使用RFID標籤的保全監控系統設計

作者 : Wei Wang、Cihan Asci、Sameer Sonkusale,EDN

雖然傳統的運動感測器可以消除隱私問題,但是卻需要輔以電源和支援性電子裝置,因此會增加產品的BOM成本。本設計實例提出了一種更適合許多消費者和小型企業需求的替代解決方案:使用RFID標籤技術來實現低成本、無電池且易於安裝的家庭保全系統…

為了簡化安裝與操作,現代家庭保全系統必須要能透過無線進行環境監控。監控範圍包括週邊安全、入侵偵測,以及房屋內敏感區域的安全,例如藥品容器、保險箱或其他貴重物品所隱藏的地方。

儘管可以採用視訊監控,但是卻需要透過複雜的影像處理與分析來檢測未經授權的活動,而且會引起隱私擔憂。傳統的運動感測器可以消除隱私問題,但是卻需要輔以電源和支援性電子裝置,因此會增加產品的BOM成本,運動探測器還需要有某種有線或無線介面,以便將感測器的輸出轉發到雲端。在許多情況下,攝影機和運動探測器需要進行專業安裝,因此對於許多成本敏感的應用而言不太經濟。

本設計實例提出了一種更適合許多消費者和小型企業需求的替代解決方案:使用RFID標籤技術來實現低成本、無電池且易於安裝的家庭保全系統。

RFID標籤可以用來實現一系列強健的安全感測器;運動探測器可以利用將RFID標籤與磁簧開關整合在一起來製作。同樣,可以透過用磁簧開關代替衝擊開關來製作衝擊事件探測器。在這兩種情況下,感測器開關都連接在天線的兩個端子之間,以及RFID晶片的兩個端子之間。在這個配置中,RFID標籤的工作是根據開關的ON或OFF狀態啟用或禁用。

上述感測器為圖1所示的保全監控系統提供了一種低成本、小尺寸的解決方案。配備運動感測器的RFID標籤可以黏貼到窗戶、門和保險箱上,而震動感測標籤可以黏貼到藥盒上。商用RFID讀取器具有兩個功能:a.用於檢測透過運動或震動感測開關啟動的任何感測器;b.還用於為該區域提供低功耗RF輻射,而在標籤啟動時為其供電。由於每個RFID標籤都有自己唯一的ID,因此RFID讀取器就知道所檢測到的活動發生在哪裡。一旦擷取到活動資料,就可以將其傳輸到雲端進行分析,並在適當的時候透過智慧型手機或電子郵件發出警報以通知使用者。

圖1 使用RFID標籤的保全監控系統。

感測器工作原理

圖2中的工作原理圖說明震動感測器和運動感測器的工作機制。

圖2 震動感測器由RFID晶片、天線和震動感測器組成(a),在正常(不受干擾)狀態下,金屬球會使震動感測器的兩個觸點短路(b),當感測器受到干擾時,其金屬球不再使兩個觸點短路,從而使天線能夠接收電能而用於RFID晶片並傳輸其訊號(c)。運動感測器由RFID晶片、天線和磁簧開關組成(d),在正常狀態下,磁簧開關由附近所貼的一塊磁鐵保持在ON狀態,這會使天線短路,從而阻止RFID晶片接收電能(e),磁鐵脫落後,磁簧開關轉換為OFF狀態,從而啟用RFID元件(f)。

震動探測器

如前所述,震動感測器由RFID晶片和天線組成,如圖2a所示,震動開關由一個空腔及其內部的一個滾動的微小金屬球所組成。當將震動開關直立放置時,球會滾動到兩個伸出空腔的導電觸點上,從而形成導電通路(圖2b)。如果將感測器朝另一個方向傾斜,則觸點就會斷開,這樣就形成了檢測運動或方向的簡單方法。當用作安全感測器時,衝擊開關是連接在天線的兩個端子之間並直立放置,這樣就能將它們短路在其被動位置,所產生的短路破壞了RFID晶片與天線之間的阻抗匹配,從而阻止了RFID標籤輻射訊號。如果將震動感測器傾斜,則金屬球將會從觸點上移開,這樣RFID標籤就能夠接收電能並輻射訊號,然後由RFID讀取器所讀取。

運動感測器

圖2d中所示的運動感測器系統由一個RFID晶片、一根天線、一個磁簧開關和一個磁鐵所組成。磁簧開關在密封的玻璃腔中由兩個鐵磁軟性金屬簧片觸點所組成,開關的兩個觸點為常開,直到磁場的存在而使它們閉合(圖2e)。當將感測器移到磁鐵作用範圍以外時,其觸點將返回到初始開路狀態(圖2f),從而啟用RFID晶片並警告讀取器標籤已移動。圖1中對此利用插圖進行說明,例如,將帶有磁簧開關的RFID標籤固定在窗戶上,而將磁鐵貼在RFID標籤附近的牆上。當窗戶關閉時,磁鐵使磁簧開關保持在短路位置,從而使天線處於分流狀態,進而使晶片處於非活動狀態;當將窗戶向上或向下移動時,磁鐵遠離而不足以使磁簧開關保持短路狀態,此時,磁簧開關恢復到開路位置,RFID標籤就變為活動狀態。

傻瓜感測器與智慧系統

由於每個RFID標籤都有自己的唯一ID,因此可以將其與要監控的特定物件或位置相關聯。RFID讀取器或基於雲端的保全應用可以使用這個資訊來瞭解有關事件性質的更多資訊,包括辨識可能入侵者的數量、他們的位置,以及對他們的活動進行一些推斷,這樣的分析還可以減少由寵物或其他善意干擾所引起的錯誤警報數量。

RFID技術是一種可建構強健、可靠且低成本保全系統的具前景工具。標籤易於安裝,不需要電池,因此可確保其長期可靠性。但是,在實際應用中必須格外小心,以便確保RFID讀取器的位置能夠完全覆蓋所監控的區域。其商業化還需要開發「智慧」RFID讀取器,而至少可以對RFID標籤所產生的活動進行第一層處理。

(參考原文:Security monitoring system uses RFID tags,by Wei Wang、Cihan Asci、Sameer Sonkusale)

本文同步刊登於EDN Taiwan 2021年1月號數位版雜誌

 

 

 

 

 

 

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