Diseño e implementación de una solución tecnológica usando etiquetas pasivas RFID para el control de robos de los motores fuera de borda de

las embarcaciones menores pesqueras

JORGE LUIS HELGUERO CRUZFacultad de Ingeniería en Electricidad y Computación

Escuela Superior Politécnica del LitoralGuayaquil, Ecuador

Contenido

• Introducción

• Descripción del Problema

• Tecnología RFID

• Diseño de la Solución

• Pruebas y Análisis de los Resultados

• Conclusiones y Recomendaciones

Introducción

• El presente trabajo expone una aplicación distinta de la tecnología RFID enfocado en el control de robos de motores fuera de borda.

• Primero se realiza un análisis de los problemas en el control de este tipo de problemas. Luego se analiza la tecnología RFID con sus conceptos básicos. A continuación se realizan las pruebas necesarias para analizar el desempeño de la solución. Conjuntamente se realiza un análisis teórico de los niveles de potencia.

Descripción del Problema

• Uno de los problemas que la Armada del Ecuador tiene, a través de la DIRNEA (Dirección Nacional de Espacios Acuáticos) es la incidencia de los robos de motores fuera de borda.

• Los dos problemas principales son:

• Aproximadamente 20 motores fuera de borda son robados al mes.

• Todas las inspecciones in-situ son hechas visualmente.

Tecnología RFID

• RFID hace referencia a un tipo de tecnología de intercambio inalámbrico de datos.

• Un sistema RFID se compone básicamente de: – Etiquetas RFID

– Lectores RFID

– Antenas para los lectores RFID

…Tecnología RFID

• Las etiquetas RFID (comúnmente llamadas tags) son los dispositivos que se adhieren a los objetos a los cuales se les quiere dar seguimientos. Las etiquetas RFID transfieren datos al lector usando ondas de radio.

…Tecnología RFID

• Un lector RFID es un dispositivo que puede leer datos almacenados

en las etiquetas RFID y también escribirlos.

• Básicamente existen dos tipos de lectores RFID, los lectores fijos y los lectores móviles.

• Según esto las etiquetas RFID se clasifican en:– Etiquetas Activas

– Etiquetas Pasivas

– Etiquetas Semi-Pasivas

…Tecnología RFID

• La Organización Internacional de Estándares (ISO) y EPCglobal Inc. son dos de las organizaciones de normas más importantes en RFID.

Diseño de la solución

• El diseño de la solución está enfocado en el uso de equipos RFID que trabajan dentro de la banda de las frecuencias ultra altas (UHF) en el espectro radio eléctrico mediante el uso de lectores fijos, móviles y etiquetas que trabajan en dichas frecuencias.

• El lector fijo usado para la lectura de etiquetas pasivas RFID en la banda de UHF es el INfinity 510.

…Diseño de la solución

• El lector RFS-2001 es un lector portátil RFID que trabaja en el banda 865-956 MHz de UHF.

• La operación del sistema consiste en la descripción de la ubicación de los lectores RFID dentro de las embarcaciones guardacostas, ya sea para el lector portátil como para el lector fijo.

…Diseño de la solución

• Dentro de las embarcaciones que forman parte del cuerpo de guardacostas de la DIRNEA tenemos las del tipo ALBATROS, UTB, PGM y PGO.

• El lector portátil RFID será empleado por las embarcaciones de tipo ALBATROS.

…Diseño de la solución

• La siguiente condición a considerar es el patrón de radiación basado en el ángulo (3 dB beamwidth) Azimuth y de Elevación de las antenas (12 dBi) a ser usadas como parte del sistema solución.

…Diseño de la solución

• Vista lateral de la ubicación de la antena lineal de 12 dBi.

…Diseño de la solución

• Vista superior de la antena circular de 12 dBi ubicada en la embarcación tipo PGM

…Diseño de la solución

• Debido a la gran variedad de diseño de motores fuera de borda, el análisis de la ubicación de las etiquetas RFID se centra en las dos partes más comunes: el block y el cobertor.

Pruebas y Análisis de Resultados

• Dos tipos de pruebas fueron llevadas a cabo:

– Ruido proveniente de un motor fuera de borda

– RSSI (Received Signal Strength Indicator)

• Dentro de las pruebas del ruido proveniente de un motor fuera de borda tenemos pruebas de laboratorio y de campo. Dentro de las pruebas de laboratorio el rango de análisis fue:

– 900 to 928 MHz.– 890 MHz to 994.63 MHz.

…Pruebas y Análisis de Resultados

• Para las pruebas de laboratorio se usó un motor fuera de borda MERCURY de 40 HP y el analizador de espectros SMR-3000 a una distancia de 25 cm.

…Pruebas y Análisis de Resultados

• Los resultados muestran que el ruido es aleatorio tanto en amplitud como en frecuencia.

…Pruebas y Análisis de Resultados

• El rango de frecuencia fue modificado a 890 MHz - 994.63 MHz para poder verificar si el ruido está también presente fuera del rango de la frecuencia de trabajo de una etiqueta pasiva UHF.

…Pruebas y Análisis de Resultados

• El mismo análisis fue hecho para las pruebas de campo. El ruido también se comportó de manera aleatoria.

• La RSSI fue usada para determinar las pérdidas de potencia en el instante que una etiqueta pasiva RFID es adherida a un motor fuera de borda:– Apagado– Encendido– Encendido y en movimiento– Cuando 34 bytes fueron almacenados en el banco de memoria

User Data de la etiqueta

…Pruebas y Análisis de Resultados

• En este caso se analizan 3 tipos de etiquetas pasivas RFID:

…Pruebas y Análisis de Resultados

• El equipo requerido para esta prueba fue:

• Lector fijo Infinity 510 (33 dBm de potencia de salida entre 902.3 – 912.1 MHz).

• Antena de 12 dBi con polarización circular: 3 dB beamwidth 43o horizontal/38º vertical.

• Antena de 12 dBi con polarización lineal 3 dB beamwidth 65o horizontal/30º vertical.

…Pruebas y Análisis de Resultados

• La ubicación de las etiquetas fue:

– Gen 2 Surface Independent Epoxy tag and an outboard motor of 150 HP

– Alien H3 Metal Mount Brick and an outboard motor of 75 HP

…Pruebas y Análisis de Resultados

• El análisis de los enlaces lector-etiqueta y etiqueta-lector permiten estimar la potencia recibida:

…Pruebas y Análisis de Resultados

• Para calcular el Radar Cross Section se asume que hay máxima transferencia de potencia:

• La siguiente tabla resume los cálculos de potencia bajo las regulaciones de la FCC y cuando éstas son excedidas.

…Pruebas y Análisis de Resultados

…Pruebas y Análisis de Resultados

• La RSSI depende de la distancia y de la ubicación de la etiqueta en el motor.

• La RSSI depende de la etiqueta usada, aunque los tres etiquetas hayan recibido la misma potencia.

…Pruebas y Análisis de Resultados

• Es necesario enfatizar que en la mayoría de los casos no se recibió potencia cuando el motor corría a 20 km/h y la etiqueta fue adherida a superficie metálica.

…Pruebas y Análisis de Resultados

• Hay pérdidas de potencia cuando 34 bytes son guardados en el banco de memoria User Data.

Conclusiones y Recomendaciones

• El uso de un lector portátil debe ser para embarcaciones de pequeño tamaño.

• En cuanto al lector fijo, éste debe ser usado en embarcaciones de mayor tamaño. Las antenas de este lector deben ser ubicadas en las bandas de cada embarcación.

• El uso de una antena con polarización lineal conlleva a que la zona de cobertura sea menor, por lo que se recomienda el uso de dos antenas en cada banda de la embarcación que portará el lector fijo.

• Una etiqueta pasiva RFID que trabaja en la banda de UHF puede ser leída al encontrarse en ambientes marinos

…Conclusiones y Recomendaciones

• El diseño del motor y de la etiqueta RFID influye en las mediciones y en el rango de lectura que pueda tener una etiqueta ya sea si se usa un lector fijo o un lector portátil.

• Las lecturas son posibles para distancias aún mayores a la establecida inicialmente por la DIRNEA (5 metros).

• La tecnología RFID está en constante avance y desarrollo, por lo que como trabajo a futuro se recomienda el uso de etiquetas pasivas con un diseño apropiado y un rango mucho mayor a los empleados en el presente trabajo.