Jauna integrēta NFC atzīme / sensoru iekārta: cik zemas izmaksas / zemas jaudas RF tehnoloģija ļauj izmantot jaunas lietojumprogrammas

- May 09, 2018-

Diabēts ir novājinoša slimība. Pasaulē ir aptuveni 366 miljoni cilvēku. Pašreizējā ārstēšana prasa, lai pacients regulāri kontrolētu glikozes līmeni asinīs un iešļircinātu asinis caur ādas punkciju. Tas ir sāpīgs process, kas atkārtojas un palīdz pacienta sāpēm.

Tad, kas tad, ja tas pierāda, ka radiofrekvenču tehnoloģijas var novērst vajadzību pēc asins piezvejas? Tuvumā lauka sakari (NFC) ir radio frekvences protokols, ko izmanto, lai apmainītos ar datiem starp ierīcēm, kas ir tuvas vai saskaras (attālumā 10 cm). Pateicoties Android operētājsistēmas atbalstam viedtālruņos un planšetdatoros, tas ir plaši izmantots.

Piemēram, medicīnas ierīču ražotāji pēta potenciālu tūlītējai miniatūras NFC tipa glikozes līmeņa asinīs implantācijai zem diabēta slimnieka ādas. Sensoru var nolasīt jebkurā brīdī, vienkārši turiet Android tālruni vai planšetdatoru, kam blakus īpašajai programmai ir implants.

Uzņēmēja ierīce var automātiski augšupielādēt rādījumus pacienta ārstiem. To var arī ieprogrammēt, lai atgādinātu pacientam regulāri lasīt un atgādināt medicīniskajam personālam, ja pacients nesaņem plānoto lasīšanu.

NFC sensors ir piemērots šim lietojumam, jo:

Tai nav nepieciešams ārējs barošanas avots, jo sensora saskarne darbojas no enerģijas, kas iegūta no RF emisijas no NFC lasītāja ievades.

Tas ir ātrs un ērts, jo sensoru uztvērēja ierīce tiek uzreiz un automātiski.

Tas ir niecīgs

Tas ir lēts

Šis implantējamās glikozes mērīšanas piemērs parāda šī jaunā tipa NFC sensora sensoru - taču patiesībā šo ierīču tipu daudzos tirgus segmentos var izmantot simtiem lietojumprogrammu.

NFC sensora sensora arhitektūra

NFC sensors ir RFID marķējums, kas satur sensora interfeisu (tiek izmantots sensora ieejas signāla pielāgošanai un digitalizēšanai). Tāpat kā citi RFID marķieri, tam ir unikāls ID, kas ļauj lietotājam pārbaudīt objekta izcelsmi. Tomēr tā var arī pārbaudīt, vai objekts ir pakļauts vides apstākļiem (sk. 1. attēlu) vai arī sniedz cita veida mērījumus, piemēram, implantētā sensora biometriskos datus.

Sensora iegūto datu pievienošana tagam nemaina saziņas pamatmetodi: ja taga atrodas tuvu RFID lasītājam vai tālrunim ar īpašas programmas NFC funkciju, var nolasīt unikālos id un sensora datus.

Protams, ir arī citi veidi, kā ieviest bezvadu zondēšanu. Šobrīd ir viegli savienot sensoru ar objektu un savienot to ar mikrovadiem un RF raidītājiem, lai izveidotu bezvadu sakarus starp viedo sensoru un lasītāju.

Šīs funkcijas ieviešana ar sensoru ar NFC nodrošina vienkāršāku sistēmas dizainu un nodrošina elastīgāku enerģijas pārvaldības metodi. Faktiski NFC ir ļoti pievilcīga tehnoloģija, kas nodrošina relatīvi zemu datu pārraides ātrumu un tuvu darbības attālumu.

NFC padara intuitīvu un vienkāršu mijiedarbību starp divām ierīcēm, jo tās ir tikai jāpieskaras viens otram.

NFC savienojuma izveidei nepieciešama tikai neliela daļa, bet citas sistēmas parasti aizņem dažas sekundes.

NFC ir mazjaudas prasības, nodrošina ļoti ilgu akumulatora darbības laiku un ir pilnīgi bez akumulatora.

NFC lietojumprogrammu sistēmas izmaksas ir zemākas, jo tehnoloģija nav sarežģītāka nekā konkurējošās tehnoloģijas, ko izmanto bezvadu uztveršanai, piemēram, ZigBee vai Bluetooth zema enerģija.

Tā kā NFC tiek savienots ar tuvā lauka palīdzību, tas netiks pārraudzīts un traucēts

NFC sistēmas var paļauties uz esošo infrastruktūru - parasti sistēmai ir tikai jāveido lietojumprogrammas uzņēmējas ierīcēm.

Pilnībā pasīvā (pasīvajā) režīmā ar NFC iespējots sensors iegūst enerģiju no ienākošā RF starojuma (no lasītāja) jaudas sensora saskarnes un RF pārraides. Ar daļēji pasīvo (ar akumulatoriem) režīmu ar NFC iespējotie sensori var darboties neatkarīgi lietojumprogrammās, kurām nepieciešams autonoms un ilgtermiņa monitorings. Vai arī tas var nodrošināt sensoru ar lietotāja kontrolētu iebūvēto barošanu.

Sensorā marķiera dzīves laikā var būt divi darbības režīmi: pusapīsīvs, kamēr akumulators ir izsmelts, un pēc tam pasīvā režīmā. (Dati tiek glabāti nemainīgā atmiņā un ir rezervēti, kad ierīce netiek darbināta.)

Pilna pasīva režīma darbība

RFID sistēmas darbības pamatprincips ir tāds, ka birkam rodas visi nepieciešamie enerģijas patēriņa elementi, ko rada lasītājs. Sensorā ar NFC iespējamo jaudu (parasti aptuveni 4 mA pie 3,3 V) var izmantot arī jaudas sensoriem. Pat ja sensoram iegūtā enerģija ir nepietiekama, piemēram, ja tagam ir maza antena vai tas ir tālu no lasītāja, pirms mērīšanas var pievienot nelielu kondensatora papildu barošanas avotu un laikā mērījums, izejas jauda.

Sensori, kas nodrošina NFC funkcionalitāti pilnībā pasīvā režīmā, ļauj dizaina inženieriem atklāt savu iztēli jaunā iespēju diapazonā. Tag taga aprites cikls ir teorētiski neierobežots, un tam nav nepieciešams vadu savienojums. Tādēļ šie sensoriskie tagi var būt ietverti, piemēram, iekšējās konstrukcijās, piemēram, sienās un noslēgtos produktos. Ir iespējams, ka celtnieki iegultu jaunu NFC mitruma sensoru pie sienas vai grīdas blakus ūdens apgādes caurulei vai notekūdeņu drenāžas caurulei. Tas palīdzēs savlaicīgi atklāt šodienas noplūdes, līdz tās rada nopietnus strukturālus bojājumus.

Daļēji pasīvā režīma darbība

Daļēji pasīvie tagi ietver borta barošanas blokus, parasti baterijas, lai atbalstītu tagu un sensoru darbību. Datu pārraide darbojas tādā pašā veidā kā parasti pasīvie tagi, izmantojot lasītāja izstaroto aizmugurē esošo jaudu.

Lietotāja kontrolēta pusiapasīva sensora zīme lielāko daļu savu laiku pavada miera stāvoklī, un no akumulatora uzņemtā strāva ir nenozīmīga. Lietotājs aktivizē sensoru funkcijas un mērījumus, un parasti ierīce tiek uzlocīta, kad RF izzudīs lasītājs vai NFC ierīce.

Neatkarīgus puspasīvos tagus, ko izmanto neatkarīgajos ilgtermiņa monitoringa lietojumos (tā dēvētie datu reģistrētāji), var aktivizēt ārēji notikumi vai aktivizēt integrēts reāllaika pulkstenis (RTC). Šādam pielietojumam būs nepieciešama pastāvīga strāva, parasti no akumulatora 2μ, lai atbalstītu RTC vai notikuma modināšanas darbību. Šo nosacījumu, lai kontrolētu NFC sajūtas tagus, var uzstādīt precēm, kurām transportēšanas laikā nepieciešama īpaša piesardzība. Piegādes ķēdes beigās ar nolasīšanas ierīci ar NFC pārbauda sensora tagu un brīdinājumus, kad tiek saņemts trauksmes signāls neatļautu sūtījumu laikā. Turklāt sensoru dati ir laika zīmogi, kas ļauj detalizēti uzraudzītu notikumus.

NFC sensora sensora attēls

Jauna integrēta NFC atzīme / sensoru iekārta: cik zemas izmaksas / zemas jaudas RF tehnoloģija ļauj izmantot jaunas lietojumprogrammas

1. attēls: ar NFC iespējots sensors saglabā objekta stāvokli un tā unikālo ID tiek uzraudzīts.

Iespējot NFC-aware īstenošanu

Tādēļ uz NFC balstītām sensora lietojumprogrammām ir nepieciešamas enerģijas savākšanas iespējas, sensoru saskarnes, strāvas padeves shēmas un reāllaika pulksteņi (RTC). Šīs funkcijas tagad ir pieejamas sl3a NFC transpondera MCU, kuru saņēma no AMS (sk. 2. attēlu). Mikroshēma atbilst nfc-v (ISO15693) standartam un integrē borta temperatūras sensoru.

Sensorālas birkas darbojas pilnīgi pasīvos un puspasīvos režīmos; ja ir nepieciešama on-chip RTC, akumulators tiek izmantots, lai atbalstītu autonomo datu reģistrēšanu. Pasīvā režīmā lasītājs vai ar NFC iespējotais tālrunis aizstāj laika zīmogu, bet enerģija, kas nodrošina sensoru darbību, tiek iegūta no lasītāja lauka.

Ierakstītie sensora dati tiek saglabāti uz mikroshēmu EEPROM un aizsargāta ar paroli, lai novērstu datu manipulāciju un neatļautu izmantošanu.

Sla13a NFC blokshēma izraisa sensori no AMS

Jauna integrēta NFC atzīme / sensoru iekārta: cik zemas izmaksas / zemas jaudas RF tehnoloģija ļauj izmantot jaunas lietojumprogrammas

2. attēls: ar NFC aktivizēts sl13a blokshēmas sensors no AMS.

Sl13a var atbalstīt plašu lietojumu spektru un sensoru datu iegūšanas prasības bezvadu datu pārraidei. Šie pasākumi ietver:

Ir atgādinājums par glabāšanas laiku - piegādes ķēde preču pārvadāšanas un uzglabāšanas apstākļos, kā arī vides apstākļi var tikt uzraudzīta un reģistrēta sl13a. Ātri bojājoši priekšmeti, piemēram, pārtika, dzērieni un zāles, ir pakļautas temperatūras atkarīgām ķīmiskajām reakcijām, kas nosaka to derīguma termiņu. Daži sensora tagi ietver algoritmus, kas dinamiski aprēķina glabāšanas laiku un nodrošina brīdinājumus termiņā.

Celtniecības uzraudzība - Sl3a un piemērota iebūvēta sensora arhitektūra, piemēram, ēku iekšienes, tilti un viadukti, kas reģistrē apstākļus, tostarp temperatūru, mitrumu, spiedienu, vibrāciju un datu pārraidi, aktivizē NFC lasītāju. Medikamenti - sensorā etiķete, kas apvienota ar medikamentu un blistera iepakojumu, var ierakstīt tablešu patēriņu un apzīmogot ar laiku. Tas ļauj medicīnas darbiniekiem uzraudzīt, vai pacienti ir izpildījuši receptes.

Procesu kontrole - rūpnīcas automatizācijā sensori var kontrolēt procesu un tā kvalitāti katrā procesa posmā. Tas ir efektīvāks par gatavā produkta galīgo kvalitātes nodrošināšanu.

Remote Metering - spēja izmantot s13a sensoru tagu, lai integrētu bezvadu savienojumu ar tādām ierīcēm kā WLAN, GSM, paplašinātu izsekošanu un objektu vai vides uzraudzību attālinātās vietās.

Izmantojot mūsdienīgu sakaru protokolu, kas nodrošina precīzas un precīzas sensoru saskarnes, sl13a demonstrē jaunas iespējas vairāku elektronisko funkciju integrēšanai vienā ierīcē. Tomēr šīs elastīgās ierīces plašais pielietojums vēl nav atklāts - sistēmas dizaineru iztēle sniegs vislabākos norādījumus par šīs jaunās sensorās RFID marķējuma iespējamo izmantošanu.