Najnowsze artykuły
Technologie RFID i EPC | RFID w połączeniu z czujnikami – przykłady, budowa, zastosowanie
1092
post-template-default,single,single-post,postid-1092,single-format-standard,ajax_fade,page_not_loaded,smooth_scroll,,qode-theme-ver-1.4.1,wpb-js-composer js-comp-ver-4.3.4,vc_responsive

RFID w połączeniu z czujnikami – przykłady, budowa, zastosowanie

RFID w połączeniu z czujnikami – przykłady, budowa, zastosowanie

14:35 07 Maj w Technologia, Top, Zastosowania

Obecnie tagi RFID dzieli się na aktywne (z wbudowaną baterią zasilającą) oraz pasywne (bez własnego zasilania). Zaletą tagów aktywnych jest znacznie większy zasięg odczytu sięgający nawet ponad 100 m oraz duża swoboda zastosowania. Mogą być wszczepiane w tkankę (np. u zwierząt) lub umieszczane wewnątrz, np. metalowych skrzyń czy pojazdów. Niektóre tagi aktywne dzięki zasilaniu mogą być wzbogacane o rozmaite czujniki:

  • temperatury,
  • wilgotności,
  • wstrząsów,
  • natężenia światła,
  • radiacji,
  • składu atmosfery,

reagujące np. na zawartość etylenu w powietrzu a ich baterie podtrzymujące pamięć działają nawet 10 lat. Takie rozwiązania znajdują zastosowanie szczególnie tam, gdzie trzeba monitorować jakość procesu przechowywania produktów (farmacja, żywność) oraz mierzyć na bieżąco stężenia różnych substancji (atmosfera, pomieszczenia narażone na promieniowanie radioaktywne). Czujniki do pomiarów własności fizycznych lub chemicznych mogą być zintegrowane zarówno z tagami aktywnymi, pasywnymi oraz pół-pasywnymi.

Tag RFID z sensorem pozwala mierzyć parametry otoczenia, w jakim znajduje się produkt. Uzyskane informacje przechowywane są w pamięci tagu. Kiedy tag RFID znajdzie się w pobliżu czytnika, zebrane informacje są przesłane do bazy. RFID Host
Źródło:[1]

Dane tagu RFID z czujnikiem są zapisywane w określonym formacie i zawierają unikatowy identyfikator tagu (zwany tagID) oraz listę wartości. Każda wartość zawiera znacznik czasowy. Z racji tego, że wartości parametrów (np. wilgotność) są rejestrowane w określonych interwałach czasowych, danych może być bardzo dużo. Dane odczytywane są za pomocą czytnika kodów RFID i mają określoną postać, która może być potem łatwo odczytana przez aplikację w komputerze. Poniżej pokazany jest dokument w formacie XML, zawierający listę wartości (temperatura oraz wilgotność) w określonych odcinkach czasu. Format XML jest uniwersalnym językiem do kodowania danych, które z łatwością mogą być odczytywane przez większość systemów informatycznych. Większość rozwiązań w standardzie EPC/RFID bazuje na XML-u (www.slideshare.net/Bobtb/multilayer-xml-data-model-for-epcrfid-3786980).

Przykład danych z tagu RFID w formacie XML
Źródło: Opracowanie własne na podstawie [1]
Odczytane wartości z tagu RFID przesłane zostają do komputera. Tam aplikacja współpracująca z czytnikiem pozwala graficznie przedstawić dane w postaci różnych wykresów w zależności od czasu. Wykres temperatury odczytany z sensora RFID

Aktywne tagi RFID z czujnikiem

Tag RFID UHF z możliwością rejestrowania temperatury firmy Upway. Oprócz właściwości zwykłych tagów RFID posiada możliwość rejestrowania temperatury. Idealne rozwiązania do śledzenia i kontroli produktów narażonych na niewłaściwe zakresy temperatury w czasie magazynowania lub transportu. Odczyt informacji oraz konfiguracja odbywa się za pomocą zwykłego czytnik RFID wspierającego EPCGlobal UHF. Po konfiguracji taga, aby sprawdzić czy produkt został przetransportowany w odpowiednich warunkach należy użyć przycisku na tagu. Dioda LED w błyskawiczny sposób odpowie na pytanie czy odpowiednie produkt nadaję się do spożycia. Są to tagi aktywne i informację mogą być pobierane za pomocą czytnika UHF wspierającego EPC C1G2 (ISO18000-6C). Sensor RFID firmy Upway z pomiarem temperatury
Źródło: www.upway.pl/tagi-rfid-special
American Thermal – Log IC to aktywny tag HF zgodny z ISO 18000-3 do pomiaru temperatury w czasie. Czujnik może być zaprogramowany w ten sposób, że wyświetlane zostaje światło ostrzegawcze, gdy temperatura spadnie poniżej określonej wartości. Tag RFID z czujnikiem temperatury
Savi – Sensor Tag to aktywny tag RFID (zgodny z ISO 18000-7) przeznaczony dla pojemników metalowych. Częstotliwość pracy to 433MHz. Tag pozwala monitorować zarówno temperaturę i wilgotność metalowych pojemników w trakcie ich transportu. Dostępne są także z czujnikiem natężenia światła oraz wstrząsów. Tag ma możliwość alarmowania użytkownika, kiedy przykładowo temperatura spadnie poniżej zadanej wartości. Zasięg pracy to 100m. Tag RFID firmy Envotech do pomiaru temperatury i wilgotności
Źródło: www.envotech.com.my/radio.html
IDENTEC i-Q310 – aktywny tag RFID bazujący na standardzie ISO/IEC 18000-7 o zasięgu 140 metrów. Posiada również czujnik poziomu zanieczyszczeń, temperatury, wilgotności oraz akustyczny sygnalizator. Tag przygotowany do stosowania w trudnych warunkach takich jak kopalnie. Żywotność akumulatora to 5 lat. Tag RFID Identec z czujnikiem poziomu zanieczyszczeń i temperatury
Źródło: www.identecsolutions.com/

Pasywne i pół-pasywne tagi RFID z czujnikiem

Nie tylko tagi aktywne mogą posiadać wbudowane czujniki. Firma Farsens oferuje tagi pasywne z wbudowanym czujnikiem: temperatury, ciśnienia lub przyspieszenia z możliwością doczepienia zewnętrznej baterii, która zwiększa wrażliwość anteny (od +20dBm do -5dBm bez dodatkowej baterii).

Pasywny tag RFID z czujnikiem ciśnienia, który został zaprojektowany dla zastosowań medycznych, takich jak zdalne systemy monitorowania pacjentów i pomiaru ciśnienia, ma bardzo niskie zużycie energii. Tag zakończony jest odpowiednią anteną. Poniżej model FS-111P z wbudowanym barometrem cyfrowym. Tag pracuje w standardzie EPC C1G2. Pasywny tag RFID z czujnikiem cisnienia
Źródło: www.farsens.com/index.php/passive/batteryless-pressure-sensor/
Tag RFID z czujnikiem przyspieszenia (FS-111A) mierzy przyspieszenie w trzech płaszczyznach. Tag jest wymiarów 130 x 32 x 0,8 mm i jest dostępny z dwoma rodzajami przyspieszeniomierzy (ST Microelectronics LIS3DH lub ST Microelectronics LIS331DLH). Tag pracuje w standardzie EPC C1G2. Pasywny tag RFID z czujnikiem przyspieszenia
Źródło: www.veryfields.net/gen-2-battery-less-rfid-sensor-tags-passive-rfid-sensors-temperature-pressure-accelerometer
Tag RFID z czujnikiem temperatury (FS-111T) wymiarów 130 x 41 x 0,8 mm. Tag pracuje w standardzie EPC C1G2. Pasywny tag RFID z czujnikiem temperatury
Źródło: www.veryfields.net/gen-2-battery-less-rfid-sensor-tags-passive-rfid-sensors-temperature-pressure-accelerometer
Przykład działania czujników RFID firmy Farsens
CAEN – A927 semi-pasywny czujnik RFID z funkcją pomiaru temperatury UHF. Żywotność baterii to 3 lata. Tag możliwy do wykorzystania podczas transportu artykułów medycznych lub żywności (zakres pracy od 0 do +40 °C). Tag zgodny z ISO 18000-6B. Pasywny tag RFID z czujnikiem pomiaru temperatury
Źródło: www.caenrfid.it
Infratab Freshtime to semi-pasywny czujnik RFID zgodny z ISO 18000-6B. Obecnie w opracowaniu są standardy ISO 18000-6C (gen2) oraz ISO HF 15693/18000-3. Czujnik ten mierzy temperaturę. Czujnik może pracować samodzielnie i ostrzegać użytkownika za pomocą kontrolki. W każdej chwili można za pomocą przycisku na tagu sprawdzić jego stan. Infratab - semi-pasywny czujnik RFID zgodny z ISO 18000-6B
Źródło: www.infratab.com/infratab/freshtime_tags.html
KSW – VarioSens Basic to wielkości karty kredytowej tag RFID zgodny z ISO 15693-3. Ma możliwość monitorowania temperatury. Informacje mogą być przechowywane przez czytnik RFID. Variosens - wielkosci karty kredytowej tag RFID z czujnikiem temperatury
Źródło: http://www.haccpnow.si/ev/trg/product_info.php/kswvariosens-basic-starter-kit-p-2920?language=en
ALIEN Battery Assisted Passive Tag – pasywny tag RFID pracujący w zakresie 2,45 GHz ISM. Posiada wbudowany 220mAh litowy akumulator. Możliwości zapisu oraz odczytu to 30 metrów. Tag ALIEN można przymocować do metalu lub umieścić w płynnym środowisku. ALIEN pasywny tag RFID do przymocowania w metalu
Źródło: www.alientechnology.com/docs/AT_DS_BAP.pdf
Montalbanotechnology – MTSens – tag HF RFID wielkości karty kredytowej. Może być umieszczany na powierzchniach płaskich lub zaokrąglonych. Dane z tagu mogą być odczytywane w dowolnych czasie, nawet gdy bateria się wyczerpała.Tag zgodny z ISO 15693. MTSens – tag HF RFID do umieszczenia na plaskich powierzchniach
Źródło: http://www.montalbanotechnology.com/en/active-rfid-mtsens
Pasywny czujnik RFID wykrywający poziom zanieczyszczeń w powietrzu, nad którym obecnie trwają prace w centrum General Electric Global Research (Niskayuna, Nowy Jork). Wykonany zostanie w taki sposób, by móc wykryć opary o zwiększonej selektywności wobec niekontrolowanych wahań wilgotności względnej otoczenia. Pasywny czujnik RFID wykrywajacy poziom zanieczyszczen w powietrzu
Źródło: www.ge.geglobalresearch.com/blog/wearable-rfid-sensors-to-detect-airborne-toxins/

Zastosowanie tagów RFID z czujnikiem

W ciągu ostatnich lat zastosowanie sensorów RFID ciągle wzrasta. Główne obszary, gdzie takie znaczniki są idealnym rozwiązaniem to monitoring warunków środowiskowych, motoryzacja, telemedycyna, kontrola produkcji czy farmacja.

Pomiar ciśnienia w oponach

Głównym powodem tego, że zaczęto interesować się czujnikami w oponach samochodowych były w latach 90 wypadki samochodowe w USA, których przyczyną był stan opon firmy Firestone. Z racji tego, że były to wypadki śmiertelne Bill Clinton wydał specjalny akt dotyczący montowania czujników w oponach informujących kierowcę o aktualnych ciśnieniu w oponach oraz ewentualnych zagrożeniach. Powstało w sumie 26 patentów dotyczących czujników RFID do wykrywania ciśnienia w oponach. Nie różniły się one zbytnio między sobą. Patenty ważne są tak samo w USA jak i na terenie UE. Obecnie czujniki RFID montuje się zarówno w samochodach osobowych, jak i dostawczych, autobusach itp. Producenci czujników argumentują, że odpowiednio napompowana opona zmniejsza jej zużycie oraz spalanie, co prowadzi do oszczędności [2].

Monitorowanie cisnienia w oponachźródło: www.upway.pl/tpms-monitoring-cisnienia

Telemedycyna

Za pomocą tagów RFID z czujnikami można zdalnie monitorować stan pacjentów, przede wszystkim ich temperaturę ciała oraz ciśnienie. Parametry zapisywane są w określonych jednostkach czasu, co pozwala później uzyskać wykres temperatury lub ciśnienia w czasie. Jest to bardzo przydatne podczas diagnostyki, gdyż wszystkie wartości wychodzące poza normę są od razu widoczne na ekranie i odpowiednio eksponowane.

Medycyna

Monitorowanie opakowań z krwią, transport narządów ludzkich lub innych substancji medycznych, które muszą być przechowywane przez cały czas w ściśle określonych warunkach otoczenia (http://nanopatentsandinnovations.blogspot.com/2010/06/blood-bags-with-rfid-chips-secure.html).

Śledzenie towarów

Sensory RFID umożliwiają monitorowanie temperatury oraz wilgotności przewożonych towarów, co później pozwala stwierdzić w jakich warunkach były przedmioty. Korzyści z tej technologii to między innymi zmniejszona liczba zepsutych towarów trafiających do sklepu, redukcja zużycia paliwa poprzez minimalizację transportu uszkodzonych i odrzuconych produktów (źródło: www.4safe.pl/wiadomosci/czujniki_rfid_beda_sledzic_latwo_psujace_sie_towary).

Farmacja

Jedną z liczniej reprezentowanych pod względem ilości wdrożeń technologii EPC/RFID jest branża farmaceutyczna. Leki muszą być przewożone z zachowaniem odpowiednich procedur, gdyż niezastosowanie ich uniemożliwia wprowadzenie do obrotu towarów farmaceutycznych. Najważniejszymi parametrami, których zapis musi być zachowany podczas przewozu leków to temperatura oraz wilgotność. Czujniki RFID pozwalają zapisać, a później zobrazować za pomocą aplikacji komputerowej w jakiej temperaturze oraz wilgotności przebywały leki.

Ponadto czujniki RFID mogą być wykorzystywane w laboratoriach badawczych (czujniki RFID z możliwością wykrywanie substancji trujących lub radioaktywnych) jak również w automatyce oraz motoryzacji (RFID z czujnikiem przyspieszenia oraz przeciążeń).

Budownictwo, górnictwo

Przykładem zastosowania tagów RFID z czujnikiem wykrywania poziomu stężenia gazów w powietrzu jest budowa 6 kilometrowego tunelu w Szwecji (Sztokcholm). Tamtejsza państwowa inspekcja transportu zarządziła monitorowanie stężenia gazów w powietrzu, aby pracownicy nie byli narażeni na szkodliwy wpływ zanieczyszczeń powstających podczas budowy. Automatyczna kontrola wentylacji jest nowym systemem stosowanym przez nowoczesne firmy budownicze w celu zapewnienia bezpieczeństwa swoim pracownikom. Rozwiązanie bazuje na tagach firmy Identec, które znajdują zastosowanie również w górnictwie oraz lotnictwie np. czujniki w terminalach (źródło: www.rfidjournal.com/article/view/8807).

Odczyt oraz wizualne przedstawienie danych za pomocą aplikacji komputerowej

Konkurencja dla czujników RFID

Istnieje kilka technologii na rynku, które konkurują z czujnikami RFID. Z reguły są dość duże i drogie, mimo że służą jedynie do wykrywania. Potencjalnymi konkurentami są rejestratory danych, wskaźniki oraz WSN (Wireless Sensor Network). Czujniki RFID mogą przechowywać dane podobnie jak rejestratory danych, z tym że korzyścią rejestratorów są ich lepsze funkcje. W zależności od modelu rejestrator może mierzyć napięcie, prąd, i inne jednostki, które nie są cechą sensorów RFID, jednak rejestratorów nie używa się w łańcuchu dostaw. Kolejną konkurencją są wskaźniki. Są to zazwyczaj jednorazowe, tanie i proste znaczki na kleju, które można umieścić na suchej powierzchni. Zaletą jest ich widoczność. W przeciwieństwie do sensorów RFID nie potrafią przechowywać danych z pomiarów. Mają tylko pomiar jednej wartości np.: temperatury, wstrząsu, wilgotności lub ciśnienia. Sensor RFID jest lepszym rozwiązaniem, gdyż może osiągnąć szerszy zakres pomiaru i jest bardziej dokładny niż wskaźnik. Głównym konkurentem dla RFID jest WSN. Sieć WSN tworzą węzły, które komunikują się ze sobą i przekazują pakiety danych do stacji bazowej. Każdy węzeł powinien mieć unikatowy identyfikator. Technologie WSN oraz RFID są coraz bliżej siebie, dlatego kroki w wykorzystaniu tych technologii zmierzają do ich konwergencji.

Literatura

[1] Optimization of Continuous Query Processing for RFID Sensor Tag Data Stream, Yongxu Piao i in., 2009

[2] Sensor-enabled RFID tag handbook, Antti Ruhanen i in., 2008, www.bridge-project.eu

[3] Wearable RFID-Enabled Sensor Nodes for Biomedical Applications, Li Yang i in., Georgia Institute of Technology, USA, IEEE 2008

Autor: Judyta Pytlik

Oceń ten artykuł