Desarrollo de una tarjeta RFID flexible con capacidades sensoras para aplicaciones en logística de alimentación

Abstract

En el momento de la realización de esta tesis doctoral, sobre el año 2004, la tecnología RFID empezaba a crecer, básicamente, gracias a la mejora en el control de stocks de los almacenes que implicaba posibilidad de realizar un inventario sin la necesidad de leer los códigos de barras de los productos. Esta tecnología se basa, en resumen, en la interactuación de dos dispositivos, un lector que envía energía y datos a la vez y una etiqueta que se alimenta mediante la energía enviada por el lector y responde a los datos recibidos. Para el funcionamiento de esta tecnología es necesario que la etiqueta requiera de muy bajo consumo para funcionar. En esta tesis doctoral se pretende utilizar tecnología RFID para la monitorización en la cadena logística de distribución de productos perecederos, en concreto productos de alimentación, dentro del proyecto europeo “Food Safety and Quality Monitoring with Microsystems, GoodFood. El principal objetivo es asegurar la calidad de los productos en aquellas partes de la cadena logística donde no se tiene control de dicha calidad. En la fabricas procesadoras, en los grandes almacenes o en los mercados se realizan controles que aseguran la calidad. Pero una de las partes donde el control no se realiza, o se realiza de forma deficiente, es la fase de transporte, donde es más difícil implementar dichos controles debido a la movilidad de los elementos que la componen. Para una mejora en el control de calidad en la cadena logística de productos perecederos se desarrolla una tarjeta RFID con sensores integrados, que permite la monitorización de los productos perecederos en la fase de transporte. Para poder realizar este tipo de tarjeta es necesario implementar una pequeña batería para poder funcionar sin la presencia del lector, además reducir su consumo, reducir su tamaño e implementarla en un formato flexible para una mayor versatilidad. A lo largo del manuscrito de esta tesis se describe como se ha diseñado la tarjeta físicamente, teniendo en cuenta los requerimientos previos y las especificaciones del estándar ISO/IEC 15693. También se describen las técnicas de reducción de consumo implementadas en la programación de la tarjeta. A su vez, se describe como se ha realizado el diseño de lectores, los cuales han de comunicarse con la tarjeta para configurarla o recoger sus datos. Una vez descrito el diseño, se exponen todos los resultados obtenidos en los experimentos, donde se compara la tarjeta RFID junto a otros dispositivos comerciales, tanto en los test de laboratorio como en las pruebas de campo dentro de la cadena logística de distribución de pescado fresco. Los resultados demuestran la viabilidad y el buen funcionamiento de la tarjeta en comparación con los dispositivos comerciales. Posteriormente se describe la implementación de sensores químicos en la tarjeta RFID. Se explican los métodos de encendido y apagado de estos sensores para una disminución drástica de su consumo energético y se analiza cómo afecta a la dinámica de los sensores este tipo de reducción de consumo. Se demuestra la viabilidad de la

implementación de este tipo de sensores en tarjetas RFID de muy bajo consumo se analiza el método adecuado en función del tipo de transporte. Para finalizar se describen las conclusiones, donde se analizan todas las mejoras aportadas por la tarjeta RFID con capacidades sensoras dentro de la cadena logística de distribución de los productos perecederos en la industria agroalimentaria.

Food Logistics require new information technology tools for traceability and advanced monitoring. Industries do not only want to introduce more data concerning food products, but also require having maximum information about environment data during transport and storage, as well as any additional data, that may be essential to the product lifetime. Typical variables of interest may be temperature, humidity, light and chemicals. This doctoral thesis consists in the development of a semi-active tag with sensing capabilities. The tag features power feed from a 13.56 MHz field, plus a battery for sensing purposes. This tag allows interfacing a variety of sensors, as well as data logging for the full duration of the transport. The tag is ISO/IEC 15693 compliant. The developed tag features a credit card form factor and it has been integrated onto a flexible substrate using commercial components. Along this manuscript is described all the tag development, the application description and the specifications of the tag, all the design, from de conceptual to the detailed. It is explained all the hardware and software/firmware implemented in all the components involved in the ISO/IEC 15693 standard. It also described the design of the two readers used with the tags. After the description of the tag development it is reported all the results obtained from the functionality tests and field test where the tag was compared with another commercial data loggers. And finally it is described a gas sensor implementation. It have been used an array of ultra low power MOX sensors in order to detect specific volatile compounds related with the fresh food fruits. As the tag as a very small battery, has been used a save energy method that consist in switch on and off the heather of the MOX sensor, allowing this implementation. It is also described the MOX sensor behavior working in such conditions, how the limit of detection increases, how the sensitivity decreases, how the stabilization time increases and how the sensor base line and noise change in relation of the power consumption saves.