REALIZZAZIONE di un SETUP di MISURA per RADIO SENSORI RFID

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1 Università degli studi di Roma Tor Vergata Facoltà di Ingegneria Tesi di Laurea Specialistica in Ingegneria delle Telecomunicazioni REALIZZAZIONE di un SETUP di MISURA per RADIO SENSORI RFID Candidato: Francesco Amato Relatore: Prof. Gaetano Marrocco

2 Generalità sugli RFID

3 S 11 [db] RFID per Sensing Frequenza [MHz] IDEA: Impiego di RFID passivi ad accoppiamento elettromagnetico per monitorare l evoluzione delle proprietà fisiche degli oggetti.

4 S 11 [db] RFID per Sensing Frequenza [MHz] IDEA: Impiego di RFID passivi ad accoppiamento elettromagnetico per monitorare l evoluzione delle proprietà fisiche degli oggetti.

5 Obiettivi Prima Sperimentazione dell idea di Sensing basata sull uso di RFID Passivi Studio delle possibili modalità di Sensing basate sull impiego di un sistema RFID passivo Pianificazione delle procedure di ricerca Acquisizione ed Elaborazione dei dati sperimentali

6 Funzionamento di sistemi RFID Passivi Reader Forward Link Pc Host Tag G R Antenna d Coefficiente di Riflessione in Potenza G T

7 Funzionamento di sistemi RFID Passivi Reader Forward Link Pc Host Tag G R Antenna d Backward Link Coefficiente di Riflessione in Potenza G T Parametro di Modulazione ON OFF Grandezze Misurabili:?

8 Self Sensing RFID Singleport Sensing Multiport Sensing G. Marrocco, L. Mattioni, C. Calabrese. IEEE Trans. on Antenna and Propagation, Aug. 2008

9 Misura Elettromagnetica Curve di Calibrazione Calibration Curve specifica per ciascuna applicazione Parametri Fisici sotto osservazione

10 Procedure di ricerca Realizzazione Setup di Misura Progettazione e Realizzazione di Tag passivi per monitorare la variazione della quantità di materiale in un contenitore Materiale Acqua Zucchero e-2

11 Setup di Misura G R G R = 3 dbi = 0.13 = 1.42 =

12 Setup di Misura G R G R = 3 dbi = 0.13 = 1.42 = Configurazione Interrogazione tag Generazione output

13 Setup di Misura G R G R = 3 dbi = 0.13 = 1.42 = Configurazione Interrogazione tag Generazione output Pannelli Assorbenti: riflettività MHz; Cavalletto dielettrico. Oggetto sotto osservazione.

14 a [cm] Progettazione di Tag per Sensing CAD elettromagnetico implementante il Metodo degli Elementi Finiti (FEM) Specifiche di progetto: Geometria del tag T-match planare Frequenza di Lavoro La W b Proprietà dei Microchip Impedenza Dimensioni: 3 mm per lato Sensibilità Alla frequenza di lavoro Z A = Z chip * b [cm]

15 Misure Sperimentali: Sensing su Acqua Quota Acqua h [cm]

16 Misure Sperimentali: Sensing su Acqua Quota Acqua h [cm] Singleport Sensing utile al monitoraggio di materiali con un elevata permittività dielettrica

17 Misure Sperimentali: Sensing su Zucchero Quota Zucchero h [cm] Singleport Sensing indipendente dall orientazione reciproca tra reader e tag

18 Misure Sperimentali: Sensing su Zucchero simulazioni Quota Zucchero h [cm] Condizioni di adattamento TAG a : TAG s : h = 0 cm h = 14 cm Multiport Sensing utile al monitoraggio di materiali con una bassa permittività dielettrica

19 Conclusioni Dimostrata la possibilità di impiego di Tag RFID passivi per applicazioni di sensing Singleport Sensing: Possibilità di sensing su materiali con elevata permittività dielettrica Semplice procedura di progettazione Delicata acquisizione dei dati sperimentali Multiport Sensing: Possibilità di sensing su materiali con bassa permittività dielettrica Procedura di progettazione più complessa Semplice acquisizione dei dati sperimentali Sviluppi Futuri Necessari miglioramenti in termini di ottimizzazione ed automatizzazione delle procedure di progettazione dei tag RFID per il sensing Sviluppo di accurati algoritmi di elaborazione per il processing dei dati. (Reti Neurali)

20 Università degli studi di Roma Tor Vergata Facoltà di Ingegneria Tesi di Laurea Specialistica in Ingegneria delle Telecomunicazioni REALIZZAZIONE di un SETUP di MISURA per RADIO SENSORI RFID Submitted to European Wireless Technology Conference EuWiT 2009

21 Sistemi RFID Base Station Transponder Application READER micro chip - Microcontrollore - Modulo DSP - Modulo radio - Antenna ricetrasmittente. - EIRP 33 dbm in banda MHz Temperature: -40, 175 C; Sensibilità: -15 dbm antenna Z A = Z chip *

22 Protocollo di rete: Accesso al Mezzo Far Field Region [, ] EPC RFID protocol Class 1, Gen II. Version 1.1.0, 2005

23 Setup di Misura G R = 3 dbi = 0.13 = 1.42 = G R Limiti del dispositivo Trasmissione di valori di potenza DISCRETI. Privo di un programma di controllo automatizzato. Configurazione Interrogazione tag Generazione output

24 Setup di Misura G R = 3 dbi = 0.13 = 1.42 = G R Limiti del dispositivo Trasmissione di valori di potenza DISCRETI. Privo di un programma di controllo automatizzato. Configurazione Interrogazione tag Generazione output

25 Setup di Misura: il Software in C Configurare la strumentazione Eseguire uno o più Interrogazioni sui tag Ottenere ID e potenza retrodiffusa dai tag Generare output contenente informazioni di interesse generale Scelte dell utente Sweep in potenza fino all ottenimento di una risposta dai tag Trasmissione a potenza costante fino a diversa segnalazione dell operatore Informazioni salvate tempo reale: Potenza retrodiffusa dal tag interrogato [dbm] Amplificazione LNA [dbm] Istante di risposta del tag [ms] Tag Data: PC + EPC Output Potenza inviata dal reader [dbm] Potenza trasmessa dall antenna PIFA [dbw] Frequenza di trasmissione [MHz] Distanza tra reader e tag [m]

26 a [cm] Sensing sui Liquidi Materiale Plexiglass Polietilene Acqua Rame e6 b [cm]

27 Sensing sui Solidi Singleport Sensing Livello Zucchero h [cm]

28 Sensing sui Solidi Multiport Sensing Condizioni di adattamento TAG a : h = 0 cm TAG s : h = 14 cm Materiale Perspex Zucchero e-2 Livello Zucchero h [cm]

29 Misure Sperimentali: Metodi di acquisizione dati Singleport Sensing Multiport Sensing Si pongono il Reader e i Tag a distanza fissa Si inviano valori costanti di potenza e si salvano le potenze retrodiffuse dai tag In fase di processing dei dati si distinguono, tramite EPC, le risposte dei tag Si calcolano i rapporti delle potenze retrodiffuse dai singoli tag:

30 Conclusioni e Sviluppi Futuri Setup di Misura Permette una caratterizzazione dei tag RFID in banda UHF ad accoppiamento elettromagnetico in differenti ambiti sperimentali ed è quindi utilizzabile per svariate applicazioni di ricerca future. Analisi sperimentale di RFID passivi per Sensing Confronto tra Misure in laboratorio e Simulazioni al calcolatore Impiego, su diversi tipi di materiali, di differenti procedimenti di acquisizione ed elaborazione dati: Singleport Sensing Multiport Sensing Applicazioni Domotica Precision Farming

31 Funzionamento di sistemi RFID Passivi

32 Struttura Pacchetti del Firmware Intel

33 Protocollo di rete - Select - Inventory - Access: Lettura/Scrittura Memory Lock Kill PC + EPC parity check bits o di Ciclic Redundancy Check bits (CRC) più ecienti dei primi poiché implementabili tramite uso di semplici shift register (flip-flop collegati in serie).