ฉันจะทำอย่างไรเพื่อเพิ่มช่วงการอ่าน HF RFID แบบพาสซีฟ

ฉันกำลังทำงานกับต้นแบบหนึ่งฟังก์ชันที่จะตรวจสอบว่าวัตถุนั้น "อยู่ในช่วง" โดยไม่กี่ซม. ตอนนี้ฉันแค่ใช้ Arduino และชุดMifare RC-522ราคาถูกที่ทำงานที่ 13.56 MHz:

ฉันได้รับมันเรียบร้อยแล้วเพื่อตรวจจับแท็ก แต่เฉพาะที่ระยะทางประมาณ 3-4 ซม. เมื่อแท็กนั้นวางขนานกับเสาอากาศ

จากการวิจัยที่จำกัด ของฉันแถบ HF อนุญาตให้อ่านช่วงระหว่าง 10 ซม. และ 1 ม. สำหรับแท็กแบบพาสซีฟขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆเช่นขนาดเสาอากาศขนาดแท็กและการวางแนวและกำลังส่งสัญญาณ

ฉันรู้ว่าเครื่องอ่านราคาถูกนี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับงาน แต่ฉันสนใจที่จะสร้างบางสิ่งที่สามารถอ่านได้ในช่วง 15-20 ซม.

เกณฑ์บางอย่าง:

• ไม่จำเป็นต้องอ่านหลายแท็ก มีเพียงหนึ่งแท็กที่อยู่ในระยะหรือไม่
• ไม่จำเป็นต้องเขียนลงในแท็ก
• ไม่สามารถใช้แท็กที่ใช้งานอยู่

ฉันยังไม่เคยมีประสบการณ์กับการสร้างเครื่องอ่าน RFID (ยัง) แต่สนใจที่จะรู้ว่าควรทำอะไร

นี่คือบางสิ่งที่ฉันได้พิจารณา:

• วางเสาอากาศที่ฝังอยู่ในเครื่องอ่าน RFID ราคาถูกและสร้างเสาอากาศขนาดใหญ่ขึ้นของฉันเอง ฉันต้องดูว่าเครื่องออนบอร์ดMFRC522นั้นขึ้นอยู่กับภารกิจของการให้พลังงานเพิ่มเติมหรือไม่
• มองหา IC ตัวอื่นที่จะสร้างตัวอ่านตั้งแต่เริ่มต้น
• ค้นหาโซลูชันแบบสำเร็จรูปแทนที่จะพยายามสร้างวิธีใดวิธีหนึ่ง (ประหยัดต้นทุนมากกว่าหรือไม่)
• ใช้สิ่งอื่นที่ไม่ใช่ RFID สำหรับการตรวจจับใกล้เคียงอย่างง่าย

ฉันมีประสบการณ์กับไมโครคอนโทรลเลอร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขั้นพื้นฐานและได้ทำโครงการด้านเครื่องเสียงและแสง แต่นี่เป็นครั้งแรกกับ RFID เนื่องจากฉันไม่จำเป็นต้องอ่านหลายแท็กซึ่ง RFID เหมาะสำหรับฉันจึงคิดว่าอาจเป็นแม่เหล็กและเซ็นเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์ ฉันถือว่าใช้เครื่องตรวจจับความใกล้ชิดอัลตราโซนิก แต่แอปพลิเคชันเรียกร้องให้ตรวจจับวัตถุที่ติดแท็กในขณะที่ละเว้นวัตถุที่ไม่ได้ติดแท็ก ฉันได้พิจารณาพื้นผิวสะท้อนบางชนิดที่วางอยู่บนวัตถุและตรวจจับแสงสะท้อน แต่การวางแนววัตถุนั้นไม่น่าเชื่อถือเพียงพอที่จะรักษาแนวร่วม

โดยสังเขปฉันสามารถทำการปรับเปลี่ยนอะไรกับผู้อ่านที่มีอยู่ของฉันหรือเทคโนโลยีทางเลือกใดที่ฉันควรดำเนินการเพื่อให้ได้การตรวจจับวัตถุที่มีแท็กแบบอดทน 15-20 ซม.

ฉันวางแผนที่จะเชื่อมต่ออุปกรณ์ตรวจจับความใกล้เคียงอะไรก็ตามที่ใช้กับไมโครคอนโทรลเลอร์โดยใช้ SPI

ฉันสามารถเล่าประสบการณ์ของฉันเท่านั้น: -

หากคุณต้องการตรวจจับแท็กประเภทพาสซีฟที่ไม่ได้ใช้พลังงานในระยะทางไกลสุดคุณต้องจ่ายพลังงานให้กับแท็กนั้นจากสนามแม่เหล็กที่มีขนาดใหญ่ขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ การทำให้สนามแม่เหล็กของคุณแข็งแกร่งขึ้นเป็นวิธีเดียวที่ฉันรู้ (และสามารถแนะนำ) การทำให้แท็กของคุณมีประสิทธิภาพมากขึ้นในการกู้คืนส่วนของพลังงานนี้ก็เป็นส่วนหนึ่งของข้อตกลง การทำให้พลังงานที่แท็กต้องการน้อยลงก็เป็นส่วนหนึ่งของข้อตกลงเช่นกัน

เมื่อแท็ก "แฝง" ได้รับพลังงานเพียงพอจากสนามแม่เหล็กนั้นมันสามารถส่งสัญญาณ RF เพื่อประกาศสถานะของมัน - เนื่องจากมันเป็นเพียงพลังงานที่อ่อนแอมากมันอาจไม่สามารถส่งได้มากกว่าสองสามร้อยไมโครวัตต์ การส่งสัญญาณนี้ไม่ควรทำการต่อสู้กับสนามแม่เหล็กที่มีอำนาจเหนือกว่า - ควรอยู่ในความถี่พาหะที่ไม่ได้เชื่อมต่อกับสนามแม่เหล็กกำลังเพื่อให้การทำงานมีประสิทธิภาพมากที่สุด สิ่งนี้จะต้องให้วัตถุที่อยู่กับที่ซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กกำลังแรงสามารถรับสัญญาณ RF นี้ได้

ดังนั้นตอนนี้คุณมีการส่งสัญญาณสองครั้ง - การส่งสัญญาณที่ให้อำนาจแท็กและการส่งสัญญาณจากแท็กที่มีข้อมูล ID - ไม่ได้อยู่ที่ความถี่เดียวกันหากคุณต้องการระยะทางสูงสุด

ที่ประมาณ 4 นิ้ว (อาจจะ 5 นิ้วถ้าฉันผลักมัน) ระบบที่ฉันพัฒนาสามารถตรวจจับการปรากฏตัวของอุปกรณ์ที่ไม่ได้ทำงานตามปกติ อย่างไรก็ตามฉันต้องส่งประมาณ 1 วัตต์ข้ามช่องว่างเพราะอุปกรณ์กำลังทำสิ่งอื่น ๆ ที่ต้องการพลังงาน - มันหมุนบนเพลาและสายไฟไม่ทำงาน เครื่องส่งสัญญาณ FM ที่ใช้อยู่ที่ 80MHz และส่งที่ประมาณ 1mW ตัวรับสัญญาณสามารถตรวจจับสิ่งนี้ได้ที่ประมาณ 1 ม. แต่มันไม่ได้ถูกออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อตรวจจับมันเกิน 4 นิ้ว สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นนั้นค่อนข้างใหญ่และขดลวดที่ใช้นั้นถูกบาดจากลวด Litz - ฉันคิดว่ามันประมาณ 3 uH และมียอดสูงสุดประมาณ 400 โวลต์ถึงยอดสูงสุดที่ 600kHz (หากระแสในตัวคุณเอง !!) ใช้งานสนามแม่เหล็กที่ 13MHz ได้จะดีกว่า แต่มันจะกลายเป็นการแลกเปลี่ยนเพราะในสถานการณ์ของคุณคุณต้องการให้ "พื้นที่การตรวจจับ" มีขนาดใหญ่ - นี่หมายถึงขดลวดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่และคุณต้องการกระแสสูงสุดผ่านเพื่อสร้างสนามที่ใหญ่กว่าและกว้างขึ้น คุณกำลังต่อสู้กับการเหนี่ยวนำของขดลวด คุณต้องการกระแสในขดลวดนั้นเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กและยิ่งดีขึ้น

เพื่อให้ได้กระแสนั้นฉันใช้ลวด Litz 250 เส้นและการจูนแบบขนานเพื่อทำให้กระแสไฟในขดลวดมีขนาดใหญ่กว่าไดรฟ์กระแสจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามาก ทำให้ง่ายต่อการออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแน่นอน

กล่าวโดยย่อหากคุณต้องการเพิ่มพลังให้กับแท็กที่ระยะไกลให้คิดว่าคอยล์ใหญ่และคิดว่าสายไฟ litz และคิดว่าการจูนแบบขนานเพื่อประสิทธิภาพสูงสุด ขดลวดรับกำลังไฟฟ้าก็สูญเสียน้อยมากและปรับจูนอย่างมากเพื่อให้ได้แรงดันมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เมื่อตั้งค่าที่ระยะทางสูงสุด นี่คือสิ่งที่คุณควรมุ่งเน้นในความคิดของฉัน