RFID TEMPERATURE SENSOR. Autor: Polo Tascón, David. Director: Kramer, Kathleen. Entidad colaboradora: Advantageous Systems LLC.

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1 RFID TEMPERATURE SENSOR. Autor: Polo Tascón, David. Director: Kramer, Kathleen. Entidad colaboradora: Advantageous Systems LLC. RESUMEN DEL PROYECTO Existen casos en la industria de la tecnología, medicina, alimentación y energía en los que la temperatura de ciertos objetos y contenedores es crítica, pero una conexión directa para la medición de la temperatura no es práctica. El patrocinador de este Proyecto Final de Carrera, Advantageous Systems, necesita una solución para realizar un seguimiento y leer inalámbricamente la temperatura de ciertos objetos. Estos objetos necesitan mantenerse en un cierto rango de temperaturas y nunca sobrepasar una temperatura crítica que hará que el producto enviado se estropee. La solución que se le ha ofrecido a la compañía se compone de varias etiquetas con sensor de temperatura integrado y una aplicación de Android que permitirá al usuario utilizar su smartphone como un lector portátil. Un prototipo en 3D se puede observar en la Figura 1 y en la Figura 2 mostrando el anverso y reverso de una etiqueta. Figura 1. Anverso de la etiqueta Figura 2. Reverso de la etiqueta Algunas compañías han desarrollado algún trabajo alrededor de los sensores inalámbricos utilizando tecnologías RFID. Una de estas compañías es Phase IV Engineering. Esta compañia ha desarrollado varios tipos de sensores de alto rendimiento y lectores RFID para ser usados en entornos industriales. Debido a los altos estándares utilizados por esta compañía, los precios de estos sensores son muy altos para el propósito de este Proyecto Final de Carrera. V

2 Otra compañía que también ha desarrollado sensores inalámbricos ha sido Secure RF. Una de las características adicionales que ofrece esta compañía junto con sus sensores es la posibilidad de encriptación de la información almacenada en la etiqueta RFID. Esta característica afecta directamente al precio de los sensores. Existen dos usos principales para este proyecto: El primero es que se utilizará como un sistema para realizar un seguimiento de la temperatura de ciertos productos, como la leche, que se puede echar a perder si se expone a altas temperaturas. Cada producto tendrá una etiqueta pegada que estará midiendo la temperatura cada cierto intervalo de tiempo. Si la temperatura crítica se alcanzase, una señalización visual avisará al usuario de que el producto podría estar estropeado. También la etiqueta registra una lista de temperaturas leídas que puede ser leída para determinar cuándo el producto alcanzó la temperatura crítica. El segundo uso es como uso personal para personas que necesiten administrarse un determinado tipo de medicamentos que se puedan estropear si se exponen a altas temperaturas, como la insulina para los diabéticos. Cada pack de insulina llevará una etiqueta pegada que avisará con la señalización visual si la temperatura crítica se a alcanzado para avisar al usuario que la efectividad de la insulina puede no ser la esperada. Figura 3. Interacciones entre la etiqueta y el lector VI

3 RESUMEN Figura 4. Procesos internos de la etiqueta El diseño de este proyecto se ha dividido en cuatro partes: Primera parte: Se realizó una investigación sobre las tecnologías inalámbricas y los sensores que se podrían utilizar. Esta parte es muy importante porque define las bases para empezar a trabajar con el proyecto. Segunda parte: Se construyó un prototipo simple de la etiqueta. Esta parte es necesaria para la siguiente parte, puesto que ayudará en la depuración de la aplicación de Android. Tercera parte: En esta parte se desarrollo la aplicación de Android. Esta aplicación lee el número de identificación único de cada etiqueta y la temperatura. Si se necesita pueda también leer la lista de temperaturas medidas y escribir un nuevo límite de temperatura crítico en la etiqueta. Cuarta parte: En esta parte del proyecto se desarrolló la señalización visual. La señalización visual se diseñó utilizando tinta electrónica de manera que sólo se consume energía cuando cambia de estado. Para determinar cuando activar la señalización visual, un microprocesador lee el registro que contiene el contador de fuera de límites a través de una conexión por SPI, y activa la señalización visual si no es igual a cero. Un diagrama de funcionamiento de las distintas partes del proyecto se puede apreciar en la Figura 3 y en la Figura 4. VII

4 RESUMEN ABSTRACT There are instances in the technology, medicine, food, and energy industries where the temperature of certain objects and containers is critical, but a direct sensing connection is impractical. The sponsor of this Senior Design Project, Advantageous Systems, needs a solution to keep track and read wirelessly the temperature of certain items. These items need to be in a certain range of temperatures and never go over a critical temperature that will spoil the product shipped. The solution given to the company is a system composed of various sensor tags and an Android app that will allow the user to use a smartphone as a portable reader. A 3D concept drawing can be seen on Figure 1 and Figure 2 showing the front and the back of the tag. Figure 1. Front of the tag Figure 2. Back of the tag Some companies developed some work around wireless sensor using RFID technologies. One of this companies is Phase IV Engineering. This company has developed several types of high-end wireless sensors and RFID readers to be used on the industry. Due to the high standards followed by this company, the price of these sensors is very high for the purpose of this Senior Design project. Another company that also developed wireless sensors was Secure RF. One of the extra features that this company adds to its sensors is the possibility of encryption of the data stored on the RFID tag. This also affects directly the price of the sensors. There are two main practical uses for this project: First, it will be used as a system to keep track of the temperature of certain products, such as milk, that can spoil if exposed to high temperatures. Each product will have a tag attached VIII

5 RESUMEN to it, that will be measuring the temperature every interval of time. If the critical temperature is reached, then a visual cue will warn the user that the product may be spoiled. Also the tag registers a list of temperatures that can be read to determine when did the product reach the critical temperature. The second use is a personal use for people that need to take some medicines that can also be spoiled if exposed to high temperatures, such as insuline for diabetics. Each pack of insuline will have a tag that will also warn with a visual cue if the critical temperature has been reached, to tell the user that the effectivity of the insuline may not be the expected. Figure 3. Interactions between the tag and the reader Figure 4. Processes within the tag IX

6 ABSTRACT The design of the project was divided intro four parts: First part: A research about wireless technologies and sensors that could be used was performed. This part is very important because it defines the basics to start to work on the project. Second part: A simple prototype tag was built. This part is required for the next part, because it will help to debug the Android app. Third part: In this part, the Android app was developed. This app reads the unique identification number of the tag and the temperature. If required it can also read the list of measured temperatures and it can set a new critical temperature to the tag. Fourth part: In this part of the project, the visual cue was developed. The visual cue was designed using e-ink so it only consumes power when changing states. In order to determine when to set the visual cue, a microprocessor will read the register containing the out of limits counter through an SPI connection and it will set the visual cue if the value read is not equal to zero. A diagram showing the operation of the different parts of the project can be seen on Figure 3 and on Figure 4. X