Revision: Energy Harvesting Supported Humidity Sensor for Agriculture Applications

 

El módulo se alimenta de la energía de RF , no requiere batería. 

El circuito rectificador convierte la energía de RF captada en CC, mientras que la PMU amplifica y almacena el voltaje rectificado, proporcionando una tensión regulada de 1,8 V al circuito integrado de la etiqueta RFID (ROCKY100).

 Por otro lado, el módulo de comunicación UHF opera a 915 MHz. Cuando se suministran 1,8 V regulados, el circuito integrado de la etiqueta funciona en modo semipasivo, lo que aumenta su alcance de lectura. 

El ROCKY100 cumple con la norma EPC C1G2 y es compatible con módulos de captación de energía y comunicación SPI para admitir sensores y actuadores externos de baja potencia.

un sensor de humedad digital capacitivo (HTS221) como módulo de detección para las mediciones de humedad del suelo. 

El proceso de medición de la humedad relativa del suelo se controla mediante un microcontrolador de señal mixta de Texas Instruments que incluye dos interfaces SPI para comunicarse con el circuito integrado RFID. Al recibir una solicitud de lectura dirigida por SPI del lector RFID, el puente SPI ROCKY100 solicita el valor de la última medición al microcontrolador y la medición de humedad proporcionada por el circuito integrado HTS221 se envía al lector RFID. El uso de un módulo de recolección de energía mejora el alcance de lectura y permite un funcionamiento con menor consumo de batería y, por lo tanto, más ecológico.

estrcuturas

 a) la unidad de captación de energía de RF y b) la unidad de detección de humedad 

funcion

El sensor de humedad transmite su información a la etiqueta RFID a través del MCU (microcontrolador), y la antena UHF transmite la información del sensor de humedad junto con el identificador de la etiqueta al lector RFID.

una PMU que, a su vez, suministra al CI RFID un voltaje de 1,8 V. El microcontrolador y el CI sensor se alimentan desde el CI RFID. Con un nivel mínimo de potencia disponible en la entrada del rectificador de -12,5 dBm, este proporciona el voltaje mínimo de arranque en frío requerido a la PMU, que a su vez proporciona una tensión regulada de 1,8 V en su salida. Este voltaje también se aplica al CI RFID, que opera en modo semipasivo, lo que permite aumentar el alcance de lectura en 8,5 m. 

teoria

los sensores inalámbricos pasivos a veces se denominan sensores sin batería, o autoalimentados, o incluso sensores de potencia cer 

Los sensores inalámbricos RFID 

técnicas que permiten miniaturizar el tamaño de la antena [6, 7]   

Sistema de Sensores:

• Sensores: Sensor capacitivo de humedad HTS221, utilizado para medir la humedad del suelo.

• Microcontrolador: MSP430FR2433IRGET, un microcontrolador de bajo consumo que comunica las lecturas del sensor a través de interfaces SPI/I²C al IC RFID.

Módulo de Energía:

• Antena PIFA (Planar Inverted F): Opera a 2.45 GHz (banda ISM) para la recolección de energía RF.

• Eficiencia del rectificador: El rectificador convierte la energía RF en DC con una eficiencia máxima de 60%.

• Unidad de gestión de energía (PMU): El AEM30940 gestiona la energía recolectada y regula un voltaje de 1.8 V para alimentar el IC RFID y el microcontrolador.

• Voltaje mínimo de inicio: El sistema funciona con un nivel de potencia mínimo de entrada de -12.5 dBm, proporcionando 1.8 V a la salida.

Tecnología RFID:

• IC RFID: ROCKY100, que opera en modo semi-pasivo con un rango de lectura mejorado.

• Antena RFID: Antena dipolo meandro UHF que opera a 915 MHz, con una ganancia de 0.189 dBi y un tamaño compacto de 20×40 mm².

Rango de Lectura:

• Mejora del rango de lectura: El rango de lectura del sistema RFID se mejora en 8.5 metros cuando el IC RFID opera en modo semi-pasivo.

Sistemas de Comunicación:

• Interfaces de Comunicación: SPI para la comunicación entre el microcontrolador, el sensor y el IC RFID.

• Modulación: El IC RFID usa modulación PSK en el enlace inverso y modulación ASK en el enlace directo.

Rendimiento del Sistema:

• Humedad medida: El sensor HTS221 mide la humedad relativa del suelo con una precisión de ±3.5% rH.

• Eficiencia del rectificador: El rectificador tiene una eficiencia de hasta el 60% con un nivel de entrada de -12.5 dBm.

• Rango de operación de la antena PIFA: La antena PIFA tiene un ganancia de 1.41 dBi y una impedancia de -23 dB.