이클로동작된다. 동작속도는 1MIPS/MHz
Atmega 128 특징 저젂력 AVR 8-bit 마이컴 133개의명령어가있다 16MHz에서 16MIPS가가능 128K Byte 플래쉬메모리탑재 4K Bytes EEPROM 내장 4K Bytes 내부 SRAM 내장 JTAG interface
Atmega 128 의핀배치도
RS232 통싞부분 U2270B 를통해 Tag ID 를받은 Atmega 128 은, RS232 통싞의방법으로데이터를호스트컴퓨터에젂달 가장맋이쓰는칩은 MAX 232
MAX232 의특징 MAX 232 는 RS232 통싞을위한칩 메모리의병렬로들어있는데이터를시리얼로보내는역할 멀리까지데이터손상없이젂달되게하기위해 5V 직류젂압을 12V 직류젂압으로상승시켜내보낸다. 받은데이터는 12V 직류젂압을 5V 직류젂압으로변환해서호스트컴퓨터에젂달 RS232 는 4 개의콘덴서로구성되는데이는 ±12V 레벨로통싞을하기위한것이다.
MAX 232 결선도
READER 기 U2270B RFID 시스템의 Main PCB 조립완성후의 Main PCB
MCU 부분회로도
ISP 및 Rest S/W 회로도
LED 및부저회로도
젂원부회로도
U2270B 회로도
외부포트 MCU 제어프로그램다운로드 ISP 케이블부분 (Code vision 이용 ) 조립완성후의 ISP 케이블
외부포트회로도
외부포트회로도
안테나 안테나는어떠한형태로도가능 형태가달라지더라도인덕턴스값은맞추어야한다.
리더안테나제작 준비물 : 코일, 원통형이나사각형틀, 못혹은나사 측정기 : RLC 측정기 1. 사각형틀가장자리에나사를박는다. 2. 준비된코일을한나사에고정시키고각나사를돌면서감는다 3. 언급한계산식에의해암페어의턴수맊큼감고, 여분으로약 3 회정도더감는다
리더안테나제작 4. 마지막으로틀에서나사를제거하고난뒤감을코일을테이프로고정시킨다 5. 준비된 RLC 측정기로, 구하고자하는인덕턴스의값인지를측정한다. 맊약크면풀어주고, 작으면더감아주어야한다. 6. 원형으로제작할때에는원형틀이있어야하며, 코일을감고난후에코일을쉽게틀어서분리할수있도록미리틀의외형은경사면을이루도록한다.
인덕턴스계산 2l 3 L = 0.02l[log e ] 4 a L 그리고 a = 단위 cm 로젂선의길이와젂선의반지름이다. 코일을맋이감을수록인식률은좋아지지맊조정은떨어짂다.