podstawy projektowania

advertisement
Podział według zasady transmisji danych
1
1-bit transponder (RF)
Transpondery 1-bitowe są najprostszymi transponderami używanymi
w systemach RFID. Przy ich pomocy reprezentowane mogą być tylko 2 stany
logiczne (1 i 0). Co ogranicza się do sprawdzenia czy transponder znajduje się w
polu czytnika czy nie.
Głównym zastosowaniem tego rodzaju systemu są zabezpieczenia
antykradzieżowe w sklepach (ESA - electronic article survellance).
System taki składa się z czytnika z anteną, transpondera i elementu
deaktywującego transponder po uiszczeniu zapłaty.
2
Radio frequency 1-bit transponder (RF)
Jednobitowe systemy RFID oparte są na układach rezonansowych LC, w których
częstotliwość czytnika jest zgodna z częstotliwością transpondera.
Czytnik (detektor) generuje zmienne pole magnetyczne o częstotliwości radiowej,
jeśli w obręb pola magnetycznego generowanego przez czytnik wprowadzony
zostanie transponder nastąpi zmiana impedancji układu.
Zmiana amplitudy napięcia detektora, powstała na skutek umieszczenia w polu
detektora transpondera, jest niewielka i trudna do wykrycia.
Ponieważ częstotliwość rezonansowa transpondera może nie pokrywać się
dokładnie z częstotliwością czytnika (dokładność produkcji) - czytnik przemiata
częstotliwość w zakresie +/-10% swojej częstotliwości nominalnej.
3
Radio frequency 1-bit transponder (RF)
4
Radio frequency 1-bit transponder (RF)
W systemie tym antena najczęściej ma postać prostokątnej cewki o stosunkowo
dużej powierzchni (usytuowaną przy wyjściu ze sklepu).
Zakresy częstotliwości pracy systemów 1-bitowych:
- 1,86 - 2,18 MHz,
- 7,44 - 8,73 MHz,
- 7,30 - 8,70 MHz,
- 7,40 - 8,60 MHz.
Poważnym problemem jest unikanie fałszywych alarmów spowodowanych
poprzez elementy, których częstotliwość rezonansowa leży w zakresie
częstotliwości przemiatanych przez czytnik.
5
Radio frequency 1-bit transponder (RF)
6
1-bit transponder (microwaves)
Transpondery 1-bitowe działające w zakresie mikrofalowym wykorzystują
generowanie częstotliwości harmonicznych w elementach o nieliniowej
charakterystyce (np. diody).
Częstotliwość generowana przez transponder jest całkowitą wielokrotnością
częstotliwości generowanej przez czytnik.
Najczęściej w celu generowania harmonicznych wykorzystuje się diody
pojemnościowe ze względu na to, że liczba harmonicznych i ich natężenie zależy
od pojemności diody.
Ze względu na straty tylko niewielka część energii czytnika jest przetwarzana
w transponderze na wyższe harmoniczne.
Dzięki temu, że częstotliwość sygnału z transpondera jest całkowitą
wielokrotnością sygnału czytnika ograniczona zostaje możliwość wywołania
fałszywego alarmu.
Transpondery te występują najczęściej w postaci sztywnego paska lub breloczka i
są używane do zabezpieczania odzieży. Po uiszczeniu opłaty transpondery są
odpinane.
7
1-bit transponder (microwaves)
8
1-bit transponder (microwaves)
W celu zwiększenia odporności na fałszywe alarmy stosuje się dodatkowo
modulację (np. ASK).
9
1-bit transponder (frequency divider)
Metoda ta operuje na falach długich od 100kHz do 135,5kHz. Transpondery
składają się z układu scalonego oraz układu rezonansowego (cewki
i kondensatora).
Układ scalony jest zasilany z obwodu rezonansowego. Odebrana częstotliwość
jest dzielona w układzie scalonym i nadawana do czytnika. Podobnie jak w
rozwiązaniach mikrofalowych można stosować tu modulację w celu uniknięcia
fałszywych alarmów.
10
1-bit transponder (acoustomagnetic)
Metoda wykorzystuje efekt magnetostrykcji. Transponder jest wykonany w postaci
paska z materiału magnetostrykcyjnego. Geometrię transpondera dobiera się tak,
aby jego mechaniczna częstotliwość rezonansowa była zgodna z częstotliwością
pola magnetycznego generowanego przez nadajnik. Zmienne pole nadajnika
powoduje wprowadzenie elementu magnetostrykcyjnego w drgania. Po
wyłączeniu nadajnika element ciągle drga generując pole magnetyczne, które
może być wykryte przez odbiornik. Jeśli po wyłączeniu nadajnika układ nie
wykrywa pola o danej częstotliwości oznacza to że w obszarze czytnika nie
znajduje się transponder.
11
1-bit transponder (acoustomagnetic)
W stanie aktywnym element akustomagnetyczny jest namagnesowany. W celu
deaktywacji elementu należy go rozmagnesować. Dokonuje się tego poprzez
zastosowanie zmiennego pola o malejącej amplitudzie. Nie można deaktywować
elementu magnesem trwałym.
Typowe parametry systemu akustomagnetycznego
12
Transmisja full duplex, half duplex, sekwencyjna
Transpondery jednobitowe wykorzystują zjawiska fizyczne w celu wykrycia czy
w obszarze czytnika znajduje się element zabezpieczający. Bezprzewodowe
nośniki danych wymagają wydajnej dwukierunkowej transmisji.
Transmisja half duplex (HDX) - transmisja pomiędzy nadajnikiem, a odbiornikiem
dokonywana jest na przemian (nie występuje jednoczesna transmisja w obie
strony). Energia do transpondera jest dostarczane ciągle.
Transmisja full duplex (FDX) - jednoczesna transmisja danych w obie strony.
Energia do transpondera jest dostarczane ciągle.
Transmisja sekwencyjna (SEQ) - przesyłanie danych następuje tak jak
w transmisji HDX, energia przesyłana jest tylko w trakcie nadawania przez
czytnik. Czasami ten rodzaj transmisji jest nazywany half duplex.
13
Transmisja full duplex, half duplex, sekwencyjna
14
Sprzężenie magnetyczne - transfer energii
Transpondery indukcyjnie sprzęgane z czytnikami najczęściej są elementami
pasywnymi. Aby mogły działać muszą pobrać energię z czytnika. W tym celu
antena czytnika musi generować odpowiednio silne zmienne pole magnetyczne,
aby przy słabym sprzężeniu z czytnikiem wygenerować w nim odpowiednią ilość
energii.
Ponieważ długości fali wytwarzana przy częstotliwościach stosowanych
w sprzężeniach indukcyjnych jest kilkukrotnie większa niż odległość pomiędzy
elementami układu (<135 kHz: 2400m, 13.56MHz: 22.1m), całość można
traktować jako prosty układ ze sprzężeniem magnetycznym.
15
Sprzężenie magnetyczne - transfer energii
16
Sprzężenie magnetyczne - transfer energii
Część strumienia magnetycznego generowanego przez czytnik przenika cewkę
transpondera. Zaindukowane w cewce transpondera napięcie jest prostowane,
filtrowane i wykorzystywane do zasilania elektroniki transpondera.
W celu zwiększenia sprawności przekazywania energii stosuje się układy
rezonansowe zarówno w układzie czytnika jak i transpondera.
Sprawność przekazywania energii jest zależna od współczynnika sprzężenia
pomiędzy układami. Sprzężenie jest zależne głównie od:
- odległości pomiędzy cewkami,
- wzajemnego ułożenia cewek między sobą,
- częstotliwości generowanego pola magnetycznego,
- ilości zwojów (powierzchni) cewek.
17
Sprzężenie magnetyczne - transfer energii
Zgodnie z prawem Faradaya napięcie indukowane w cewce jest proporcjonalne
do strumienia magnetycznego przenikającego cewkę oraz do częstotliwości pola
magnetycznego: U=dΦ/dt. Zwiększając częstotliwość pola magnetycznego
generowanego przez czytnik można przekazać większą ilość energii przy tych
samych rozmiarach anteny (ewentualnie tą samą ilość energii przy mniejszych
rozmiarach).
18
Transfer danych: transponder → czytnik
Modulacja obciążenia
Systemy oparte na zmiennym polu magnetycznym działają na zasadzie słabego
sprzężenia magnetycznego. Uzwojeniem pierwotnym jest cewka czytnika,
a uzwojeniem wtórnym - cewka transpondera. Taki układ można rozpatrywać jako
proste sprzężenie magnetyczne o ile odległość pomiędzy cewkami nie przekracza
0,16 λ (długości fali). Znajdując się w bliskim polu czytnika transpoder pobiera
z niego energię, skutkiem czego jest zmiana impedancji anteny czytnika. Zmiana
impedancji czytnika pociąga za sobą zmianę napięcia cewki czytnika.
Jeśli zmiana obciążenia cewki transpondera jest sterowana przez dane, które
mają zostać przesłane to dane te mogą zostać odebrane przez czytnik jako
zmiana jego impedancji (lub napięcia).
19
Transfer danych: transponder → czytnik
Modulacja obciążenia
20
Transfer danych: transponder → czytnik
Modulacja obciążenia
Modulacja obciążenia generuje dwa prążki o częstotliwości fczytnika±fs. Poddając
odebrany sygnał filtracji oraz wzmocnieniu można dalej demodulować i odbierać dane
jakie wysyła transponder.
Ze względu na to że ten rodzaj transmisji wymaga szerokiego pasma stosowany może
być on tylko w paśmie ISM.
21
Transfer danych: transponder → czytnik
Modulacja obciążenia
Zasilanie transpondera: Napięcie indukowane w obwodzie L1, C1 jest podawane na
mostek prostowniczy. Następnie jest filtrowane przez kondensator i ograniczane przez
diodę 5V6.
Modulacja: Sygnał o częstotliwości nadawanej przez czytnik jest podawany na wejście
dzielnika częstotliwości. Sygnał z dzielnika częstotliwości jest bramkowany szeregowo
wysyłanymi danymi i podawany na tranzystor sterujący obciążeniem.
22
Close coupling - systemy krótkiego zasięgu
Systemy krótkiego zasięgu są projektowane na odległości od 1 do 10 mm.
W systemach tych transponder jest wkładany w szczelinę czytnika lub
przykładany do odpowiednio wyznaczonego miejsca czytnika tzw. touch & go.
Umieszczanie transpondera w szczelinie czytnika pozwala na precyzyjne
umieszczenie cewek transpondera i czytnika względem siebie. Rozmieszczenie
cewek w obu urządzeniach musi być znormalizowane.
23
Close coupling - systemy krótkiego zasięgu
Ze względu na to że napięcie indukowane w uzwojeniu wtórnym jest
proporcjonalne do częstotliwości pola magnetycznego dąży się do pracy na
stosunkowo dużych częstotliwościach (1-10 MHz). Aby przy takich
częstotliwościach pracy straty w rdzeniu były małe stosuje się odpowiednie
materiały na rdzenie cewek czytnika.
Systemy krótkiego zasięgu ze względu na małą odległość i duże sprzężenie
charakteryzuje się dużą sprawnością przesyłu energii. Dzięki temu mogą zasilać
czytniki wymagające dużej ilości energii (rzędu 10 mW).
Transmisja danych odbywa się analogicznie jak w układach ze sprzężeniem
indukcyjnym.
Mechaniczne i elektryczne parametry tych kart opisuje standard ISO 10536
24
Sprzężenie pojemnościowe (Systemy krótkiego zasięgu)
Ze względu na niewielką odległość czytnik-transponder w celu zasilania czytnika
i przesyłania danych wykorzystywana jest też metoda pojemnościowa. Dzięki
mechanicznemu pozycjonowaniu karty transpondera w czytniku (poprzez jej
wsunięcie) można uzyskać równoległe powierzchnie tworzące kondensator płaski.
W celu zamknięcia obwodu tworzy się dwa takie kondensatory. Jedna z okładek
każdego kondensatora jest tworzona w transponderze, a druga w czytniku.
Mechaniczne i elektryczne parametry tych kart opisuje standard ISO 10536
25
Sprzężenie pojemnościowe
W systemach sprzężonych pojemnościowo czytnik generuje silne pole
elektryczne o wysokiej częstotliwości. Odpowiednie pole elektryczne jest
generowane przy pomocy napięcia o wartości od kilkuset do kilku tysięcy woltów.
Antena transpondera jest wykonana w postaci dwóch płaskich powierzchni
najczęściej z folii przewodzącej i tworzy okładki kondensatora.
26
Sprzężenie pojemnościowe
Transmisja reader→transponder
Podczas przesyłania danych z czytnika do transpondera najczęściej stosuje się
modulację ASK ze względu na łatwość demodulacji. Możliwe są też modulacje
FSK oraz PSK.
27
Procedury sekwencyjne
Zasilanie transpondera - sprzężenie indukcyjne
W sprzężeniu indukcyjnym zmienne pole magnetyczne generowane przez czytnik
indukuje napięcie w cewce transpondera. Indukowane napięcie zmienne jest
następnie prostowane, filtrowane i stabilizowane.
Aby osiągnąć większą efektywność przesyłu energii i danych częstotliwość
transpondera musi zgadzać się z częstotliwością czytnika. W celu możliwości
dostrojenia tych częstotliwości w czytniku stosuje się kondensator o regulowanej
pojemności.
W systemie sekwencyjnym energia do transpondera nie jest wysyłana ciągle.
Podczas ładowania kondensatora transponder wyłącza się lub przechodzi w tryb
uśpienia. Po 'naładowaniu transpondera' czytnik przechodzi w stan odczytu
danych (nie nadaje - nie wysyła energii).
28
Procedury sekwencyjne
Zasilanie transpondera - sprzężenie indukcyjne
Energia zgromadzona w transponderze jest używana do wysłania danych.
Minimalna pojemność kondensatora gromadzącego energię w transponderze
wynosi:
29
Procedury sekwencyjne
Zasilanie transpondera - sprzężenie indukcyjne
W systemie HDX i FDX energia jest przesyłana ciągle, co pozwala na ciągłą
pracę transpondera.
Porównanie sprawności przesyłu energii dla systemów FDX/HDX i SEQ
30
Procedury sekwencyjne
Transmisja danych - sprzężenie indukcyjne
31
Download
Random flashcards
ALICJA

4 Cards oauth2_google_3d22cb2e-d639-45de-a1f9-1584cfd7eea2

bvbzbx

2 Cards oauth2_google_e1804830-50f6-410f-8885-745c7a100970

Create flashcards