RF-ID micrologistic module

אודי עמנו ,עבודת גמר ב אפקה המכללה האקדמית להנדסה בת"א , הנדסת חשמל ואלקטרוניקה

Submitted by
Udi Emanu, Final Project -Electrical Engineering AFEKA Tel-Aviv academic college of engineering

Advisor
Mr.Zohar Dvir

Abstract

The communication technology of identificatio & verification using RF-ID's tag, has become very popular these days . Our project use this technology to create very sophisticated modulu using micro-controller as a local HUB to perform deferrent actions such as ; identifiy , weighing , registry , management , report , etc.more

תוכן עיניינים

(Specification) אופיין/תכונות

תכנון ראשוני

מפרט בדיקה/קבלה

מסקנות

דפי הנתונים

מילות מפתח

מקרו בקר

Keywords

pic16f

המטרה , ליצור מערכת המבצעת עקיבה אחר סחורות וניהול אוטומטי ע"י קבלת אינפורמציה ממודלים שונים וביצוע אינטגרציה ביניהם.

הדרך, בניית תכנה ייעודית המושתת על מיקרו מעבד ,אשר מנהלת את המידע המתקבל, ושילוב מערכות חכמות שיאספו את האינפורמציה הנדרשת.

המערכת מבצעת סריקה אחר מוצרים הנמצאים בטווח הקליטה שלה. הסריקה מתבצעת ע"י שליחת אות בתדר גבוה(RF) לפרק זמן קצר והמתנה לאות משוב. משהתקבל אות המשוב(זיהוי מוצר בטווח ) מתמר משקל מעביר את נתוני המדידה של המוצר למערכת וע"י אלגוריתם חישובי מתעדכן ערך מדידה יציב וסופי .

אישור קבלת אות יציב מאפשר קבלת חיוויים נוספים המתקבלים ממערכת לויינית המשודרים ל-GPS ,שמחובר למערכת ומעדכן אותה במיקום וזמן.

המידע המתקבל במערכת נשמר ונאגר בזכרון חיצוני ולפי פרוטוקול התקשרות עם מערכת server חיצונית ומרוחקת הוא מעדכן ומתעדכן.

מערכת זו אמורה לזהות סחורות ולעקוב אחריהן בתחנות הביניים השונות בהן הן עוברות עד להגעתן ליעד הסופי.

המידע לגבי הסחורה ,אשר נרצה שיישמר ,נקבע לפי הקריטריונים הבאים:

CRC => ID => PLACE => TIME => DATE => WIEGHT => I/O

לצורך המעקב נשתמש בטכנולוגיית ה-RFID . טכנולוגיה זו שהתפתחה בעשור האחרון מאפשרת שמירת מידע של עד 2000 בתים (לעומת בר-קוד שבו ניתן לשמור כ-13 תווים). מידע זה נשמר בתג אלקטרומגנטי ,הממוקם על גבי המוצר, ואותו ניתן לשדר או לעדכן מחדש באמצעות תדרי רדיו.

התג האלקטרו מגנטי(בו נשמר מידע לגבי המוצר) מורכב משבב ואנטנה ויכול לתפקד גם ללא סוללה ( ע"י טעינת סליל ההופך למקור זרם כדי להניע את המעגל שבתוך התג). לצורך העברת הנתונים מ/אל התג יש להשתמש ברכיב היודע לתקשר עם התג בתשדורות של תדרי רדיו, רכיב זה נקרא RFID-reader .

רכיב ה-RFID-reader משדר בתדרים גבוהים(תדרי RF) ולכן חשוב לקבוע את תדר העבודה שלו . בחירת התדר תלויה בעיקרה במרחק השידור שנרצה לשדר ובהספק הנדרש. יש לציין, כי מבחינה עקרונית ישנם 3 תחומי תדרים המותרים כיום לשימוש ב-RF(תדרי רדיו): 400Mhz, 900Mhz , 2.5Ghz .

רכיב ה-RFID-reader איתו נעבוד הוא בעל הספק של 50-100mW והוא פועל בתדר של- 433Mhz.
הבעיה העיקרית בטכנולוגית ה-RFID היא ה-COLLISION.

בעיה זו נוצרת כתוצאה מחפיפה בין תחומי תדרי הרדיו של ה- reader-ים הפועלים בו-זמנית ובקרבה אחת לשני. בעקבות כך נוצרת התנגשות בין התדרים ושיבוש האות. פתרון בעיה זו הוא TDMA כלומר,הקצבת זמן לכל reader כך שלא יווצר חפיפה.

מכיוון שה-reader שולח פולסים בתדירות קבועה כדי לבדוק האם קיים בסביבה תג כלשהו , על המערכת להיות זמינה כל העת על מנת שלא נאבד תג בגלל אי-זמינות המערכת. לשם כך יש צורך ב-buffer אשר יהווה מחסן חומרתי שיקבל את ה-ID של התג גם כאשר המערכת אינה זמינה או עוסקת בקבלת מידע ממקור אחר.

בתחנות הביניים המערכת צריכה לאסוף את משקל הסחורה . לשם כך יש לחבר למערכת רכיב אשר ימיר כוח למתח .

לשם כך נשתמש ב Tranducer(להלן מתמר) .

המתמר אמור לשקול סחורות כבדות של עד כ-6 טון ולכן נרצה רכיב המסוגל לעמוד בלחץ זה.

רכיבים מסוג זה מוציאים סגנל מאוד נמוך שכן הם בנויים בתצורה של גשר וויסטון ולכן השינוי הפיזי של הנגדים בתוך המתמר כתוצאה מהעיוות(לחץ) הינם מינוריים. לכן יש צורך במגבר אשר יחובר במוצא המתמר ויספק הגבר מתאים.

על המגבר להיות דפרנציאלי היות ואנו מקבלים 2 סגנלים במוצא והם "רכובים" על d.c.

לכן נבנה מערכת אשר תגביר לנו רק את האות הדיפרנציאלי ללא האות המשותף. כלומר, נרצה לסלק ככול שניתן את האות המשותף (common mode).

נבחר מגבר דפרנציאלי בעל (CMRR (=common mode rejected ratio גדול מספיק כדי שנקבל במוצא את האות שלנו עם כמה שפחות רעשים.

לאחר הגברת הסגנל נמיר אות אנלוגי זה לאות דיגיטלי לצורך שמירת המידע במיקרו מעבד.

ההגבר הנידרש הינו היחס בין המתח המקסימאלי של המעבד(5v) לבין הפרש המתחים המקסימאלי היכול להתפתח במוצא המתמר.

את ההגבר נחשב לפי:

הסגנל המוגבר יעובד ע"י A/D convertor בעל רזולוציה של 10 ביט.

מכיוון שהדיוק של המשקל שדרשנו הוא של כמה ק"ג והמשקל המקסימאלי הוא של 6 טון, ניתן לראות כי a/d בעל 10 ביט עונה על הדרישה: כלומר , שינוי של ביט בודד בADC מהווה בעצם 5.865ק"ג.

כאשר מדובר בשקילה האופיין המתקבל הינו אופיין תנודתי אשר מתרסן רק כעבור פרק זמן מסויים ויכול להמשך גם זמן רב(יחסית) . לכן, מצב זה דורש ידיעת זמן ההתייצבות ורק לאחר מכן ניתן לדגום. פתרון מהיר וזול לבעיה זו, הוא קבל אשר יעביר למערכת אות דיגיטאלי רק לאחר שהמערכת התייצבה . את ערכו של הקבל ניתן לחשב לפי:

כאשר תאו הינו זמן התייצבות ו-R הוא ההתנגדות השקולה של המערכת.

אולם, מכיוון שזמן ההתייצבות לא ידוע מראש(כדי לחשבו יש לבצע מספר רב של מדידות) החלטנו לכתוב למקרו-בקר אלגוריתם אשר יבוצע על הדגימות ובסופו נקבל ערך מדוייק ככול שניתן בהתאם לסטיה המותרת.

האלגוריתם הינו:

יש לציין כי אנו נרצה לקבל תפוקה(ערך יציב ומדוייק) לאחר כ-שניה מה שמצריך אותנו בכתיבת קוד יעיל .

היישום עצמו , יכול להתבצע במקרו-בקר(מכיל יחידת A/D) או בתור מערכת נפרדת כלומר, כרכיב חיצוני. באופן זה החישובים יהיו נפרדים ויגזלו פחות משאבים מהמערכת. בתחילה נבחרה האפשרות השנייה אך לאחר חישובי נצילות המערכת ועלות הסקנו שעדיף לנצל את משאבי המקרו- בקר ולהפחית בעלות נוספת של רכיב נוסף.

לצורך קבלת עדכון מיקום נשתמש במערכת לויינית - GPS ,אשר תתן עדכון לגבי מיקום הסחורה וגם בגביש חיצוני אשר יהווה מעגל בפני עצמו על מנת שנקבל חיווי של זמן.

המערכת מגבה את כל הנתונים בזכרון חיצוני MMC , ושולחת דרך מודם סלולארי בתקשורת של GPRS.

למקרו פרוססור יש זכרון flash של 8k * 14 words כלומר ניתן לאכלס כמה מאות תגים אך בפועל נרצה לשמור אינפורמציה של חודש אחרון ולכן יש צורך להשתמש בזכרון חיצוני (כ-16MB) כגון; SD או MMC.

בחירת אמצעי תקשורת אלחוטית שלנו היתה GPRS שהיא יותר דומיננטית היום והתשלום עבור התקשורת מתבצע פר מידע שנשלח ולא לפי זמן החיבור(dial up connection ). תקשורת זו הינה אמינה מאוד אך מעט יקרה.

הנתונים המתקבלים במקרו בקר רובם ככולם לפי פרוטוקול של RS232 כלומר בעלי frame(מסגרת) מוגדר של : start bit + data + stop bit

עובדה זו מצריכה אותנו לדאוג לכך שיהיו לנו מספיק כניסות של UART ועל כן אופציה אחת היא בחירת רכיב בעל יותר מכניסת UART אחת. אופציה נוספת היא כתיבת פרוטוקול זה בתוכנה.
מכיוון שלמקרו מעבד יש רק כניסת UART אחת ,הוחלט לכתוב פרוטוקול RS232 (בתוכנה ) לכניסות ה-I/O הקיימות שכן המחיר עולה בצורה משמעותית כאשר רוצים יותר מ-UART אחד ובנוסף, קיים קושי במציאת רכיבים כאלה.

מערכת זו כמו כל מערכת אחרת אמורה ליידע את המשתמש לגבי מצבה ולהפך,המשתמש יכול לעדכן אותה במידה ויש צורך בשינויים.

על-כן יש צורך בנוריות חיווי ומפסקים .

מפסקים:

1.כפתור restart יזום

2.כפתור select(בדיקה האם הרכיבים מחוברים)

3.כפתור shutdown עקב תקלה ויידוא המשתמש

נוריות:

1.נורית מצב on/off

2.נורית מצב עבודה(משדר או קולט נתונים ותקול מסיבה כלשהיא)

הייתרון בבחירת המקרו בקר ,בו אנו משתמשים, הוא ריבוי כניסות ה-I/O ועל-כן יש לנו חופש פעולה .