Schlüsselkomponente für Industrie 4.0
UHF-RFID-Chip zum batterielosen Sensorbetrieb
Viele IIoT-Anwendungen benötigen mobile Sensoren ohne Verkabelung, besonders bei der Nachrüstung von Bestandsanlagen. Das IMMS hat daher drahtlose Lösungen entwickelt, die Sensorik mit RFID-Systemen kostengünstig und batterielos verbinden und damit verschiedene industrielle Anwendungen erschließen.
Ein typisches RFID-System besteht aus einem oder mehreren Transpondern (Tags) und mindestens einem Lesegerät. Dieses kommuniziert über ein hochfrequentes (HF, engl. RF) Feld mit den umgebenden RFID-Tags. Diese antworten mit ihrer eindeutigen Identifikationsnummer und dienen der Nachverfolgung und Zugangskontrolle. UHF-RFID-Systeme arbeiten im UHF-Band (Ultra High Frequency) in der Regel im Frequenzbereich von 860 bis 960 MHz und verwenden die Prinzipien der Fernfeld-Strahlungskopplung und des Backscattering.
UHF-RFID-Tags bieten so mit bis zu fünf Metern eine viel größere Lesereichweite als magnetfeldgekoppelte HF-Tags, die bei 13,56 MHz lediglich im Zentimeterbereich kommunizieren. UHF-RFID-Systeme sind dank ihrer hohen Datenübertragungsrate ideal für Anwendungen, bei denen mehrere Objekte gleichzeitig ausgelesen werden müssen. Sie sind daher im industriellen Umfeld bereits vielfältig etabliert, z.B. um Waren zu erkennen.
UHF-RFID-Sensorsysteme liefern auch Messdaten
Bindet man in diese UHF-RFID-Systeme Sensoren ein, sind weitaus mehr Industrie-4.0-Applikationsszenarien möglich. Durch Standard-Protokolle kann bereits vorhandene Infrastruktur mit Lesegeräten weiterverwendet werden. Die Sensordaten werden hierbei über den Adressbereich ausgelesen, in dem sich zusätzliche Produktinformationen speichern lassen.
Kann man nun diese UHF-RFID-Sensorsysteme passiv, also nur mit der Energie aus dem Lesegerät, betreiben, lassen sie sich für Anwendungen nutzen, wo Batterien oder kabelgebundene Systeme nicht infrage kommen, wie z.B. an rotierenden Teilen. Hierfür sind energieeffiziente Lösungen notwendig. Stand der Technik sind dabei auf spezifische Anwendungen ausgelegte RFID-Sensor-Transponder-ICs, bei denen der Sensor direkt im RFID-Chip integriert ist, um Energieeffizienz, Funktionalität und Sensorgenauigkeit innerhalb des IC zu optimieren.
Für den breiten Einsatz in mehreren Anwendungsszenarien sind diese ICs nicht flexibel genug. Die meisten kommerziellen RFID-Sensorsysteme werden jedoch aus klassischen RFID-Transponder-ICs, Mikrocontrollern (MCU) und einzelnen Sensor-ICs diskret aufgebaut. Die meiste Energie, die aus dem Lesegerät gewonnen werden kann, verbraucht der Mikrocontroller, was die Reichweite und damit die Anwendungsbreite einschränkt.
Batterieloser Betrieb kommerzieller Sensoren
Das IMMS hat daher einen energieeffizienten UHF-RFID-Transponder-Chip entwickelt. Mit ihm lassen sich verschiedene Arten handelsüblicher digitaler I2C-Sensoren mit unterschiedlichem Leistungsbedarf passiv betreiben. Hierfür ist der Chip mit einem flexiblen On-Chip-I2C-Master und einer konfigurierbaren Power-Management-Einheit ausgestattet. Der entwickelte Chip benötigt keine Wartung oder Stromversorgung und kann so problemlos in verschiedene Produkte, Maschinen und Objekte in den unterschiedlichsten Anwendungsszenarien zur Sensordatenerfassung eingebunden werden. Ein solcher RFID-Transponder-IC war bisher nicht verfügbar.
- UHF-RFID-Chip zum batterielosen Sensorbetrieb
- Transponder-Architektur ohne Mikrocontroller
- Energiespeicherung und Verbrauchsfluss
Lesen Sie mehr zum Thema
