Hệ thống RFID và NFC: Nguyên lý hoạt động và ứng dụng

RFID và NFC được sử dụng trong hàng chục ngành công nghiệp và lĩnh vực: thanh toán không tiếp xúc, theo dõi tài sản, theo dõi vị trí, tiếp thị, quản lý hàng tồn kho, v.v. Bài viết này nhằm mục đích làm sáng tỏ sự khác biệt giữa hai công nghệ này, lợi ích của chúng đối với doanh nghiệp và các ứng dụng của chúng.

RFID và NFC là gì?

Nhận dạng bằng tần số vô tuyến (Radio-frequency Indentification, viết tắt là RFID) là một công nghệ truyền thông không dây có thể xác định duy nhất các đối tượng bằng sóng vô tuyến. Hệ thống RFID bao gồm đầu đọc, thẻ và phần mềm điều khiển hoạt động của hệ thống và lưu trữ dữ liệu nhận được nếu cần thiết.

Đầu đọc gửi tín hiệu đến thẻ. Thẻ truyền thông tin ID trở lại đầu đọc. Sau đó, dữ liệu có thể được truyền đến cơ sở dữ liệu để lưu trữ hoặc phân tích.

Chú tích: Ảnh mô tả máy đọc RFID nhận thông tin phản hồi từ thẻ RFID và chuyển thông tin đến Cơ sở dữ liệu hoặc ứng dụng

Giao tiếp trường gần (Near field communication, viết tắt là NFC) phát triển từ RFID. Nó có thể được coi là một tập hợp con của nhận dạng bằng tần số vô tuyến. Không giống như RFID, hệ thống NFC là máy phát từ tính thay vì máy phát vô tuyến. Chúng bao gồm các yếu tố tương tự: một trình khởi tạo (đầu đọc), một mục tiêu (thẻ) và phần mềm. Trong thực tế, chúng hoạt động giống như hệ thống RFID.

Chú thích: Bức ảnh cho thấy cách đầu đọc NFC và thẻ NFC tương tác thông qua cảm ứng từ.

Hệ thống RFID so sánh với hệ thống NFC

Nhận dạng bằng tần số vô tuyến (RFID) và giao tiếp trường gần (NFC) có nguyên lý hoạt động và ứng dụng tương tự. Tuy nhiên, đặc điểm của chúng khác nhau, khiến chúng đặc biệt phù hợp với các lĩnh vực khác nhau

Chú thích: Bảng so sánh tính năng giữa RFID và NFC

Tầm hoạt động

Tầm hoạt động của hầu hết các thiết bị RFID dân dụng không vượt quá 3-5 mét. Mặt khác, chúng không yêu cầu thẻ phải nằm trong tầm nhìn của đầu đọc. Tầm hoạt động của các thiết bị NFC cực kỳ ngắn: 1-10 cm. Và thẻ phải nằm trong tầm nhìn của trình khởi tạo.

Loại giao tiếp

Nhận dạng bằng tần số vô tuyến chỉ có thể thực hiện truyền thông một chiều. Đầu đọc nhận dữ liệu từ thẻ nhưng không phản hồi lại. Các thiết bị NFC có thể hoạt động như cả đầu đọc và thẻ, bằng cách chuyển đổi vai trò. Nói cách khác, chúng có khả năng truyền thông hai chiều và có thể trao đổi thông tin.

Tốc độ truyền dữ liệu

Giao tiếp trường gần khá chậm. Tốc độ truyền dữ liệu của nó không vượt quá 424 kbit/s. Các thiết bị nhận dạng bằng tần số vô tuyến thường nhanh hơn. Bên cạnh đó, đầu đọc RFID có thể quét nhiều thẻ cùng lúc, không giống như đầu đọc NFC.

Kiểu dữ liệu

Thẻ RFID chỉ có thể lưu trữ thông tin ID đơn giản. Thẻ NFC có thể lưu trữ các loại dữ liệu khác nhau và có bộ nhớ lớn hơn, khiến chúng phù hợp cho các giao dịch thanh toán.

Ứng dụng của hệ thống RFID và NFC

Chú thích: Những ứng dụng phổ biến của hệ thống RFID

Các ứng dụng điển hình của RFID

• Kiểm soát truy cập: Công nghệ RFID thường được sử dụng trong bảo mật. Thẻ và huy hiệu có gắn thẻ cho phép truy cập vào máy tính, khu vực hạn chế, v.v.
• Hệ thống vị trí thời gian thực: Với các thiết bị nhận dạng bằng tần số vô tuyến, người ta có thể theo dõi vị trí của nhân viên, khách hàng, công cụ, hàng hóa và các tài sản khác trong thời gian thực.
• Logistics và chuỗi cung ứng: Một số loại thẻ RFID dễ đọc ngay cả khi chúng di chuyển. Do tính năng này, chúng được sử dụng trong hệ thống theo dõi xe cộ và hàng hóa.
• Quản lý hàng tồn kho: Với nhận dạng bằng tần số vô tuyến, việc kiểm kê hàng tồn kho trở nên nhanh hơn nhiều. Công nghệ này cũng hữu ích cho các nhà bán lẻ muốn theo dõi tài sản tại nhiều điểm bán hàng.
• Theo dõi động vật: Một số thiết bị RFID sử dụng tần số có thể xuyên qua nước trong cơ thể động vật. Điều này làm cho chúng hoàn hảo cho các giải pháp theo dõi động vật.
• Tiếp thị: Các chuyên gia tiếp thị tìm thấy những cách sáng tạo để tận dụng lợi thế từ công nghệ này. Nó được sử dụng trong các poster quảng cáo, vật phẩm thông minh, ứng dụng di động, v.v.
• Truy cập xe cộ: Người ta có thể bảo vệ xe hơi của họ khỏi những tên trộm bằng các bộ khởi động RFID, thiết bị cố định và hệ thống nhập cảnh.
• Phòng chống trộm cắp: Thẻ RFID được gắn vào quần áo trong các cửa hàng để ngăn chặn hành vi trộm cắp.
• Tính giờ cuộc đua: Thẻ được gắn vào đồng phục thể thao. Nó cho phép quản trị theo dõi người tham gia và thời gian chính xác họ vượt qua vạch đích.

Chú tích: Những ứng dụng thông dụng điển hình của hệ thống NFC

Những ứng dụng điển hình của NFC

Thanh toán không tiếp xúc: Vì giao tiếp trường gần có phạm vi rất ngắn nên tín hiệu của nó khó có thể bị đánh chặn. Điều này làm cho công nghệ này an toàn cho các khoản thanh toán không tiếp xúc.

Trao đổi dữ liệu: NFC có khả năng truyền thông hai chiều, cho phép hai thiết bị trao đổi dữ liệu.

Kiểm soát truy cập: Giao tiếp trường gần cũng được sử dụng để truy cập không cần chìa khóa vào xe cộ hoặc khu vực hạn chế.

Chăm sóc sức khỏe: Công nghệ NFC được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe. Thẻ NFC cho phép nhân viên theo dõi tình trạng và hồ sơ của bệnh nhân, kiểm tra lịch trình và truy cập thiết bị cần thiết.

Vé thông minh: Vé thông minh sử dụng giao tiếp trường gần để cho phép truy cập vào phương tiện công cộng, buổi hòa nhạc, phim ảnh, v.v.

Sản xuất và hậu cần: Thẻ có thể được sử dụng để xác định sản phẩm ở các giai đoạn khác nhau: sản xuất, đóng gói, vận chuyển, v.v. Chúng cũng có thể hữu ích cho hậu cần.

Tiếp thị: Nhiều điện thoại thông minh có mô-đun NFC. Các nhà tiếp thị tận dụng lợi thế từ thực tế này bằng cách quảng cáo sản phẩm và sự kiện thông qua NFC, cung cấp phiếu giảm giá và chiết khấu hoặc dẫn dắt người mua tiềm năng đến các trang web, blog và video.

Cả hệ thống RFID và NFC đều được sử dụng trong các ứng dụng không ngờ tới. Chúng được sử dụng để theo dõi hành lý tại sân bay, tìm bóng trên sân golf và thậm chí theo dõi thực phẩm “từ sản xuất đến đĩa”. Thẻ NFC được sử dụng trong các nhiệm vụ liên quan đến giặt là và theo dõi tài liệu. Một số công ty thậm chí còn gắn chip vi mô vào nhân viên để kiểm soát truy cập. Số lượng ứng dụng tiềm năng của các công nghệ này là rất lớn.

Chứng nhận hệ thống RFID và NFC

Thiết bị nhận dạng bằng tần số vô tuyến và giao tiếp trường gần là các bộ phát vô tuyến. Mặc dù có phạm vi hoạt động ngắn, chúng vẫn có thể gây nhiễu cho hoạt động của các thiết bị không dây khác. Do đó, các hệ thống này phải tuân thủ các tiêu chuẩn và quy định khác nhau.

Theo quy tắc, các hệ thống NFC và RFID mới phải tuân thủ các yêu cầu của FCC tại Hoa Kỳ và các yêu cầu CE RED tại Liên minh Châu Âu. Các thiết bị có thể yêu cầu các chứng nhận khác nữa: UL (có thể được yêu cầu bởi các nhà bán lẻ), California Proposition 65, ATEX, IECEx, IP, IK, ARC, v.v.

Các trường hợp ứng dụng NFC

Các trường hợp sau đây mô tả các ví dụ về việc sử dụng công nghệ NFC cho các mục đích khác nhau hoặc để bổ sung cho công nghệ khác.

Một trong những dự án như vậy là hệ thống tự động hóa nhà thông minh. Trong số những thứ khác, các nhà phát triển được yêu cầu thiết kế một hệ thống kiểm soát truy cập cho bảng điều khiển của nó. Ở đây họ đã sử dụng mô-đun NFC. Với thẻ hỗ trợ NFC, người dùng có thể nhanh chóng truy cập vào hệ thống.

Đây là một ví dụ khác về việc sử dụng NFC để bổ sung cho một hệ thống dựa trên công nghệ khác. Hệ thống được phát triển cho một nhà hàng. Nó bao gồm nhiều thiết bị không dây tạo thành mạng lưới. Các thiết bị được đặt trên bàn trong nhà hàng. Khi được kích hoạt, chúng sẽ gửi tín hiệu cho người phục vụ và thực hiện các chức năng khác.

Các thiết bị chạy bằng pin và cần sạc lại. Do đó, chúng thường xuyên được thay thế bằng các thiết bị khác. Mỗi thiết bị trong số chúng đều được trang bị đầu đọc NFC. Mỗi bàn đều có gắn thẻ NFC. Khi một thiết bị mới được đặt trên bàn, nó sẽ đọc thẻ và tự động thay đổi cài đặt vị trí của nó. Nói một cách đơn giản, thiết bị hiểu ngay rằng nó đang được đặt trên bàn nào.

Trường hợp sau đây là một ví dụ khác về ứng dụng không chuẩn của công nghệ NFC, đặc biệt là cho định hướng và trò chơi dựa trên vị trí. Thẻ NFC được đặt trên các điểm kiểm soát và có thể đọc được bằng đầu đọc đặc biệt. Đầu đọc truyền thông tin đến quản trị viên và xác nhận rằng những người tham gia đã đến điểm.

Chú thích: Hệ thống NFC được sử dụng cho các sự kiện định hướng và trò chơi dựa trên vị trí.

Trong trường hợp này, nhóm đã phải rất chú ý đến đầu đọc để làm cho nó chống nước và chống sốc. Họ cũng triển khai các chức năng bổ sung như định vị địa lý, nút khẩn cấp, v.v

Những hệ thống có thể thay thế RFID và NFC

Có những công nghệ tìm thấy các ứng dụng tương tự hoặc giống hệt như RFID và NFC. Đối với ứng dụng theo dõi tài sản và quản lý hàng tồn kho, người ta có thể sử dụng mã vạch và mã QR. Những công nghệ này là tiền thân của nhận dạng bằng tần số vô tuyến và giao tiếp trường gần trong lĩnh vực này. Mặc dù có một số nhược điểm, chúng rẻ hơn. Một lựa chọn thay thế khác là chip ID có dây.

Wi-Fi, BLE, Zigbee và Z-Wave đôi khi được sử dụng để theo dõi vị trí, điều này hơi xa lạ. Các lĩnh vực ứng dụng phổ biến nhất của chúng bao gồm tự động hóa nhà và giải trí. Chúng có phạm vi hoạt động rộng hơn và tốc độ truyền dữ liệu cao hơn. Trong trường hợp của WiFi, người ta có thể tận dụng lợi thế của cơ sở hạ tầng hiện có để tiết kiệm tiền.

Các lựa chọn thay thế cho NFC và RFID này thiếu sự nhỏ gọn và yêu cầu nguồn điện (không giống như thẻ RFID thụ động, chẳng hạn). Ngoài ra, RFID và NFC thường không yêu cầu các phương pháp bảo mật phức tạp. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, các lựa chọn thay thế được đề cập ở trên có thể thay thế RFID và NFC.

5 điều cần cân nhắc khi chọn thẻ RFID và NFC

Khoảng cách đọc

Khoảng cách mà đầu đọc có thể quét thẻ phụ thuộc vào hai yếu tố: dải tần số mà thiết bị sử dụng và công suất máy thu phát. Trong khi thẻ NFC chỉ hoạt động ở tần số 13,56 MHz, thẻ RFID hoạt động ở các băng tần khác nhau: chủ yếu ở tần số thấp, tần số cao và tần số cực cao. Nhìn chung, tần số càng cao, phạm vi hoạt động càng dài. Nhưng điều này, đến lượt nó, làm giảm khả năng của sóng vô tuyến xuyên qua một số vật liệu nhất định.

Phạm vi của thiết bị có thể được tăng lên với các thẻ chủ động và bán chủ động có nguồn điện riêng. Tuy nhiên, điều này sẽ yêu cầu thay pin thường xuyên.

Nội dung của các đối tượng được gắn thẻ và thành phần của chúng

Phạm vi đọc cũng phụ thuộc vào các vật liệu mà các vật phẩm được gắn thẻ được làm bằng và chúng chứa gì. Đặc biệt, chất lỏng làm giảm khả năng đọc thẻ. Hầu hết các thẻ RFID không hoạt động khi được đặt trên bề mặt kim loại. Những vật phẩm như vậy sẽ yêu cầu các thẻ chống kim loại đặc biệt. Hãy lưu ý điều này khi chọn thẻ cho hệ thống của bạn.

Kích thước và hình thức

Thẻ có nhiều kích cỡ và hình dạng. Một số trong số chúng khá lớn và đáng chú ý. Những thứ khác nhỏ và linh hoạt, cho phép chúng được gắn vào các tờ giấy và các bề mặt tương tự. Thẻ cũng sử dụng các phương pháp gắn kết khác nhau từ keo đến vít và đinh. Lưu ý rằng các thẻ có pin và ăng-ten lớn (và phạm vi lớn hơn) thường lớn hơn các thẻ thụ động có ăng-ten nhỏ.

Điều kiện môi trường

Giống như tất cả các thiết bị điện tử, thẻ rất nhạy cảm với các điều kiện môi trường: độ ẩm, nhiệt độ và độ lạnh, rung động, chất hóa học, v.v. Một số ứng dụng yêu cầu thẻ phải được đặt trong vỏ bọc chắc chắn. Nhưng nếu các thẻ được sử dụng trong môi trường nhẹ nhàng (ví dụ: để theo dõi sách trong thư viện), thì sự bảo vệ như vậy là quá mức.

Dung lượng bộ nhớ

Nếu cần ghi nhiều thông tin hơn vào thẻ, bạn có thể sử dụng thẻ có dung lượng bộ nhớ lớn hơn. Mặt khác, vấn đề có thể được giải quyết bằng cách kết hợp các thẻ có bộ nhớ thấp với cơ sở dữ liệu trực tuyến. Trong trường hợp này, thông tin bổ sung về mặt hàng có thể được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu.

Cuối cùng

Công nghệ RFID và NFC được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp từ bán lẻ đến sản xuất và hậu cần. Tính linh hoạt của các công nghệ cho phép các doanh nghiệp tìm thấy các ứng dụng bất thường và thậm chí phi thường cho các hệ thống như vậy. Chúng cho phép các doanh nhân đo lường hiệu quả của nhân viên, cải thiện bố trí mặt bằng cửa hàng của họ, biết họ có bao nhiêu tài nguyên có giá trị ở đâu và như thế nào, v.v.

Người ta có thể sử dụng các thành phần sẵn có để tạo ra hệ thống NFC hoặc RFID hoặc đặt hàng thiết kế tùy chỉnh từ công ty phát triển thiết bị điện tử cho các mục đích cụ thể.