Co mogę zrobić, aby zwiększyć zasięg pasywnego odczytu RF RF HF?

Pracuję nad prototypem, którego funkcją jest wykrycie, czy obiekt znajduje się w „zasięgu” o kilka cm. Teraz używam właśnie Arduino i taniego zestawu Mifare RC-522, który działa na częstotliwości 13,56 MHz:

Udało mi się wykryć tag, ale tylko w odległości około 3-4 cm, gdy tag jest ustawiony równolegle do anteny.

Według moich ograniczonych badań , pasmo HF pozwala na zasięg odczytu między 10 cm a 1 m dla tagów pasywnych, w zależności od czynników takich jak rozmiar anteny, rozmiar i orientacja tagu oraz moc nadajnika-odbiornika.

Zdaję sobie sprawę, że ten niedrogi czytnik nie jest w stanie takim, jaki jest, ale jestem zainteresowany budowaniem czegoś, co osiąga zakresy odczytu 15-20 cm.

Niektóre kryteria:

• Nie trzeba czytać wielu tagów; tylko czy jeden tag jest w zasięgu czy nie.
• Nie musisz pisać do tagu.
• Nie można użyć aktywnego tagu.

Nie mam jeszcze doświadczenia w budowie czytników RFID, ale interesuje mnie to, co powinienem realizować.

Oto kilka rzeczy, które rozważałem:

• Porzuć wbudowaną antenę na tanim czytniku RFID i zbuduj własną, większą antenę. Chciałbym sprawdzić, czy pokładowy MFRC522 ma za zadanie zapewnić dodatkową moc.
• Poszukaj innego układu scalonego, wokół którego zbudujesz czytnik od zera.
• Znajdź gotowe rozwiązanie zamiast próbować je zbudować (bardziej opłacalne?).
• Użyj czegoś innego niż RFID do prostego wykrywania bliskości.

Mam doświadczenie z mikrokontrolerami i podstawową elektroniką, realizowałem projekty audio i oświetleniowe, ale to pierwszy raz z RFID. Ponieważ nie muszę czytać wielu tagów, do których nadaje się RFID, rozważałem może jakiś magnes i czujnik Halla, ale zasięg nie wydaje się odpowiedni. Rozważałem użycie ultradźwiękowego detektora zbliżeniowego, ale aplikacja wzywa do wykrycia oznakowanego obiektu, ignorując nieoznaczone (ultradźwiękowy dałby fałszywe wyniki dodatnie na nieoznakowanych obiektach). Zastanawiałem się nad jakąś odblaskową powierzchnią umieszczoną na obiekcie i wykrywaniem odbitego światła, ale orientacja obiektu nie jest wystarczająco niezawodna, aby utrzymać wyrównanie.

Krótko mówiąc, jakie modyfikacje mogę wprowadzić do mojego istniejącego czytnika lub jaką alternatywną technologię powinienem zastosować, aby uzyskać wykrycie 15-20 cm pasywnie oznakowanego obiektu?

Planuję podłączyć dowolny detektor zbliżeniowy do mikrokontrolera za pomocą SPI.

Mogę jedynie opowiedzieć o swoich doświadczeniach:

Jeśli chcesz wykryć normalnie nie zasilany bierny typ znacznika na ekstremalnych odległościach, musisz zasilić ten znacznik ze znacznie większego pola magnetycznego. Wzmocnienie pola magnetycznego to jedyny sposób, który mogę poznać (i mogę polecić). Ulepszenie tagu w odzyskiwaniu ułamka tej mocy jest również częścią umowy. Zmniejszenie energii potrzebnej tagowi jest również częścią umowy.

Gdy znacznik „pasywny” otrzymuje wystarczającą energię z tego pola magnetycznego, może transmitować sygnał RF w celu ogłoszenia swojej obecności - ponieważ jest on bardzo słabo zasilany, może nie być w stanie przesłać więcej niż kilkaset mikrowatów. Aby ta transmisja działała najskuteczniej, transmisja ta nie powinna prowadzić walki z dominującym polem magnetycznym, które ją zasila - powinna być na częstotliwości nośnej, która nie jest połączona z polem magnetycznym mocy. Będzie to wymagało, aby obiekt stacjonarny wytwarzający pole magnetyczne mocy był w stanie odbierać ten sygnał RF.

Teraz masz dwie transmisje - transmisję, która zasila tag i transmisję z tagu zawierającego dane identyfikacyjne - żadna nie ma tej samej częstotliwości, jeśli chcesz uzyskać maksymalną odległość.

W odległości około 4 cali (może 5 cali, gdybym go popchnął) opracowany przeze mnie system może wykryć obecność normalnie niezasilanego urządzenia. Musiałem jednak przesłać około 1 wata przez szczelinę, ponieważ urządzenie robiło inne rzeczy, które wymagały zasilania - obracało się na wale i przewody nie działały. Użyty nadajnik FM miał częstotliwość 80 MHz i był transmitowany przy około 1 mW. Odbiornik mógł to wykryć z odległości około 1 m, ale nie został specjalnie zaprojektowany do wykrywania go z odległości większej niż 4 cale. Wytworzone przez niego pole magnetyczne było dość duże, a zastosowana cewka została uzwojona z drutu Litza - sądzę, że wynosiła około 3 uH i miała około 400 woltów od szczytu do szczytu przy 600 kHz (sam obliczyć prąd !!). Działanie pola magnetycznego przy 13 MHz możebyć lepszym, ale zaczyna się kompromis, ponieważ w swojej sytuacji chcesz, aby „obszar wykrywania” był duży - oznacza to cewkę o dużej średnicy i chcesz, aby maksymalny prąd przez nią wytwarzał większe i dalekosiężne pole walczysz przeciwko indukcyjności cewki. Potrzebujesz prądu w tej cewce, aby wytworzyć pole magnetyczne, a im więcej, tym lepiej.

Aby uzyskać ten prąd, zastosowałem 250 nitkowy drut Litz i równoległe strojenie, aby prąd krążący w cewce był znacznie większy niż prąd napędowy z generatora. To oczywiście ułatwia zaprojektowanie generatora.

Krótko mówiąc, jeśli chcesz zasilać tag na odległość, pomyśl o dużej cewce i pomyśl o przewodzie litz i pomyśl o równoległym strojeniu, aby uzyskać maksymalną wydajność. Cewka odbierająca moc była również bardzo niska strata i była dostrojona, aby uzyskać jak najwięcej napięcia, gdy jest ustawiona na maksymalnej odległości. Na tym powinieneś się skupić moim zdaniem.