TCC-BrunoAntonio TCC Bruno

Estrutura do Texto

1. Introdução
2. Fundamentação Teórica (20 páginas)
   1. Visão geral do que é o RFID
   2. O RFID com sensores ativos
   3. O Projeto Openbeacon
      1. Visão geral do projeto
      2. Componentes do sistema
      3. Projetos derivados
   4. Sistemas de Medição e Localização de Objetos Móveis
      1. sensores utilizados
      2. onde pode se aplicar o RFID ativo
      3. aplicações no esporte equestre
3. Proposta (5 Páginas)
4. Bibliografia

Visão geral do que é o RFID

Radio Frequency Identification (RFID) é uma tecnologia de comunicação sem fio que permite um usuário a identificar um objeto ou pessoa marcada.

Um sistema RFID é composto por três componentes básicos: uma tag, um interrogator e um host.

Tag: é composta basicamente por um chip semicondutor e uma antena. A função basica da tag é armazenar uma informação (pode ser um número de série, instruções, etc) e transmiti-las através de um sinal.

Interrogator: A função do interrogator é fazer a comunicação entre as tags e o host, adicionalmente a isso ele pode criptografar/descriptografar a informação, fazer autenticação e ter forma para evitar colisão entre pacotes.

Host: O host é o equipamento que ira utilizar as informações recebidas pelo interrogator.

O RFID com sensores ativos

As tags RFID são dividias em dois tipos:

Passivas: As tags passivas usam a energia captada do sinal recebido para enviar o seu sinal graças a esse fator elas se tornam menores e mais baratas que as tags ativas porém elas possuem um alcance menor, uma memória interna maior, e precisam de um interrogator com uma maior potência para transmitir o sinal.

Ativas: As tags ativas por sua vez possui uma bateria interna o que permite um sinal com alcance maior, tipicamente também possuem memórias maiores (até 128 KB), porém devido a esses fatores elas, são maiores, possuem um preço maior e um tempo de vida menor (de 2 a 7 anos).

O Projeto Openbeacon

O projeto OpenBeacon foi fundado em 2006 pela companhia Bitmanufaktur GmbH como uma plataforma aberta para aplicações com RFID ativo operando na banda de 2.4GHz. O OpenBeacon é baseado em software livre, muito flexível, reprogramável e de baixo custo. Os códigos de firmware e os esquemáticos de hardware se encontram disponíveis sobre a sobre a GNU General Public License (GPL).

Visão geral do projeto

Um sistema OpenBeacon é um conjunto especifico de software e hardware envolvendo OpenBeacons que implementam uma funcionalidade especifica. Embora o OpenBeacon seja muito flexível e cada sistema acabe sendo diferente do outro a maioria dele pode ser classificados de duas maneiras:

Mestre/escrevo: é o clássico sistema RFID onde um ou mais OpenBeacons (tags) trocam informações com dispositivos chamados estações base (interrogators).

Peer-to-Peer: neste tipo de sistema os OpenBeacons comunicam-se uns com outros diretamente de tal maneira que acabam criando uma rede mesh.

Componentes do sistema

OpenBeacon tag: A tag OpenBeacon é constituída basicamente por um microcontrolador PIC16F688 e um transceiver nRF24L01. O microcontrolador PIC16F688 possui 14 pinos, opera numa faixa 2 a 5.5 V, clock de 20 MHz,tem memória flash de 4096 palavras (cada palavra possui 14 bits), memória SRAM e EEPROM de 256 bytes. O nRF24L01 é um transceiver de 2.4 GHz, baixo custo, baixo consumo de potência, opera a 1 ou 2 Mbps, 40 bits de endereçamento, 80 canais, transmissor e receptor FIFO de 32 bytes.

OpenBeacon USB 1 e USB 2: Os OpenBeacons USB 1 USB 2 são interrogators com microcontroladores ARM programáveis (AT91SAM7X e LPC1343 respectivamente). O USB 1 funciona como um dispositivo USB podendo ser conectado diretamente ao computador e acessado via HyperTerminal (como o minicom por exemplo). O USB 2 assim como o USB 1 pode ser reprogramado via USB, nesse caso via micro USB, utilizando um gcc toolchain. O USB 2 permite carregar uma bateria externa através da entrada micro USB, possui uma interface bluetooth permitindo uma conexão wireless com o computador, 4 MB de memória flash para armazenamento de dados, um acelerômetro de 3 eixos para permitir detecção e orientação e orientação 3D, 3 botões que permitem uma interface simples com o usuário e 11 pinos para expansão.

EasyReader: O OpenBeacon EasyReader é um interrogator que possui um processador ARM 32 bits (AT91SAM7X), 2 interfaces RF OpenBeacon, micro SD para armazenamento de dados, entrada Ethernet e 20 pinos para expansão.

Projetos derivados

Sputinik: O projeto Sputinik é um sistema para localização em tempo real dentro de construções usando a tag OpenBeacon.

A tag OpenBeacon é usada em combinação com 25 estações base (interrogators) para facilitar a localização. As tags quadros aleatoriamente com diferentes níveis de potência. Se o pacote for recebido por uma ou mais estações base é possível se ter uma ideia sobre a sua localização.

As estações base não exploram diferenças de tempo ou triangulação e sim apenas a força do sinal para fazer o posicionamento.

A saída das estações base é introduzida no Chaos Positionig System (CPS), queprove uma maneira mais alto nível e abstrata de manter e distribuir as informações de posicionamento.

Blinkenlights: Em Toronto 960 janelas foram iluminadas individualmente em duas construções separadas e a instalação de conexões cabeadas precisavam ser evitadas devido a manutenção, para que isso fosse possível foram criados dois dispositivos:

WDMI: Em cada lampada relevante da construção foi instalado um wireless dimmer (WDMI). O propósito era receber uma informação através da rede sem fio e desligar ou ligar a lampada através da técnica de controle de fase.

O dimmer foi feito com base em um Atmel ARM SAM7S como processador e um NRF24L01 HF (High Frequence) para comunicação RF.

WMCU: O Wireless Matrix Control Unit (WMCU) é um dispositivo feito com base em um processador Atmel ARM SAM7X feito para a instalação do Blinkenlights, possui uma interface Ethernet em um lado e um openBeacon RF do outro. Para a comunicação RF assim como no WDMI foi utilizado um NRF24L01 HF.

O WMCU tem uma lista interna de até 32 lampadas que pode controlar e possui a linha, a coluna e o endereço mac do dimmer de cada uma delas. Quando um pacote UDP contendo as informações da imagem a ser exibida é recebida pelo firmware a informação de cada pixel individual é dividida para cada lampada relevante para então ser extraída e envida em brodcast para todos os dimmers.

Na instalação do Bliinkenlights em Toronto cada um dos 36 andares foi instalado um WMCU conectado a rede Ethernet controlando 22 ou 30 lampadas. Para cada lampada foi instalado um dimmer wirelles configurado para um pixel em uma posição especifica na matriz global assim o dimmer saberia quando piscar.

Sistemas de Localização em Tempo Real

Um Sistemas de Localização em Tempo Real ou do inglês Real Time Location System (RTLS) permite localizar, gerenciar, analisar, ou ainda utilizar as informações sobre as pessoas ou objetos que estejam utilizando um dispositivo que faça uso de uma tecnologia que permita uma localização em tempo real. Entre as varias tecnologias que podem ser usadas para fazer localização em tempo real temos:

GPS: O Sistemas de Posicionamento Global ou do inglês Global Positioning System (GPS) foi criado em 1973, sendo constituído por um grupo de 24 satélites, e concebido inicialmente com fins militares porém após os anos 80 se tornou disponível para o publico em geral.

O GPS determina a posição de um objeto através de cálculos feitos pelo receptor a partir dos sinais enviados pelos satélites e sua posições.

Wi-Fi: Embora possa parecer estranho é possível usar uma rede Wi-Fi em conjunto com protocolos para se criar um RTLS, uma das vantagens desse sistema é a possibilidade de se usar um único ponto de acesso para fazer a localização embora que consequentemente faça o sistema com que o sistema tenha uma baixa precisão.

RFID: É possível ter um RTLS com RFID através de uma triangulação através da potência do sinal. Um dos cenários em que esse tipo de sistema pode ser utilizado é quando se tem vários interrogators recebendo o sinal de uma ou mais tags como cada, interrogator receberá uma potencia diferente é possível se ter uma relação da distancia entre as tags e cada um dos interrogators e assim saber a posição das tags.

onde pode se aplicar o RFID ativo

O RFID por ter um alcance maior é normalmente utilizado em RTLS para projetos nas mais diversas áreas como:

Segurança: O TSI PRISM RFID é um sistema de localização desenvolvido pela empresa Alanco para presídios com o objetivo de eliminar o custo da contagem manual de detentos, diminuir os custos do sistema prisional e tornar o ambiente mais seguro.

Entre as funcionalidade do sistema se encontram identificação e localização individual, distribuição de alimentos e medicamentos, gerenciamento de áreas restritas e locais específicos, informações de entrada e saída.

Automóveis: Uma companhia do Reino Unido está desenvolvendo uma placa de automóveis com RFID ativo. O sistema possibilita os sensores de velocidade e outros mecanismos a identificar a automóveis a uma distancia de até 300 metros. O sistema tem como objetivos por pedagios, para pagamento eletrônico, localização, roubos, etc.

aplicações no esporte equestre

Alguns sistemas RFID de localização em tempo real tem sido usado no hipismo para melhora a postura de atletas como é o caso do produto desenvolvido pela empresa Integrated Equine Technologies. Normalmente instrutores e cavaleiros costumam avaliar seu desempenho treinando numa arena cercada por espelhos e assim vendo a sua desenvoltura e a de seu cavalo ou trazendo um a amigo para filmar a performance, porém o sistema desenvolvido pela empresa escolhe o melhor angulo para ser filmado por cada uma das 2 câmeras motorizadas instaladas no estabulo através de tags presas no corpo do cavalo.

Em outro exemplo do RFID sendo usado para melhorar o desempenho de atletas no hipismo temos um estudo feito pela University College Dublin usaram tags RFID para verificar a postura de cavaleiros (novatos e experiente) durante as performances para coletar dados e assim ajudar a melhorar o desempenho dos atletas.

Bibliografia

Hunt, V. Daniel; et al RFID - A Guide to RFID

Malik, Ajay RTLS for Dummies

Paz, Sérgio M.; Cugnasca, Carlos E. O Sistema de Posicionamento Global (GPS) e suas aplicações

Abreu, Pedro; Vinhas, Vasco; et al Real-Time Wireless Location and Tracking System with Motion Pattern Detection

RFIDjournal RFID-Guided Video System Gives Equestrians Their Best Shot

Patterson, M.; Doyle, J.; et al Quantifying Show Jumping Horse Rider Expertise using IMUs