RFID
Introdução à RFID de baixa frequência para o rastreamento de peixes e animais selvagens Warren Leach, Oregon RFID
As marcas tipo PIT (Transmissores Indutivos Passivos) são pequenos circuitos de RFID (Radio Frequency IDentification) que são selados em uma cápsula de vidro e implantados em peixes e outros animais. Quando uma marca está dentro do campo magnético em torno da antena, ele recebe energia por indução elétrica para transmitir seu número de identificação exclusivo. As marcas PIT não possuem bateria e, como elas são alimentadas externamente, elas têm uma vida operacional muito longa.
Como os campos magnéticos de baixa frequência são utilizados, os sinais podem percorrer qualquer substância não metálica, incluindo concreto, plástico, madeira, solo, água, plantas e animais. O magnetismo é um fenômeno de campo próximo que limita a distância de leitura a alguns metros. As antenas podem ser colocadas em passagens, caminhos ou perto de atratores para detectar um animal marcado quando está dentro do alcance do campo magnético.
Vantagens das PIT
- Animais individuais podem ser identificados de forma exclusiva
- O animal apenas é manipulado uma vez para marcar
- A recaptura do animal não necessária
- Marcas podem operar para a vida do animal
Usos das PIT
- Medir o uso da passagem, eficiência
- Acompanhar o comportamento
- Monitorar o crescimento e a sobrevivência
- Determinar os tempos de migração
- Verificar os esforços de restauração de estoque e habitat
Distância de leitura
As marcas maiores possuem intervalos de leitura mais longos que as menores. O tamanho da marca deve ser escolhido de acordo com o tamanho do animal e a distância de leitura desejada.
A distância de leitura depende do poder do leitor, da eficiência da antena e do tamanho da marca. Os leitores portáteis geralmente têm apenas alguns centímetros de distância de leitura, pois são operados por bateria com pequenas antenas. Os leitores de longo alcance possuem mais potência para gerar antenas maiores com maiores distâncias de leitura.
Antenas e orientação de marca
As antenas RFID de baixa frequência são um loop (ou múltiplos) de cabo elétrico que gera um campo magnético. A orientação da marca para o loop afeta a distância de leitura.
A orientação ideal para a distância de leitura máxima ocorre com o eixo longo da marca passando através da antena na vertical (perpendicularmente ao plano da antena).
A próxima melhor orientação será com a antena horizontalmente e a marca passando sobre ele. Isso geralmente terá um alcance de leitura mais curto do que a passando através da antena. Outros ângulos terão um alcance de leitura ainda menor em comparação com a posição ideal.
Colisão de marcas
Duas ou mais marcas no mesmo campo magnético transmitirão seus números ao mesmo tempo e bloquearão os sinais uns dos outros. A antena é frequentemente colocada em uma seção estreita, onde apenas um animal de cada vez pode passar.
Padrões RFID
Existem muitos fabricantes diferentes de RFID de baixa frequência (LF) e nem todos os leitores lerão todas as marcas. Os produtos RFID da Oregon seguem o padrão internacional ISO 11784/11895 para rastrear animais. Isso permite que produtos de diferentes fabricantes operem em conjunto.
Full e Half Duplex
O padrão ISO cobre FDX e HDX, mas eles usam esquemas de modulação incompatíveis. Alguns leitores só podem detectar um tipo ou o outro enquanto leitores duplos FDX / HDX podem ler ambos.
Half Duplex - HDX
Os leitores HDX enviam um curto pulso magnético para carregar a marca, depois desliga o campo para ouvir a resposta. A marca retorna 1 e 0 em duas frequências diferentes.
A marca armazena a energia do impulso de carga em um capacitor que é usado para alimentar a marca para enviar o número único de volta.
O comprimento e os espaçamentos dos impulsos de carga podem ser ajustados para controlar a velocidade de leitura da marca. Velocidades de leitura mais lentas economizarão energia e aumentarão a vida da bateria.
As antenas HDX mais simples são feitas a partir de um loop de cabo elétrico suspenso de uma corda. O cabo pode ser colocado em tubo de plástico para fornecer estrutura, se necessário. As antenas HDX têm sido construídas com até 90 metros de largura usando uma única volta do cabo de soldagem suspenso da corda do alpinista.
Full Duplex - FDX
O FDX usa um campo magnético contínuo para alimentar a marca assim que chegar no campo. A marca envia o número da marca 30 vezes por segundo repetidamente enquanto está alimentado. Os dígitos binários são enviados a partir da marca ao curto-circuito em sua bobina interna, o que causa pequenas mudanças de amplitude no campo de carga. O leitor monitora seu campo de transmissão para essas variações para decodificar o número.
A vibração mecânica das antenas FDX pode causar pequenas variações na tensão da antena que causam interferência no sinal da marca. É importante que as antenas FDX sejam construídas para manter os cabos fixos em um lugar para que não possam se mover. Além disso, quando o cabo é colocado em água, é necessário existir um espaço com ar de alguns centímetros ao redor deste.
FDX OU HDX?
Ambas as tecnologias têm suas vantagens, mas existem diferenças significativas. Deve-se ter cuidado para escolher o apropriado para o uso pretendido.
O FDX lê cerca de duas vezes mais rápido que HDX, pois não há pausa para carregar a marca. Uma vez que as marcas FDX não precisam do capacitor para armazenar a energia do impulso de carga, elas podem ser mais finas do que as marcas HDX.
O campo de carga HDX é pulsado, de modo que o consumo de energia é menor quando comparado ao FDX. As antenas HDX são simples loops de cabo que podem ser muitas vezes maiores do que o possível com o FDX. As antenas de transmissão de frequência HDX também funcionam bem em estuários e ambientes marinhos.
Características de cada tecnologia:
| Half-Duplex | Full-Duplex | |
| Custo | Baixo | Alto |
| Consumo de energia | Baixo | Alto |
| Velocidade de leitura | Max. 28 detecções/segundo | 32 detecções/segundo |
| Sensibilidade à vibração | Insignificante | Alto |
| Sensibilidade à ruído | Insignificante | Alto |
| Variação na profundidade | Insignificante | Alto |
| Antenas | Fácil construção, baratas | Complexas, caras |
| Antenas | Grandes e customizadas | Restrições a grandes dimensões (utilização de arranjos de várias antenas para grandes áreas) |
| Tags | Tamanho mínimo – 12mm | Tamanho mínimo – 8mm |
Vantagens de cada tecnologia:
| Half-Duplex | Full-Duplex |
| Melhor custo-benefício | Maior velocidade (detecções/seg.) |
| Menos sensível a ruído | Tags menores (08 mm) |
| Menos sensível a vibração | Já utilizarem FDX na área de estudo |
| Menos sensível a variações no nível d’água | |
| Mais barato | |
| Antenas fáceis de construir / maiores | |
| Manutenção fácil e de baixo custo | |
| Maior alcance de detecção |
Equipamento necessário
Um sistema básico de monitoramento de campo inclui um leitor de RFID, uma antena de loop, fonte de energia de Corrente Contínua (12 a 20V) e um notebook ou smartphone (Android) para recuperar dados armazenados.
A fonte de energia precisa ser eletricamente silenciosa ou interferirá com o sinal da marca. As baterias são a melhor fonte, mas as fontes de alimentação de Corrente Alternada podem ser usadas se tiverem pouca ondulação de tensão. A troca de fontes de alimentação, particularmente as que operam em baixas frequências, deve ser evitada. Em caso de dúvida, compare a distância de leitura com uma fonte de alimentação AC versus apenas uma bateria. Se não houver diferença, o fornecimento é silencioso.
Design de Antenas
As antenas não são muito difíceis de projetar, mas podem exigir algum esforço e tempo para encontrar as melhores. A Fishtag fornece assistência técnica aos clientes para ajudá-los a desenvolver e construir suas antenas.
Um medidor de indutância é uma ferramenta essencial para medir a capacidade magnética da antena. Ajustar uma antena para a frequência adequada pode ser feito de várias maneiras, mas o mais simples é o indicador de sintonização (RTS Tuning Indicator) com três LEDs para indicar que a sintonia é baixa, alta ou OK. A sintonia é ajustada até a luz OK continuar.
Coleção de dados
Os leitores RFID da Oregon são projetados para operação remota. Os registros de detecção são armazenados em memória flash para até 10 milhões de eventos. As informações de diagnóstico são salvas a cada minuto por até 10 anos para permitir o monitoramento do desempenho a longo prazo.
A fonte de energia de campo mais comum é uma bateria e o leitor monitora os níveis de tensão de alimentação. Se ele cair abaixo de 10 volts, o leitor entrará em stand-by ao invés de drenar a bateria para níveis inseguros.
Para obter mais detalhes sobre como nossos leitores operam, entre em contato conosco.
Veja mais em:
Veja mais sobre telemetria PIT em:
Gibbons J. W.; Andrews K. M. 2004. PIT Tagging: Simple Technology at Its Best. BioScience 54(5): 447-454. Link
Castro-Santos T.; Haro A.; Walk S. 1996. A passive integrated transponder (PIT) tagging system for monitoring full-scale fishways. Fisheries Research 28: 253-261. Link