- Eingebettete RFID-Lesegeräte sind für verschiedene Frequenzbereiche (LF, HF, UHF) erhältlich und können in unterschiedlichste Endgeräte integriert werden.
- Die Auswahl des Moduls sollte anhand von Lesereichweite, Empfindlichkeit und Anwendungsanforderungen erfolgen, um optimale Leistung sicherzustellen.
- Eingebettete Module profitieren von kompakter Integration, geringerem Stromverbrauch und höherer Kosteneffizienz gegenüber externen Lesegeräten.
- Die Kommunikation mit Host-Systemen erfolgt häufig über UART, was Flexibilität und einfache Vernetzung ermöglicht.
Eingebettete RFID-Lesegeräte sind kompakte, integrierte Geräte, die zum Lesen und Schreiben von in RFID-Tags gespeicherten Daten mithilfe von Funksignalen entwickelt wurden. Sie werden häufig in größere Systeme oder Produkte wie mobile Geräte, Industriemaschinen oder Kassenterminals eingebettet. Diese Lesegeräte ermöglichen die automatische Identifizierung und Verfolgung von Vermögenswerten durch die Kommunikation mit RFID-Tags und bieten eine effiziente Datenerfassung und -verwaltung in einer Vielzahl von Anwendungen, von der Logistik und Fertigung bis hin zum Einzelhandel und Gesundheitswesen.
Eingebettete Module für jede Frequenz
Auf dem Markt sind eingebettete Module für jede Frequenz erhältlich – LF, HF und UHF. Module, die für Geräte mit kurzer bis mittlerer Reichweite (LF, HF) entwickelt wurden, werden in der Regel in Etikettendrucker, Desktop-Lesegeräte, Kassensysteme (POS), tragbare Geräte und Zugangskontrollgeräte integriert.
Es gibt auch Module, die für Lesefunktionen mit großer Reichweite (UHF) ausgelegt sind. Diese Module verfügen über eine höhere Ausgangsleistung und Empfindlichkeit. Dank dieser Eigenschaften eignen sich die Module für die Integration in leistungsstarke Sleds und Handheld-Terminals, stationäre Lesegeräte, industrielle Lesestationen sowie automatische Verkaufsautomaten und Schränke.
Es ist wichtig, das richtige Modul für Ihre Anwendung auszuwählen. Bei CAEN RFID bieten wir eine große Auswahl an Modulen. Die Lepton3-Serie ist für Geräte mit kurzer bis mittlerer Reichweite ausgelegt, während die Lepton7-Serie über Lesefunktionen mit großer Reichweite verfügt. Diese Module sind in der Lage, Daten über große Entfernungen und in komplexen Umgebungen zu erfassen und können beispielsweise mehrere übereinander gestapelte Tags lesen. Die Wahl zwischen Lepton3, Lepton7 und Lepton9 sollte auf der Grundlage der Leistungsanforderungen getroffen werden. Dabei müssen Sie die Ausgangsleistung, die Geschwindigkeit und die Empfindlichkeit berücksichtigen. Diese Eigenschaften beeinflussen die Lesereichweite, die Fähigkeit, Tags in komplexen Umgebungen zu lesen, und die Lesegeschwindigkeit.
Stefano Coluccini – Geschäftsführer , CAEN RFID
Eingebettete Lesegeräte vs. externe RFID-Lesegeräte
Eingebettete RFID-Lesegeräte bieten gegenüber externen RFID-Lesegeräten mehrere Vorteile. Die drei Hauptvorteile sind kompakte Integration, geringer Stromverbrauch und höhere Kosteneffizienz.
Wir beobachten derzeit in vielen Anwendungen einen Trend zur Ersetzung von fest installierten Lesegeräten durch eingebettete Lesemodule. Dies liegt vor allem daran, dass eingebettete Lesegeräte eine skalierbarere Lösung bieten.
Stefano Coluccini – Geschäftsführer , CAEN RFID
Kompakte Integration
Eingebettete RFID-Lesegeräte sind kleine Geräte, die für den Einbau in eine Vielzahl von Produkten und Systemen konzipiert sind. Sie werden direkt in die vorhandene Hardware eingebaut, was im Vergleich zu externen Lesegeräten, die separate Hardware erfordern, Platz spart und Unordnung reduziert.
Die Module werden durch das Gehäuse des Endprodukts geschützt, in das sie eingebettet sind.
Bei Produkten und Systemen wie Schränken oder Verkaufsautomaten, bei denen in der Regel ausreichend Platz für das eingebettete Modul und die Antennen vorhanden ist, besteht die einzige Herausforderung darin, die beste Position für die Antennenplatzierung zu bestimmen, um optimale Lesewerte zu erzielen.
Auch Drucker bieten in der Regel ausreichend Platz für das eingebettete Modul und die Antenne. Die Größe der Antenne ist reduziert, damit sie Tags aus sehr kurzer Entfernung lesen und beschreiben kann. In diesem Fall besteht die Herausforderung darin, das Lesen und Beschreiben jeweils nur eines Tags zu ermöglichen. Das Lesegerät muss vermeiden, mehrere Tags mit demselben Code zu programmieren. Um dies zu gewährleisten, muss die Antenne sorgfältig positioniert werden. In solchen Szenarien wird häufig ein kundenspezifisches Antennendesign verwendet.
Bestehende Handheld-Geräte und Wearables verfügen nur über begrenzten Platz. Dieser reicht in der Regel nicht aus, um sowohl das eingebettete Modul als auch die Antenne unterzubringen. In diesem Fall ist ein neues Gehäuse oder eine neue Einhausung des Geräts erforderlich.
Geringerer Stromverbrauch
Ein weiterer Vorteil von eingebetteten RFID-Lesegeräten ist, dass sie in der Regel weniger Strom verbrauchen. Dies macht sie ideal für mobile und Handheld-Geräte, bei denen die Batterielebensdauer oft ein Problem darstellt, im Gegensatz zu einigen externen Lesegeräten, die möglicherweise mehr Strom benötigen.
Die meisten eingebetteten Module haben einen großen Spannungsbereich (3,2 V bis 5,25 V DC). Dadurch können sie direkt an Lithium-Batterien angeschlossen werden.
Für Module mit einem engeren Spannungsbereich können wir Tipps zum Schaltungsdesign geben, um das gleiche Ergebnis in der Hardware des Kunden zu erzielen.
Stefano Coluccini – Geschäftsführer , CAEN RFID
Erhöhte Kosteneffizienz
Die Integration von RFID-Lesegeräten in bestehende Geräte reduziert die Kosten für die Anschaffung und Wartung separater externer Geräte, was zu einem optimierten Systemdesign und niedrigeren langfristigen Betriebskosten führt.
Eingebettete Lesegeräte sind im Vergleich zu fest installierten Lesegeräten wesentlich kostengünstiger. Dies macht sie zu einer skalierbareren Option in Bezug auf Kostensenkungen bei der Massenproduktion.
Kommunikation zwischen RFID-Lesegerät und Host-System
Wie andere elektronische Komponenten müssen auch eingebettete Lesegeräte direkt an Mikrocontroller angeschlossen werden. In diesem Szenario ist die Auswahl einer geeigneten Kommunikationsschnittstelle auf wenige Optionen beschränkt, darunter I2C, SPI und Serial UART.
Wir haben uns für die serielle UART-Schnittstelle entschieden, da sie sowohl mit dem eingebetteten Mikroprozessor als auch mit komplexeren CPU-Boards hochkompatibel ist. Außerdem lässt sich UART leicht in USB umwandeln, um beispielsweise eine direkte Verbindung mit einem PC oder einem ähnlichen Gerät herzustellen. Tatsächlich erwarten wir die Veröffentlichung von Adapterplatinen mit USB-C-Anschlüssen, um den Einsatz von eingebetteten Lesegeräten in verschiedenen Anwendungen weiter zu vereinfachen.
Stefano Coluccini – Geschäftsführer , CAEN RFID
Wie lässt sich die Leistung eingebetteter Lesegeräte steigern?
Lesereichweite, Empfindlichkeit, Lesegenauigkeit und Zuverlässigkeit
Die Lesereichweite von eingebetteten Modulen hängt von bestimmten Parametern ab. Dazu gehören die Ausgangsleistung, die Empfindlichkeit, der Antennengewinn und die Platzierung sowie der RFID-Tag. Die wichtigste Methode, um die Lesereichweite zu ändern, nachdem der Leser bereits ausgewählt und installiert wurde, besteht darin, die Ausgangsleistung des Moduls konfigurierbar zu machen. Dies ist beispielsweise bei Modulen von CAEN RFID der Fall.
Die Empfindlichkeit ist ein weiterer wichtiger Parameter, insbesondere für Anwendungen in anspruchsvollen Umgebungen. Für jedes Modul gibt es verschiedene Empfindlichkeitsstufen, von -72 dBm über -85 dBm bis -90 dBm. Kunden sollten das Modul mit der Empfindlichkeitsstufe wählen, die ihren Anwendungsanforderungen am besten entspricht. Für anspruchsvolle Umgebungen sollten Module und Tags mit hoher Empfindlichkeit ausgewählt werden. In metallischen Umgebungen sollten On-Metal-Tags ausgewählt werden.
Zu den allgemeinen Strategien, die bei der Platzierung der Antenne zu berücksichtigen sind, gehört die Verwendung von Keramikantennen. Diese Antennen sind kompakt und leistungsstark. Weitere Strategien sind die Platzierung der Antennen in ausreichender Entfernung von Metallteilen und die Abstimmung der Antennen auf das Gehäusematerial. Durch die Anwendung einer dieser Strategien können Kunden eine optimale Leseleistung sicherstellen.
Eingebettete Module und Sicherheit
Sind Authentifizierungs- und Verschlüsselungsmechanismen erforderlich?
Eingebettete Module sind einfache Lesegeräte ohne große Rechenleistung. Sie kommunizieren die erfassten Daten lokal auf der Platine mit dem Controller des Endprodukts. Aus diesem Grund ist keine Verschlüsselung oder Authentifizierung erforderlich. Diese Funktionen sind nur wichtig, wenn die Daten über ein Netzwerk an Server übertragen werden. Bei einem eingebetteten Lesegerät ist dies nicht der Fall.
Elektromagnetische Verträglichkeit und Normen
Internationale Normen wie ISO/IEC, ETSI, FCC und GS1 sind wichtig, um die elektromagnetische Verträglichkeit, Leistung und Einhaltung gesetzlicher Vorschriften von RFID-Lesegeräten sicherzustellen.
Alle unsere Module wurden sorgfältig entwickelt, um internationale Sicherheitsvorschriften wie ETSI und FCC einzuhalten. Dies garantiert die EMV-Kompatibilität sowie die Einhaltung der Vorschriften für Hochfrequenzsignale.
Stefano Coluccini – Geschäftsführer , CAEN RFID
Nachrüstung und Wartung
Die Wartung von eingebetteten Lesegeräten
Eingebettete RFID-Lesegeräte sind Geräte, die mit jeder anderen elektronischen Komponente vergleichbar sind. Das bedeutet, dass sie nur minimale oder gar keine Wartung erfordern.
Strategien für die Nachrüstung
Der Austausch und die Aufrüstung von Modulen zur Nachrüstung bestehender Systeme kann eine Neugestaltung der Hardware und/oder Software erfordern. Wenn die Module jedoch denselben Formfaktor haben und dasselbe Kommunikationsprotokoll verwenden, können sie ohne großen Aufwand ausgetauscht werden.
Wir haben unsere Module so konzipiert, dass der Aufwand für die Nachrüstung minimiert wird. Die SMD-Versionen der Lepton-Module von CAEN RFID haben die gleichen Abmessungen und Pinbelegungen wie die Module Impinj RS500 und RS1000. In diesem Fall muss lediglich die Steuerungssoftware angepasst werden. Seitens des Kunden sind keine Hardware-Änderungen erforderlich.
Das Lepton3-Modul von CAEN RFID kann ohne großen Aufwand durch das leistungsstärkere Lepton7-Modul ersetzt werden, da beide den gleichen Formfaktor und das gleiche Kommunikationsprotokoll haben. Das bedeutet, dass das neue Modul einfach an Ort und Stelle eingelötet werden kann, ohne dass weitere Änderungen an der Hardware und Software erforderlich sind.
Stefano Coluccini – Geschäftsführer , CAEN RFID
Anpassung von Modulen für spezifische Anwendungen
Eingebettete Lesemodule sind voll ausgestattete Lesegeräte, die sich für viele Anwendungen eignen. APIs und Bibliotheken in den gängigsten Programmiersprachen und -umgebungen, die von den Herstellern der Lesegeräte bereitgestellt werden, ermöglichen es Entwicklern, maßgeschneiderte Lösungen für die jeweilige Anwendung zu erstellen.
Manchmal ist ein bestimmtes Verhalten in der Firmware eines Moduls oder sogar eine bestimmte Hardwarekomponente erforderlich, wie beispielsweise eine andere Kommunikationsschnittstelle oder ein anderer Formfaktor. In diesem Fall ist es wichtig, die Kundenanforderungen zu bewerten und detaillierte Spezifikationen zu vereinbaren. Die Projektdimensionen müssen sorgfältig bewertet werden, um die erforderlichen Änderungen oder ein neues Design des Moduls vorschlagen zu können.
Eingebettete Lesegeräte in intelligenten Fabriken und IIoT
Die RFID-Technologie wird für viele Anwendungen in der Fertigung unverzichtbar. Ein spezielles Gerät wie ein RFID-Lesegerät für den Betrieb ist keine skalierbare Lösung. Eingebettete Technologien hingegen sind skalierbar, da sie in alltägliche Werkzeuge und Geräte eingebettet werden können.
Die Zukunft eingebetteter Lesegeräte
Technologischer Ausblick
Die RFID-Technologie ist derzeit auf dem Markt recht stabil. Einer der Schlüsselfaktoren für den Erfolg von RFID ist die Standardisierung. Anstatt neue Features und Funktionen für neue Anwendungen zu entwickeln, wird eine größere Auswahl an Formfaktoren immer wichtiger. Dies würde die Implementierung in einer größeren Bandbreite von Geräten und Ausrüstungen ermöglichen.
Eine weitere mögliche Entwicklung ist die Reduzierung des Strombedarfs. Das Ziel ist eine längere Batterielebensdauer bei mobilen Geräten. Eingebettete Technologien sollten auch verschiedene Kommunikationsschnittstellen unterstützen.
