Passive RFID UHF 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. Sensoren für Druck, Beschleunigung u.a. sind in gleicher Weise verwendbar.

Das passive RFID UHF Sensor System besteht aus vier Komponenten. Gesteuert wird die Abfrage über einen PC, Tablet oder Smartphone [1]. Auch Standalone Lesegeräte, fest montiert oder handheld, sind möglich. Eine Messung wird gestartet indem ein Lesebefehl über die USB-Schnittstelle zu einem RFID UHF-Reader [2] geschickt wird. Der Reader schaltet darauf das UHF Feld [3] ein und versorgt damit den batterielosen RFID UHF Sensor mit Energie. Der RFID Sensor [4] besteht aus einem RFID Chip SL900A von IDS, einem PIC Mikrocontroller und einem Feuchtesensor. Sobald der RFID Sensor genügend Energie gespeichert 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-18000-6 (EPC Gen2 Class 1) Standard übermittelt. Hat der Reader gültige Daten erhalten, extrahiert er die Messwerte und übergibt diese dem Host-System zur Anzeige. Gleichzeitig schaltet er das UHF-Feld aus, der RFID Sensor wird darauf inaktiv. Die typische Wiederholrate hängt vom Stromverbrauch des Sensors ab und beträgt in dieser Konfiguration 10s. Der berührungsfreie Abfrageabstand hängt von der Leistung des UHF-Readers und der Antennengrösse ab, typisch 0.5 – 2.0m. Anstelle des hier gezeigten Dipol Designs sind auch kompaktere Antennen wie gefaltete Dipole und Monopole möglich. Es muss jedoch ein Kompromiss zwischen Kompaktheit und Lesedistanz getroffen werden.

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 Referenzdesign

Übertragungsfrequenz

868 MHz

Sendeleistung UHF-Reader

1 W

Lesereichweite

typisch 1 m (für angegebene Sendeleistung und Antennengrösse)

Energieverbrauch Sensor Tag

< 1 mW

Lesegeschwindigkeit

2 Messwerte pro 10 Sekunden

RFID Protokoll

ISO-18000-6 (EPC Gen2 Class 1)

Feuchtesensor

SHT21

RFID Chip

SL900A

Abmessung Reader Antenne

170x170mm

Abmessung Tag Antenne

130x130mm (Dipol Design)

UHF RFID Sensoren in Bausubstanzen

Plattformtolerante UHF RFID Sensoren
für den Einsatz in nasser Umgebung, Beton oder Umgebung aus Metall.
Nur 10-20% geringere Reichweite als das obige Referenzdesign.