Soalho inteligente e sensores de movimento, backscatter e piezoelétricos

Abstract

Este trabalho teve como objetivo principal desenvolver um soalho inteligente que localize remotamente uma pessoa dentro de um espaço. Para esse efeito, criou-se um soalho que possibilite a localização de pessoas baseado em sistemas de backscatter com implementação de materiais piezoelétricos. Para a comunicação entre o chip e o leitor de RFID, desenvolvou-se uma antena patch de duas camadas, em que entre elas existe uma abertura de 6 mm. Esta apresenta-se adaptada a 868 MHz, com -22.6 dB de S11 e uma eficiência de aproximadamente 88 %. A parte RF do chip tem duas entradas diferenciais e para a adaptação da impedância de entrada desenhou-se um balun, que transforma 50 em 21 - j180 , complexo conjugado de entrada do chip. O sensor de presença criado consiste num chip de RFID e um piezoelétrico, e sempre que se pressiona o piezoelétrico, altera-se o ID do chip por uns segundos e, seguidamente, faz-se o reset, voltando a zeros esses bits. A ligação do piezoelétrico ao chip é feita através de um microcontrolador, e comunicam por I2C. O consumo médio do microcontrolador, quando se pressiona apenas uma vez, é de 1.6 mW. Em espaço livre, o alcance máximo é de 7.2 m para 1 W de potência transmitida. Para um espaço fechado e 11.5 m de distância entre as antenas, a potência mínima transmitida é de 28 dBm, a sensibilidade da tag é de -10.22 dBm. A junção deste sensor de presença com a antena constitui uma célula do sistema de soalho inteligente com as características desejadas.

The main objective of this dissertation was the development of a smart floor that remotely pinpoints people within a confined space. This localization system is based in backscatter technologies that use piezoeletric materials. For communication between the chip and the RFID reader, a patch antenna with an airgap was developed, with a 6 mm aperture between the two layers. It is adapted to 868 MHz, with -22.6 dB of S11 and an efficiency of approximately 88 %. The RF stage of the chip has two differential inputs and for the adaptation of the input impedance a balun was designed, which turns 50 into 21 - j180 , complex conjugate of the chip’s input. The developed presence sensor operation is as follows. Whenever the piezoelectric is pressed, the chip ID is changed for a few seconds and then reset to zero. The connection of the piezoelectric to the chip is through a microcontroller, and the communication is done with I2C protocol. The average consumption of the microcontroller when a piezoelectric is pressed only once is 1.6 mW. In free space, the maximum range is 7.2 m for transmitted power of 1 W. For a closed space and 11.5 m distance between the antennas, the minimum power output is 28 dBm and the sensitivity of the tag is -10.22 dBm. This presence sensor with the patch antenna make up a cell of the smart floor system with the desired characteristics.