Long-Range Low Frequency (LF) Radio Frequency Identification (RFID) For detecting individual animals identity in wearable Internet of Things (IoT) devices

Abstract

Det er et økende marked for Internet of Things (IoT), innen landbruket. IoT produkter i denne industrien er ofte rettet mot husdyr, hvor vanlige bruksomr ̊ader kan være: kartlegging av dyrenes bevegelser, kartlegging av søvn og kartlegging av matinntak for ̊a nevne noen. Nofence AS produserer Global Navigation Satellite Systems (GNSS)-baserte klaver som muliggjør virituelle gjerder for husdyr. Det er en utfordring med disse produktene ̊a sikre koblingen mellom klavens identitet, og hvert individs identitet - alts ̊a hvilket husdyr bruker hvilken klave? En mulig løsning for dette problemet er ̊a lese Lav Frekvent (LF) Radiofrekvensidentifikasjon (RFID) øremerker som allerede er lovp ̊alagt husdyr i mange land, for ̊a knytte klavens identitet med individets identitet. Denne oppgaven beskriver implementasjonen av to langdistanse LF RFID leser prototyper, for ̊a undersøke mulige konfigurasjoner Nofence kan bruke i sine produkter. To systemer er implementert, et for hver protokoll som benyttes i LF RFID for husdyr. Implementasjonen best ̊ar av designet av to kretser som baserer seg p ̊a to Applikasjonsspesifikke Integrerte Kretster (ASICs), en for hver krets. I tillegg er systemene verifisert ved hjelp av to ullike m ̊alinger. Først og fremst, en m ̊aling av forhørssonen, som er det omr ̊adet leseren er i stand til ̊a lese en transponder. Deretter en m ̊aling av den utstr ̊alte feltstyrken til hver system, b ̊ade for ̊a sjekke at systemene ikke overskrider grensene satt av ETSI, men `og for ̊a f ̊a et dypere innblikk i hvordan hvert system yter. Begge systemene oppn ̊ar en forholdsvis lang maksimumsleseavstand, 30 cm for halv dupleks (HDX) systemet og 15 cm for full dupleks (FDX-B) systemet, samtidig som de opprettholder en relativt begrenset fysisk størrelse. Dette gjør de ved hjelp av ferittantenner.

Internet of Things (IoT) in agriculture is an increasingly growing market. IoT products in this industry are usually aimed at farming animals, where normal use cases can be: tracking animal movement, sleep tracking, and monitoring food intake to name a few. Nofence AS produces Global Navigation Satellite Systems (GNSS) based collars which are used for geofencing for farming animals. A concern with these products is the linking of device identity with the individual animal’s identity, essentially: which animal is wearing which device? A possible solution can be using Low Frequency (LF) Radio Frequency Identification (RFID) ear tags that are already mandatory for farming animals in many countries. This thesis describes the implementation of two long-range LF RFID prototype systems to research possible configurations that can be used for Nofences products. Two systems are implemented to work for each of the protocols that are used for LF RFID for farming animals. The implementation includes the design of two circuits that are based on two Application Specific Integrated Circuits (ASICs), one for each protocol. The systems are verified with two types of measurements. Firstly the interrogation zone, which is the zone where the reader can detect a transponder, of each system is measured using two transponder angles. Secondly, the transmitted magnetic field strength of each reader is measured to verify that the system does not violate ETSI regulations and to give further insight into the system’s performance. Both systems can achieve greater distance reading than close proximity, 30 cm for the HDX system and 15 cm for the FDX-B system, while maintaining very limited physical dimensions. This is done by using ferrite core antennas.