Dissertação em Eng. Electrónica e Telecomunicações da Universidade de Aveiro. Construção de um sistema de RFID com fins de localização especiais

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Eliana Arruda Bastos
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1 Dissertação em Eng. Electrónica e Telecomunicações da Universidade de Aveiro Construção de um sistema de RFID com fins de localização especiais Dissertação elaborada por: Hugo Gomes Orientação: Doutor Nuno Borges de Carvalho 1 Resumo Estado da arte de RFID Métodos de Localização Estudo da Distorção de Intermodulação Esquema de Funcionamento Simulações Protótipos Construídos e Resultados Práticos Conclusões 1

2 RFID: Estado da Arte RFID é: um meio de envio e armazenamento de dados através de ondas electromagnéticas para circuitos integrados e compatíveis em radiofrequência. um método de identificação única de itens através de ondas rádio Qual a sua importância? Pesquisa de RFID no Google: RFID: apontadores RFID tags: apontadores RFID white papers: apontadores (em PDF):

3 Onde é usado? Na industria têxtil Em bibliotecas Industria e logística Na Industria farmacêutica e Ciências da saúde Etc 5 5 História 6 6

4 Componentes do Sistema Reader/Interrogator usado para ler e armazenar a informação lido do Tag. Tag/Transponder pequeno dispositivo que devolve ao reader os dados identificativos 7 7 Tags Tags Activas: Tags Passivas Tags Semi-Passivas 8 8 4

5 Tags Bateria Potência no Tag Alcance Multi-tag Collection Memoria Capacidades Active RFID Sim Continua Longo(100m) Milhares em repouso Alguns(0) em movimento até 160 Km/h Acima de 18KB Actualização permanente Passive RFID Não Só quando ao alcance do Reader Curto(m) Centenas em repouso Alguns(0) em movimento até 4,8 km/h 18 bytes Actualização quando perto reader Tags Monitorização de área Velocidade elevada Acesso múltiplo Aplicações de segurança Impacto nos processos de negócio Aplicações características Active RFID Sim Sim Sofisticadas Reduzido Processos comerciais dinâmicos Segurança e sensibilidade Armazenamento de dados/ logging Passive RFID Não Limitadas Básicas Substancial Processos comerciais fixos Segurança reduzida Fraca capacidade 10 5

6 Tags Read/Write (RW) dispositivos que permitem alterar os seus dados internos. Read Only (RO) Tipicamente sem chip, não permitem a alteração dos seus dados. Write once, Read Many (WORM) Programados 1 ou poucas vezes e leitura permanente Tipo de Comunicação 1 1 6

Frequências e Alcances() 1 Nota: Em Portugal a banda entre 890-94Mhz.

7 Frequências e Alcances() 1 Nota: Em Portugal a banda entre Mhz. Futuro em 5,5-5,85Ghz e 4,05-4,5GHz 1 Potência de sinal dos Reader

Princípios de Operação 1-bit Transpoder Full-Duplex, Half-Duplex e Sequencial 15

8 Princípios de Operação 1-bit Transpoder Full-Duplex, Half-Duplex e Sequencial Métodos de localização Reader Tag r Reader r Tag r r1 Reader Reader

9 Esquema de Funcionamento Distorção de Intermodulação Sistema Não-Linear: + k y = axt ( τ ) = axt ( τ ) + axt ( τ ) NL k k k = 1 + axt + ( τ ) Sinal de entrada com tons: xt () = b cos( ω t) + b cos( ω t)

10 19 Distorção de Intermodulação ( cos( ω ) cos( ω )) y = a b t + b t + NL y = 1ª ordem 1 ( cos( ω ) cos( ω )) a b1 1t b t y = ª ordem ( ω ω ) a b1 1t b t + cos( ) + cos( ) +... y = ª ordem 19 Distorção de Intermodulação Componentes fundamentais Componentes ª Ordem Componentes ª Ordem Amplitude 9 P ( ω ω ) = a P P 4 IMD 1 IN1 IN ω-ω1 ω1-ω ω1 ω ω-ω1 ω1 ω1+ω ω ω1 ω1+ω ω+ω1 ω Frequência

11 Distorção de intermodulação no díodo vd Ri s D id( vd) = IS exp ηvt 1 dδ! NL dx ( ) y x xt () = x 0 ( ) 1 dδnl y x 1 dδnl y x δ NL y( x) K 0 ( x x = + 0) + ( x x0) + 1! dx! d x xt () = x xt () = x ( x x ) ( ) Distorção de intermodulação no díodo 1 did δ i ( v ) = K + ( v v ) + NL D D 0 D 0 1! dvd vd = a v 0 1 did ( vd v0 )! dvd vd = v did + ( vd v0 ) +...! dvd v = v D a 0 a 1 11

12 Distorção de intermodulação no díodo Tensão de Saída linear ª ordem ª ordem 1.6 x Ponto de Polarização (Vd) Diagrama de Blocos 1 BPF Bloco Amplifi cador Bloco Amplifi cador BPF 4 4 1

13 Diagrama de Blocos f f 1 Sinal (Pseudoaleatório) ASK Power Combiner Bloco Amplifi cador a) BPF Cálculo da distância Medidor de atraso S&H ASK LNA BPF 5 Reader Integrate & Dump f b) 5 Comparação temporal Amp. Seq Sinal original Autocorrelação T seq tempo Amp. Seq Sinal original Sinal recebido Correlação cruzada 6 T atraso tempo 6 1

14 Esquema Final 7 7 Prototipos

15 Resultados Práticos P 1N =P N ω1 ω ω1-ω P IMD (dbm) P 1,IN (dbm) 9 9 Resultados Práticos P 1N Max ω1 ω ω1-ω -0 Power (dbm) P IN (dbm)

16 Resultados Práticos P N Max ω1 ω ω1-ω -0 Power (dbm) P 1IN (dbm) 1 Resultados Práticos vs Simulados Power (db) ω1 ω ω1-ω ω1simulado ωsimulado ω1-ω)simulado P 1,IN (db) 16

17 Conclusões Área vastíssima Muita informação, não muitos protocolos e standards (embora se caminhe para tal). Tendem-se de convergência de modo a facilitar o acesso ao consumidor e a redução de custos. O uso da intermodulação como meio de transmissão é viável e pode ser alternativa para tags passivos. Obrigado

18 Potência à saída do Reader dbm dbm Potencia transmitida (dbm) Frequencia (Hz) x Potência à entrada do Tag dbm dbm -50 P1,IN (dbm) Frequencia (Hz) x

19 Potência à saída do Tag ) g ( ) dbm Potencias (dbm) dbm dbm Frequencia (Hz) x Potência à entrada do Reader Potencia (dbm) dbm dbm Frequencia (Hz) x

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