MIT Scholar Scholars Přijmout jedinečný design pro přeměnu RFID do vlastních senzorů

V posledních letech se rozhodli více a více prodejců a výrobců používat RFID (Radio Frequency Identifikace Chip) pro sledování jejich produktů. Často tyto RFID jsou založeny na papírových štítcích a jednoduchých antén a paměťových čipů. Když jsou tyto RFID tagy připojeny do mléčných kartonů nebo saka, mohou být použity jako chytré značky, které chcete odeslat informace do čtečky RF o identitě, stavu nebo umístění příslušného produktu.

Kromě značkových produktů v celém dodavatelském řetězci se RFID tagy široce používají ke sledování kasinových čipů a ranch skotních scén pro návštěvníky zábavního parku a maratonských běžců.

Automatizační laboratoř MIT (Massachusetts Institute of Technology) byla v čele vývoje RFID technologií. Podle zprávy o poradenství Jimmy Mills se výzkumníci v laboratoři snaží vyvinout nové funkce RFID technologie: Vyvinuli nový UHF RFID tag senzor schopný detekovat špičkovou glukózu a bezdrátový přenos signály. V budoucnu tým plánuje dokonalý tento RFID senzor pro monitorování prostředí sloučenin a plynů, jako je oxid dusnatý (CO).

Lidé chtějí získat větší hodnotu z existujících RFID infrastruktury a rozšířit více aplikací, jako je sensing," řekl Sai Nithin Reddy Kantareddy, absolvent student na MIT Mechanical Engineering Institute. „Můžeme vytvořit tisíce těchto druhů levných. Snímače RFID tagů, jsou připojeny do stavebních stěn nebo různých objektů, bez nutnosti extra baterie detekovat všechny běžné plyny v prostředí, jako je oxid uhličitý nebo amoniaku. A vytvořit obrovskou síť senzorů na velmi nízké náklady. Čeština

Výzkumný tým Kantareddy zahrnuje vědci Rahul Bhattacharya a MIT Mechanické inženýrství Fred Fort Květiny a Daniel Fort Květiny Profesor a Open Learning Vice Prezident Sanjay Sarma.

"RFID je nejlevnější a nejnižší protokol pro komunikaci RF, který je k dispozici dnes," řekl Sarma. "Při univerzálním RFID čipu se může cítit skutečný svět tím, že zlepšuje značky, bude se stát skutečným smyslem senzoru ubiquity. Čeština

Hybridní vlna

V současné době jsou k dispozici RFID tagy v různých konfiguracích, včetně baterie a pasivní. Oba typy RFID tagů obsahují malou anténu, která komunikuje backscattered RF signály s vzdálené čtečkou, odesílání dat nebo jednoduchý kód uložený na malém integrovaném čipu ve štítku. Sada akumulátorů obsahuje malou baterii, která výkonuje čip. Passive RFID tagy shromažďují energii z samotného čtenáře. čtečku vyvolává rádiové vlny jen dost energie v limitech FCC, aby poskytovaly energii pro skladování čipů a odražené příjem signálu v RFID tagech.

V posledních letech vědci začali experimentovat s způsoby, jak převést pasivní RFID tagy do dlouhých senzorů, které nevyžadují baterie nebo vyžadují výměnu. Tyto snahy jsou obvykle navrženy primárně pro značku antény, která mění své elektrické vlastnosti v reakci na určité environmentální podněty. Pokud je detekován určitý stimulus, anténa bude odrážet rádiové vlny zpět do čtečky s různými charakteristickými frekvencemi nebo sílami signálu.

Například, Sarma tým dříve navržen RFID tag antény, která reaguje na vlhkost v zemi a mění emise rádiových vln. Tým také vytvořil anténu, která smysl pro anémie, která protéká RFID oštítkované krve.

Nicméně, Kantareddy tvrdil, že tento druh antény-středěného designu má mnoho vad, hlavní je "multipath rušení" - a to i rádiové vlny z jednoho zdroje (jako RFID čtečka nebo antény) Zhoršený na povrchu, aby přinesl smíšené účinky.

„V závislosti na podmínkách prostředí, rádiové vlny se mohou odrážet na stěnách a objektech několikrát před tím, než se odráží zpět na štítek. To může zasahovat do tvorby hluku,“ řekl Kantareddy. „Usingové senzory založené na anténě, je vyšší šance, že se bude identizovat. Nebo negativní signál, což znamená, že je možné, že odpověď snímače je nepřesné, protože se jedná o rušení z rádiového pole. Proto, anténní snímání postrádá dostatečnou spolehlivost.

Malé změny, velká moudrost

Sarma tým přijala nové řešení: Místo cílených antén značky se snaží zlepšit jejich paměťové čipy. Koupili komerčně dostupné integrované čipy, které mohou přepínat mezi dvěma režimy napájení: jeden na základě režimu RF energie, podobně jako plně pasivní RFID, a druhý je místní energeticky asistovaný režim, jako je použití externí baterie nebo kondenzátoru, podobně pro semi-pasivní RFID tagy.

Výzkumný tým použil standardní RF anténu a výše uvedené čipy pro vkládání RFID tagů. V klíčovém kroku vědci vytvořili jednoduchý obvod kolem paměťového čipu, který umožňuje čip přepínat do místní energetického režimu, když čip smysluje environmentální podnět. V tomto režimu (batery-assisted pasivní režim, BAP), čip vydává nový kód protokolu, který je odlišný od běžného kódu, který vydává v pasivním režimu. čtečku převádí tento nový kód, což naznačuje, že RFID tag je detekován signál environmentálního podnětu.

Kantareddy řekl, že tento snímač na bázi RFID je spolehlivější než senzor založený na konstrukci antény, protože se zásadně odlišuje mezi schopnostmi vnímání značky a komunikace. V senzorech založené na anténě, a to jak čip, který ukládá data a anténa, která přenáší data, závisí na rádiových vlnách, které se odráží v prostředí. A Kantareddy nový design, jeho čip se nesnáší na smíšených rádiových vlnách, aby bylo dosaženo vnímání.

„Doufáme, že spolehlivost dat může být vylepšena,“ řekl Kantareddy. „Dlouhý, když jsme ve senzačním stavu, naše nové řešení bude předávat kódy protokolu signálu, které nám umožní jasně určit stav snímače a nerušivé stavy.“ Čeština

"Toto řešení je velmi zajímavé, protože také řeší problém s přetížením informací způsobené velkým počtem značek v prostředí," řekl Bhattacharyya. „Řízení opuštěné kontinuální analýzu datového toku prostřednictvím krátkodobých pasivních tagů, umožňujících RFID čtenáře.“ Může být dostatečně umístěno tak, aby bylo možné komunikovat pouze důležité události.

Zásuvné a herní senzory

Jakoukázka, výzkumný tým vyvinul senzor RFID glukózy v krvi. Používá komerčně dostupné glukózové sensingové elektrody, které jsou naplněny elektrolyte glukózovou oxidou. Když elektrolyte interaguje s glukózou, elektroda generuje náboj, který působí jako lokální zdroj energie nebo baterie.

Výzkumníci připojeni tyto elektrody do paměťových čipů RFID tagů a obvodů. Když přidáte glukózu do každé elektrody, vygenerovaný náboj může přepínat čip z jeho pasivního režimu napájení RF na místní režim podpory. Čím více glukózy přidá, tím déle je čip v druhém režimu napájení.

Kantareddy řekl, že čtenáři, které mohou tento nový režim napájení použít jako signál, který glukózy je přítomen v prostředí. Tato čtečka může určit množství glukózy měřením času čip je v režimu baterie - delší dobu v tomto režimu, vyšší obsah glukózy.

I když senzor vyvinutý výzkumným týmem může detekovat glukózu, jeho výkon je stále nižší než komerčně dostupné dedikované senzory glukózy. Kantareddy uvedl, že jejich cílem není vyvinout snímač RFID glukózy, ale ukázat jejich návrhy ve srovnání s anténami na základě snímače má spolehlivější snímání výkonu.

"Using náš design, data získaná je spolehlivější," řekl Kantareddy.

Kromě toho je jejich design efektivnější. Jeho značka může být provozována v pasivním režimu pomocí nedaleké energie RF až do okolního podnětu zájmu. A tento stimulus sám může poskytnout výkon k tagu a odeslat varný kód do čtečky. Proto je senzor schopen poskytnout další energii pro integrovaný čip.

„Vzhledem k tomu, že tato značka může získat energii z RF a elektrody, jeho komunikační rozsah byl velmi rozšířen,“ řekl Kantareddy. „Using this design, vzdálenost čtenáře se může dostat do více než 10 metrů, daleko vyšší. Chystáte se 1 až 2 metrů. Z tohoto důvodu může výrazně snížit počet a náklady čtenářů."

Dále plánuje vyvinout senzor RFID oxidu uhelnatého kombinací jeho designu s různými typy elektrod. Když se objeví oxid uhličitý, může to provést náboj a výkon.

"Using anténní design vyžaduje návrh konkrétní antény pro konkrétní aplikaci," řekl Kantareddy. "S naším designem potřebujeme používat komerčně dostupné elektrody, zástrčku a hru, která dělá celý designový koncept. Je velmi snadné rozšířit. Uživatelé mohou nasadit tisíce těchto senzorů doma nebo na továrním místě k monitorování kotlů, plynových nádrží nebo potrubí.