Automatisierungstechnik Identifikation

Automatisierungstechnik Identifikation FH Kaiserslautern Campus Pirmasens SS 2011 Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011

Nutzungshinweise Diese Foliensammlung dient den Studenten und ausschließlich diesen als persönliche Referenz für ihr Selbststudium, wenn sie am entsprechenden Kurs teilgenommen haben. Diese Darstellung wurde nach bestem Wissen und Gewissen auch unter Verwendung von Material Dritter erstellt. Beispiele basieren meist auf persönlichen Erfahrungen. Copyright 2011 by Dr. Wölker FH-Kaiserslautern Campus Pirmasens Jede Verwertung außerhalb der Grenzen des Urheberrechts ist ohne Zustimmung von Professor Wölker unzulässig. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Bearbeitung in elektronischen Systemen. Alle angeführten Firmenbezeichnungen, Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Marken, Warenzeichen usw. sind Eigentum ihrer jeweiligen Inhaber. Die Verwendung auch ohne besondere Kennzeichnung bedeutet nicht die freie Verfügbarkeit dieser Namen. Bei direkten oder indirekten Bezügen oder Zitaten aus Gesetzen, Normen, Standards oder Richtlinien kann keine Gewähr für Aktualität, Richtigkeit oder Vollständigkeit übernommen werden. Immer sind die vollständigen Dokumente in der jeweils gültigen Fassung zu benutzen. Genderspezifische Schreibweisen wurden nicht explizit berücksichtigt. Wenn nur die männliche Form benutzt wird, bedeutet dies, dass es sich um eine Funktionsbezeichnung oder Rolle handelt. Eine Geringschätzung oder sogar Beleidigung unserer Studentinnen ist nicht intendiert. Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 Seite 2

Arbeitshinweise Diese Unterlagen enthalten in den Vorlesungseinheiten verwendeten Folien. Diese Materialsammlung ist kein Lehrbuch und kann ein Solches bei der Vorbereitung zur Prüfung auch nicht ersetzen. Es ist unerlässlich, den Stoff anhand der Literatur zu vertiefen und zu ergänzen. Wir behalten von dem, was wir lesen:10% was wir hören:20% was wir sehen: 30% was wir sehen und hören: 70% was wir selbst ausführen: 90% Bearbeiten Sie Aufgaben selbstständig und schreiben Sie Ihre Lösung auf. Arbeiten Sie im Team und vergleichen sie Ihre Lösungen miteinander. Ein Foliensatz ist kein Ersatz für das Selbststudium im Laufe des ganzen Semesters. Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 Seite 3

Radio-Frequency-Identification BASIS Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 Seite 4

RFID Vision und Realität Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 5

Die Geschichte der Barcodes als Lehre für RFID NZZ 6.Februar 2008 RFID-Funkchips etablieren sich nur zäh. Die Einführung des Barcodes, des Vorgängers von RFID, zeigt: Von der Idee über die Standardisierung bis zur Allgegenwart ist es ein weiter Weg. Christoph Rosol Es ist auffällig ruhig geworden um RFID. Die noch vor wenigen Jahren so heiss diskutierte «Radio Frequency Identification» hat sich vorerst aus den Schlagzeilen verabschiedet. Dabei gab es so viele Ideen, was mit den kleinen Funketiketten, den sogenannten Transpondern oder Tags, alles anzufangen sei. Eine smartere Welt schien möglich: Alles wäre mit allem vernetzt, die weltweite Warenlogistik würde punktgenau kontrollier- und steuerbar sein, sämtliche Prozesse könnten automatisiert und fortlaufend analysiert werden. Die schon länger gehegte Idee vom «Pervasive Computing», einer allgegenwärtigen technischen Intelligenz, schien mit billigen RFID-Tags auf jedem Joghurtbecher, in der Banknote oder im Türgriff endlich realisierbar zu werden. Auf Kongressen, in Vorstandsetagen, in den Medien, überall machte der potente Begriff vom «Internet der Dinge» die Runde. Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 6

Barcode >>> RF-ID 2D-Code 3,47% Transponder 22,05% 4 006381 333641 Sonstige 12,33% Barcode 62,15% 80,00% Sonstige Point of Sale Mehrweg Außerbetr. Transport Versand Innerbetr. Transport Montage Fertigung Kommissionierung Lager WE Verteilung Einsatzgebiete 60,00% 40,00% 20,00% 0,00% Barcode 2D-Code Transponder Sonstige Technik Gesamt Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 7

RFID versus Barcode Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 8

RFID Kann alles identifizieren und außerdem werden sie immer kleiner Hitachi s mu-chip im Vergleich mit Reiskörnern Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 9

Transponder RF-ID Glaskörper Industrie- Transponder Disc-Tag laminiert Gasflaschenring vergossen vergossen Jeton für Spielcasino Fluggepäck- Aufkleber Taubenring diverse Anhänger aktive Transponder Karte ISO-Karte Aufkleber (Kunststoff) Schlüsselanhänger Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 10

Prinzip RFID-Systemen Luftschnittstelle noch keine Norm große Vielfalt öffnet großes Potential Lokale Schnittstelle analog Barcode Transponder Schreib- Leseeinheit Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 11

Bauformen Der Mikrochip kann zusammen mit der Antenne in unterschiedliche Bauformen untergebracht werden Die Abmessungen der Bauform beeinflussen die Schreib-Lese-Reichweite Die Auswahl der Bauform erfolgt passend zur Anwendung z.b. physische Beanspruchung, Untergrund, Temperaturbereich Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 12

Radio-Frequency-Identification TECHNIK Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 Seite 13

RFID Kann alles identifizieren und außerdem werden sie immer kleiner Hitachi s mu-chip im Vergleich mit Reiskörnern Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 14

Überblick RFID Technologie Transponder Inlay Chip Größe: < 1,5 mm 2 Antenne Transponder bestehen aus einem Mikrochip und einer Spule / Antenne Man unterscheidet Transponder hinsichtlich der Stromversorgung in: - aktiv (zusätzlich eine Batterie für Energieversorgung Mikrochip) - passiv (Energieversorgung für Datenübertragung induktiv von Schreib-Lese-Einheit) Sie werden außerdem nach Bauform und Funktionsumfang unterschieden Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 15

Transponder RF-ID Glaskörper Industrie- Transponder Disc-Tag laminiert Gasflaschenring vergossen vergossen Jeton für Spielcasino Fluggepäck- Aufkleber Taubenring diverse Anhänger aktive Transponder Karte ISO-Karte Aufkleber (Kunststoff) Schlüsselanhänger Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 16

Bauformen Der Mikrochip kann zusammen mit der Antenne in unterschiedliche Bauformen untergebracht werden Die Abmessungen der Bauform beeinflussen die Schreib-Lese-Reichweite Die Auswahl der Bauform erfolgt passend zur Anwendung z.b. physische Beanspruchung, Untergrund, Temperaturbereich Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 17

RFID-Transponder und Schreib-/Lesegeräte Ausführungsformen von Schreib-/Lesegeräten Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 18

RFID-Transponder und Schreib-/Lesegeräte Ausführungsformen von Schreib-/Lesegeräten Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 19

RFID PRINZIP Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 Seite 20

Definition Radio Frequency IDentification ist...... eine berührungslose Datenübertragung auf der physikalischen Basis elektromagnetischer Wechselfelder Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 21

RFID Process RFID is simply about using radio waves to automatically identify physical items in varying proximity to readers which can uniquely identify them. Tag Antenna Reader RFID Middleware 1. The RF Antenna broadcasts a signal 2. Tag Enters the RF field 3. RF Signal powers the Tag 4. Tag transmits data to the reader 5. Reader sends the data to a computer 6. Computer processes and filters data to determine action Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 22

Das Prinzip von RFID RFID erlaubt eine einfache, flexible und zuverlässige Identifikation, Verfolgung und Steuerung einer Vielzahl von Objekten auf elektronischem Weg. 1 2 3 Tagging Lese-/Schreibvorgang IT-System Die zu identifizierenden Objekte ( Bspw. Lebensmittelverpackungen) werden mit einem Tag ausgerüstet Das Lesegerät liest die Informationen von dem Tag Das Schreibgerät speichert neue Informationen im Tag- Speicher Der Leser kann die Informationen autonom verarbeiten oder diese an das IT-System weiterleiten Somit wird eine reibungslose Kommunikation zwischen IT, Leser und Objekten sichergestellt Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 23

RFID Benefit- und Value-added -Faktoren Wegfall von manuellen händischen Zähl-, Such- und Sortierprozessen Möglichkeit der Reduktion der Lagerbestände Vereinfachung der Wareneingangs- und -ausgangserfassung und -kontrolle Sofortiger Abgleich von Lieferavis bzw. Lieferschein /Begleitschein mit der realen Warenlieferung Schnelles Erfassen von Bestandsveränderungen Zeitnahe Verfügbarkeit der Lagerbestände Möglichkeit, auf Bestellungen des Handels effizienter reagieren zu können Authentizitäts- und Produktschutz und Artikelsicherungsfunktion Stärkere Kundenbindung und besser planbare Marketingaktivitäten Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 24

Was ist eigentlich neu daran? Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 Seite 25

RF-ID FUNKTIONSWEISE Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 Seite 26

Prinzip RFID-System Luftschnittstelle noch keine Norm große Vielfalt öffnet großes Potential Lokale Schnittstelle analog Barcode Transponder Schreib- Leseeinheit Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 27

Funktion Passiver Transponder Magnetfeld der Antenne Antennensignal Modulierte Arbeitsfrequenz Daten Antenne Transponder Transpondersignal Modulierte Arbeitsfrequenz Daten Die Antenne versorgt den Transponder über ein Magnetisches Wechselfeld kontinuierlich mir Energie (Ttransformatorprizip). Der Datenaustausch erfolgt über Modulation der Arbeitsfrequenz. Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 28

Funktion Passiver Transponder Antenne Arbeitsfrequenz Transponder Wake Up Signal Kommt der Transponder in den Ansprechbereich einer Leseanfrage der Antenne wird ein Wake Up Signal ausgelöst, das ihn in den betriebsbereiten Zustand versetzt Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 29

Funktion Passiver Transponder Antenne Modulierte Arbeitsfrequenz Transponder Transpondersignal Seriennummer Der Transponder sendet seine Seriennummer und kann durch verschiedene Kryptografische Verfahren authentifiziert werden. Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 30

Funktion Passiver Transponder Antenne Modulierte Arbeitsfrequenz Transponder Transpondersignal Daten Nach erfolgreicher Authentifizierung können nun entweder Daten vom Transponder gelesen, oder... Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 31

Funktion Passiver Transponder Antenne Modulierte Arbeitsfrequenz Transponder Antennensignal Daten...Daten auf den Transponder geschrieben werden Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 32

RFID ETWAS TECHNIK Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 Seite 33

Schematischer Aufbau eines RF-ID-Systems Sender Information Empfänger Speicher Wandler Information Wandler Empfänger Energie Sender Batterie Steuerlogik Steuerlogik Steuerlogik mobiler Datenspeicher (MDS) Schreib- Lesemodul (SLM) Auswerteeinheit (AE) Peripherie, Host, SPS, Prozeßrechner Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 34

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Triggersignal und Datensignal beim Lesen eines Transponders Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 36

Buch 98 Schmidt Triggersignal und Datensignal beim Lesen eines Transponders Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 37

Modulation Signaldiagram ISO 14443 Type-A Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 Seite 39

Modulation Kodierung ISO 14443 Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 Seite 40

RF-ID SYSTEMATIK Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 Seite 42

Ein paar relevante Parameter Material λ Data 1101 Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 43

Systematik der Transpondersysteme Technikbezogene Eigenschaften Transponder allgemein Speicher 1 Bit Speicher x Byte Speicher x KByte Read only Read write Reichweite <1m Reichweite < 3m Reichweite < 10m Baugröße klein Baugröße mittel Baugröße groß Lesegeschw. niedrig Lesegeschw. mittel Lesegeschw. hoch Pulkerfassung ja Pulkerfassung nein Passiv, ohne Batterie (semi-)aktiv, mit Batterie Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 Seite 44

Systematik der Transpondersysteme Technikbezogene Eigenschaften Transponder Mikrowelle (GHz) Speicher 1 Bit Speicher x Byte Speicher x KByte Read only Read write Reichweite <1m Reichweite < 3m Reichweite < 10m Baugröße klein Baugröße mittel Baugröße groß Lesegeschw. niedrig Lesegeschw. mittel Lesegeschw. hoch Pulkerfassung ja Pulkerfassung nein Passiv, ohne Batterie (semi-)aktiv, mit Batterie Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 Seite 45

Systematik der Transpondersysteme Technikbezogene Eigenschaften Transponder Radiofreq (UHF) Speicher 1 Bit Speicher x Byte Speicher x KByte Read only Read write Reichweite <1m Reichweite < 3m Reichweite < 10m Baugröße klein Baugröße mittel Baugröße groß Lesegeschw. niedrig Lesegeschw. mittel Lesegeschw. hoch Pulkerfassung ja Pulkerfassung nein Passiv, ohne Batterie (semi-)aktiv, mit Batterie Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 Seite 46

Systematik der Transpondersysteme Technikbezogene Eigenschaften Transponder induktiv (LF, HF) Speicher 1 Bit Speicher x Byte Speicher x KByte Read only Read write Reichweite <1m Reichweite < 3m Reichweite < 10m Baugröße klein Baugröße mittel Baugröße groß Lesegeschw. niedrig Lesegeschw. mittel Lesegeschw. hoch Pulkerfassung ja Pulkerfassung nein Passiv, ohne Batterie (semi-)aktiv, mit Batterie Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 Seite 47

RFID Performance und Auswahl 125 khz 868 MHz 13.56 MHz 2.45 GHz Die Performance eines RFID- Systems ergibt sich aus der erzielbaren Reichweite, der Speicherkapazität der Datenträger und den benötigten Sicherheitsanforderungen. Innerhalb dieser Parameter ist fast jede Kombination möglich und muss auf die speziellen Anforderungen des Nutzers hin abgestimmt werden. Kapitel: Einleitung online unter www.woelker.info 48

Sie haben Fehler gefunden oder Verbesserungsvorschläge? Schicken Sie mir eine Mail, damit alle etwas davon haben. Kontakt Prof. Dr. Martin Wölker Fachhochschule Kaiserslautern, Campus Pirmasens Carl-Schurz-Str. 10 16, A006, 66953 Pirmasens Martin.Woelker@fh-kl.de T: +49 6331 / 2483 965 F: +49 6331 / 2483 44 M: +49 173 / 28 29 0 25 Prof. Dr. Martin Wölker Auto-ID RFID vers. 1.0 vom Juni 2011 Seite 49