¿Qué puedo hacer para aumentar el alcance de lectura de la RFID pasiva de alta frecuencia?

Question

Estoy trabajando en un prototipo, una de cuyas funciones es detectar si un objeto está "al alcance" de unos pocos centímetros. En este momento sólo estoy usando un Arduino y una barata Kit Mifare RC-522 que opera a 13,56 MHz:

He conseguido que detecte la etiqueta, pero sólo a una distancia de unos 3-4 cm cuando la etiqueta está orientada en paralelo a la antena.

Según mi limitado investigación La banda HF permite rangos de lectura de entre 10 cm y 1 m para las etiquetas pasivas, dependiendo de factores como el tamaño de la antena, el tamaño y la orientación de la etiqueta y la potencia del transceptor.

Me doy cuenta de que este lector barato no está a la altura tal y como está, pero estoy interesado en construir algo que consiga rangos de lectura de 15-20 cm.

Algunos criterios:

• No es necesario leer varias etiquetas; sólo si un está en el rango o no.
• No es necesario escribir en la etiqueta.
• No se puede utilizar una etiqueta activa.

No tengo experiencia en la construcción de lectores RFID (todavía), pero me interesa saber qué debo hacer.

Aquí hay algunas cosas que he considerado:

• Deshacerme de la antena integrada en el lector RFID barato y construir mi propia antena, más grande. Necesitaría ver si la antena incorporada MFRC522 está a la altura de la tarea de proporcionar energía adicional.
• Busque un CI diferente en torno al cual construir un lector desde cero.
• Encontrar una solución ya hecha en lugar de intentar construir una (¿más rentable?).
• Utilice algo más que la RFID para la simple detección de proximidad.

Tengo experiencia con los microcontroladores y la electrónica básica, y he hecho proyectos de audio e iluminación, pero esto es la primera vez con RFID. Como no necesito leer varias etiquetas, para lo que la RFID es adecuada, he considerado quizás algún tipo de imán y sensor de efecto hall, pero el alcance no parece adecuado. He considerado utilizar un detector de proximidad por ultrasonidos, pero la aplicación requiere detectar el objeto etiquetado e ignorar los no etiquetados (los ultrasonidos producirían falsos positivos en los objetos no etiquetados). He considerado algún tipo de superficie reflectante colocada sobre el objeto, y detectar la luz reflejada, pero la orientación del objeto no es lo suficientemente fiable para mantener la alineación.

Así que, en pocas palabras, ¿Qué modificaciones puedo hacer a mi lector actual, o qué tecnología alternativa debería buscar para conseguir una detección de 15-20 cm de un objeto marcado pasivamente?

Tengo previsto conectar el detector de proximidad que se utilice a un microcontrolador mediante SPI.

Answer 1

Sólo puedo relatar mis experiencias: -

Si quiere detectar un normalmente no se alimenta etiqueta de tipo pasivo a distancias extremas tiene que alimentar a esa etiqueta de un campo magnético significativamente mayor. Hacer su campo magnético más fuerte es la única manera que puedo conocer (y puedo recomendar). Hacer que su etiqueta sea más eficiente en la recuperación de una fracción de esta energía es también parte del trato. Hacer que la energía que necesita la etiqueta sea menor también es parte del trato.

Una vez que la etiqueta "pasiva" recibe suficiente energía de ese campo magnético, puede transmitir una señal de radiofrecuencia para anunciar su presencia. Esta transmisión no debería tener que luchar con el campo magnético predominante que lo alimenta, sino que debería estar en una frecuencia portadora que no esté conectada con el campo magnético de potencia para que funcione con mayor eficacia. Para ello es necesario que el objeto fijo que genera el campo magnético de potencia sea capaz de recibir esta señal de radiofrecuencia.

Así que ahora tienes dos transmisiones - la transmisión que alimenta la etiqueta y la transmisión de la etiqueta que contiene los datos de identificación - ninguna está en la misma frecuencia si quieres la máxima distancia.

A unas 4 pulgadas (quizás 5 pulgadas si lo presiono), un sistema que desarrollé podría detectar la presencia de un dispositivo normalmente sin alimentación. Sin embargo, necesitaba transmitir alrededor de 1 vatio a través de la brecha porque el dispositivo estaba haciendo otras cosas que necesitaban la energía - estaba girando en un eje y los cables no funcionarían. El transmisor FM que utilizaba estaba a 80MHz y transmitía a cerca de 1mW. El receptor podía detectarlo a 1 metro, pero no estaba especialmente diseñado para detectarlo a más de 10 centímetros. El campo magnético que generaba era bastante grande y la bobina que utilizaba estaba enrollada con alambre Litz - creo que tenía unos 3 uH y tenía unos 400 voltios de pico a pico a través de ella a 600kHz (¡calcule usted mismo la corriente!). Operando el campo magnético a 13MHz podría sería mejor, pero empieza a ser un compromiso porque, en tu situación, quieres que el "área de detección" sea grande - esto significa una bobina de gran diámetro y quieres la máxima corriente a través de ella para producir el campo más grande y de mayor alcance que estás luchando contra la inductancia de la bobina. Necesitas corriente en esa bobina para producir un campo magnético y cuanto más, mejor.

Para conseguir esa corriente, utilicé cable Litz de 250 hilos y una sintonización en paralelo para que la corriente circulante en la bobina fuera mucho mayor que la corriente de accionamiento del generador. Esto facilita el diseño del generador, por supuesto.

En resumen, si quieres alimentar la etiqueta a distancia, piensa en una gran bobina y pensar en alambre litz y piense en un ajuste paralelo para obtener la máxima eficacia. La bobina de recepción de potencia también tenía muy pocas pérdidas y estaba muy ajustada para obtener la mayor cantidad de voltaje posible cuando se ajustaba a la máxima distancia. En mi opinión, esto es en lo que debes centrarte.