DEMONSTRATOR AUTONOMICZNEGO, PÓŁPASYWNEGO IDENTYFIKATORA RFID
Dla prawidłowego wykorzystania zaproponowanego, nowego źródła zasilania w półpasywnych identyfikatorach RFID, wymagane jest zapewnienie warunków jego efektywnego doładowywania. Pomimo możliwości skutecznego pozyskiwania środowiskowej energii elektrycznej za pomocą przetworników mechanicznych, termicznych, ogniw fotowoltaicznych i in., w kontekście użyteczności w systemach RFID bardziej naturalnym jest wykorzystanie do tego celu pola EM innych systemów radiokomunikacyjnych powszechnego użytku (np. stacji bazowych telefonii komórkowej, urządzeń komputerowych sieci bezprzewodowych i in.). Wybór ten wprost wynika z istoty działania systemów RFID pasm HF i UHF, ponieważ w nowych konstrukcjach chipów dla identyfikatorów półpasywnych możliwe jest pozyskiwanie energii także z układu RWD podczas realizacji zaplanowanego procesu automatycznej identyfikacji obiektów.
Na podstawie zaproponowanej koncepcji, ostatecznie w ramach projektu nr PBS1/A3/3/2012 opracowano rozwojowy układ bezbateryjnego demonstratora dla wielopasmowego, autonomicznego, półpasywnego identyfikatora RFID, w którego konstrukcji zastosowano mechanizmy: pozyskiwania energii z różnych źródeł pola EM, jej przetwarzania, a także gromadzenia na potrzeby realizacji dodatkowych funkcji w systemie RFID.
Układ wyposażono w dwa niezależne interfejsy radiowej identyfikacji obiektów (pasmo HF: protokół ISO IEC 15693; pasmo UHF: protokół EPC Class 1 Gen 2 zgodny z ISO IEC 18000-63). Moduły te zrealizowano z wykorzystaniem półpasywnych chipów z dodatkowo wbudowanym interfejsem komunikacji przewodowej (pasmo HF: chip ST M24LR64E, interfejs I2C; pasmo UHF: chip AMS SL900A, interfejs SPI). Ponadto, oba układy umożliwiają pozyskiwanie energii z pola EM anten RWD działających w wybranych pasmach częstotliwości. Zapewnia to stałe doładowywanie superkondensatora podczas realizacji komunikacji za pomocą interfejsów RFID. Komunikacja ta może być realizowana niezależnie od działania pozostałych modułów demonstratora.
Autonomiczność pracy identyfikatora jest także zapewniona przez układ pozyskiwania energii z pola elektromagnetycznego innych systemów radiokomunikacyjnych powszechnego użytku. W prezentowanej wersji demonstratora zintegrowano opracowaną dla pasma 930-975 MHz antenę podłączoną do układu Powercast P2110B, który zapewnia pozyskiwanie energii z systemu GSM900. W module tym możliwe jest wykonywanie okresowych pomiarów mocy wejściowej i dostosowywanie częstotliwości wybudzania układu do bieżących warunków energetycznych. Na podstawie wspólnych prac B+R z firmą Powercast, w demonstratorze można zamontować kompatybilny układ pozyskiwania energii dla innego systemu radiokomunikacyjnego (np. UMTS, LTE, WiFi).
Typowo, źródła energii środowiskowej charakteryzuje mała wydajność prądowa, dlatego w demonstratorze opracowano moduł przetwarzania i gromadzenia energii. Zgromadzona energia umożliwia autonomiczne działanie demonstratora i jest wykorzystywana do pozyskiwania informacji o otoczeniu elektronicznie oznaczonego obiektu. Odbywa się to poprzez okresowe wykonywanie pomiarów wielkości fizycznych i zapisywanie uzyskanych wyników w pamięci chipów identyfikatorów. Układy pomiarowe zintegrowano w module, w skład którego wchodzą: trójosiowy akcelerometr Analog Devices ADXL362, czujnik temperatury i wilgotności Silicon Labs Si7020 oraz czujnik natężenia światła Maxim Integrated MAX44009. Poza tymi układami, istnieje także możliwość podłączenia zewnętrznych czujników cyfrowych z interfejsem I2C, co zapewnia dostosowanie demonstratora do planowanej aplikacji użytkowej.
Cała praca demonstratora jest nadzorowana w module sterującym, opracowanym na podstawie energooszczędnego, 32-bitowego mikrokontrolera STM32L151RBT6. W jego pamięci zawarto przykładowe/demonstracyjne oprogramowanie, które w cyklu dalszych prac rozwojowych prowadzonych przez użytkownika, może być dostosowane do docelowych wymagań aplikacyjnych (aktualizacja za pomocą wbudowanego interfejsu USB).
Zaproponowana konstrukcja demonstratora pozwala na rozpoczęcie prac rozwojowych, które w przyszłości powinny zapewnić możliwość komercjalizacji opracowywanych (na jego podstawie) identyfikatorów dedykowanych do znakowania i monitorowania pracy wybranych obiektów. W tym kontekście, na zautomatyzowanej linii produkcyjnej firmy ELMAK Sp. z o. o. dokonano montażu pierwszej serii demonstratorów. Równolegle zakończono etap badań, których celem była identyfikacja uwarunkowań decyzyjnych w procesie wdrażania w polskich przedsiębiorstwach systemu z przedmiotowym identyfikatorem RFID, a także ocena potencjału rynkowego i możliwości komercjalizacji tego produktu. Dodatkowo, opracowany układ demonstratora m.in. przekazano do dalszego wykorzystania podczas prac badawczo-rozwojowych z FEIG ELECTRONIC GmbH, które umożliwią w przyszłości obsługę w czytnikach/programatorach nowych funkcji użytkowych urządzenia opracowanego w ZSEiT PRz w ramach umowy PBS1/A3/3/2012.