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Passive RFID HF Sensorik

Messen ohne Kabel und ohne Batterie

Feuchte als Überwachungsparameter wird nebst Temperatur in vielen Bereichen wichtig, zum Beispiel in der Logistik bei der Kühlkette oder beim Monitoring smarter Bauwerke, etwa bei der Isolation zwecks Energieeinsparung. Am ZSN wurde ein Produkteansatz bestehend aus Feuchtesensor mit geringer Leistungsaufnahme und neuartigem Transceiver in RFID Technik erarbeitet. Andere Sensoren sind natürlich in gleicher Weise verwendbar.

Das passive RFID Sensor System besteht aus vier Komponenten. Gesteuert wird die Abfrage über einen Tablet-PC oder Smartphone [1]. Es startet eine Messung indem es einen Lesebefehl über die USB- Schnittstelle zu einem RFID HF-Reader [2] schickt. Der Reader schaltet darauf das HF Feld [3] ein und versorgt damit den batterielosen RFID Sensor mit Energie. Der RFID Sensor [4] besteht aus einem RFID Chip SL13A von IDS, einem PIC Mikrokontroller und einem Feuchtesensor SHT21 von Sensirion. Sobald der RFID Sensor genügend Energie gesammelt hat, startet sein Mikrocontroller eine Messung und veranlasst den Feuchtesensor ein Wertepaar Temperatur und Feuchtigkeit zu bestimmen. Die gemessenen Werte werden unmittelbar zum Speicher des RFID Chips transferiert.

Wenn die Messungen abgeschlossen sind, schalten sich der Mikrokontroller und der Feuchtesensor in den Sleep-Mode. Der Reader fordert die Werte erst nach Ablauf der ihm bekannten Messzeit an. Die Daten werden nach dem weltweit verwendeten ISO-15693 Protokoll übermittelt. Hat der Reader gültige Daten erhalten, extrahiert er die Messwerte und übergibt diese dem Tablet zur Anzeige. Gleichzeitig schaltet er das HF-Feld aus, der RFID Sensor wird darauf inaktiv. Die gemessenen Werte werden auf dem Display des Tablet dargestellt. Wird das Tag aus dem HF-Feld entfernt bekommt der Reader auf seinen Aufruf keine Antwort und es erscheint eine Fehlermeldung. Das Tablet schickt dem Reader alle 5 Sekunden einen Lesebefehl startet damit die nächste Messung. Der berührungsfreie Abfrageabstand hängt von der Leistung des HF-Readers und der Antennengrösse ab, typisch 10 – 30  cm.

Anwendungen

  • Messen von Temperatur und Feuchte in der Kühlkette, Logistik
  • Messen von Feuchte und Temperatur an Orten, bei denen der Sensor völlig gekapselt ist und keine Batterie eingesetzt werden kann (z.B. wegen Temperaturbereich, Lebensdauer, Platzbedarf…)
  • Langzeitmessungen physikalischer Grössen an Bauwerken
  • Passives Messen im Hochspannungs- oder Strahlungsbereich

Kenndaten

Übertragungsfrequenz
13.56 MHz

Sendeleistung HF-Reader
200 mW

Lesereichweite
typisch 15 cm (für angegebene Sendeleistung und Antennengrösse)
Energieverbrauch Sensor Tag
< 1 mW
Lesegeschwindigkeit
2 Messwerte pro 5 Sekunden
RFID Protokoll
ISO-15693
Feuchtesensor
SHT21
RFID Chip
SL13A
Abmessung Reader Antenne
200x150mm
Abmessung Tag Antenne
60x40mm