Tôi có thể làm gì để tăng phạm vi đọc HF RFID thụ động?

Tôi đang làm việc trên một nguyên mẫu, một chức năng trong đó là phát hiện xem một đối tượng có "trong phạm vi" vài cm hay không. Hiện tại tôi chỉ đang sử dụng một Arduino và một bộ Mifare RC-522 giá rẻ hoạt động ở mức 13,56 MHz:

Tôi đã nhận được nó thành công để phát hiện thẻ, nhưng chỉ ở khoảng cách khoảng 3-4 cm khi thẻ được định hướng song song với ăng-ten.

Theo nghiên cứu hạn chế của tôi , băng tần HF cho phép đọc phạm vi từ 10 cm đến 1 m đối với các thẻ thụ động, tùy thuộc vào các yếu tố như kích thước ăng-ten, kích thước và hướng thẻ và công suất thu phát.

Tôi nhận ra rằng trình đọc rẻ tiền này không đúng với nhiệm vụ, nhưng tôi quan tâm đến việc xây dựng một cái gì đó đạt được phạm vi đọc từ 15-20 cm.

Một số tiêu chí:

• Không cần phải đọc nhiều thẻ; chỉ một thẻ có trong phạm vi hay không.
• Không cần phải viết vào thẻ.
• Không thể sử dụng thẻ hoạt động.

Tôi chưa có kinh nghiệm về xây dựng đầu đọc RFID (nhưng) nhưng tôi muốn biết những gì tôi nên theo đuổi.

Dưới đây là một số điều tôi đã xem xét:

• Loại bỏ ăng-ten nhúng trên đầu đọc RFID giá rẻ và xây dựng ăng-ten lớn hơn của riêng tôi. Tôi cần phải xem liệu MFRC522 trên tàu có phụ thuộc vào nhiệm vụ cung cấp thêm năng lượng hay không.
• Tìm kiếm một IC khác xung quanh để xây dựng một đầu đọc từ đầu.
• Tìm một giải pháp làm sẵn thay vì cố gắng xây dựng một giải pháp (hiệu quả hơn về chi phí?).
• Sử dụng một cái gì đó khác với RFID để phát hiện gần gũi đơn giản.

Tôi có kinh nghiệm với vi điều khiển và thiết bị điện tử cơ bản, và đã thực hiện các dự án âm thanh và ánh sáng, nhưng đây là lần đầu tiên với RFID. Vì tôi không cần phải đọc nhiều thẻ, loại thẻ RFID nào phù hợp, tôi đã xem xét có thể một loại cảm biến nam châm và hiệu ứng hội trường, nhưng phạm vi có vẻ không đầy đủ. Tôi đã cân nhắc sử dụng một máy dò gần siêu âm, nhưng ứng dụng yêu cầu phát hiện đối tượng được gắn thẻ trong khi bỏ qua những vật thể không được gắn thẻ (siêu âm sẽ tạo ra dương tính giả trên các vật thể không được gắn thẻ). Tôi đã xem xét một số loại bề mặt phản chiếu được đặt trên vật thể và phát hiện ánh sáng phản xạ, nhưng hướng đối tượng không đủ tin cậy để duy trì căn chỉnh.

Vì vậy, một cách ngắn gọn, tôi có thể sửa đổi gì cho người đọc hiện tại của mình hoặc tôi nên theo đuổi công nghệ thay thế nào để đạt được phát hiện 15-20 cm đối tượng được gắn thẻ thụ động?

Tôi có kế hoạch kết nối bất cứ máy dò gần nào được sử dụng với vi điều khiển bằng SPI.

Tôi chỉ có thể liên quan đến kinh nghiệm của mình: -

Nếu bạn muốn phát hiện thẻ loại thụ động không được cấp nguồn thông thường ở khoảng cách xa, bạn phải cấp nguồn cho thẻ đó từ một từ trường lớn hơn đáng kể. Làm cho từ trường của bạn mạnh hơn là cách duy nhất tôi có thể biết (và có thể đề nghị). Làm cho thẻ của bạn hiệu quả hơn trong việc phục hồi một phần sức mạnh này cũng là một phần của thỏa thuận. Làm cho năng lượng cần thiết của thẻ nhỏ hơn cũng là một phần của thỏa thuận.

Khi thẻ "thụ động" nhận đủ năng lượng từ từ trường đó, nó có thể truyền tín hiệu RF để thông báo sự hiện diện của nó - bởi vì nó chỉ được cung cấp năng lượng rất yếu nên nó không thể truyền được hơn vài trăm microwatts. Việc truyền này không cần phải chiến đấu với từ trường thịnh hành cung cấp năng lượng cho nó - nó phải ở tần số sóng mang không được kết nối với từ trường công suất để điều này hoạt động hiệu quả nhất. Điều này sẽ yêu cầu đối tượng đứng yên tạo ra từ trường công suất có khả năng nhận tín hiệu RF này.

Vì vậy, bây giờ bạn có hai lần truyền - truyền phát cấp nguồn cho thẻ và truyền từ thẻ chứa dữ liệu ID - không có cùng tần số nếu bạn muốn khoảng cách tối đa.

Với kích thước khoảng 4 inch (có thể là 5 inch nếu tôi đẩy nó), một hệ thống tôi phát triển có thể phát hiện sự hiện diện của một thiết bị không có điện thông thường. Tuy nhiên, tôi cần truyền khoảng 1 watt qua khe hở vì thiết bị đang làm những việc khác cần nguồn điện - nó đang quay trên trục và dây không hoạt động. Máy phát FM được sử dụng là 80 MHz và truyền ở tốc độ khoảng 1mW. Máy thu có thể phát hiện ra điều này ở khoảng 1m nhưng nó không được thiết kế đặc biệt để phát hiện nó hơn 4 inch. Từ trường mà nó tạo ra khá lớn và cuộn dây mà nó sử dụng được lấy từ dây Litz - Tôi cho rằng nó có kích thước khoảng 3 uH và có cực đại khoảng 400 volt để đạt cực đại ở mức 600kHz (tự mình giải phóng dòng điện !!). Hoạt động từ trường tại 13MHz thểsẽ tốt hơn nhưng nó bắt đầu trở thành một sự đánh đổi bởi vì, trong tình huống của bạn, bạn muốn "vùng phát hiện" lớn - điều này có nghĩa là một cuộn dây có đường kính lớn và bạn muốn dòng điện tối đa xuyên qua nó để tạo ra trường lớn hơn và xa hơn bạn đang chiến đấu chống lại độ tự cảm của cuộn dây. Bạn cần dòng điện trong cuộn dây đó để tạo ra từ trường và càng nhiều càng tốt.

Để có được dòng điện đó, tôi đã sử dụng dây Litz 250 sợi và điều chỉnh song song để làm cho dòng điện tuần hoàn trong cuộn dây lớn hơn nhiều so với dòng điện từ máy phát. Điều này làm cho nó dễ dàng hơn để thiết kế máy phát điện tất nhiên.

Nói tóm lại, nếu bạn muốn cấp nguồn cho thẻ ở khoảng cách xa, hãy nghĩ cuộn dây lớn và nghĩ dây litz và suy nghĩ điều chỉnh song song để đạt hiệu quả tối đa. Cuộn dây nhận công suất cũng tổn thất rất thấp và được điều chỉnh cao để có được điện áp càng nhiều càng tốt khi đặt ở khoảng cách tối đa. Đây là những gì bạn nên tập trung vào ý kiến ​​của tôi.