Design, analysis and implementation of a long-range rfid reader for passive wireless sensors

Abstract

La aplicación de la monitorización inalámbrica al ámbito biomédico mejora el confort, la movilidad y accesibilidad para los pacientes y profesionales. Además, la eliminación de las baterías y la posibilidad de almacenar información adicional incrementa enormemente su aplicabilidad. La tecnología RFID pasiva ofrece esta funcionalidad y por esta razón está llegando cada vez más aplicaciones dentro del ámbito de la medicina. La miniaturización del tag y la integración de sensores son algunas de las tareas de investigación más prometedoras. Hoy en día se está investigando sobre todo en aumentar el rango de alcance de los sistemas RFID para así aumentar su aplicabilidad. Como tradicionalmente la sensibilidad del tag ha sido menor que la del lector, la mayoría de los esfuerzos están enfocados a la optimización del tag. Como resultado, se están consiguiendo grandes avances y ya se han desarrollado sistemas RFID pasivos que son capaces de operar a más de 10 metros. Para hacer frente a esta nueva situación, se requiere un nuevo enfoque como el presentado en este trabajo de investigación. Es necesario realizar un estudio en profundidad sobre cómo parámetros relacionados con la arquitectura del lector afectan o limitan el rendimiento del sistema. En definitiva, es necesario implementar lectores de largo alcance que aprovechen las mejoras conseguidas en el diseño de los tags RFID. De esta manera, el principal objetivo de este trabajo de investigación es maximizar el rango de lectura de sensores RFID pasivos a través del diseño, caracterización e implementación de un lector de largo alcance. Para hacer frente a este reto, primero se ha desarrollado un completo entorno de simulación, especialmente enfocado en la arquitectura de lector y la comunicación backscattering. Esto ha permitido el estudio en profundidad de cómo los parámetros relacionados con la arquitectura del lector afectan al rendimiento general del sistema. Después del análisis del sistema se ha procedido a la fabricación del lector y el modulador backscatter. Para validar el sistema completo y específicamente el lector diseñado, se ha realizado un proceso de testeo que ha constado de tres etapas. Primero se ha validado el sistema sin antenas para evitar problemas de interferencias y reflexiones. Esto ha permitido medir la sensibilidad del lector y validar la herramienta de simulación. En segundo lugar, el sistema ha sido validado con antenas. Aunque el rendimiento del lector se ha visto afectado por interferencias y reflexiones, se ha llegado a medir 8.1 metros de rango de lectura. Finalmente, se ha llevado a cabo una comunicación EPC GEN2 con un sensor RFID inalámbrico desarrollado dentro del grupo de investigación.