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RFID(射频识别芯片)

发布时间:2018-7-25 10:03:54 访问次数:1239

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近年来,越来越多的零售商和制造商选择利用rfid(射频识别芯片)来追踪它们的产品。通常这些rfid都是基于一张纸质标签外加一个简单的天线和存储芯片。当这些rfid标签贴在牛奶盒或夹克上时,它们可作为智能标记,向射频读取器发送相关产品的身份、状态或位置等信息。

除了可在整个供应链上标记产品外,rfid标签还广泛用于追踪从赌场芯片和牧场牛,到游乐园游客以及马拉松选手的各个场景。

mit(美国麻省理工学院)的auto-id实验室一直处于rfid技术开发的前沿。据麦姆斯咨询报道,现在,该实验室的研究人员正在尝试为rfid技术开拓新的功能:感知。他们开发了一种新的超高频(uhf)rfid标签传感器,能够感知峰值葡萄糖并进行信号的无线传输。未来,该团队计划完善这款rfid传感器,监测环境中的化合物和气体(例如一氧化氮co)。

“人们希望从现有rfid基础设施中挖掘更多价值,拓展更多的应用,例如传感,” mit 机械工程学院研究生sai nithin reddy kantareddy说,“我们可以打造成千上万的这类很便宜的rfid标签传感器,把它们贴在建筑墙壁或各种物体上,无需额外的电池就能探测环境中各种常见气体,例如一氧化碳或氨气等。并以很低的成本打造一个巨大的传感网络。”

kantareddy的研究团队成员包括科学家rahul bhattacharya,以及mit机械工程部fred fort flowers和daniel fort flowers教授兼开放学习副主席sanjay sarma。http://yushuokeji.51dzw.com/

“rfid是目前最便宜、功耗最低的rf通信协议,” sarma称,“当通用的rfid芯片能够通过对标签进行改进来感知真实世界,那么真正意义上的传感无处不在将成为现实。”

混杂波

目前,rfid标签有多种配置可供选择,包括电池供电型和无源型。两种类型的rfid标签都包含一个小型的天线,通过反向散射rf信号和远处的读取器通信,向后者发送存储在标签中小型集成芯片上的数据或简单代码。电池供电型标签包含一块为芯片供电的小型电池。而无源rfid标签则从读取器本身收集能量,读取器在fcc限定内发射能量恰到好处的无线电波,为rfid标签中的存储芯片以及反射信号接收提供能量。

近年来,研究人员已经开始试验各种方法将无源rfid标签转变成无需电池或无需更换的能够长期运行的传感器。这些努力通常主要针对标签天线进行设计改造,使其电学性能响应某些环境刺激而变化。因而,当探测到某种刺激时,天线会以不同的特征频率或信号强度将无线电波反射回读取器。

例如,sarma的团队之前设计了一款rfid标签天线,能够响应泥土中的湿度,改变无线电波的发射。该团队还制造了一款天线,能够感知流经rfid标签血液的贫血状况。http://yushuokj.51dzw.com/

但是,kantareddy称这类以天线为中心的设计有很多缺陷,其中主要的是“多路干扰”——即使是来自单一源(例如一个rfid读取器或天线)的无线电波也会在多个表面上反射,从而带来混杂影响。

“根据环境状况,无线电波会在反射回标签前在墙壁和物体上多次反射,这会干扰并形成噪音,”kantareddy 说,“采用基于天线的传感器,有更高的几率会得到错误的确定或否定信号,这意味着有可能传感器的响应并不准确,因为它会受到无线电场的干扰。因此基于天线的传感缺乏足够的可靠性。”

小改动,大智慧

sarma的团队采用了一种新的方案:并不针对标签天线,而是尝试对其存储芯片进行改良。他们采购了市售的可在两种供电模式下切换的集成芯片:一种是基于rf能量的模式,类似于全无源rfid;一种是本地能量辅助模式,例如利用外部电池或电容器,类似于半无源rfid标签。

研究团队利用一款标准射频天线和上述芯片嵌入rfid标签。在关键的一步中,研究人员在存储芯片周围制作了一个简单的电路,当芯片感知到某种环境刺激时,可以使芯片切换至本地能量辅助模式。在这种模式下(电池辅助无源模式,bap),其芯片会发射新的协议代码,与其在无源模式下发射的常规代码不同。然后,读取器转译这个新代码,表明rfid标签探测到了感兴趣的环境刺激信号。

kantareddy称,这种基于芯片设计制作的rfid传感器相比基于天线设计的传感器更加可靠,因为它从根本上区分了标签的感知和通信功能。在基于天线的传感器中,存储数据的芯片和传输数据的天线都依赖于环境中反射的无线电波。而kantareddy的新设计,其芯片无需依赖混杂的无线电波来实现感知。

“我们希望数据的可靠性可以获得提升,” kantareddy说,“只要处于传感状态,我们新方案就会发射信号增强的新协议代码,因而可以清晰的判断标签的传感状态和非传感状态。”yushuo1.51dzw.com/

“这个方案很有意思,因为它还解决了环境中大量标签所带来的信息过载难题,” bhattacharyya称,“该方案摒弃了不断地通过短距离无源标签进行信息流解析,使rfid读取器可以放置得足够远,以便只对重要事件进行通信和所需要的处理。”

即插即用型传感器

作为演示,研究团队开发了一款rfid血糖传感器。他们利用市售的葡萄糖感应电极,其中充满了电解质葡萄糖氧化酶。当电解质与葡萄糖相互作用时,电极产生电荷,充当本地能源或电池。

研究人员将这些电极连接到rfid标签的存储器芯片和电路。当他们将葡萄糖添加到每个电极时,所产生的电荷可使芯片从其无源rf功率模式,切换到本地电荷辅助模式。葡萄糖添加的越多,芯片处于第二种电源模式下的时间就越长。

kantareddy称,能够感知这种新电源模式的读取器,可以将此作为环境中有葡萄糖存在的信号。这种读取器可以通过测量芯片处于电池辅助模式下的时间,来确定葡萄糖的含量——在这种模式下的时间越长,意味着葡萄糖含量越高。

尽管该研究团队开发的传感器可以探测葡萄糖,但是其性能还是要低于市售的专用葡萄糖传感器,kantareddy表示他们的目标不是为了开发一款rfid葡萄糖传感器,而是为了展示他们的设计相比基于天线的传感器,其传感性能更加可靠。

“采用我们的设计,得到的数据更加可靠,” kantareddy说。

此外,他们的设计效率更高。其标签可以利用附近反射的rf能量以无源模式运行,直到附近出现感兴趣的环境刺激。而这种刺激本身可以为标签提供电能,向读取器发送警报代码。因此,传感本身,可以为集成芯片提供额外的能源。

“由于这种标签可以从射频和电极两种途径获取能量,因此,其通信范围获得了极大拓展,” kantareddy说,“利用这种设计,读取器的距离可以达到10米以上,远超过去的1~2米。因此,同样的区域,可以大量减少读取器的数量和成本。”

接下来,他计划通过将其设计与不同类型的电极结合开发一款rfid一氧化碳传感器,当一氧化碳出现时,可以使传感器产生电荷,为其供能。

“采用基于天线的设计方案,需要针对特定的应用设计特定的天线,” kantareddy介绍说,“而采用我们的设计方案,只需要选择利用市售的电极,即插即用,这使整个设计理念非常容易扩展。用户可以在家里或者在厂区,部署成千上万的这类传感器,用于监测锅炉、气体储罐或者管道。”http://yushuokj.51dzw.com/

据麦姆斯咨询报道,现在,美国麻省理工学院的研究人员正在尝试为rfid技术开拓新的功能:感知。他们开发了一种新的超高频(uhf)rfid标签传感器,能够感知峰值葡萄糖并进行信号的无线传输。来源:麦姆斯咨询

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