Post on 20-Aug-2019
transcript
SFB 637 1IMSASIMSAS
RFID – eine Zukunftstechnologie für den MittelstandIndustrie- und Handelskammer Osnabrück-Emsland, 17.10.2007
Dipl.-Ing. Reiner Jedermann
Sensorische Erfassung von Lebensmittelnüber RFID
Institut für Mikrosensoren, -aktuatoren und –systeme (IMSAS)
Universität Bremen
SFB 637 2IMSASIMSAS
Sonderforschungsbereich Logistik
Selbststeuerung autonomer logistischer Prozesse
IMSAS / Microsystems Center Bremen
Autonome Planung der Warenzuordnung
Bremen
HannoverBerlin
Frankfurt
Hamburg
MCBMCB
SFB 637SFB 637
SFB 637 3IMSASIMSAS
Bremen Research Cluster for Dynamics in Logistics
„Forschungs-verbund Logistik“
SFB 637 4IMSASIMSAS
Lebensmittel
RFID und ….Standard Identifikation / Rückverfolgung
Mit welchen Chemikalien wurde das Futter behandelt, dass die Kuh gefressen hat, von der die Milch stammt, aus der der Quark hergestellt wurde?
ZusatzinformationMehr als Seriennummer
TemperaturüberwachungQualitätsinformationenEinfluss durch Feuchte
SFB 637 5IMSASIMSAS
Visionen
Zusatzinformationen auf RFID Tag
Selbstüberwachung der Ware
Alarm: Qualitätsverlust
durch Temperatur-abweichung!
Warenart: BananenHaltbar bis: 20.11.2007Temperatur: 16.5 °C
SFB 637 6IMSASIMSAS
Einteilung Kommunikation
Passive TagsKommunikation ohne eigene EnergieHF + UHFGen2 Tags
Semi-Passiv Zusätzlich Batterie für SensorikRFID Datenlogger nur HFErhöhung Reichweite UHF
Aktiv Höhere Reichweite, Batterieleistung und PreisContaineridentifikationDrahtlose Sensornetze
SFB 637 7IMSASIMSAS
RFID als Datenspeicher
Beispiel: 28 Byte User Memory
HB-FruchthofZiel (Text)80%Qualitätsindex
16.2 °CMax. Temperatur14.5 °CSoll-Temperatur
22.10.2007Haltbarkeitsdatum134.102.186.83IP Warenlager134.102.186.81IP Hersteller
1 ByteHeader
4.5 ByteSeriennummer
3 ByteProdukt-Code (Object)
3.5 ByteHersteller (Manager)
EPC 96 Bit = 12 Byte
1 Messung je 15 Minuten über 1 Woche = 700 Werte
Temperaturgeschichte
Welche Daten können auf dem Tag gespeichert werden?
SFB 637 8IMSASIMSAS
Datenrate
Wie schnell und wie sicher können diese Informationen gelesen werden?
Zeit wenige Sekunden für Durchfahrt Gate beim EntladenLesen und Schreiben
Außenseite oder innerhalb der Ware /Palette
ZugriffsgeschwindigkeitZeitmessungen und Analyse des Gen2-Protokolls
SFB 637 9IMSASIMSAS
Laborversuch Eindringtiefe und Beschreiben der Tags
20 Tags NXP / TagNology75*75 mm19*98 mm
Abstand Lese-gerät: 50 cm Seitliche Verschiebung 3 Positionen (-15, 0 +15 cm)
SFB 637 10IMSASIMSAS
0 200 400 600 800 1000 12000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Reader Power
Iden
tific
atio
n R
ate
%
front1st row2nd row3rd rowbetween bottles
Ergebnisse: Leserate im Inneren der Ware
Leserate für verschiedene Abstände zur Vorderseite
Variation der Sendeleistung
10 Wieder-holungen * 3 Verschiebungen * 4 Tags je Position und Leistungs-stufe
SFB 637 11IMSASIMSAS
0 200 400 600 800 1000 12000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Reader Power
Iden
tific
atio
n R
ate
%
front1st row2nd row3rd rowbetween bottles
0 200 400 600 800 1000 12000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Reader Power
Iden
tific
atio
n R
ate
%
front1st row2nd row3rd rowbetween bottles
0 200 400 600 800 1000 12000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Reader Power
Writ
e R
ate
%
front1st row2nd row3rd rowbetween bottles
Ergebnisse: Leserate im Inneren der Ware
Iden
tifik
atio
nSc
hrei
ben
Mittelwert Beste aus 3 Positionen
0 200 400 600 800 1000 12000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Reader Power
Writ
e R
ate
%
front1st row2nd row3rd rowbetween bottles
SFB 637 12IMSASIMSAS
Datenrate EPC Class 1 Gen2 Protokoll
A big Mistery?Unterschiedliche Baudraten definiertUnterschiede in erlaubter Bandbreite (USA / Europa)Reduzierte Bandbreite bei weiteren Readern auf dem Firmengelände (1 km2)Wird die maximal angegebene Datenrate von 640 kBit pro Sekunde in der Praxis erreicht?
SFB 637 13IMSASIMSAS
Analyse der HF-Modulation: Lesen
Deselectall Tags
Select oneEPC
RequestHandle
ReadCommand
Query Tag
Send EPC Send Data 28 Byte
Send Handle
Gesamtdauer Protokoll: 20 ms
4 ms
SFB 637 14IMSASIMSAS
Reale Dauer der Datenübertragung (28 Byte Lesen)
Reader Firmware = 64 ms
Datenübertragung PC-Reader-PC = 88 ms
Reaktionszeit PC = 110 - 190 ms
UHF Feld
stärke
COM Port
UHF-Modulation
SFB 637 15IMSASIMSAS
Dauer Protokoll-Sequenz
760 ms1280 msInventory + QualityIndex 40 Tags
688 ms1388 msInventory 4 Tags Temperaturprotokoll
9 ms17 msRead Quality Index97 ms222 msRead 1024 Byte10 ms20 msRead 28 Byte141 ms171 msWrite 28 Byte
15 …. 1000+ ms28 …. 1000+ msInventory 4 Tags
160 kBaud64 kBaudTag -> Interrogator80 kBaud40 kBaudInterrogator -> Tag
OptimisticPessimisticSetting
Abschät-zung
Zeitmes-sungen
Einstel-lungen
SFB 637 16IMSASIMSAS
Bewertung der Temperaturdaten auf dem Tag
Intelligent RFIDBewertung der Auswirkung von Temperaturabweichungen „on-chip“
Temperatur Protokoll
Warenspezifische Bewertungsfunktion
Nur errechneter Qualitätsindex wird beim Auslesen übertragen
0
6
12
18
0 10 20 30
T (°C)Shel
f Life
(day
s)
SFB 637 17IMSASIMSAS
Definition und Messung von Qualität
Gesetzliche Vorschriften
Temperatur Grenzwerte
Physikalische Eigenschaften: Farbe, FestigkeitBakterien Wachstum Definition durch Verbraucher
Ja / NeinOK / Abgelaufen
Kontinuierlich /Prozentuale Skala
Fest (gedruck-tes Haltbarkeits-
datum)
Dynamisch (Neu-berechnung bei Tempe-
ratur Änderungen)
Allgemeine Skala:Keeping quality / Shelf lifeAnzahl der Tage bis ein definierter Schwellwert unterschritten wird (Farbverlust, Anzahl Micro Organismen, Konsumer Akzeptanz …)
Skalen zur QualitätsbewertungWas ist Qualität?
SFB 637 18IMSASIMSAS
Shelf Life Model
10 15 20 250
1
2
3
4
5
6
Temperataure in °C
Loss
per
Day
GreenTomato Q(15°C)=14.9478Tomato Red Q(15°C)=8.766Tomato Pink Q(15°C)=13.8277Papaya Q(15°C)=23.4488Beans Q(15°C)=3.2863
SFB 637 19IMSASIMSAS
Intelligent RFID im Prozess der Lieferkette
Schritt 1:Konfiguration
Schritt 2:Transport
Schritt 3: Ankunft
Schritt 4:Nachkontrolle
ProtokollListeResthaltbarkeit je Frachtstück
Handheld Reader
Temperatur-Messung und Aufzeichnung
Berechnung Qualitätsindex
Setzen des Statusflags
Reader GateHersteller
SFB 637 20IMSASIMSAS
Miniaturisierte Datenlogger
RFID 13.56 MHz HFTurbTag (RFID)KSW Variosens (RFID)
Electrical InterfaceIbutton
Genauigkeit: Anforderung Lebens-mittel: < 0.5 °CStandardabweichung: 2/3 der Werte innerhalb ±δ
SFB 637 21IMSASIMSAS
Vergleich verschiedener Datenlogger-Typen
±++±Software
-+++Handhabung
> 40 $5-10 $Preis
One-WireRFIDRFIDInterface
< ± 0.1 °C± 0.18 °C± 0.4 °CGenauigkeit
0.0625 °C~ 0.2 °C~ 0.3 °CAuflösung
+++±Batterie
4000700700Datenpunkte
iButtonTurboTagKSWTyp
SFB 637 22IMSASIMSAS
Erfassung räumlichen Temperaturprofile in Praxistests
Lieferfahrzeuge mit 3 Kammern
Vortest mit 40 Datenloggern
SFB 637 23IMSASIMSAS1.5
2
2.5
3
0
0.5
1
1.5
2
0
0.5
1
1.5
2
4.87°C
4.01°C
5.06°C
3.97°C
3.33°C
5.11°C3.08°C
1.71°C
2.60°C
1.79°C
1.40°C
2.64°C
0.70°C
1.77°C
0.49°C
Räumliche Temperaturverteilung
Durchschnitt der Aggregatseite
~2°C kälterEinzelne Logger
verhalten sich chaotisch
Ersatz von Loggern durch Mittelwert nicht
möglich SFB 637 24IMSASIMSAS
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0
0.5
1
1.5
2
0
0.5
1
1.5
2
-23.07
-24.25
-24.82
-24.95
-22.31
-18.75
-21.29
-24.90
-25.16
-24.38
-22.44
-24.01
-25.33
-21.94
-17.64
-21.27
-22.70
-22.47
-21.48
-23.87
-23.89
-25.10
-26.74
-26.60
-21.54
-23.55
-24.92
-24.73
-27.02
Tiefkühlabteil nach 5 Stunden
SFB 637 25IMSASIMSAS
Versiegelte Palette nach 60 Stunden
Anfangs-Temperatur 7 °C
SFB 637 26IMSASIMSAS
Zeitlicher Temperaturverlauf
5
10
15
01.12.06 03.12.06 05.12.06 07.12.06 09.12.06 11.12.06
Time
Tem
pera
ture
°C P19, 1 cm distance to surface
P33, 20 cm distance to surface
P30, 40 cm distance to surface
Jump ambient air
SFB 637 27IMSASIMSAS
Offline versus Online Überwachung
Semi-passive DatenloggerKostengünstig, Evlt. auch EinwegloggerZugriff nur durch (manuelles) Auslesen an UmschlagpunktenBegrenzte Speicherkapazität
Drahtlose SensornetzeHöhere KostenRückgabe/ feste InstallationOnline / On-road ZugriffSofortige Reaktion auf Störungen möglich
SFB 637 28IMSASIMSAS
Hardware
RFIDReader
LokaleVorver-
arbeitung
SensorKnoten
ExterneKommu-nikation
FrachtStück(RFID)
SFB 637 29IMSASIMSAS
Warenbegleitende Informationsströme
Intelligenter Agent Software Reprä- sentation des physikalischen Objektes Transport- und Gebrauchs- anweisung
Logistisches Objekt passives RFID-Label
Dynamische Verknüpfung
Lager oder Transportmittel
Rechnerplattform Sensorik RFID-Reader
Lesen des RFID-Tagsbeim Beladen
Transportmittel fordert Agenten beim Beladen an
RFID
RFID
SFB 637 30IMSASIMSAS
Eingabe des Transportauftrages
SFB 637 31IMSASIMSAS
Oscilloscope View
0
6
12
18
0 10 20 30
T (°C)Shel
f Life
(day
s)
Humidity
Quality-Index
Temperature
SFB 637 32IMSASIMSAS
Nachrichten der Transportüberwachung
SFB 637 33IMSASIMSAS
Automated transport coordination
M
SFB 637 34IMSASIMSAS
Messung des Reifungsindikators Ethylen
Erhöhung der Auflösung durch Preconcentrator
Reduktion von Quer-Empfindlichkeiten durch Gas Chromatographie
SFB 637 35IMSASIMSAS
Ende
Danke für Ihre Aufmerksamkeit
www.intelligentcontainer.comInstitut für Mikrosensoren, -aktuatoren und
–systeme (IMSAS)Universität Bremen, FB1Otto-Hahn-Allee, NW1D-28359 Bremen, GERMANYPhone +49 421 218 7364, Fax +49 421 218 2479Email rjedermann@imsas.uni-bremen.de