Verwendung von RFID-Tags für die Überwachung der Heimsicherheit

Um Installation und Betrieb zu vereinfachen, müssen moderne Home-Security-Systeme in der Lage sein, ihre Umgebung drahtlos zu überwachen. Dazu gehören die Überwachung der Perimetersicherheit, die Erkennung von Eindringlingen sowie die Sicherheit sensibler Bereiche innerhalb des Hauses, wie z. B. Medikamentenbehälter, Safes oder andere Orte, an denen Wertsachen versteckt sind.

Videoüberwachung ist zwar möglich, erfordert jedoch eine ausgeklügelte Bildverarbeitung und -analyse, um nicht autorisierte Aktivitäten zu erkennen, und wirft auch Bedenken hinsichtlich der Privatsphäre auf. Herkömmliche Bewegungssensoren beseitigen das Datenschutzproblem, erfordern jedoch eine Stromversorgung und eine unterstützende Elektronik, was die Stücklistenkosten des Produkts erhöht. Bewegungsmelder benötigen auch eine Art kabelgebundene oder kabellose Schnittstelle, um die Ausgabe des Sensors an die Cloud weiterzuleiten. Kameras und Bewegungsmelder erfordern in vielen Fällen eine professionelle Installation, was sie für viele kostensensible Anwendungen unwirtschaftlich macht.

Dieser Artikel stellt eine alternative Lösung vor, die den Bedürfnissen vieler Verbraucher und kleiner Unternehmen besser entspricht:die Verwendung der RFID-Tag-Technologie, um kostengünstige, batterielose und einfach zu installierende Heimsicherheitssysteme zu ermöglichen.

RFID-Tags können als Grundlage für eine Reihe robuster Sicherheitssensoren verwendet werden. Durch die Integration des RFID-Tags mit einem Reed-Schalter kann ein Bewegungsmelder hergestellt werden. Ebenso kann ein Erschütterungsereignisdetektor hergestellt werden, indem der Reed-Schalter durch einen Erschütterungsschalter ersetzt wird. In beiden Fällen wird der Sensorschalter zwischen die beiden Anschlüsse der Antenne und auch die beiden Anschlüsse des RFID-Chips geschaltet. In dieser Konfiguration wird der Betrieb des RFID-Tags entsprechend dem EIN- oder AUS-Zustand des Schalters aktiviert oder deaktiviert.

Die Sensoren bieten eine kostengünstige und kompakte Lösung für das in Abbildung 1 gezeigte Sicherheitsüberwachungssystem. Mit Bewegungssensoren ausgestattete RFID-Tags können am Fenster, an der Tür und am Safe angebracht werden, während ein Schocksensor-Tag am Medikament angebracht werden kann Kasten. Ein handelsüblicher RFID-Leser erfüllt zwei Funktionen:a) Er erkennt jeden Sensor, der durch seinen Bewegungs- oder Stoßsensorschalter in den aktiven Zustand gebracht wurde b) Der Leser flutet außerdem den Bereich mit HF-Strahlung geringer Leistung, die die Tags mit Strom versorgt, wenn sie aktiviert werden . Da jedes RFID-Tag über eine eigene eindeutige ID verfügt, weiß der RFID-Leser, wo die erkannte Aktivität auftritt. Nach der Erfassung können die Aktivitätsdaten zur Analyse und gegebenenfalls zur Benachrichtigung des Benutzers über das Smartphone oder eine E-Mail-Benachrichtigung in die Cloud übertragen werden.

Abbildung 1. Sicherheitsüberwachung mit RFID-Tag.

Funktionsprinzipien des Sensors

Die Funktionsdiagramme in Abbildung 2 veranschaulichen die Wirkmechanismen des Stoßsensors und des Bewegungssensors.

Abbildung 2. Ein Stoßsensor besteht aus einem RFID-Chip, einer Antenne und einem Stoßsensor (a). Im normalen (ungestörten) Zustand schließt die Metallkugel die beiden Kontakte des Stoßsensors kurz (b). Wenn der Sensor gestört wird, schließt seine Metallkugel die beiden Kontakte nicht mehr kurz, sodass die Antenne Strom für den RFID-Chip empfängt und sein Signal überträgt (c). Ein Bewegungssensor besteht aus einem RFID-Chip, einer Antenne und einem Reed-Schalter (d). Im Normalzustand wird der Reedschalter durch einen in der Nähe angebrachten Magneten im EIN-Zustand gehalten. Dadurch wird die Antenne kurzgeschlossen, wodurch verhindert wird, dass der RFID-Chip mit Strom versorgt wird (e). Wenn der Magnet entfernt wird, geht der Reedschalter in den AUS-Zustand über und aktiviert dadurch das RFID-Gerät (f).

Stoßmelder

Wie bereits erwähnt, besteht der Stoßsensor aus einem RFID-Chip und einer Antenne, wie in Abbildung 2a gezeigt. Der Schockschalter besteht aus einem Hohlraum und einer winzigen Metallkugel, die darin herumrollt. Wenn der Schockschalter aufrecht gestellt wird, rollt die Kugel auf die beiden leitfähigen Kontakte, die aus dem Hohlraum herausragen, wodurch ein leitfähiger Pfad entsteht (Abbildung 2b). Kippt der Sensor in eine andere Richtung, werden die Kontakte getrennt und können so eine einfache Bewegungs- oder Orientierungserkennung durchgeführt werden. Bei der Verwendung als Sicherheitssensor wird der Schockschalter zwischen die beiden Anschlüsse der Antenne geschaltet und aufrecht gestellt, so dass diese in seiner passiven Position kurzgeschlossen werden. Der resultierende Kurzschluss unterbricht die Impedanzanpassung zwischen dem RFID-Chip und der Antenne und verhindert, dass der RFID-Tag ein Signal ausstrahlt. Wird der Stoßsensor gekippt, bewegt sich die Metallkugel von den Kontakten, wodurch der RFID-Tag Strom erhält und ein Signal aussendet, das dann vom RFID-Lesegerät gelesen wird.

Bewegungssensor

Das in Abbildung 2d gezeigte Bewegungssensorsystem besteht aus einem RFID-Chip, einer Antenne, einem Reed-Schalter und einem Magneten. Ein Reedschalter besteht aus zwei ferromagnetischen flexiblen Metall-Reedkontakten in einem abgedichteten Glashohlraum. Die beiden Kontakte des Schalters sind normalerweise geöffnet, bis sie durch ein Magnetfeld geschlossen werden (Abbildung 2e). Wenn der Sensor aus der Nähe des Magneten bewegt wird, kehren seine Kontakte in den ursprünglichen offenen Zustand wie in Abbildung 2f zurück, wodurch der RFID-Chip aktiviert und das Lesegerät gewarnt wird, dass das Etikett bewegt wurde. Dies ist in Abbildung 1 dargestellt, wo beispielsweise der RFID-Tag mit dem Reed-Schalter am Fenster angebracht ist und der Magnet an der Wand in der Nähe des RFID-Tags befestigt ist. Wenn das Fenster geschlossen ist, hält der Magnet den Reed-Schalter in einer geschlossenen Position, wodurch die Antenne überbrückt wird und der Chip inaktiv bleibt. Wenn das Fenster nach oben oder unten bewegt wird, ist der Magnet nicht mehr nah genug, um den Reedschalter geschlossen zu halten. An diesem Punkt kehrt der Reedschalter in seine offene Position zurück und der RFID-Tag wird aktiv.

Dumme Sensoren, intelligentes System

Da jedes RFID-Tag seine eigene eindeutige ID hat, kann es mit dem spezifischen überwachten Objekt oder Standort korreliert werden. Diese Informationen können vom RFID-Lesegerät oder der Cloud-basierten Sicherheitsanwendung verwendet werden, um mehr über die Art des Ereignisses zu erfahren, einschließlich der Identifizierung der Anzahl möglicher Eindringlinge, ihres Aufenthaltsortes und einiger Rückschlüsse auf ihre Aktivitäten. Eine solche Analyse kann auch die Anzahl von Fehlalarmen reduzieren, die durch Haustiere oder andere wohlwollende Störungen verursacht werden.

Die RFID-Technologie ist ein vielversprechendes Werkzeug zur Schaffung robuster, zuverlässiger und kostengünstiger Sicherheitssysteme. Die Tags sind einfach zu installieren und benötigen keine Batterien, was ihre langfristige Zuverlässigkeit gewährleistet. In realen Anwendungen muss jedoch darauf geachtet werden, dass die RFID-Lesegeräte so positioniert sind, dass sie den überwachten Bereich vollständig abdecken. Die Kommerzialisierung erfordert auch die Entwicklung von „intelligenten“ RFID-Lesegeräten, die zumindest die erste Verarbeitungsschicht der von den RFID-Tags erzeugten Aktivität ausführen können.

>> Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am unsere Schwesterseite EDN.