Cosa posso fare per aumentare l'intervallo di lettura RFID HF passivo?

Sto lavorando a un prototipo, una delle quali è rilevare se un oggetto è "nel raggio di azione" di alcuni cm. In questo momento sto solo usando un Arduino e un kit Mifare RC-522 economico che funziona a 13,56 MHz:

L'ho ottenuto con successo per rilevare il tag, ma solo a una distanza di circa 3-4 cm quando il tag è orientato parallelamente all'antenna.

Secondo la mia ricerca limitata , la banda HF consente intervalli di lettura compresi tra 10 cm e 1 m per i tag passivi, a seconda di fattori quali la dimensione dell'antenna, la dimensione e l'orientamento dei tag e la potenza del ricetrasmettitore.

Mi rendo conto che questo lettore economico non è all'altezza delle cose così com'è, ma sono interessato a costruire qualcosa che raggiunga intervalli di lettura di 15-20 cm.

Alcuni criteri:

• Non è necessario leggere più tag; solo se un tag è nell'intervallo o meno.
• Non è necessario scrivere nel tag.
• Impossibile utilizzare un tag attivo.

Non ho ancora esperienza con la costruzione di lettori RFID, ma sono interessato a sapere cosa dovrei perseguire.

Ecco alcune cose che ho considerato:

• Abbandona l'antenna incorporata sul lettore RFID economico e costruisci la mia antenna più grande. Avrei bisogno di vedere se il MFRC522 di bordo è in grado di fornire ulteriore potenza.
• Cerca un altro IC attorno al quale costruire un lettore da zero.
• Trova una soluzione pronta invece di provare a costruirne una (più economica?).
• Usa qualcosa di diverso da RFID per un semplice rilevamento di prossimità.

Ho esperienza con i microcontrollori e l'elettronica di base e ho realizzato progetti audio e di illuminazione, ma questo è il primo con RFID. Dato che non ho bisogno di leggere più tag, a cui RFID è adatto, ho considerato forse una sorta di magnete e sensore ad effetto hall, ma la portata non sembra adeguata. Ho considerato l'utilizzo di un rilevatore di prossimità ad ultrasuoni, ma l'applicazione richiede di rilevare l'oggetto con tag ignorando quelli senza tag (gli ultrasuoni produrrebbero falsi positivi su oggetti senza tag). Ho considerato una sorta di superficie riflettente posizionata sull'oggetto e rilevando la luce riflessa, ma l'orientamento dell'oggetto non è abbastanza affidabile per mantenere l'allineamento.

Quindi, in poche parole, quali modifiche posso apportare al mio lettore esistente o quale tecnologia alternativa dovrei perseguire per ottenere un rilevamento di 15-20 cm di un oggetto etichettato passivamente?

Ho intenzione di collegare qualsiasi rilevatore di prossimità utilizzato a un microcontrollore tramite SPI.

Posso solo mettere in relazione le mie esperienze: -

Se si desidera rilevare un tag di tipo passivo normalmente non alimentato a distanze estreme, è necessario alimentare tale tag da un campo magnetico significativamente più grande. Rendere più forte il tuo campo magnetico è l'unico modo che posso conoscere (e posso consigliare). Rendere il tag più efficiente nel recupero di una frazione di questo potere è anche parte dell'accordo. Anche la riduzione dell'energia necessaria per il tag fa parte dell'accordo.

Una volta che il tag "passivo" riceve energia sufficiente da quel campo magnetico, può trasmettere un segnale RF per annunciare la sua presenza - poiché è alimentato solo in modo molto debole potrebbe non essere in grado di trasmettere più di qualche centinaio di microwatt. Questa trasmissione non dovrebbe dover combattere con il campo magnetico prevalente che la alimenta - dovrebbe essere su una frequenza portante non collegata al campo magnetico di potenza affinché questo funzioni nel modo più efficace. Ciò richiederà che l'oggetto stazionario che genera il campo magnetico di potenza sia in grado di ricevere questo segnale RF.

Quindi ora hai due trasmissioni - la trasmissione che alimenta il tag e la trasmissione dal tag contenente i dati ID - nessuno dei due ha la stessa frequenza se vuoi la massima distanza.

A circa 4 pollici (forse 5 pollici se lo spingessi), un sistema che ho sviluppato potrebbe rilevare la presenza di un dispositivo normalmente non alimentato. Tuttavia, avevo bisogno di trasmettere circa 1 watt attraverso il gap perché il dispositivo stava facendo altre cose che avevano bisogno di energia: ruotava su un albero e i fili non funzionavano. Il trasmettitore FM utilizzato era a 80 MHz e trasmesso a circa 1 mW. Il ricevitore è in grado di rilevarlo a circa 1 m, ma non è stato appositamente progettato per rilevarlo a più di 4 pollici. Il campo magnetico che generò era abbastanza grande e la bobina che usava era avvolta dal filo di Litz - penso che fosse circa 3 uH e avesse circa 400 volt picco-picco su di esso a 600kHz (calcola la corrente per te !!). Il funzionamento del campo magnetico a 13 MHz potrebbesii migliore ma inizia a diventare un compromesso perché, nella tua situazione, vuoi che l'area di rilevamento sia grande - questo significa una bobina di grande diametro e vuoi che la massima corrente attraverso di essa produca il campo più grande e di vasta portata stai combattendo contro l'induttanza della bobina. Hai bisogno di corrente in quella bobina per produrre un campo magnetico e tanto più tanto meglio.

Per ottenere quella corrente, ho usato un filo Litz a 250 fili e una messa a punto parallela per rendere la corrente di circolazione nella bobina molto più grande della corrente di azionamento del generatore. Ciò semplifica la progettazione del generatore, ovviamente.

In breve, se vuoi alimentare il tag a distanza, pensa a una grande bobina e pensa a un filo litz e pensa a una messa a punto parallela per la massima efficacia. Anche la bobina di ricezione dell'alimentazione presentava una perdita molto bassa e altamente sintonizzata per ottenere la massima tensione possibile quando impostata alla massima distanza. Questo è ciò su cui dovresti concentrarti secondo me.