Что я могу сделать, чтобы увеличить пассивный диапазон считывания RFID?

Я работаю над прототипом, одной из функций которого является определение того, находится ли объект на расстоянии нескольких сантиметров. Сейчас я просто использую Arduino и дешевый комплект Mifare RC-522 , работающий на частоте 13,56 МГц:

Я успешно получил его для обнаружения метки, но только на расстоянии около 3-4 см, когда метка ориентирована параллельно антенне.

Согласно моим ограниченным исследованиям , ВЧ-диапазон позволяет считывать диапазоны от 10 см до 1 м для пассивных меток, в зависимости от таких факторов, как размер антенны, размер и ориентация метки и мощность приемопередатчика.

Я понимаю, что этот недорогой ридер не является задачей как есть, но я заинтересован в создании чего-то, что достигает диапазона считывания 15-20 см.

Некоторые критерии:

• Нет необходимости читать несколько тегов; только один тег находится в диапазоне или нет.
• Не нужно писать в тег.
• Невозможно использовать активный тег.

У меня нет опыта в создании RFID-ридеров (пока), но мне интересно знать, что мне следует делать.

Вот несколько вещей, которые я рассмотрел:

• Откажитесь от встроенной антенны на дешевом RFID-ридере и постройте свою большую антенну большего размера. Мне нужно посмотреть, соответствует ли встроенная плата MFRC522 обеспечению дополнительной мощности.
• Ищите другую микросхему, вокруг которой можно построить ридер с нуля.
• Найдите готовое решение вместо того, чтобы пытаться его создать (более рентабельное?).
• Используйте что-то кроме RFID для простого обнаружения близости.

У меня есть опыт работы с микроконтроллерами и базовой электроникой, я занимался проектами в области аудио и освещения, но это первый случай с RFID. Поскольку мне не нужно читать несколько тегов, для которых подходит RFID, я подумал, что это может быть какой-то магнит и датчик Холла, но диапазон кажется неадекватным. Я подумал об использовании ультразвукового детектора приближения, но приложение требует обнаружения помеченного объекта, игнорируя немаркированные (ультразвуковой вызовет ложные срабатывания на немаркированных объектах). Я рассмотрел какую-то отражающую поверхность, помещенную на объект, и обнаруживал отраженный свет, но ориентация объекта недостаточно надежна для поддержания выравнивания.

Итак, в двух словах: Какие изменения я могу сделать в моем существующем ридере или какую альтернативную технологию я должен использовать, чтобы добиться обнаружения пассивно помеченного объекта на 15-20 см?

Я планирую подключить любой датчик приближения к микроконтроллеру, используя SPI.

Я могу рассказать только о своем опыте:

Если вы хотите обнаружить метку пассивного типа с обычным питанием на экстремальных расстояниях, вы должны подключить эту метку от значительно большего магнитного поля. Усиление вашего магнитного поля - единственный способ, которым я могу знать (и могу рекомендовать). Повышение эффективности вашего тега в восстановлении доли этой силы также является частью сделки. Уменьшение энергии, необходимой метке, также является частью сделки.

Как только «пассивная» метка получает достаточное количество энергии от этого магнитного поля, она может передавать РЧ-сигнал, чтобы объявить о своем присутствии - поскольку она питается очень слабо, она может не передавать более нескольких сотен микроватт. Эта передача не должна вступать в борьбу с преобладающим магнитным полем, которое ее питает - она ​​должна быть на несущей частоте, которая не связана с мощным магнитным полем, чтобы это работало наиболее эффективно. Для этого потребуется, чтобы неподвижный объект, который генерирует мощное магнитное поле, мог принимать этот РЧ-сигнал.

Итак, теперь у вас есть две передачи - передача, которая питает тег, и передача из тега, содержащего данные идентификатора, - ни одна из них не на одной частоте, если вы хотите получить максимальное расстояние.

Приблизительно в 4 дюймах (может быть, 5 дюймов, если я нажму на нее), система, которую я разработал, могла обнаружить присутствие обычно не включенного устройства. Тем не менее, мне нужно было передать около 1 Вт через промежуток, потому что устройство делало другие вещи, которые нуждались в энергии - оно вращалось на валу, и провода не работали. Используемый FM-передатчик работал на частоте 80 МГц и передавался со скоростью около 1 мВт. Приемник мог обнаружить это на расстоянии около 1 м, но он не был специально разработан для обнаружения более 4 дюймов. Магнитное поле, которое он генерировал, было довольно большим, и используемая катушка была намотана из провода Литца - я считаю, что оно составляло около 3 мкГн и имело пик около 400 Вольт, чтобы достигать максимума через него при 600 кГц (определите ток для себя !!). Работа магнитного поля на 13 МГц можетбыть лучше, но это становится компромиссом, потому что в вашей ситуации вы хотите, чтобы «зона обнаружения» была большой - это означает катушку большого диаметра, и вы хотите, чтобы через нее был максимальный ток, чтобы создать большее и более далеко идущее поле вы боретесь против индуктивности катушки. Вам нужен ток в этой катушке для создания магнитного поля, и чем больше, тем лучше.

Чтобы получить этот ток, я использовал 250-жильный провод Лица и параллельную настройку, чтобы сделать циркулирующий ток в катушке намного больше, чем ток возбуждения от генератора. Это облегчает разработку генератора, конечно.

Короче говоря, если вы хотите к власти тега на расстоянии, думают большую катушку и думает , многожильный провод и думает , что параллельна настройка для максимального Efficency. Приемная катушка также имела очень малые потери и была хорошо настроена для получения максимально возможного напряжения при установке на максимальное расстояние. Это то, что вы должны сосредоточиться на мой взгляд.