Hallo, ich möchte ein Lesegerät für 125kHz RFID's bauen (Anwendung: Türöffner). Dabei soll beim Vorbeilaufen mit einem Transponder in der Hosentasche in etwa 75cm (oder mehr) Entfernung von der Antennen-Spule noch ein gültiges Signal zu detektieren sein (einen Leser "zum Erfahrungen sammeln" für geringe Entfernungen hab ich bereits am Laufen). Mir geht es deswegen hier nur um den analogen Teil des Lesers. Ich hab schon fleißig gegoogelt und auch mehrere Lösungsansätze gefunden. Da es aber so viele Variablen gibt, an denen man "drehen" kann (sowohl bei der Antenne als auch der Demodulations-Schaltung), wäre ich dankbar, wenn sich jemand melden würde, der schon Erfahrungen auf diesem Gebiet gesammelt hat. Beste Grüße Werner
Das Problem mit den RFID Tags ist, dass die Leistung fuer deren Speisung mit uebertragen werden muss. Die Reichweite waere viel hoeher, wenn das RFID Tag eine eigene Batterie haette. Falls dem nicht so ist, zumindest bei 13,6MHz ist die Reichweite etwa gleich dem Durchmesser der Antenne. Z
Was ich noch vergass zu erwaehnen... es gibt gesetzliche Feldstaerke Limiten, dh man kann nicht einfach einen 100W Verstaerker nehmen und die Leistung rausblasen. Z
...richtig, Antenne so gross wie moeglich. Bei optimal ausgerichtetem Tag ergibt sich groesste Reichweite. ...nichts Neues aber wichtig
Ich denke die Leistungsübertragung ist gar nicht mal so das Problem. Bei den Schaltungen die ich bisher untersucht habe, hat die Sendeleistung einen nur sehr geringen Einfluss auf die Reichweite gehabt.
Bei 125kHz wird es schwer sein die Reichweite von 75cm zu erreichen. RFID Systeme die auf dieser Frequenz arbeiten, sind in der Regel für Reichweiten kleiner 20cm ausgelegt. Hierbei handelt es sich um induktive Kopplung. Als Antenne nimmt man in der Regel eine "Spule". Hast du auch daran gedacht, welche Antenne die Tags haben? Wenn sie sehr winzig und dazu noch unterschiedlich sind, wird die Reichweite sehr stark variieren. Ganz wichtig ist auch die Tagausrichtung.
- Die Reichweite bei 125kHz ist ein Problem der Energieübertragung. Ich habe einen "aktiven" Transponder (µC mit Batterie, der gemäß Datenprotokoll eine Spule kurzschließt) gebaut, mit dem ich bei meinen Versuchen in etwa die doppelte Reichweite erzielte, wie ein passiver Transponder mit gleicher Spule. - Kannst Du eine zweite Antenne einsetzen? Also quasi aus zwei Antennen ein Tor bauen, durch das der Anwender dann durchschreiten muß? (Achtung, das Feld der beiden Antennen muß natürlich gleichgerichtet sein. - für hohe Reichweiten, also hohe Sendeleistung, ist eine niederohmige Ausgangsstufe günstig. Ich habe für die Antenne HF-Litze verwendet (o.k., ist ein wenig mit Kanonen auf Spatzen, aber klappte ganz gut) und Kondensatoren mit geringem ESR verwendet. - die besten Ergebnisse hatte ich bei einer Antennenspule mit etwa 1mH. Hat da jemand mal eine Begründung für? - es ist auch vorteilhaft, Sende und Empfangsspule zu trennen, also einfach eine zweite, durchaus kleinere Spule als Empfangsantenne zu verwenden. andere wichtige Punkte wurden ja schon genannt. Viel Erfolg, und berichte mal bitte von Deinen Ergebnissen, Markus_8051
Noch etwas: Die TAGs sind für einen Frequenzbereich von 100-150 kHz spezifiziert, da liegt 125 kHz natürlich gut mittendrin. Jeder TAG hat jedoch eine eigene Resonanzfrequenz, die meist nicht bei 125kHz liegt, bei der er dann auch die höchste Reichweite bringt. Hier macht es also auch Sinn, ein wenig zu experimentieren und die TAG evtl. auszusortieren. Gruß, Markus_8051
> mit dem ich bei meinen Versuchen in etwa die doppelte Reichweite > erzielte, Und wie hoch war die Reichweite? In den Datenblättern der RFID Karten stehen ja meisstens die ungefähren Reichweiten drin die sich erzielen lassen. Beim EM4102 z.B. 6cm. Das man da jetzt durch Schaltungstechnischen Aufwand 70cm rausholt kann ich kaum glauben.
Vielen Dank für Eure schnellen Antworten. Ich versuch sie mal mit meinen bisherigen Erfahrungen (teils theoretisch, teils praktisch) der Reihe nach zu kommentieren. (1) Ich arbeite mit den (passiven) Tags von Reichelt (deshalb keine Batterie und die Leistung für die Speisung muss mit übertragen werden). (2) Zu der Lese-Reichweite hab ich in der Application Note AN678 von Microchip folgenden Zusammenhang gefunden: Spulen-RADIUS = 1,414 * Lese-Entfernung (für kreisförmige Spule). (3) Es ist sicher richtig, dass die meisten Systeme für kleine Lese-Entfernungen ausgelegt sind, aber in der AN710 findet man eine Grafik, dass es auch anders geht: Für ein Tag in Chipkartengröße und eine rechteckförmige Spule mit Abmessungen von 20 * 55 Zoll, soll sich eine Lese-Entfernung von 35 - 40 Zoll (das ist schon etwa 1m) erreichen lassen. (4) Ein Tor mit einer zweiten Antenne kann ich leider nicht realisieren, die Idee ist aber toll, darauf wär ich nicht gekommen. (5) Das mit der niederohmigen Endstufe kann ich nur bestätigen. Bei meiner jetzigen Schaltung hab ich ein TC4422 als Endstufe benutzt und mit einem Rechteck angesteuert. Der Ri des ICs im Zusammenhang mit dem Wirkwiderstand des Schwingkreises verhindert wirkungsvoll, dass sich ein sauberer Sinus am Schwingkreis einstellen läßt. (6) Hier noch ein Hinweis zum verwendeten Draht. Auch bei 125kHz darf man den Skin-Effekt nicht vernachlässigen. Man sollte einen Durchmesser von mindestens 0,4mm wählen, dann sind die Verluste im Schwingkreis nur noch vom Gleichstromwiderstand abhängig (wichtig für hohe Güten). (7) Der Wert der Induktivität von 1mH deckt sich mit den Angaben, die ich in der Literatur gefunden hab ("wenige Hundert bis wenige Tausend Mikro-Henries"). Eine Begründung kann ich zwar nicht liefern, ich hab aber mal eine Works-Tabellenkalkulation beigefügt, mit der man verschiedene Eingaben zu Spulengeometrie, Windungszahl, Schwingkreisgüte und Endstufe machen kann. Als Ergebnis erhält man dann die Werte der Induktivität, Kapazität, notwendigem Serienwiderstand, Endstufenstrom und die Lese-Entfernung. Ihr könnt ja mal die Werte Eurer Schaltungen eingeben. Es würde mich brennend interessieren, ob da die Theorie mit der Praxis übereinstimmt. (8) Das mit der getrennten Sende- und Empfangsspule werde ich auf jeden Fall auch mal probieren. Gibt es da vielleicht schon Erfahrungswerte bez. Abstand und Windungszahlenverhältnis der beiden Spulen ? (9) Der Tip mit der abweichenden Resonanzfrequenz der Tags war mir auch wichtig, meine vorhandenen werde ich demnächst mal ausmessen. (10) Zu guter Letzt: Natürlich werde ich von meinen Ergebnissen berichten. Aber da ich jetzt als erstes meine Hardware umstellen werde (andere Endstufe, evtl. Umstieg von sinusförmiger Ansteuerung anstelle der rechteckförmigen, neue Spulen austesten) kann es schon etwas dauern. Beste Grüße Werner
Mit marginaler Erfahrung bei 13.56MHz. Die Werte fuer 1m Reichweite bei 1m Spulendurchmesser kann ich bestaetigen. Wenn der RFID Tag eine Batterie hat kriegt man mit der 1m Antenne auch 5m Reichweite hin. P
13,56MHz ist Reichweitentechnisch auch was vollkommen anderes als 125KHz
Tatsaechlich ? Man ist auch da im Nahfeld einer magnetischen Antenne. Das Feld hat 10 mal weniger Nulldurchgaenge. Dafuer hat man auch 10 mal weniger Schaltvorganege auf der Karte, dh die 125kHz Karte ist sparsamer. Sollte meines Erachtens etwa auf dasselbe rauskommen. P
Gegen Skin-Efekt im Langwellenbereich benutzt man gern "HF-Litze". Die besteht zum Beispiel aus 32 feinen Kupferlackdrähten, die gemeinsam mit Seide umsponnen sind. Zum Anlöten muß man die Lackisolation aller Drähtchen mit dem Lötkolben abbrennen und verzinnen. Werner, was ist ".xlr" für ein Dateiformat?
@Christoph: einen Hinweis zum Format hat Werner doch gegeben: "ich hab aber mal eine Works-Tabellenkalkulation beigefügt". Daraufhin habe ich halt mal versucht, sie mit Excel zu öffnen, klappte problemlos. @Jörg S.: Doch, daß kannst Du schon glauben: 105cm bei 88cm Durchmesser der Antenne, getrennte Empfangsantenne und 50mm TAG. @Werner: Zur Ansteuerung der Antenne: Früher heben wir hier auch auf eine saubere sinusförmige Ansteuerung sehr viel Wert gelegt. Versuche haben jedoch gezeigt, daß es bei einer rechteck-Ansteuerung über eine MOSFET-Endstufe keine Reichweitenverluste gab - und es ist so wesentlich billiger. Zur Empfangsantenne: Bei der 88cm Sendeantenne habe ich mit einer 20cm Empfangsantenne gearbeitet. Ich weiß nicht mehr genau, aber so 20-30 Wdg. dünner Kupferlackdraht. Diese Spule wird auch NICHT mit einem entsprechenden Kondensator als Schwingkreis betrieben, sondern soll nur induktiv das Feld aufnehmen. Die Idee ist folgende: Der TAG entzieht dem Feld ja nach einem bestimmten Muster Energie. Damit er es leichter hat, sollte er eben nur die Energie aus dem Feld abbauen müssen, und nicht auch noch die aus dem LC-Schwingkreis der Sendeantenne. Deshalb sollte es eine möglichst gute Kopplung zwischen TAG-Spule und Empfängerspule geben, aber eine möglichst schlechte zwischen Sende- und Empfangsspule. Also evtl. die Empfangsspule ein wenig aus der Ebene der Sendespule herausheben. Habe gerade noch eine spontane Idee: Wie ist es, wenn die Empfangsspule so auf der Sendespule liegt, daß sie gar kein Sende-Feld abbekommt... (wie gesagt, nur gerade eine Idee). Gruß, Markus_8051
@Markus: Hintergrund meiner Überlegung mit der geänderten Ansteuerung war folgendes: eine Abweichung von der Sinusform bedeutet ja zusätzliche Frequenzen im Spektrum (auch wenn diese vom Schwingkreiskondensator teilweise wieder gedämpft werden). Ich habe befürchtet, dass dann die Demodulation der Daten schwieriger werden könnte (wegen der Mischprodukte, die in den Nutzfrequenzbereich fallen) und sich deshalb eine geringere Lesereichweite ergibt. Aufgrund Deiner Erkenntnisse bleib ich aber jetzt mal bei der Rechteck-Ansteuerung, Du hast schon recht, die Schaltung wird so wesentlich billiger. Zu Deiner Ausführung zur Empfangsantenne hab ich noch ne Frage: Das mit der unterschiedlichen Kopplung zwischen Sende-, Empfangs- und Tag-Spule seh ich genauso, aber warum soll die Empfangsspule nicht als Schwingkreis ausgeführt werden? Alle Schaltungsteile arbeiten doch auf der gleichen Frequenz, d.h. die Empfangsschaltung soll ein amplitudenmoduliertes Signal (mit extrem geringem Modulationsgrad, Spektrum: 125kHz +/- 2,5kHz) auffangen. Und um eine möglichst große Spannung zu erhalten, wäre doch ein Schwingkreis in Parallelresonanz bestens geeignet, oder mach ich da einen Denkfehler ? Noch was zu Deinem letzten Satz: Meiner Meinung nach MUSS die Empfangsspule was vom Feld der Sendespule abbekommen, nur eben "magnetisch hochohmig" (bitte nicht wörtlich nehmen), deshalb die lose Kopplung. Würden die beiden Spulen aber nah beieinander liegen, ergibt sich automatisch eine feste Kopplung.
Hallo Werner, legt man die Empfangsspule ebenfalls als Schwingkreis aus, muß der TAG hier natürlich immer erst Energie reinpumpen, bzw dem Schwingkreis Energie entziehen. Da bliebe die Frage, wie lange das dauert, verglichen zu den 32 bzw 64 Taktzyklen, die eine Signalperiode ausmachen. Dabei würden sicher ein paar Überlegungen/Berechnungen/Versuche mit der Güte der Schwingkreises helfen. Es kann sein, daß sich da noch bessere Ergebnisse erzielen lassen. Meine Empfangsantenne war jedenfalls wirklich nur eine Spule und kein Schwingklreis. Zu meiner letzten Idee: Problem bei allen Empfangsschaltungen die ich bisher gebaut habe war immer das geringe S/R-Verhältnis, wobei die Rauschleistung ja in diesem Fall das 125kHz-Feld der Sendeantenne ist. Legt man nun die Empfangsspule so auf die Sendespule, das der Mittelpunkt der Empfangsspule auf dem Rand der Sendespule liegt, sollte die Kopplung zwischen diesen beiden Spulen minimal sein. Trotzdem "sieht" die Empfangsspule den zu lesenden Transponder sehr deutlich. Markus_8051
Hallo markus und werner der märz ist vorbei ich will unsere katze einfangen mit 20mm tag am hals und em9045 125khz würde das auch gern mit 2 *spulen aufbauen wie sieht die mos_endstufe aus.. skizze ?? und der anschluss der spulen am em9045 Danke marcus.richi@gmx.de
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