UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA
DESARROLLO DE UN SISTEMA DE SEGURIDAD PARA
PARQUEADEROS BASADO EN TECNOLOGÍA RFID
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO MECATRÓNICO
IVAN UZIEL PÉREZ FIALLOS
DIRECTOR: ING. MARCELA PARRA PINTADO MSC.
ii © Universidad Tecnológica Equinoccial. 2012
iii
DECLARACIÓN
Yo IVAN UZIEL PEREZ FIALLOS, declaro que el trabajo aquí escrito es de mi autoría; que no ha sido presentado para ningún grado o calificación profesional; y que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
_____________________________________ IVAN UZIEL PEREZ FIALLOS
iv
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título Desarrollo de un sistema de parqueadero basado en tecnología RFID, que para aspirar al título de Ingeniero Mecatrónico fue desarrollado por Ivan Uziel Pérez Fiallos, bajo la dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 18 y 25.
_______________________________ Ing. Marcela Parra Pintado MSC:
v
AGRADECIMIENTO
Quiero agradecer primeramente a Dios porque sé que sin la ayuda de El este trabajo no se hubiera realizado.
A mis padres, quienes me apoyaron moral y económicamente desde el principio hasta el final de la carrera.
A la Ing. Marcela Parra, mi directora de tesis, por ser el faro que me guiaba hasta cumplir el objetivo.
vi
DEDICATORIA
Dedico este proyecto a mis padres Iván Pérez y Amareliz Fiallos, por ser quienes me ayudaron a cumplir con mis metas y realizarme como profesional.
A mis hermanos Keysha y Ricardo, a quienes aprecio mucho y me han ayudado de alguna manera.
vii
ÍNDICE GENERAL
PÁGINA
Contenido
ÍNDICE DE CONTENIDO……… ……… ii
ÍNDICE DE TABLAS ...vi
ÍNDICE DE FIGURAS ...vii
NOMENCLATURA O GLOSARIO ix
ÍNDICE DE ANEXOS ...xi
RESUMEN ... xii
viii
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
Tabla de contenido
1.-INTRODUCCIÓN ... 1
1.1. ANTECEDENTES ... 3
1.2. IMPORTANCIA DEL ESTUDIO ... 3
2.- MARCO TEÓRICO ... 5
2.1. TECNOLOGÍA RFID ... 6
2.1.1 HISTORIA Y EVOLUCIÓN DEL RFID ... 7
2.2. ARQUITECTURA DE UN SISTEMA RFID ... 8
2.2.1. IDENTIFICACIÓN POR RADIO FRECUENCIA ... 8
2.2.2. Funcionamiento ... 8
2.2.3. ELEMENTOS DE UN SISTEMA RFID ... 11
2.2.3.1. Lectores RFID ... 11
2.2.3.2. Antenas ... 13
2.2.3.3. Tag o Transponder ... 15
2.3. TIPOLOGÍA DE LOS TAG RFID... 17
2.3.1. TIPOS DE TAG SEGÚN SU FUENTE DE ENERGÍA ... 17
2.3.1.1 Tags activos ... 17
2.3.1.2. Tags semipasivos ... 20
2.3.1.3. Tags Pasivos ... 20
2.3.2. TIPOS DE TAG SEGÚN SU MEMORIA INCORPORADA ... 22
2.3.3. TIPOS DE TAGS SEGÚN SU CLASE ... 22
2.4. CLASIFICACIÓN ... 23
2.5. CÓDIGOS Y MODULACIONES ... 23
2.6. ESTANDARIZACIÓN ... 28
2.7. SISTEMA DE CONTROL DE PARQUEADERO ... 31
2.7.1. SISTEMA DE PARQUEADERO ... 31
ix 2.7.3. CONTROL DE PARQUEADERO MANUAL PARA LA
CALCULACIÓN DE TARIFAS Y GENERACIÓN DE VARIOS TIPOS DE
TIQUETES ... 33
2.7.4. CONTROL DE PARQUEADERO OCR (RECONOCIMIENTO ÓPTICO DE CARACTERES) ... 33
2.8. SISTEMA DE PARQUEADERO CON RFID ... 34
2.8.1. RFID (IDENTIFICACIÓN POR RADIOFRECUENCIA) ... 34
2.8.2. APLICACIÓN DE ADMINISTRACIÓN ... 35
2.9. ESPECTRO RADIOELÉCTRICO ... 36
2.10. EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO Y EL ESPECTRO RADIOELÉCTRICO. ... 40
2.11. COMUNICACIÓN POR RADIOFRECUENCIA ... 42
2.12. MICROCONTROLADOR ... 43
2.12.1. DIFERENCIA ENTRE MICRO CONTROLADOR Y MICROPROCESADOR ... 44
2.12.2. PIC (PERIPHERAL INTERFACE CONTROLLER) ... 44
2.13. COMUNICACIÓN SERIAL ... 45
2.13.1 PUERTO PARALELO ... 45
2.14. UART ... 47
2.14.1 COMPROBACIÓN DE LA UART... 48
2.15. COMUNICACIÓN SERIAL MEDIANTE USART (UNIVERSAL SYNCHRONOUS/ASYNCHRONOUS RECEIVER-TRANSMITTER) ... 48
2.15.1. TERMINALES:... 49
2.16. USB (BUS UNIVERSAL EN SERIE) ... 50
2.17. SISTEMAS DE GESTIÓN DE BASES DE DATOS ... 51
2.17.1. TIPOS DE SISTEMAS DE INFORMACIÓN ... 52
2.17.1.1. Sistemas de información orientados al proceso ... 52
2.17.1.2. Sistemas de información orientados a los datos (bases de datos) ... 54
2.17.2. OBJETIVO DE LOS SISTEMAS GESTORES DE BASES DE DATOS. ... 56
2.17.3. ALGUNOS SISTEMAS GESTORES DE BASES DE DATOS ... 57
2.18. LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN ORIENTADA A OBJETOS .... 58
2.19. ARDUINO ... 59
2.19.1. ¿CÓMO FUNCIONA UN DISPOSITIVO ARDUINO? ... 60
3. METODOLOGÍA Y MATERIALES ... 61
3.1. LECTOR UHF RFID ... 62
x
3.3. BASE DE DATOS POSTGRESQL ... 63
3.3.1 POSTGRESQL Y LA ORIENTACIÓN A OBJETOS ... 65
3.3.2 ACCESO A UN SERVIDOR POSTGRESQL ... 66
3.4. LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN C# ... 67
3.5. ANTENA UHF RFID ... 69
4.- ANÁLISIS DE RESULTADOS ... 71
4.1. HARDWARE (LECTOR Y ANTENA RFID) ... 74
4.1.1 LECTOR RFID ... 74
4.2. BASE DE DATOS ... 74
4.3. ADMINISTRACIÓN ... 79
4.3.1. AGREGAR DATOS DE CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA ... 79
4.3.2. MANIPULACIÓN DE AUTOS ... 82
4.3.3. MANIPULACIÓN DE AUTOS ROBADOS ... 86
4.3.4. MANIPULACIÓN DE USUARIO ... 91
4.4. GENERACIÓN DE REPORTES ... 96
4.4.1. REPORTES DE AUTOS ... 96
4.4.2. REPORTE DE AUTOS ROBADOS ... 97
4.4.3. REPORTE DE USUARIOS ... 98
4.4.4. REPORTE DE SALIDAS ... 98
4.4.5. REPORTE DE ENTRADAS ... 99
4.5. CONTROL DE ENTRADAS Y SALIDAS ... 101
5.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 105
5.1. CONCLUSIONES ... 106
5.2. RECOMENDACIONES ... 107
BIBLIOGRAFÍA ... 108
xi
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 1: Clasificación de RFID por el rango de Frecuencia ... 23
Tabla 2: Regulación de RF para Ecuador ... 30
Tabla 3: División de espectros ... 41
Tabla 4: División de bandas del espectro por Radiofrecuencia ... 42
Tabla 5: Conector "Loopback" para DB9 ... 48
Tabla 6: Sistemas de Gestión de bases de datos ... 57
Tabla 7: Especificaciones del Lector RFID ... 62
Tabla 8: Tipos de datos ... 66
Tabla 9: Especificaciones Antena UHF RFID ... 70
Tabla 10: Contiene los usuarios que pueden manipular el sistema. ... 75
Tabla 11: Datos de los autos que tienen acceso al parqueadero. ... 75
Tabla 12: Autos reportados como robados. ... 77
Tabla 13: Autos que entran al parqueadero. ... 78
Tabla 14: Autos que salen del parqueadero ... 78
Tabla 15: Datos del parqueadero. ... 78
Tabla 16: Datos del Parqueadero ... 80
Tabla 17: Datos del Auto y Propietario ... 82
Tabla 18: Datos del Auto Robado y Propietario ... 87
xii
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1: Emisión de la señal de baja potencia del lector ... 8
Figura 2: Entrada del transponder en el campo magnético ... 9
Figura 3: Envió de datos por parte del transponder ... 9
Figura 4: Proceso de datos hacia el lector ... 10
Figura 5: Lector RFID Fijos ... 12
Figura 6: Lector RFID Portátil ... 12
Figura 7: Lector RFID USB ... 13
Figura 8: Antena (a) Lineal (b) Omnidireccional... 15
Figura 9: Elementos que forman un tag ... 16
Figura 10: Diagrama de bloques del sistema RFID ... 24
Figura 11: Representación Gráfica de las Decodificaciones ... 25
Figura 12: El Sistema Integrado de Reconocimiento de Matrícula LPR ... 32
Figura 13: Control de Parqueadero OCR ... 34
Figura 14: Identificación por radiofrecuencia ... 35
Figura 15: Espectro Radioeléctrico ... 39
Figura 16: Comunicación por Radiofrecuencia ... 43
Figura 17: Microcontrolador ... 44
Figura 18: Conexión en serie ... 45
Figura 19: Conexión en Paralelo ... 46
Figura 20: Puertos Paralelos... 46
Figura 21: Diagrama Interno USART ... 49
Figura 22: Terminales ... 50
Figura 23: USB ... 51
Figura 24: Sistemas de Información orientados al proceso ... 53
Figura 25: Sistemas de información orientados a datos ... 54
Figura 26: Esquema del funcionamiento y utilidad de un sistema gestor de bases de datos ... 56
Figura 27: Placa Arduino ... 59
Figura 28: Lector RFID ... 62
xiii
Figura 31: Antena RFID ... 69
Figura 32: Bloques del sistema ... 73
Figura 33: Funcionamiento general del sistema ... 73
Figura 34: Algoritmo agregar configuración del sistema ... 81
Figura 35: Configuración del sistema ... 82
Figura 36: Esquema de manipulación de autos ... 83
Figura 37: Manipulación de autos ... 83
Figura 38: Algoritmo de creación o modificación de autos ... 84
Figura 39: Algoritmo eliminar autos ... 85
Figura 40: Algoritmo de búsqueda de autos ... 86
Figura 41: Esquema de autos robados ... 87
Figura 42: Autos robados ... 88
Figura 43: Algoritmo de creación o modificación de autos robados ... 89
Figura 44: Algoritmo para eliminar auto robado ... 90
Figura 45: Algoritmo búsqueda de autos robados ... 91
Figura 46: Esquema de Manipulación de usuarios del sistema ... 92
Figura 47: Algoritmo agregar o modificar usuarios del sistema ... 93
Figura 48: Algoritmo eliminar usuarios ... 94
Figura 49: Algoritmo para buscar usuarios ... 95
Figura 50: Esquema de reportes ... 96
Figura 51: Reporte de autos ... 97
Figura 52: Reporte autos robados ... 97
Figura 53: Reporte usuarios... 98
Figura 54: Reporte de salidas ... 99
Figura 55: Reporte entradas ... 99
Figura 56: Algoritmo para generar reportes de autos ... 100
Figura 57: Control de entrada y salida ... 101
Figura 58: Algoritmo de entrada al parqueadero ... 102
xiv
NOMENCLATURA O
GLOSARIO
RAM-CMOS Tipo de memoria que contiene información sobre la configuración del sistema.
Backscatter Reflejo de las ondas, partículas, o las
señales de vuelta a la dirección de la que procede.
EEPROM Tipo de memoria ROM que puede ser
programada, borrada y reprogramada eléctricamente.
ROM Memoria solo de lectura.
GUID Estándar para la colocación de la tabla de particiones en un disco duro físico.
EPC (lectronic product code) es un número único diseñado para identificar de manera inequívoca cualquier objeto.
UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) es una pieza de hardware que convierte datos entre paralelo y serial.
TX-RX Pin de transmisión y pin de recepción.
OSX Sistema operativo para computadoras Macintosh. LINUX Uno de los términos empleados para referirse a
la combinación del núcleo o kernel libre. C++ Lenguaje de programación.
BSD Es una licencia de software libre permisiva. Atmel Compañía de semiconductores.
DBMS ó SGBD (Database management system) es una
agrupación de programas que sirven para definir, construir y manipular una base de datos.
xv Interchange) es un código de caracteres basado en el alfabeto latino.
OCR (Reconocimiento Óptico de Caracteres) es un proceso dirigido a la digitalización de textos, los cuales identifican automáticamente a partir de una imagen símbolos o caracteres.
RAM (random-access memory) se utiliza como memoria de trabajo para el sistema operativo, los programas y la mayoría del software.
HUB Un dispositivo para compartir una red de datos o de puertos USB de un ordenador.
USB (Bus universal en serie) es un estándar industrial desarrollado en los años 1990 que define los cables, conectores y protocolos usados en un bus para conectar, comunicar y proveer de alimentación eléctrica entre ordenadores y periféricos y dispositivos electrónicos.
TOKEN Elemento individual en un lenguaje de programación.
XBee Nombre comercial de Digi International para una familia de módulos de radio.
AVR Familia de microcontroladores RISC del fabricante estadounidense Atmel.
. NET (network, internet) es un dominio de Internet genérico que forma parte del sistema de dominios de Internet.
C# Lenguaje de programación orientado a
objetos desarrollado y estandarizado por Microsoft como parte de su plataforma .NET. MMCX Conector coaxial.
xvi
ÍNDICE DE ANEXOS
xvii
RESUMEN
xviii
ABSTRACT
1
2 En las ciudades se ha incrementado el número de vehículos privados, de tal forma que han invadido los centros urbanos, superando la capacidad de la infraestructura vial existente y haciendo más difícil la circulación; generando demandas de espacios para estacionarse, siendo necesario reglamentar el estacionamiento en las calles, acondicionar lotes o construir nuevos edificios para satisfacer estas demandas. Es lógico que un conjunto de oficinas públicas y viviendas, generen gran demanda de estacionamiento. El error está en no preverlo, como sucede frecuentemente.
Una posible solución a la escasez de espacio disponible en el centro de las ciudades son los parqueaderos automatizados. Este tipo de estacionamientos permiten multiplicar el número de plazas de aparcamiento disponibles en un espacio limitado.
El concepto de este tipo de parqueadero tiene sus orígenes en la preocupación por la falta de espacio para estacionar vehículos en las grandes ciudades. A medida que pasa el tiempo la escasez de suelo disponible se agrava y la instalación de este tipo de sistemas resulta cada vez más usual.
La identificación por radiofrecuencia, RFID, por sus siglas en inglés (radio frequency identification), es un circuito de identificación inteligente inalámbrica en la cual un dispositivo lector o reader vinculado a un equipo de cómputo, se comunica a través de una antena con un transponder (también conocido como tag o etiqueta) mediante ondas de radio.
3 Las empresas hoy en día, implementan este sistema por la confiabilidad, rapidez y seguridad que proporciona en el manejo de información, dejando atrás los controles y registros que se elaboran de forma escrita, lo que incide a errores. (rfidpoint, 2013).
El concepto de estacionamiento viene de espacio físico donde se deja el vehículo por un tiempo indefinido cualquiera. En países europeos las instalaciones para el estacionamiento son construidas junto a edificios o en los sótanos para facilitar el movimiento de los usuarios y brindar seguridad a sus vehículos. (rfidpoint, 2013).
1.1. ANTECEDENTES
Los parqueaderos automatizados son sistemas de estacionamiento inteligentes orientados a fomentar el máximo confort del usuario, reducir las maniobras y a minimizar el espacio necesario por cada plaza de garaje.
El principal problema de los conductores en cualquier gran ciudad es donde aparcar, sobre todo cuando se está en el centro. Otra ventaja fundamental de este tipo de estacionamientos es la reducción de vehículos en la vía pública con el consiguiente ahorro de emisiones de CO2.
Existen muchos tipos de parqueaderos automatizados y en éste estudio haré referencia a la que para mí es la mejor tecnología.
1.2. IMPORTANCIA DEL ESTUDIO
4 También está dirigido a todos los usuarios de vehículos, para brindar un buen servicio a los parqueaderos y con el fin de mejorar el bienestar social. Se enfoca a un servidor (PC) donde se encuentran la base de datos que contiene toda la información del sistema a la cual se conecta una estación de trabajo la cual maneja la puerta de entrada y salida del parqueadero. Algunas de las características relevantes de los parqueaderos automatizados con RFID:
- Rentabilidad: No es necesario la contratación de personal para manejar las puertas del parqueadero. La inversión es considerablemente baja. - Tiempo: No se producen muchos cuellos de botella dado que la entrada y
salida de los vehículos depende de la lectura de la etiqueta colocada en el vidrio del automóvil.
- Control: El sistema nos brinda mediante sus reportes toda la información de usuarios, entradas y salidas del parqueadero.
La tecnología RFID hoy se hace presente en espacios tan cotidianos como los parqueaderos, permitiendo un mejor uso del espacio y la optimización del tiempo, esta tecnología sigue creciendo cada día y nos es una utopía pensar que en algunos años todos los automóviles tendrán un chip RFID ya que con esto podríamos lograr una trazabilidad de todos automóviles en la ciudad.
1.3. OBJETIVOS
1.3.1. OBJETIVO GENERAL
- Desarrollar e implementar un prototipo de sistema de reconocimiento de placas de autos basado en tecnología RFID.
1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS - Determinar los equipos a utilizar
5
6
2.1. TECNOLOGÍA RFID
La tecnología de Identificación por Radiofrecuencia RFID (RadioFrequency Identification) es, sin duda, una de las tecnologías de comunicación que ha experimentado un crecimiento más acelerado y sostenido en los últimos tiempos. Las posibilidades que ofrece la lectura a distancia de la información contenida en una etiqueta, sin necesidad de contacto físico, junto con la capacidad para realizar múltiples lecturas (y en su caso, escrituras) simultáneamente, abre la puerta a un conjunto muy extenso de aplicaciones en una gran variedad de ámbitos, desde la trazabilidad y control de inventario, hasta la localización y seguimiento de personas y bienes, o la seguridad en el control de accesos. (Ibáñez, 2008).
Sustituye al código de barras actualmente existente; ofrece además, un sistema único de localización en tiempo real a distancia que permite administrar parámetros referente al objeto que se encuentre identificando. (Villamar, 2009).
Algunas de sus aplicaciones en los sectores industriales son los siguientes:
- Control de calidad, producción y distribución.
- Localización y seguimiento de objetos.
- Control de accesos.
- Identificación de materiales. - Control de fechas de caducidad.
- Detección de falsificaciones. - Almacenaje de datos.
- Control de stocks.
- Automatización de los procesos de fabricación.
- Información al consumidor.
- Reducción de tiempo y coste de fabricación.
7
- Identificación y localización de animales perdidos. - Elaboración de censos de animales.
- Identificación y control de equipajes en los aeropuertos. - Inventario automático.
Este avance tecnológico aplicado a un parqueadero aportar una visión clara sobre las ventajas que conlleva la tecnología RFID; así también motivar a otros sectores industriales a conocer y aplicar esta innovadora tecnología. (Villamar, 2009).
2.1.1 HISTORIA Y EVOLUCIÓN DEL RFID
La primera aplicación para radiofrecuencia se la realizó en la Segunda Guerra Mundial. El país de Reino Unido, quiso identificar sus aviones de los enemigos. Se desarrolló una aplicación, que consistía en colocar un tag en las aeronaves aliadas; si el tag emitía la respuesta adecuada, se distinguía automáticamente una aeronave propia de una enemiga.
La tecnología RFID creció por los años 70. En 1973, Charles Watson patentó la tecnología: RFID actualmente conocida como pasiva. Varias empresas empezaron a desarrollar aplicaciones comerciales de RFID en el campo de control electrónico de artículos; para contrarrestar el robo. Este sistema antirrobo, es posiblemente el primer y más extendido uso comercial de la tecnología RFID en el mundo.
Posteriormente fueron desarrollados sistemas de identificación vehicular que fueron los primeros sistemas de telepeaje y de gestión de transporte.
8
2.2. ARQUITECTURA DE UN SISTEMA RFID
2.2.1. IDENTIFICACIÓN POR RADIO FRECUENCIA
Un sistema básico RFID está compuesto por:
Una etiqueta (tag) RFID, en su versión más simple formada por un chip y una antena, con la capacidad de ser programada con información. Se trata de un dispositivo con memoria (de tamaño variable, desde una pegatina a un paquete de tabaco), que puede ser adherido o incorporado a un producto, animal o persona.
Un sistema formado por un lector y una antena que interroga a la etiqueta de RFID. El sistema produce un campo electromagnético mediante el cual los datos son recibidos o transmitidos a las etiquetas RFID. (Pinto, 2009)
2.2.2. Funcionamiento
Desde aquí en adelante a la tarjeta del RFID la denominaremos transponder. El transponder y el lector de RFID, trabajan juntos. El lector emite una señal y el transponder la recibe y la activa. Ver Figuras 1 y 2.
9 Figura 2. Entrada del transponder en el campo magnético
(Grand-Flo, 2013)
La función del módulo RFID es emitir una señal de radio frecuencia de baja potencia creando un campo electromagnético. El campo electromagnético es emitido por el transceptor a través de una antena transmisora la misma que tiene la forma de una bobina. Este campo electromagnético es una señal “portadora” de potencia del lector dirigida hacia el transponder. Un transponder contiene una antena, también en forma de bobina, y un circuito integrado. El circuito integrado requiere de una pequeña cantidad de energía eléctrica para funcionar. La antena contenida en el transponder funciona como un medio para tomar la energía presente en el campo magnético producido por el módulo de RFID y la convierte en energía eléctrica para ser usada por el circuito integrado. Ver Figura 3.
Figura 3. Envió de datos por parte del transponder (Grand-Flo, 2013)
10
- De carga; en el que los transponders almacenan energía.
- Emisión: cada transponder envía su código utilizando la energía
almacenada en el proceso anterior.
Los dos procesos no actúan al mismo tiempo. El funcionamiento de este módulo de radio frecuencia se controla digitalmente para programar correctamente el proceso de carta y emisión de código.
Cuando el transponder está dentro del campo electromagnético producido por módulo RFID; la energía captada permite que el circuito integrado del transponder funcione; por lo que los datos contenidos en su memoria son transmitidos. Ver Figura 4.
Figura 4. Proceso de datos hacia el lector (Grand-Flo, 2013)
La antena del módulo RFID recupera la señal electromagnética del tag y la convierte en una señal eléctrica. El módulo procesa esta señal baja modulando los datos originales almacenados en la memoria del circuito integrado contenido dentro del tag. Cuando la señal pasa al proceso de demodulación, el módulo digital comprueba que los datos sean correctos para lo cual, realiza un proceso de validación. Cuando se hayan validado los datos; son decodificados y restructurados para transmitir en el formato requerido para el sistema.
11 2.2.3. ELEMENTOS DE UN SISTEMA RFID
2.2.3.1. Lectores RFID
Un lector RFID permite transmitir y recibir señales; convierte las ondas de radio de los tags en señales eléctricas capaces de transmitir al computador. Pueden suministrar energía a los tags RFID pasivos. Pueden ser unidades autónomas conectadas a antenas, unidades portátiles con antenas integradas, en placas miniatura montadas dentro de impresoras, o integrados en grandes dispositivos. El lector es sumamente necesario para:
- Transmitir energía al tag
- Recibe desde el tag los datos correspondientes a las comunicaciones
- Separa estos dos tipos de señales.
En la mayoría de los casos los lectores son capaces de leer y escribir a un tag. La función lector es leer los datos almacenados en el chip del tag. Mientras que la operación de la escritura: escribe los datos pertinentes. La comunicación de los tags se la puede realizar en diferentes frecuencias como: baja, alta, ultra alta, y de microondas.
Un lector tiene que estar conectado a través de cables de antenas para realizar la transmisión y recepción de señales. Pueden contar con antenas incorporadas o conectarse con módulos de lectura externos. También utilizan protocolos estándar de comunicación. (Bartolomé S, 2011).
Los lectores RFID se pueden agrupar en tres grupos:
- Lectores RFID fijos: Los lectores RFID fijos, no llevan antena incorporada
12 Figura 5. Lector RFID Fijos
(Auto-Id C, 2013)
- Lectores RFID portátiles: A los PDA, denominados asistentes digitales
computarizados portátiles, controlados por sistemas operativos estandarizados, pero el verdadero corazón de una PDA con RFID es el chip que lo gobierna que en el momento de escribir estas líneas el chip. Ver Figura 6.
Figura 6. Lector RFID Portátil (EAN Argentina, 2013)
- Lectores RFID de sobremesa y USB: Se utilizan para la lectura de corto
13 Figura 7. Lector RFID USB
(EAN Argentina, 2013)
2.2.3.2. Antenas
Las antenas están alojadas en recintos que son fáciles de montar, y suelen verse como racks protegidos. Debe ser colocada en una posición donde la transmisión de energía hacia la etiqueta, como la recepción de los datos emitidos sea óptima. Debido a que existen normativas que permiten cierto nivel de potencia de un lector: la ubicación es vital para alcanzar un óptimo grado de lectura. (Bartolomé S, 2011).
Hay tres características de las antenas que contribuyen a la correcta lectura de la etiqueta:
- Patrón: Campo de energía tridimensional creado por la antena. Esto es
también conocido como el área de lectura.
- Ganancia y atenuación: La ganancia de la antena de un lector es fijada
14
- Polarización: Se refiere a la orientación de la transmisión del campo
electromagnético. En general las antenas lineales proveen un rango de lectura más extenso, pero son más sensibles a la orientación de la etiqueta. Habitualmente son utilizadas en aplicaciones de lectura automática montadas sobre una cinta transportadora. La polarización circular es creada por una antena diseñada para irradiar energía RF en diferentes direcciones simultáneamente. La antena ofrece mayor tolerancia a distintas orientaciones de la etiqueta y una mejor habilidad para evitar obstrucciones. Estas virtudes implican, a su vez, la reducción del rango y el foco de lectura.
Se pueden conectar una o varias antenas al mismo lector, dependiendo de los requerimientos de la aplicación. Se selecciona una en base a la frecuencia y la aplicación específica (omni-direccional, direccional, etc.). Ver Figura 8. La conexión es la base para que no se debilite una señal; la misma que puede ocurrir por los siguientes factores:
- Pérdidas debido a la proximidad de metales o líquidos - Pérdida del cableado de la antena
- Perdida de la señal
- Proximidad con otros lectores / antenas - Variaciones ambientales
- Interferencia desde otras fuentes RF - Campos de corriente
15
(a) (b)
Figura 8. Antena (a) Lineal (b) Omnidireccional
(GrupoHasar, 2013)
Como se puede apreciar en la Figura 8. Las antenas lineales tienen un rango de lectura más extenso y son sensibles hacia la orientación de la etiqueta. Sin embargo las antenas omnidireccionales se pueden orientar en diferentes direcciones y una mejor habilidad de hallar obstrucciones.
En la mayoría de los casos, la ubicación de la antena no es una ciencia exacta, y son requeridos ajustes especiales para alcanzar rangos de lectura óptimos.
2.2.3.3. Tag o Transponder
16 El circuito que forma la etiqueta de bajo potencia maneja la conversión de energía, el control lógico, el almacenamiento y recuperación de datos y la modulación requerida para devolver los datos al lector. Ver Figura 9.
Figura 9. Elementos que forman un tag (GrupoHasar, 2013)
La cantidad de material conductivo utilizado y el tamaño de la antena determinan la sensibilidad de una etiqueta. Ésta es crucial para obtener buenos rangos de lectura y minimizar la influencia de los materiales a los que son aplicadas.
Las etiquetas están disponibles actualmente en cantidades industriales con varios formatos: como inlays puros, inlays con adhesivo de respaldo, insertados en etiquetas sin impresión, o como productos convertidos, donde está encapsulada dentro de plástico, caucho u otro material diseñado a medida, ya sea moldeado o laminado.
17 A medida que los estándares se adopten y crezca el nivel de utilización, existirán diversos proveedores alternativos de tags a menores costos en función de un mayor volumen de producción.
2.3. TIPOLOGÍA DE LOS TAG RFID
Hay una gran variedad de tipos de tags, siendo este elemento el más difícil de decidir según la aplicación que vayamos a realizar.
Podemos diferenciarlos según su fuente de energía (activo, semiactivo y pasivo), según su memoria (solo lectura, WORM – escribir una vez y leer muchas, lectura escritura programables, etc.) según los estándares que cumplen, su ciclo de vida, su tamaño, su distancia de lectura, etc.
2.3.1. TIPOS DE TAG SEGÚN SU FUENTE DE ENERGÍA
Los tags RFID según su fuente de energía pueden ser activos, semipasivos (también conocidos como semiactivos o asistidos por batería) o pasivos. (Actum, 2013).
2.3.1.1 Tags activos
18 efectivos a distancias mayores pudiendo generar respuestas claras a partir de recepciones débiles (lo contrario que los tags pasivos). Por el contrario, suelen ser mayores y más caros, y su vida útil es en general mucho más corta.
Muchos tags activos tienen rangos efectivos de cientos de metros y una vida útil de sus baterías de hasta 10 años. Algunos de ellos integran sensores de registro de temperatura y otras variables que pueden usarse para monitorizar entornos de alimentación o productos farmacéuticos. (Actum, 2013).
Otros sensores asociados con RFID incluyen humedad, vibración, luz, radiación, temperatura y componentes atmosféricos como el etileno. Además de mucho más rango (500 m), tienen capacidades de almacenamiento mayores y la habilidad de guardar información adicional enviada por el transceptor.
Actualmente, tienen un tamaño aproximado de una moneda y una duración de batería de varios años.
Características:
- Fuente de alimentación propia mediante batería de larga duración (generalmente baterías de litio / dióxido de manganeso)
- Distancias de lectura escritura mayor de 10m a 100m generalmente. - Diversas tecnologías y frecuencias.
- Hasta 868 MHz (UHF) o según estándares aplicados.
- 2,4 GHz muy utilizada (banda ISM, Industrial Scientific and Medical), la misma que para dispositivos wireless LAN 802.11b.
- Memoria generalmente entre 4 y 32 kB.
- Principales fabricantes: TagMaster, Identec Solutions, Siemens, Nedap, WhereNet, Bluesoft, Syris RFID.
19 La principal ventaja de los tags RFID activos respecto a los pasivos es el elevado rango de lectura, del orden de decenas de metros. Como desventajas, cabe destacar el precio, que es muy superior que los tags pasivos y la dependencia de alimentación por baterías. El tiempo de vida de las baterías depende de cada modelo de tag y también de la actividad de este, normalmente es del orden de años. Para facilitar la gestión de las baterías, es habitual que los tags RFID activos envían al lector información del nivel de batería, lo que permite sustituir con antelación aquellas que están a punto de agotarse.
Éstas proporcionan a los tag una alimentación en modo reposo en el cual la corriente consumida es muy pequeña 3uA generalmente y en modo de funcionamiento donde se consume 24mA estas baterías pueden durar desde 1 a 10 años lo que los hace más robustos, los más utilizados son los de litio y dióxido de manganeso como el CR2032 y el CR2320; a continuación se muestran las características técnicas:
- Sistema químico: Li /MnO2
- Voltaje nominal: 3 V
- Capacidad nominal: 235 mAh
- Descarga de corriente estándar: 0,4 mA
- Máxima corriente de descarga: 3,0 mA - Peso promedio: 2,8 g
- Rango de temperatura: de -30 a 70 °C
- Descarga pasiva a 23 °C: < 1 %/al año
20 2.3.1.2. Tags semipasivos
Los tags semipasivos se parecen a los activos en que poseen una fuente de alimentación propia, aunque en este caso se utiliza principalmente para alimentar el microchip y no para transmitir una señal. La energía contenida en la radiofrecuencia se refleja hacia el lector como en un tag pasivo. Un uso alternativo para la batería es almacenar información propagada desde el lector para emitir una respuesta en el futuro, típicamente usando backscatter. Los tags sin batería deben responder reflejando energía de la
portadora del lector al vuelo. (Actum, 2013).
La batería puede permitir al circuito integrado de la etiqueta estar constantemente alimentado y eliminar la necesidad de diseñar una antena para recoger potencia de una señal entrante. Por ello, las antenas pueden ser optimizadas para utilizar métodos de backscattering. Las etiquetas RFID semipasivas responden más rápidamente, por lo que son más fuertes en el ratio de lectura que las pasivas.
Este tipo de tags tienen una fiabilidad comparable a la de los tags activos a la vez que pueden mantener el rango operativo de un tag pasivo. También suelen durar más que los tags activos. (Actum, 2013).
2.3.1.3. Tags Pasivos
21 identificador. Un tag puede incluir memoria no volátil, posiblemente escribible (por ejemplo EEPROM).
Suelen tener distancias de uso práctico comprendidas entre los 10 cm (ISO 14443) y llegando hasta unos pocos metros (EPC e ISO 18000-6), según la frecuencia de funcionamiento y el diseño y tamaño de la antena. Por su sencillez conceptual, son obtenibles por medio de un proceso de impresión de las antenas. Como no precisan de alimentación energética, el dispositivo puede resultar muy pequeño: pueden incluirse en una pegatina o insertarse bajo la piel (tags de baja frecuencia).
Existen tags fabricados con semiconductores basados en polímeros desarrollados por compañías de todo el mundo. En 2005 PolyIC y Philips presentaron tags sencillos en el rango de 13,56 MHz que utilizaban esta tecnología. Si se introducen en el mercado con éxito, éstos serían producibles en imprenta como una revista, con costes de producción muchos menores que los de silicio, sirviendo como alternativa totalmente impresa, como los actuales códigos de barras.
Sin embargo, para ello es necesario que superen aspectos técnicos y económicos, teniendo en cuenta que el silicio es una tecnología que lleva décadas disfrutando de inversiones de desarrollo multimillonarias que han resultado en un coste menor que el de la impresión convencional. (Actum, 2013).
22 tamaño de la antena de la etiqueta y de la potencia y frecuencia en la que opera el lector. En 2007, el dispositivo disponible comercialmente más pequeño de este tipo medía 0,05 milímetros × 0,05 milímetros, y más fino que una hoja de papel; estos dispositivos son prácticamente invisibles. (Actum, 2013).
2.3.2. TIPOS DE TAG SEGÚN SU MEMORIA INCORPORADA
Según el tipo de memoria que tiene el chip podemos tener:
- Read Only: como indica su nombre solo de lectura, el identificador viene
gravado de fábrica y tiene una longitud fija de caracteres.
- WORM (Write Once Read Many): programable por el usuario una unidad
de escritura, pudiendo leer las veces que se quiera.
- Lectura/escritura programable: una parte de la memoria, normalmente de
usuario, se puede gravar hasta 100.000 veces. Estos tags se utilizan para aplicaciones cerradas de la misma empresa y que hay reutilización de los tags. (Iván T, 2010).
2.3.3. TIPOS DE TAGS SEGÚN SU CLASE
EPC global como órgano de estandarización para la RFID a organizado las etiquetas en 6 clases. Podríamos llegar a coger estas categorías aunque no fueran con contenido EPC.
- Clase 0: solo lectura (el número EPC se codifica en la etiqueta durante el proceso de fabricación).
- Clase 1: escritura una sola vez y lecturas indefinidas (se fabrican sin número y se incorpora a la etiqueta más tarde)
- Clase 2: lectura y escritura.
23 - Clase 4: capacidades de la clase 3 más una comunicación activa con la
posibilidad de comunicar con otras etiquetas activas.
- Clase 5: capacidades de la clase 4 más la posibilidad de poder comunicar también a etiquetas pasivas. (Iván T, 2010).
2.4. CLASIFICACIÓN
Los sistemas RFID se clasifican dependiendo del rango de frecuencias que usan. Existen cuatro tipos de sistemas: de frecuencia baja (entre 125 ó 134,2 kilohercios); de alta frecuencia (13,56 megahercios); UHF o de frecuencia ultra-elevada (868 a 956 megahercios); y de microondas (2,45 gigahercios). (Landt, Jerry, 2001).
Tabla 1: Clasificación de RFID por el rango de Frecuencia Fuente: (IDTechEx, 2012)
NOMBRE FRECUENCI
A RFID
DISTANCIA (TAGS PASIVOS)
VELOCIDAD VENTAJAS INCONVENIENTES
LF (Baja frecuencia)
125 – 134 KHz
Hasta 0.5 m 1 Kbps Buen comportamie nto con metal y agua
Corta distancia, Baja velocidad, poca capacidad de anticolisión HF (Alta
frecuencia)
13.56 MHz Hasta 2m 25 Kbps Buena distancia, mejor velocidad anticolisión Peor comportamiento con agua y metales
UHF (Frecuencia ultraelevada)
868 – 930 MHz
Hasta 6m 640Kbps Muy alta velocidad )600 tags/s)
Muy sensible al agua y el metal
Microondas 2.45 Ghz Activo: Menor 100m
2.5. CÓDIGOS Y MODULACIONES
24 Desde el lector hacia el tag (dirección de la transferencia de datos) son: En el lector (Transmitter): codificación de señal (signal processing) y el modulador (carrier circuit).
El medio de transmisión (channel).
En la etiqueta (Receiver): el demodulador (carrier circuit) y el decodificador de canal (signal processing).
Figura 10. Diagrama de bloques del sistema RFID (GrupoHasar, 2013)
Un sistema codificador de señal toma el mensaje a transmitir y su representación en forma de señal y la adecua óptimamente a las características del canal de transmisión.
Este proceso implica proveer al mensaje con un grado de protección contra interferencias o colisiones y contra modificaciones intencionadas de ciertas características de la señal.
2.5.1 CODIFICACIÓN EN BANDA BASE.
Los signos binarios “1” y “0” pueden ser representados por varios códigos lineales. Los sistemas de RFID suelen usar una de las siguientes codificaciones: NRZ, Manchester, Unipolar RZ, DBP (“diferential bi-phase”), Miller o Codificación PulsoPausa (PPC).
Código NRZ (No Return to Zero):
25 Código Manchester:
Un „1‟ binario es representado por una transición negativa en la mitad del periodo de bit y un „0‟ binario es representado por una transición positiva. El código
Manchester es, por lo tanto, también conocido como codificación de „parte-fase. El código Manchester es frecuentemente usado para la transmisión de datos desde el transponder al lector basados en una modulación con sub-portadora. Ver Figura 11.
Figura 11. Representación Gráfica de las Decodificaciones (Tocci, 2010)
Código Unipolar RZ:
26 Código DBP:
Un „0‟ binario es codificado por una transición, de cualquier tipo, en mitad del periodo de bit. Un „1‟ es codificado con una ausencia de transición. Además, el nivel de señal es invertido a inicio de cada periodo de bit, de modo que el pulso pueda ser más sencillamente reconstruido en el receptor si es necesario.
Código Miller:
Un „1‟ es representado por una transición de cualquier tipo en la mitad del periodo de bit, mientras que el „0‟ binario es representado con la continuidad del nivel de la señal hasta el próximo periodo de bit. Una secuencia de ceros crea una transición al principio de cada periodo de bit, de modo que el pulso pueda ser más sencillamente reconstruido en el receptor si es necesario.
Código Miller Modificado:
En esta variante del código Miller, cada transición es reemplazada por un pulso „negativo‟. El código Miller Modificado es altamente recomendable para transmitir del lector al tag en sistemas RFID que usan acoplamiento inductivo. Debido a la tan corta duración del pulso (tpulso << Tbit) es posible asegurar una continua alimentación del transponder debido al campo magnético del lector mientras dura la transferencia de información.
Codificación Diferencial:
27 Codificación Pulso-Pausa:
En la codificación Pulso-Pausa (PPC – Pulse Pause Coding) un „1‟ binario es representado por una pausa de duración t antes del próximo pulso; un „0‟ binario es representado por una pausa de duración 2t antes del próximo pulso. Este método de codificación es popular para la transmisión de datos del lector a la etiqueta en los sistemas de RFID que usan acoplamiento inductivo.
Modulaciones Digitales usadas.
La tecnología clásica de radiofrecuencia está fuertemente implicada con los métodos analógicos de modulación. Podemos diferenciar entre modulación de amplitud (AM), modulación de frecuencia (FM) y modulación de fase (PM), siendo éstas las tres principales variables de una onda electromagnética. Todos los demás métodos de modulación son derivados de cualquiera de uno de estos tres tipos.
Las modulaciones usadas en RFID son ASK (amplitude shift keying), FSK (frequency shift keying) y PSK (phase shift keying).
ASK (Amplitude shift keying)
En Amplitude shift keying la amplitud de la oscilación de una portadora es variada entre dos estados u0 y u1 (keying) por un código de señal binario. U1 puede tomar dos valores entre u0 y 0. El intervalo entre u0 y u1 es conocido como el factor de trabajo (duty factor) m.
FSK (Frequency shift keying)
En la modulación llamada „2 frequency shift keying‟ la frecuencia de la señal portadora se varía entre dos frecuencias f1 y f2
PSK (Phase shift keying)
28 una fase de referencia. En el caso que nos ocupa, la 2 PSK, la fase de la señal varía entre los estados de fase de 0º y 180º.
Modulaciones que usan subportadora
En los sistemas de RFID, las modulaciones que usan subportadora son básicamente usadas cuando se trabaja con acoplamiento inductivo, normalmente en las frecuencias 6.78MHz, 13.56MHz o 27.125MHz en transferencias de información desde la etiqueta al lector. Para modular la subportadora se puede elegir entre ASK, FSK o PSK. Una vez tenemos esta primera señal modulada (subportadora modulada), entonces se procede a
una segunda modulación de la subportadora con la señal portadora (la que nos dará la frecuencia final a la que transmitiremos nuestra señal). El resultado de este proceso es una señal modulada con subportadora que transporta la información a una frecuencia „menor‟, aunque la señal que lleva a la señal que contiene la información sí que va a una frecuencia mayor
2.6. ESTANDARIZACIÓN
Los estándares de RFID abordan cuatro áreas fundamentales:
- Protocolo en la interfaz aérea: especifica el modo en el que etiquetas RFID y lectores se comunican mediante radiofrecuencia.
- Contenido de los datos: especifica el formato y semántica de los datos que se comunican entre etiquetas y lectores.
- Certificación: pruebas que los productos deben cumplir para garantizar que cumplen los estándares y pueden interactuar con otros dispositivos de distintos fabricantes.
- Aplicaciones: usos de los sistemas RFID.
29 competidoras. Por una parte está ISO, y por otra Auto-ID Centre (conocida desde octubre de 2003 como EPCglobal,10 de EPC, Electronic Product Code). Ambas comparten el objetivo de conseguir etiquetas de bajo coste
que operen en UHF. (Landt, Jerry, 2001).
Los estándares EPC para etiquetas son de dos clases:
- Clase 1: etiqueta simple, pasiva, de sólo lectura con una memoria no volátil, programable una sola vez.
- Clase 2: etiqueta de sólo lectura que se programa en el momento de fabricación del chip (no reprogramable posteriormente).
Las clases no son interoperables y además son incompatibles con los estándares de ISO. Aunque EPCglobal está desarrollando una nueva generación de estándares EPC está (denominada Gen2), con el objetivo de conseguir interoperabilidad con los estándares de ISO, aún se está en discusión sobre el AFI (Application Family Identifier) de 8 bits. (Roger S, 2005).
Por su parte, ISO ha desarrollado estándares de RFID para la identificación automática y la gestión de objetos. Existen varios estándares relacionados, como ISO 10536, ISO 14443 e ISO 15693, pero la serie de estándares estrictamente relacionada con las RFID y las frecuencias empleadas en dichos sistemas es la serie 18000. (Roger S, 2005).
30 Tabla 2: Regulación de RF para Ecuador
Fuente: (gs1.org, 2012)
Dentro del proceso de regulación tienen una gran importancia los organismos que desarrollan los diferentes estándares con los que RFID cuenta hoy en día. Algunos de estos organismos son la propia ETSI, EPCglobal o la ISO, dedicados al desarrollo de estándares como:
- ISO 10536
- ISO 14443
- ISO 15693
Estudio, diseño y simulación de un sistema RFID basado en EPC - 118 -
- ISO 18000 - EPC
- EN 302 208
EPC
31 La intención de EPCglobal al crear el EPC no fue otra que la de promover la EPCglobal Network, un concepto de tecnología que pretende cambiar la actual cadena de suministro por otra con un estándar abierto y global, que permita la identificación en tiempo real de cualquier producto, en cualquier empresa de cualquier parte del mundo.
La EPCglobal Network ha sido desarrollada por el Auto-Id Center, un equipo de investigación del MIT (Massachussets Institute of Technology) que cuenta con laboratorios por todo el mundo. Dicho desarrollo fue llevado a cabo en más de 1000 compañías de alrededor del mundo.
Así mismo, actualmente, todo estándar que desarrolla EPCglobal pasa por la supervisión de la ISO (International Standards Organization), con la única condición de que los estándares concretos que crea ISO sean ratificados y usados en los que cree EPCglobal.
Una vez conocemos de donde proviene el EPC, vamos a hacer un pequeño estudio sobre el estándar para ver qué ventajas e inconvenientes nos proporciona.
Las especificaciones del EPC se pueden dividir en:
- Especificaciones para las etiquetas, referentes a los datos almacenados
en ellas, a los protocolos de comunicación con el lector y la parte de RF que permite la comunicación.
- Especificaciones para los lectores: protocolo para el interfaz aire y comunicaciones lógicas con las etiquetas.
2.7. SISTEMA DE CONTROL DE PARQUEADERO
2.7.1. SISTEMA DE PARQUEADERO
32 que presenta desde la emisión de tickets, hasta reportes con los resultados de cobros diarios mensuales, semanales, anuales, este sistema integral de software y hardware, está diseñado para controlar la seguridad y tarifación de los vehículos en parqueaderos. (JC Inform, 2012).
Componentes del Sistema
- Unidad de Entrada que consta de Dispensador de tickets numerados o código de barras (para usuarios ocasionales) y lector de tarjetas para usuarios abonados (opcional).
- Unidad de Salida que consta de un lector de código de tarjetas o código de barras
- Unidad de Cobro que consta del computador con el software de parqueadero
2.7.2. TIPOS DE CONTROL PARA PARQUEADERO
El Sistema Integrado de Reconocimiento de Matrícula LPR (Figura 12)
permite el Reconocimiento Automático de Matrículas de Vehículo en SIPARK® PMA: Estas son leídas automáticamente por el LPR en los entrada y alfanuméricamente procesados por medio de tecnología de procesamiento de imágenes. La imagen creada, el número de placa leído y los datos del tiquete son guardados en el sistema. Opcionalmente, la placa reconocida en la salida puede ser comparada con la placa que fue reconocido en la entrada. (Siemens, 2013).
33 2.7.3. CONTROL DE PARQUEADERO MANUAL PARA LA
CALCULACIÓN DE TARIFAS Y GENERACIÓN DE VARIOS TIPOS DE TIQUETES
Características:
- Calculación de tarifas incluso procesando descuentos
- Renovación y pago adicional de tarjetas de estación de parqueo - Carga y pago adicional de tarjetas débito
- Generación y pago de tiquetes prepago - Generación de tiquetes perdidos
- Generación de tiquetes de reemplazo - Cambio de reporte después del cambio - Visualizador externo y teclado
- Impresora externa de recibos para generación de recibos usando tecnología de impresión térmica
- Conexión Ethernet
2.7.4. CONTROL DE PARQUEADERO OCR (RECONOCIMIENTO ÓPTICO DE CARACTERES)
El reconocimiento óptico de caracteres es el proceso de cambiar una imagen digital en texto, las imágenes que incorporan texto no pueden ser editadas directamente porque están definidas en pixeles, la función del OCR es convertir el conjunto de pixeles en caracteres ASCII.
34 Figura 13. Control de Parqueadero OCR
(Anónimo)
2.8. SISTEMA DE PARQUEADERO CON RFID
2.8.1. RFID (IDENTIFICACIÓN POR RADIOFRECUENCIA)
La tecnología RFID es un sistema autónomo para controlar y registrar los vehículos que ingresan y salen de determinado establecimiento de manera centralizada, permitiendo un control eficiente de los vehículos a través de su identificación, ubicación en tiempo real y acceso controlado. Ver Figura 14.
35 Figura 14. Identificación por radiofrecuencia
(it.uc3m, 2013)
Este sistema se encarga de controlar el acceso de vehículos de empleados, visitantes o contratistas a las instalaciones de una empresa o parqueadero público o privado.
La solución puede utilizarse para el control de vehículos en: - Parqueaderos de empresas
- Centros comerciales - Parqueaderos públicos - Empresas transportadoras
El sistema está compuesto por lectores RFID y dos aplicaciones, una de administración y una Capa de Adquisición de Datos que se encarga de manejar los lectores y recibe la información de éstos. (Junta de Castilla y León, 2007).
2.8.2. APLICACIÓN DE ADMINISTRACIÓN
- Manejo de Vehículos - Creación de vehículos - Activación o desactivación
- Control de acceso según permisos
36 - Información de vehículos
- Lecturas realizadas
- Manejo de tarifas en el caso de parqueaderos públicos
2.9. ESPECTRO RADIOELÉCTRICO
El espectro radioeléctrico es una parte del espectro electromagnético, el cual comprende y clasifica las ondas electromagnéticas (naturales o artificiales) que "circulan" entre nosotros. Ver Figura 15.
En particular, el espectro radioeléctrico comprende solamente a las ondas electromagnéticas que se utilizan para las comunicaciones (radio, teléfono, televisión, internet etc.), también es una porción del Espectro Electromagnético que proviene de las perturbaciones de las interferencias entre campos eléctricos y magnéticos. Se las denomina de radiofrecuencia. (Frenzel, Louis L, 2003).
El espectro radioeléctrico, que ocupa una parte relativamente pequeña del espectro electromagnético, está fijado en la frecuencia entre los 10 Khz y los 3.000 Ghz. Aunque parezca un rango muy grande, cada tecnología usa unos anchos considerables, y en la era de las telecomunicaciones son cada vez más las tecnologías que lo ambicionan. (Frenzel, Louis L, 2003).
A continuación, se detallan algunos de los usos más frecuentes de estas ondas:
37 NFC: Hay algunas etiquetas que portan algo más de información y trabajan en frecuencias más altas, como los 13.56 Mhz. Son las llamadas comunicaciones de proximidad, de gran uso en países como Japón o Corea. (EROSKI C, 200.9).
Radio comercial: La radio comercial local más usada, hasta la llegada de Internet, es la frecuencia modulada o FM. Las emisoras que trabajan en FM, más del 90%, utilizan la parte del espectro que va de los 87 Mhz a los 107 Mhz. (EROSKI C, 200.9).
Televisión analógica: La televisión que nos abandonó recientemente, trabajaba en dos rangos de frecuencias. El primero era el llamado VHF (acrónimo de "Very High Frecuency"), que se movía entre los 30 Mhz y los 300 Mhz. UHF (acrónimo de "Ultra High Frecuency") trabajaba entre los 300 Mhz y los tres Ghz. (EROSKI C, 200.9).
Televisión digital: La TDT emplea el rango UHF para emitir, pero lo aprovecha mucho mejor que la televisión analógica, ya que por cada canal analógico pueden emitir cuatro canales digitales. (EROSKI C, 200.9).
Telefonía móvil: Los teléfonos móviles se mueven en frecuencias más altas. El servicio GSM emplea el rango de los 900 Mhz, mientras que el 3G (más moderno y capaz de transportar datos además de voz) trabaja en los 1,8 Ghz. (EROSKI C, 200.9).
38 Bluetooth: La tecnología reina de trasmisión de datos por vía inalámbrica también trabaja 2,4 Ghz. (EROSKI C, 200.9).
Hornos microondas: Emplean los 2,45 Ghz y son una causa de interferencia en las redes wifi. (EROSKI C, 200.9).
Telefonía fija inalámbrica: Los teléfonos inalámbricos más modernos trabajan en el rango de los 5,8 Ghz, pero todavía hay muchos que usan la franja de los 2,4 Ghz, por lo que también son a veces incompatibles con las redes wifi. (EROSKI C, 200.9).
Mandos a distancia: Los mandos que controlan a distancia el televisor, las videoconsolas y los home cinemas utilizan un rango cercano al infrarrojo, es decir sobre 390 Thz, o lo que es lo mismo los 390 billones de hercios. Este rango es cercano a la luz visible, y aunque el ojo humano no lo ve, las cámaras fotográficas sí captan los rayos de los mandos. (EROSKI C, 200.9).
Las Ondas Electromagnéticas transportan energías y no necesitan medio Materiales para su transporte. Las Ondas de radio, de luz, de rayos X y los rayos gamma son ejemplo de ondas electromagnéticas y difieren solamente en sus frecuencias o longitud de onda, cubren una amplia gama de frecuencias o de longitudes de ondas y pueden clasificarse según su principal fuente de Generación.
Las ondas de radiofrecuencia y las microondas son especialmente útiles porque en esta pequeña región del espectro las señales producidas pueden penetrar las nubes, la niebla y las paredes. Estas son las frecuencias que se usan para las comunicaciones vía satélite y entre teléfonos móviles.
39 Figura 15. Espectro Radioeléctrico
(Diego E, 2009)
Las ondas electromagnéticas
Son las ondas que se generan por el proceso de radiación electromagnética, descrito
anteriormente, y que se encargan de llevar energía de un lugar a otro. A diferencia de otro
tipo de ondas, las electromagnéticas se propagan por el espacio sin necesidad de una guía
artificial, como podrían ser cables, hilos, fibra, por lo que pueden propagarse en el vacío o
espacio. (EROSKI C, 200.9).
Las ondas electromagnéticas se caracterizan por dos variables: i) frecuencia de sus oscilaciones; y ii) longitud de las mismas. A su vez, la frecuencia se refiere al número de oscilaciones que ocurren en un periodo de tiempo determinado y la unidad de medida de esa frecuencia es el Hertzio (Hz), que equivale a la cantidad de ciclos u oscilaciones que tiene una onda electromagnética durante un segundo, expresándose las frecuencias en: a) Kilohertzios (kHz) hasta 3000 kHz, inclusive;
40
2.10. EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO Y EL ESPECTRO
RADIOELÉCTRICO.
Ahora bien, no todas las ondas electromagnéticas son propicias para usarse como medios de transmisión de los servicios de telecomunicaciones y radiodifusión, de forma que sólo las que se encuentran en determinado rango serán susceptibles de ser empleadas para la prestación de este tipo de servicios. (Observatel, 2010).
En ese orden de ideas, es en el espectro radioeléctrico el ámbito en el que se desarrollan una buena parte de los servicios de telecomunicaciones, el cual a su vez, está contenido en el espectro electromagnético.
Para comprender lo señalado en el párrafo anterior, es necesario definir los dos conceptos mencionados, a saber:
i) Espectro electromagnético.- Es el conjunto de frecuencias de ondas electromagnéticas continuas en el rango de 3Hz a 1025 Hz.
ii) Espectro radioeléctrico.- Es el segmento de frecuencias comprendido en el espectro electromagnético, ubicado en el rango de ondas electromagnéticas que van de 3KHz a 3000GHz.
Dicho de otra forma, el espectro radioeléctrico es una porción del espectro electromagnético y es precisamente en esa porción en donde operan las emisoras de radio (AM y FM), las de televisión abierta (por aire) y microondas, de telefonía celular, los sistemas satelitales, los radioaficionados, las comunicaciones vía Internet, los radiomensajes (pagers), las comunicaciones de aeronaves, buques, transporte terrestre, entre otros servicios de telecomunicaciones. (Observatel, 2010).
41 anteriormente, de un bien intangible. Al respecto, la Comisión Nacional de Comunicaciones Argentina, señala lo siguiente:
“Las ondas electromagnéticas no ocupan un lugar (ya que son intangibles e inmateriales). Pero si no se les canaliza adecuadamente, si no se ordena su tráfico, es posible (en sentido figurado) que choquen entre sí, superponiéndose y generando interferencias que afecten la calidad de las emisiones.
Por este motivo el espectro radioeléctrico ha sido dividido en franjas o andariveles (bandas de frecuencia), las que a su vez se subdividen en frecuencias o carriles adjudicados para uso de un determinado emisor” (zavordigital, 2010).
Tabla 3: División de espectros Fuente: (Margar V, 2010)
DIVISION DEL ESPECTRO RADIOELECTRICO EN BANDAS DE RADIO CON SUS RESPECTIVAS
FRECUENCIAS Y LONGITUDES DE ONDA
BANDAS DE RADIO CORRESPONDIENTES AL ESPECTRO
RADIOELÉCTRICO FRECUENCIAS
LONGITUDES DE
ONDA
Banda VLF (Very LowFrequencies - Frecuencias Muy Bajas) 3-30 KHz 100000 - 10000 m Banda LF (Low Frequencies - Frecuencias Bajas) 30-300 KHz 10000 - 1000 m Banda MF (Medium Frequencies - Frecuencias Medias) 300-3000KHz 1000-100m Banda HF (High Frequencies - Frecuencias Altas) 3-30 MHz 100-10m Banda VHF ( Very Higg Frequencies -Frecuencias Muy Altas) 30-300MHz 10-1m Banda UHF (Ultra High Frequencies - Frecuencias Ultras Altas) 300-3000MHz 1m-10cm Banda SHF(Super High Frequencies - Frecuencias Super Altas) 3-30GHz 10-1cm Banda EHF(Extremely High Frequencies - Frecuencias
42
2.11. COMUNICACIÓN POR RADIOFRECUENCIA
El término radiofrecuencia, también denominado espectro de radiofrecuencia o RF, se aplica a la porción menos energética del espectro electromagnético, situada entre unos 3 kHz y unos 300 GHz. El hercio es la unidad de medida de la frecuencia de las ondas, y corresponde a un ciclo por segundo. Las ondas electromagnéticas de esta región del espectro, se pueden transmitir aplicando la corriente alterna originada en un generador a una antena. (scrib, 2010).
Tabla 4: División de bandas del espectro por Radiofrecuencia Fuente: (Never S, 2010)
A partir de 1 GHz las bandas entran dentro del espectro de las microondas. Por encima de 300 GHz la absorción de la radiación electromagnética por
La radiofrecuencia se puede dividir en las siguientes bandas del espectro
Nombre Nombre
inglés
Abreviatura
inglesa Banda ITU Frecuencias
Longitud de onda
< 3 Hz >
100.000 km Frecuencia extremadamente baja Extremely low frequency
ELF 1 3-30 Hz 100.000–
10.000 km
Super baja frecuencia
Super low
frequency SLF 2 30-300 Hz
10.000– 1.000 km Ultra baja
frecuencia
Ultra low
frequency ULF 3
300–3.000 Hz
1.000–100 km
Muy baja
frecuencia
Very low
frequency VLF 4 3–30 kHz 100–10 km
Baja frecuencia Low
frequency LF 5 30–300 kHz 10–1 km
Media frecuencia Medium
frequency MF 6
300–3.000 kHz
1 km – 100 m
Alta frecuencia High
frequency HF 7 3–30 MHz 100–10 m
Muy alta
frecuencia
Very high
frequency VHF 8 30–300 MHz 10–1 m
Ultra alta frecuencia
Ultra high
frequency UHF 9
300–3.000 MHz
1 m – 100 mm Super alta
frecuencia
Super high
frequency SHF 10 3-30 GHz 100–10 mm
Frecuencia extremadamente alta Extremely high frequency
EHF 11 30-300 GHz 10–1 mm
43 la atmósfera terrestre es tan alta que la atmósfera se vuelve opaca a ella, hasta que, en los denominados rangos de frecuencia infrarrojos y ópticos, vuelve de nuevo a ser transparente. Las bandas ELF, SLF, ULF y VLF comparten el espectro de la AF (audiofrecuencia), que se encuentra entre 20 y 20.000 Hz aproximadamente. Sin embargo, éstas se tratan de ondas de presión, como el sonido, por lo que se desplazan a la velocidad del sonido sobre un medio material. Mientras que las ondas de radiofrecuencia, al ser ondas electromagnéticas, se desplazan a la velocidad de la luz y sin necesidad de un medio material. Ver Figura 16.
Figura 16. Comunicación por Radiofrecuencia
(tec-mex, 2010)
2.12. MICROCONTROLADOR
44 Figura 17. Microcontrolador
(cursosmicros, 2009)
2.12.1. DIFERENCIA ENTRE MICRO CONTROLADOR Y MICROPROCESADOR
Es muy habitual confundir los términos de micro controlador y microprocesador, cayendo así en un error de cierta magnitud. Un micro controlador es, como ya se ha comentado previamente, un sistema completo, con unas prestaciones limitadas que no pueden modificarse y que puede llevar a cabo las tareas para las que ha sido programado de forma autónoma. Un microprocesador, en cambio, es simplemente un componente que conforma el micro controlador, que lleva a cabo ciertas tareas que analizaremos más adelante y que, en conjunto con otros componentes, forman un micro controlador.
Debe quedar clara por tanto la diferencia entre micro controlador y microprocesador: a modo de resumen, el primero es un sistema autónomo e independiente, mientras que el segundo es una parte, cabe decir que esencial, que forma parte de un sistema mayor.
2.12.2. PIC (PERIPHERAL INTERFACE CONTROLLER)
45 RAM y diferentes periféricos, lo que los hace ideales para pequeños circuitos que necesiten de la potencia de un microordenador a un costo reducido.
2.13. COMUNICACIÓN SERIAL
Los puertos seriales (también llamados RS-232, por el nombre del estándar al que hacen referencia) fueron las primeras interfaces que permitieron que los equipos intercambien información con el "mundo exterior". Ver Figura 18. El término serial se refiere a los datos enviados mediante un solo hilo: los bits se envían uno detrás del otro.
Figura 18. Conexión en serie (Jonathan R, 2012)
Los puertos seriales, por lo general, están integrados a la placa madre, motivo por el cual los conectores que se hallan detrás de la carcasa y se encuentran conectados a la placa madre mediante un cable, pueden utilizarse para conectar un elemento exterior. Generalmente, los conectores seriales tienen 9 ó 25 clavijas y tienen la siguiente forma (conectores DB9 y DB25 respectivamente):
Un PC posee normalmente entre uno y cuatro puertos seriales. 2.13.1 PUERTO PARALELO
