我可以做些什么来增加无源 HF RFID 读取范围?

电器工程 射频识别 接近传感器
2022-02-03 12:44:13

我正在研究一个原型,其中一个功能是检测一个物体是否在几厘米的“范围内”。现在我只使用一个 Arduino 和一个便宜的Mifare RC-522 套件,工作频率为 13.56 MHz:

Mifare RC522 套件

我已经成功地让它检测到标签,但当标签平行于天线定向时,距离只有大约 3-4 厘米。

根据我有限的 研究,HF 频段允许无源标签的读取范围在 10 cm 到 1 m 之间,具体取决于天线尺寸、标签尺寸和方向以及收发器功率等因素。

我意识到这个便宜的阅读器不能按原样完成任务,但我有兴趣构建能够达到 15-20 厘米阅读范围的东西。

一些标准:

  • 无需读取多个标签;只有一个标签是否在范围内。
  • 无需写入标签。
  • 无法使用活动标签。

我还没有 RFID 阅读器构造方面的经验,但我有兴趣知道我应该追求什么。

以下是我考虑过的一些事情:

  • 抛弃便宜的 RFID 阅读器上的嵌入式天线,自己建造更大的天线。我需要看看板载MFRC522是否能胜任提供额外电源的任务。
  • 寻找一种不同的 IC,围绕它从头开始构建阅读器。
  • 寻找现成的解决方案,而不是尝试构建一个(更具成本效益?)。
  • 使用 RFID 以外的东西进行简单的接近检测。

我在微控制器和基本电子设备方面经验丰富,并且做过音频和照明项目,但这是第一次使用 RFID。由于我不需要读取 RFID 适合的多个标签,因此我考虑过某种磁铁和霍尔效应传感器,但范围似乎不够。我考虑使用超声波接近检测器,但应用程序要求检测已标记的对象而忽略未标记的对象(超声波会在未标记的对象上产生误报)。我考虑过放置在物体上的某种反射表面,并检测反射光,但物体方向不够可靠,无法保持对齐。

那么,简而言之,我可以对现有阅读器进行哪些修改,或者我应该采用哪些替代技术来实现对被动标记对象的 15-20 厘米检测?

我计划使用 SPI 将任何接近检测器连接到微控制器。

1个回答

我只能讲述我的经历:-

如果您想在极远距离检测通常不供电的无源类型标签,您必须从明显更大的磁场为该标签供电。让你的磁场更强是我知道(并且可以推荐)的唯一方法。让您的标签更有效地恢复部分功率也是交易的一部分。使标签所需的能量更小也是交易的一部分。

一旦“无源”标签从该磁场接收到足够的能量,它就可以发射射频信号来宣布它的存在——因为它的功率非常微弱,它可能无法传输超过几百微瓦的功率。这种传输不应该与为其供电的主要磁场发生争斗——它应该在与电源磁场无关的载波频率上才能最有效地工作。这将要求产生功率磁场的静止物体能够接收该射频信号。

因此,现在您有两个传输 - 为标签供电的传输和来自包含 ID 数据的标签的传输 - 如果您想要最大距离,两者的频率都不相同。

在大约 4 英寸(如果我推它的话可能是 5 英寸)处,我开发的一个系统可以检测到一个正常未通电的设备的存在。但是,我需要通过间隙传输大约 1 瓦,因为该设备正在做其他需要电力的事情 - 它在轴上旋转并且电线无法工作。它使用的调频发射机频率为 80MHz,发射功率约为 1mW。接收器可以在大约 1m 处检测到这一点,但它并不是专门设计用于检测超过 4 英寸的。它产生的磁场非常大,它使用的线圈是用利兹线缠绕的——我估计它大约是 3 uH,在 600kHz 处有大约 400 伏的峰值(自己计算电流!!)。工作在 13MHz 的磁场可以更好,但它开始成为一种权衡,因为在您的情况下,您希望“检测区域”很大 - 这意味着一个大直径线圈,您希望通过它的最大电流产生更大和更深远的场您正在与线圈的电感作斗争。您需要该线圈中的电流来产生磁场,并且越多越好。

为了获得该电流,我使用了 250 股利兹线和平行调谐,使线圈中的循环电流比发电机的驱动电流大得多。当然,这使得设计生成器更容易。

简而言之,如果您想在远处为标签供电,请考虑大线圈利兹线,并考虑并行调谐以获得最大效率。功率接收线圈的损耗也非常低,并且经过高度调谐,以便在设置在最大距离时获得尽可能多的电压。在我看来,这是你应该关注的。