KR20150026389A

KR20150026389A - 발효상태 모니터링을 위한 장거리 rfid 태그 및 그 동작방법

Info

Publication number: KR20150026389A
Application number: KR20130105149A
Authority: KR
Inventors: 정재영; 신동범; 강성수; 박찬원
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2015-03-11

Abstract

넓은 범위에 분포되어 있는 발효저장소의 발효 상태에 대해서 효율적이고 주기적으로 모니터링 할 수 있도록 장거리 RFID 태그 및 그 동작방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따르면 장거리 RFID 태그는 안테나부, 신호 증폭부, 데이터 처리부를 포함한다. 이에 따라 장거리 RFID 태그를 통하여 장거리에서도 리더기와 통신이 가능할 수 있게 되어 넓은 범위에 분포되어 있는 발효저장소들의 발효상태에 대하여 발효저장소에 부착된 센서가 수집한 정보를 장거리에 위치한 리더에 전송하여 모니터링이 가능하게 된다.

Description

발효상태 모니터링을 위한 장거리 RFID 태그 및 그 동작방법 {LONG LEAD RFID TAG FOR MONITORING OF FERMENTED STATE AND METHOD FOR OPERATING THEREOF}

장거리 RFID 통신이 가능한 태그 및 그 방법에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 RFID 통신을 이용하여 장거리에서도 발효상태에 대한 정보를 모니터링 하기 위한 장거리 RFID 태그 및 그 방법에 관한 것이다.

발효주나, 치즈, 김치 등의 발효식품들의 제작함에 있어, 품질의 가장 핵심이 되는 것은 발효의 진행 정도 및 상태를 일정하게 유지시켜 상품의 최적의 품질을 균일하게 유지시키는 것이다. 그리하여 일정한 발효 진행 정도 및 상태를 일정한 상태를 유지하기 위하여 주기적으로 발효상태에 대하여 온도, 산도, 당도, 습도 등을 모니터링 해주어야 할 필요성이 존재한다.

종래에는 모니터링을 위해 발효저장소 내 식품의 일부분을 추출하여 화학적으로 이를 검사하는 방법이 사용되어 왔다. 이러한 방법은 비교적 정확하지만 대규모로 발효작업을 하는 경우 발효저장소의 수가 늘어나게 되어 검사횟수 및 이동거리의 증가로 인해 모니터링에 투입되는 시간과 노력이 과도하게 투입된다.

그리하여 투입되는 시간과 노력을 줄이고자 점차 자동으로 모니터링 할 수 있는 시스템 구축에 대한 관심이 늘어나고 있다. 이에 대하여 발효저장소 내에 RFID 태그와 센서를 부착시켜 사람이 수동으로 검사를 거치지 않고서도 각 발효저장소의 발효상태를 자동으로 모니터링 할 수 있는 방법에 대해서 논의가 있어왔다.

그러나 일반적으로 RFID 무선통신은 1.8m이하의 짧은 거리에서 사용되는 저주파대역(30KHz~500KHz)과 10m이상 통신할 수 있는 고주파 대역장(850MHz~950MHz 또는 2.45GHz~2.5GHz)을 사용한다. 이러한 이유로 장거리 통신에는 통신 효율이 좋지않아 적합하지 않으므로 발효저장소의 수가 많아서 넓은 범위로 분포되어 있는 경우에는 RFID 무선통신을 활용하여 모니터링 하는 것에 대하여 제약이 존재한다.

본 발명의 실시 예들은 넓은 범위에 분포되어 있는 발효저장소의 발효 상태에 대해서 효율적이고 주기적인 모니터링을 수행하기 위해 기존의 통신가능거리 제약을 넘어선 장거리 통신성능을 가진 RFID 태그를 통해 장거리에서도 통신이 가능할 수 있는 RFID 태그 및 그 동작방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 발효 모니터링을 위한 장거리 RFID 태그는 RF 신호를 송수신하는 송수신 일체형 안테나부; 상기 안테나부가 리더로부터 수신한 RF 신호를 제1 증폭하거나 또는 발효데이터에 대한 정보가 변조된 RF 신호를 리더로 송출하기 위해 RF 신호를 제2 증폭하여 임피던스 정합부의 정합 상태에 따라 신호를 전송하는 신호 증폭부; 및 상기 신호 증폭부에서 제1 증폭한 신호를 전송받아 이를 복조하여 신호에 담긴 지시에 따라 발효정보를 수집하고, 수집된 발효정보를 변조하여 제2 증폭을 위해 상기 신호 증폭부로 전달하는 데이터 처리부를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 안테나부는, 통신 방식으로 역산란 방식을 사용하며 감도를 개선하기 위해 하나의 PCB기판에 위치한 송/수신 안테나가 서로 직각으로 교차되는 송수신 일체형 이중 편파 안테나를 포함할 수 있고, 상기 신호 증폭부는, 수신된 신호의 대역 밖 간섭신호를 제거하는 대역 여과기; 3 포트로 구성되며 태그의 상태가 정합인 경우 포트 1에서 포트 2로, 부정합인 경우 포트 2에서 포트 3으로 신호를 전달하는 써큘레이터; 상기 대역 여과기에서 여과된 신호를 전송받아 증폭하여 상기 써큘레이터의 포트 1로 전달하는 제1 증폭기; 상기 써큘레이터의 포트 2와 연결되어 임피던스의 변화를 통제하여 캐그의 정합상태를 변화시켜 상기 써큘레이터의 신호 전달 방향을 결정하는 임피던스 정합부; 상기 써큘레이터의 포트 3으로부터 전달받은 신호를 리더로 송출하기 위해 증폭하는 제2 증폭기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 써큘레이터는, 3개의 포트가 증폭기와 포트 1, 임피던스 정합부와 포트 2, 제2 증폭기와 포트3과 각 연결되고 태그가 정합이 되었을 때 리더의 RF 신호가 포트 1에서 포트 2로 넘어가고, 비정합일 때는 포트 2에서 포트 3으로 넘어가 한쪽 방향으로 신호가 회전하듯이 방향성을 가지고 신호를 전달할 수 있다.

그리고 상기 대역여과기는, 일정한 주파수 대역의 전류를 통과시키고, 그 이외에는 큰 감쇠를 주는 단자 회로로서 저역필터와 고역필터를 조합시켜 범위 내에 있는 주파수의 교류성분만을 통과하게 해서 주파수를 유효하게 사용할 수 있게 할 수 있으며, 상기 임피던스 정합부는, 정합 또는 비정합 상태로 존재하며 상기 써큘레이터의 포트 2와 복조부 및 변조부 사이에 삽입되어,임피던스 정합상태를 변화시켜 써큘레이터 신호의 흐름을 통제하는 2단자쌍 망 구조를 가질 수 있다.

또한, 상기 데이터 처리부는, 임피던스 정합부로부터 전달받은 기저대역 신호 중 변조파를 분리하여 원래의 신호로 복구하는 복조부; 상기 복조부를 통해 복구된 신호를 분석하여 이에 따라 센서를 이용하여 발효상태의 정보 수집을 수행하고 수집된 식별코드나 정보를 전달하는 제어부; 및 상기 제어부에서 받은 정보를 전송하기 위해 신호를 변조시키는 변조부를 포함할 수 있으며, 상기 데이터 처리부는,

발효조 내의 발효상태 및 시간에 따른 정보를 얻을 수 있는 발효조에 장착된 센서 또는 상기 제어부 내에 RTC 소자를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는, 리더로부터 전송받은 RF신호의 명령어를 복조부를 통해 판독하여 이를 상기 센서 및 상기 RTC 소자에 발효상태 정보수집을 지시하고, 이를 통해 얻은 정보는 제어부 내의 데이터 저장부에 저장 및 변조부에 전달하도록 제어할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 장거리 RFID 태그 작동방법은 리더기로부터 송출된 RF신호 및 전자파를 수신하는 단계; 수신된 신호의 대역 밖의 간섭신호를 제거하는 단계; 여과된 신호를 제1 증폭하는 단계; 3 포트로 구성되며 태그의 상태가 정합인 경우 제1증폭된 신호를 써큘레이터 포트 1에서 포트 2로, 부정합인 경우 제2 증폭을 위해 써큘레이터 포트 2에서 포트 3으로 신호를 전달하는 단계; 상기 써큘레이터 포트 2로 전송된 RF 신호에서 변조파를 분리하여 원래의 신호로 복구하는 단계;

원래의 신호로 복구된 신호의 지시에 따라 식별 코드나 정보의 수집을 수행하고 수집된 정보를 저장 및 전달하는 단계; 전달받은 식별 코드 및 발효상태 정보에 대한 신호를 변조하고 태그의 정합상태를 스위칭시키는 단계; 전달받은 신호를 송출하기 위해 증폭하는 단계; 및 증폭된 신호를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 장거리에서도 모니터링 할 수 있는 RFID 태그 및 그 동작방법을 제공하여 넓은 범위에 분포되어 있는 발효저장소들의 발효상태에 대하여 발효저장소에 부착된 센서가 수집한 정보를 장거리에 위치한 리더에 전송하여 주기적이고 상시적으로 발효저장소 내의 발효상태를 모니터링 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 장거리 RFID 태그에 대한 구성도이다.
도 2는 안테나부의 구성도이다.
도 3는 신호 증폭부의 구성도이다.
도 4는 데이터 처리부의 구성도이다.
도 5는 장거리 RFID 태그의 상세 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 장거리 RFID 태그 동작방법의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 장거리 RFID 태그 및 센서를 부착한 발효조의 구성도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 장거리 RFID 태그 및 그 방법에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 장거리 RFID 태그에 대한 구성도이다.

도 1를 참조하면, 발효상태 모니터링을 위한 장거리 RFID 태그(110)는 안테나부(120), 신호 증폭부(130), 데이터 처리부(140)을 포함한다.

실시 예에 사용되는 무선통신기술인 RFID(Radio-Frequency Identification) 란 전파를 이용해 먼 거리에서 정보를 인식하는 기술을 말한다. 여기에는 RFID 태그와 리더(Reader)가 필요하다. 태그는 안테나와 집적 회로로 이루어지는데, 집적 회로 안에 정보를 기록하고 안테나를 통해 리더기에게 정보를 송신한다. 이 정보는 태그가 부착된 대상을 식별하는 데 이용된다. 따라서 바코드 판독기처럼 짧은 거리에서만 작동하지 않고 먼 거리에서도 태그를 읽을 수 있으며, 심지어 사이에 있는 물체를 통과해서 정보를 수신할 수도 있다.

RFID의 종류는 동작 주파수에 따라 저주파, 고주파 시스템으로 구분된다. 300MHz 이하인 저주파 통신은 표준 주파수 125KHz, 13.56MHz가 대표적이다. 저렴한 태그, 소량의 데이터 저장, 짧은 판독 거리, 무지향성 안테나 등의 특징을 가진다. 고주파 통신은 동작 주파수가 400MHz 이상이며, 860-930MHz, 2450MHz이다. 특히 수 미터에서 십 미터 이상에 이르는 판독 거리를 가져 움직이는 물체나 매우 빠르게 인식되어야 하는 다중 태그 패키지에 적합하며, 지향성 안테나를 갖는다.

본 발명의 실시 예로 근거리 통신 중 RFID 통신방법을 사용하여 넓은 범위 내에 있는 발효조(발효식품을 보관하고 숙성시키는 공간) 내의 발효상태에 대한 정보를 모니터링을 위해 도 1에 도시된 것과 같은 장거리 RFID 태그를 사용할 수 있다.

실시 예로 리더기가 송출한 RF 신호를 안테나부(120)가 수신하고 이를 신호 증폭부(130)로 전달하면, 신호 증폭부(130)는 수신한 RF신호를 여과하고 증폭할 수 있다. 이러한 증폭은 장거리 통신으로 미소한 신호밖에 수신이 불가능한 경우라도 RF 신호의 수월한 복조 및 변조를 할 수 있게 되어 이로 말미암아 RFID 장거리 통신을 할 수 있다.

또한, 신호 증폭부(130)가 증폭한 신호를 수신하는 데이터 처리부(140)는 RF신호에 담긴 명령을 복조하고 이에 따라 해당 동작을 지시할 수 있다. 그리고 그러한 지시에 따라 얻어진 정보는 다시 변조되어 장거리 전송을 위해 신호 증폭부(130)로 전달되며, 전달된 신호는 신호 증폭부(130)에서 증폭되어 안테나부(120)을 통해서 리더기로 송출할 수 있다.

도 2는 안테나부(120)의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 안테나부(120)는 하나의 PCB기판에 송/수신 분리형 안테나를 적용하여 하나의 안테나로 각각 수신 안테나(210)와 송신안테나(220)의 기능을 수행하게 할 수 있다.

이때, 안테나부(120)는 일반적인 선형 편파 특성을 가지는 안테나 사이의 전파의 뮤츄얼 커플링(Mutual coupling)을 방지를 목적으로 안테나 간의 격리도를 높이기 위해 수신안테나와 송신안테나가 수직으로 위치하게 할 수 있다.

실시 예에 따르면 이중 편파 안테나는 수신 안테나(210), 송신 안테나(220)로 각각 나누어져 기능 하고, 내부에 형성된 4개의 슬롯을 통해 안테나의 소형제작이 가능할 수 있다.

또한, 안테나 공진 주파수를 수월하게 조정하게 하기 위해 장거리 RFID 태그 회로의 하판에 안테나를 부착할 수 있다.

도 3는 신호 증폭부(130)의 구성도이다.

도 3을 참조하면, 신호 증폭부(130)는 대역 여과기(310), 제1 증폭기(320), 써큘레이터(330), 임피던스 정합부(340), 제2 증폭기(350)를 포함한다.

대역 여과기(310)는 수신안테나가(210) 수신한 RF 신호 중 주파수 대역 밖의 간접신호를 제거할 수 있다. 여기서 주파수 대역이란 특정 표준안에서 통신시 사용되는 전 스펙트럼을 의미하고 하나의 특정 주파수 대역으로 한정되는 것은 아니다.

이때, 대역 여과기는 일정한 주파수 대역의 전류를 통과시키고, 그 이외의 주파수의 전류에 대해서는 큰 감쇠를 주는 단자 회로로서 저역 필터와 고역 필터를 조합시킨 필터로서, 저역 필터와 고역 필터 사이의 범위 내에 있는 주파수의 교류성분만을 통과시켜서 출력을 얻어 다중 반송 통신 등에서 주파수를 유효하게 사용할 수 있다.

제1 증폭기(320)는 장거리로 인하여 미소한 신호를 수신할 때에도 통신효율을 유지하기 위하여 대역 여과기(310)에서 전달받은 대역 주파수의 교류성분을 증폭하여 신호의 복조를 용이하게 할 수 있다.

여기서 증폭기는 일반적으로 저잡음(Low Noise) 증폭기가 많이 사용되는데 저잡음 증폭기는 수신기 전체의 잡음 지수를 낮출 목적으로 만들어진 고주파 증폭기를 의미하며, 전파 손실이 큰 가시거리의 통신 회선 등 미소한 입력 전압의 수신 전파에 사용되는 것을 의미한다. 파라미터 증폭기, 저잡음 트랜지스터 증폭기, 메이저 증폭기 등을 사용할 수 있고, 최근 반도체 기술의 발달에 따라 상온 파라메트릭 증폭기, 갈륨비소(GaAs), 전계 효과 트랜지스터(FET) 등이 저잡음 증폭기도 사용 할 수 있다.

실시 예에 따르면, 제1 증폭기(320)에 저잡음 증폭기를 사용하여 멀리 떨어진 리더로부터 송출된 RF 신호가 수신 안테나를 통해 수신될 때에는 장거리에 따른 전파손실이 커지게 되므로 이러한 저잡음 증폭기를 사용하여 미소한 입력 전파를 증폭시켜 통신 효율을 향상할 수 있게 되어 RFID를 이용한 안정적인 장거리 통신을 할 수 있다.

써큘레이터(330)는 3개의 포트를 가지고 있으며 한 포트에서 전력이 입력되면 임피던스 정합부의 정합 상태에 따라 왼쪽 또는 오른쪽 포트 중 어느 한쪽의 포트에만 전력이 전달되고 나머지 포트는 전력이 전달되지 않아 한쪽 방향으로 신호가 회전하듯이 방향성을 가지고 전달될 수 있다.

이때, 써큘레이터(330)는 복수 개의 포트를 가지고 있으며 하나의 포트에서 보내진 전자기 에너지가 편파면을 회전하게 하기 위하여 관축 방향으로 자계를 부여하고, 이 자계 안에 페라이트 봉을 두어 페러데이 회전을 발생시켜 편파면을 회전하면서 관 속을 진행하여 다른 포트에서 출력하도록 되어 있는 비가역 회로를 의미한다.

본 발명의 태그회로에서 써큘레이터(330)는 제1 증폭기(320)와 포트 1, 임피던스 정합부와 포트 2, 제2 증폭기와 포트 3이 각각 연결되고 임피던스 정합부가 정합이 되었을 때 리더의 RF 신호가 포트 1에서 포트 2로 넘어가고, 비정합일 때는 포트 2의 신호가 포트 3으로 넘어가 한쪽 방향으로 신호가 회전하듯이 방향성을 가지고 신호를 전달하게 된다.

임피던스 정합부(340)는 정합 또는 부정합 상태로 유지되며 상태변화로 인해 RFID 태그 내부의 신호의 흐름을 변경하게 할 수 있다.

여기서 임피던스 정합이란, 상이한 성질의 전자 회로가 접속되는 장소(예를 들면, 증폭기에 부하로, 혹은 궤전선에서 안테나로의 접속점 등)에서 에너지를 가장 효율적으로 전하기 위해 접속점에서 본 양측의 임피던스를 같게 하는 것을 정합이라고하고, 이를 위해 사용되는 정합 회로를 임피던스 정합 회로라고 한다. 선로에서 전원의 내부 임피던스, 선로의 임피던스, 부하의 임피던스를 같게 하여 선로가 정합하고 있을 때 전원으로부터 최대의 전력이 공급된다.

실시 예로 임피던스 정합부(340)가 정합상태일때 포트 1을 통해 써큘레이터(330)로 들어와 포트 2로 출력되어 임피던스 정합부(340)를 통해 복조부(410)로 전달되고, 임피던스 정합부(340)가 비정합상태일 때 변조부(430)에서 임피던스 정합부(340)를 통해 포트 2로 들어온 변조된 신호는 포트 3으로 출력되어 제2 증폭기(350)로 전달된다.

제2 증폭기(350)는 변조된 신호를 써큘레이터(330) 포트 3으로부터 받아서 이를 장거리에 위치한 리더기로 전송하기 위해 신호를 증폭하는 역할을 하며 앞서 제1 증폭기(320)에서 언급한 것과 같이 저잡음 증폭기가 주로 사용된다.

도 4는 데이터 처리부(140)의 구성도이다.

도 4를 참조하면, 데이터 처리부(140)는 복조부(410), 제어부(420), 데이터 저장부(425), 변조부(430)를 포함하고 여기에 센서(440), RTC 소자(450)를 더 포함할 수 있다.

복조부(410)는 임피던스 정합부(340)가 정합상태일 때 써큘레이터(330)의 포트 2로 들어온 신호를 복조하여 제어부(420)에 전달할 수 있다.

여기에서 복조란, 통신에서는 기본파인 고주파(반송파)에 화상이나 음성 , 정보 등을 신호에 따라 변화시킨 변조파를 실어서 송신하며, 수신기에서는 고주파 전류로부터 변조파를 분리해 원래의 신호로 복구하는 조작을 복조라 한다.

실시 예로 임피던스 정합부(340)가 정합 상태 일 때 들어온 리더기에서 이미 변조된 신호를 써큘레이터(330)의 포트 2로부터 임피던스 정합부(340)를 통해 전송받아 변조파를 분리하여, 신호에 담긴 지시나 명령을 판독할 수 있도록 변환할 수 있다.

제어부(420)는 리더로부터 수신한 신호를 복조하여 얻은 명령에 따라 제어부에 연계된 센서 및 제어부(420)에 포함할 수 있는 RTC 소자 등에 지시를 내려 정보를 수집하게 하고 그것을 데이터저장부에 저장한 후, 저장한 정보를 변조부로 전달할 수 있다.

데이터 저장소(425)는 RFID 태그의 데이터 저장소는 여러 표준규격이 존재하고 있으나 본 발명에 900MHz대역의 표준인 EPCglobal Class-1 Gen-2를 적용한 실시 예에 따르면, 제어부 내에 포함되며 사용자 정보를 저장하는 사용자 메모리부, 상기 RTC소자를 통해 발효조 내/외부에 센싱 이벤트가 발생 시 시간정보를 저장하는 실시간 정보저장소, 상기 센서에 의해 수집된 발효조(510) 내의 발효상태에 대한 정보를 저장하는 센싱 데이터 저장소를 포함하는 제어부(420)의 내의 데이터의 저장공간을 의미하며 이러한 실시 예는 현행 모든 RFID 태그 시스템에 적용할 수 있다.

센서(440)는 도 4를 참조하면, 제어부(420)와 연결되며 제어부(420)에서 신호를 변조하며 얻은 명령에 따라 센서(440)에게 발효정보의 수집을 지시하면 센서(440)는 발효조에 부착되어 온도, 습도, 이산화탄소, 수소이온농도, 당도 등의 발효상태에 대한 정보를 수집해 제어부(420)의 데이터저장부(425)로 보내는 역할을 한다.

도 4를 참조하면, 제어부(420)에 포함될 수 있는 RTC소자(450)는 제어부(420)와 연결되며 센서(440)가 발효조의 발효상태에 대한 정보에 대한 센싱 이벤트가 발생한 시간에 대한 실시간시간정보를 제공하거나 주기적으로 센싱 이벤트를 발생하게 한다.

이때, RTC소자(450)는 프로그램에 의하여 설정된 시각이 되면 인터럽트(interrupt)를 일으키며 컴퓨터에 공급되는 주기성을 가진 소자이여 신호에 따라 어떤 사상(事象)과 다른 사상 간의 경과 시간을 측정하는 것이 가능하고 또 해당 시각이 되면 일정한 처리를 실행하기 위한 시각을 나타낼 수 있다.

도 5는 장거리 RFID 태그의 상세 구성도이다.

도 5를 참조하면, 장거리 RFID 태그(110)의 안테나부(120), 신호 증폭부(130), 데이터 처리부(140)는 각 서로 연결되어 신호를 전달하고 정보를 전송하기 위해 연계될 수 있다.

실시 예에 따르면, 수신 안테나(210)가 리더기로부터 송출된 RF신호 및 전자파를 수신하고, 대역 여과기(310)가 수신된 신호의 대역 밖의 간섭신호를 제거하고, 제1 증폭기(320)가 여과된 신호를 증폭하여 3 포트로 구성되고 어느 한 포트에 신호가 입력되면 나머지 둘 중 어느 한쪽의 포트에만 신호를 전달하는 써큘레이터(330)의 포트 1에 전달할 수 있다.

이때 상기 써큘레이터(330)는 포트 2와 복조부(410) 또는 변조부(430) 사이의 임피던스 변화를 통제하는 임피던스 정합부(340)가 정합이면 증폭된 신호를 포트 2로 출력하여 복조부(410)로 전달하는데 복조부(410)는 임피던스 정합부(340)로부터 입력된 리더의 기저대역 신호를 제어부(420)에 전달할 수 있다.

또한 제어부(420)는 상기 복조부(410)를 통해 수신된 리더의 명령어를 판독하여 이를 수행하고 응답신호로 태그 메모리에 있는 식별 코드나 정보를 변조부(430)로 전달할 수 있다.

변조부(430)가 상기 제어부에서 받은 신호를 변조하고 태그의 정합상태를 스위칭하여 임피던스 정합부(340)가 정합상태가 비정합 상태이면 상기 써큘레이터 포트 2에 변조한 신호를 입력하고 포트 3을 통해 출력 받게 되며, 이것을 제2 증폭기(350)가 증폭시켜 안테나부(120)의 송신안테나(220)가 증폭된 신호를 리더기로 송출하도록 태그의 각 구성요소를 연계할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 장거리 RFID 태그 동작방법의 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 장거리 RFID 태그를 사용한 발효 모니터링을 위한 장거리 RFID 태그의 동작방법은, 우선 장거리에 설치된 리더기로부터 송출된 RF신호를 발효조에 부착된 장거리 RFID 태그(110)의 수신안테나(210)가 수신한다(605).

수신안테나(210)에서 수신한 RF 신호를 대역 여과기(310)가 대역 밖의 간섭신호를 제거한다.(610)

이때, 간섭신호의 제거는 대역여과기(310)의 저역 필터 및 고역 필터를 통해 걸러지는 신호를 간섭신호라고 하며, 이렇게 신호를 거르는 행위는 간섭신호의 제거라고 할 수 있다.

이어서 대역 여과기(310)에서 간섭신호를 제거한 RF신호는 제1 증폭기(320) 통하여 신호를 증폭하고(615), 이를 써큘레이터(330)의 포트 1에 전달한다(620).

이때 임피던스 정합부(340)의 정합 상태를 확인한다(625). 그래서 정합 상태인 경우에는 포트 1에서 포트 2로 증폭된 신호가 흐르게 되고(630) 만약 변조부(430)의 스위칭 동작으로 인해 비정합 상태가 된 경우에는 변조부(430)에서 변조된 신호를 포트 2로 입력받아 포트 3을 통해 제2 증폭기(655)로 전달한다.

그 후, 임피던스 정합부(340)가 정합 상태에 있어 제1 증폭기(320)에서 증폭된 신호를 써큘레이터(330) 포트 1로 입력되어 포트 2를 통해 복조부(410)에 입력되면 복조부(410)가 임피던스 정합부(340)로 부터 입력된 리더의 기저대역 신호 중 변조파를 걸러서 원래의 신호로 복구한다.(635)

복구된 신호를 제어부로 전달하면 제어부(420)가 상기 복조부(410)를 통해 판독된 신호 내의 명령을 센서(440) 및 RTC소자(450) 등에서 전달하여 명령에 따른 작업을 수행하고(640) 그로 인해 얻은 발효상태에 대한 데이터는 제어부(420) 내의 데이터 저장소(425)에 저장 및 변조부(430)로 전달한다.(645)

발효상태의 데이터를 전달받은 변조부(430)가 상기 제어부(420)에서 받은 정보를 송신 안테나(220)를 통해 전송할 수 있도록 변조화 하고 임피던스 정합부(340)의 상태를 스위칭 시켜 정합상태를 비정합으로 변화시킨다(650).

그 후, 임피던스 정합부(340)가 비정합 상태이므로 변조된 신호는 써큘레이터(330)의 포트 2로 입력되어 포트 3을 통해 제2 증폭기(350)로 전달되고(660) 제2 증폭기를 통해 신호가 증폭된다(665).

마지막으로 제2 증폭기(350)에서 증폭된 신호를 송신 안테나(220)가 전달받아 리더에게 송출한다(655).

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 장거리 RFID 태그(110) 및 센서(440)를 부착한 발효조(510)의 구성도이다. 본 발명은 장거리에서 발효상태에 대해 모니터링 하는 것에 주요목적이 있으므로 이를 위해 RFID 태그(110) 및 센서(440)가 발효조(510)에 부착되어 사용될 수 있다,

실시 예에 따르면 발효조(510)의 상단부분에 RFID 태그(110)를, 측면에 센서(440)를 부착하고 센서(440)와 RFID 태그(110)를 유선 또는 무선으로 연결하여 센서(440)를 통해 발효조(510)의 내부 상태에 대한 정보를 센싱하고 이를 RFID 태그(110)로 전달하여 이를 제어부(420)를 거쳐 송신 안테나(220)를 통해 리더기로 송출할 수 있다.

이러한 일련의 프로세스를 통해 100m이상의 장거리에서도 그 범위 안에 있는 발효조 내부의 발효상태에 대한 모니터링이 가능해지게 된다.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

110 : 장거리 RFID 태그
120 : 안테나부
130 : 신호 증폭부
140: 데이터 처리부
210 : 수신 안테나
220 : 송신 안테나
310 : 대역 여과기
320 : 제1 증폭기
330 : 써큘레이터
340 : 임피던스 정합부
350 : 제2 증폭기
410 : 복조부
420 : 제어부
425 : 데이터 저장소
430 : 변조부
440 : 센서
450 : RTC 소자
510 : 발효조

Claims

RF 신호를 송수신하는 송수신 일체형 안테나부;
상기 안테나부가 리더로부터 수신한 RF 신호를 제1 증폭하거나 또는 발효데이터에 대한 정보가 변조된 RF 신호를 리더로 송출하기 위해 RF 신호를 제2 증폭하여 임피던스 정합부의 정합 상태에 따라 신호를 전송하는 신호 증폭부; 및
상기 신호 증폭부에서 제1 증폭한 신호를 전송받아 이를 복조하여 신호에 담긴 지시에 따라 발효정보를 수집하고, 수집된 발효정보를 변조하여 제2 증폭을 위해 상기 신호 증폭부로 전달하는 데이터 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발효 모니터링을 위한 장거리 RFID 태그.
제1항에 있어서 상기 안테나부는,
통신 방식으로 역산란 방식을 사용하며 감도를 개선하기 위해 하나의 PCB기판에 위치한 송/수신 안테나가 서로 직각으로 교차되는 송수신 일체형 이중 편파 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장거리 RFID 태그.
제1항에 있어서 상기 신호 증폭부는,
수신된 신호의 대역 밖 간섭신호를 제거하는 대역 여과기;
3 포트로 구성되며 태그의 상태가 정합인 경우 포트 1에서 포트 2로, 부정합인 경우 포트 2에서 포트 3으로 신호를 전달하는 써큘레이터;
상기 대역 여과기에서 여과된 신호를 전송받아 증폭하여 상기 써큘레이터의 포트 1로 전달하는 제1 증폭기;
상기 써큘레이터의 포트 2와 연결되어 임피던스의 변화를 통제하여 캐그의 정합상태를 변화시켜 상기 써큘레이터의 신호 전달 방향을 결정하는 임피던스 정합부;
상기 써큘레이터의 포트 3으로부터 전달받은 신호를 리더로 송출하기 위해 증폭하는 제2 증폭기를 포함하는 장거리 RFID 태그.
제3항에 있어서 상기 써큘레이터는,
3개의 포트가 증폭기와 포트 1, 임피던스 정합부와 포트 2, 제2 증폭기와 포트3과 각 연결되고 태그가 정합이 되었을 때 리더의 RF 신호가 포트 1에서 포트 2로 넘어가고, 비정합일 때는 포트 2에서 포트 3으로 넘어가 한쪽 방향으로 신호가 회전하듯이 방향성을 가지고 신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 장거리 RFID 태그.
제1항에 있어서 상기 대역여과기는,
일정한 주파수 대역의 전류를 통과시키고, 그 이외에는 큰 감쇠를 주는 단자 회로로서 저역필터와 고역필터를 조합시켜 범위 내에 있는 주파수의 교류성분만을 통과하게 해서 주파수를 유효하게 사용할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 장거리 RFID 태그.
제3항에 있어서 상기 임피던스 정합부는,
정합 또는 비정합 상태로 존재하며 상기 써큘레이터의 포트 2와 복조부 및 변조부 사이에 삽입되어,임피던스 정합상태를 변화시켜 써큘레이터 신호의 흐름을 통제하는 2단자쌍 망 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 장거리 RFID 태그.
제1항에 있어서 상기 데이터 처리부는,
임피던스 정합부로부터 전달받은 기저대역 신호 중 변조파를 분리하여 원래의 신호로 복구하는 복조부;
상기 복조부를 통해 복구된 신호를 분석하여 이에 따라 센서를 이용하여 발효상태의 정보 수집을 수행하고 수집된 식별코드나 정보를 전달하는 제어부; 및
상기 제어부에서 받은 정보를 전송하기 위해 신호를 변조시키는 변조부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장거리 RFID 태그.
제7항에 있어서 상기 데이터 처리부는,
발효조 내의 발효상태 및 시간에 따른 정보를 얻을 수 있는 발효조에 장착된 센서 또는 상기 제어부 내에 RTC 소자를 더 포함하는 것을 장거리 RFID 태그.
제7항에 있어서 상기 제어부는,
리더로부터 전송받은 RF신호의 명령어를 복조부를 통해 판독하여 이를 상기 센서 및 상기 RTC 소자에 발효상태 정보수집을 지시하고, 이를 통해 얻은 정보는 제어부 내의 데이터 저장부에 저장 및 변조부에 전달하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 장거리 RFID 태그.
리더기로부터 송출된 RF신호 및 전자파를 수신하는 단계;
수신된 신호의 대역 밖의 간섭신호를 제거하는 단계;
여과된 신호를 제1 증폭하는 단계;
3 포트로 구성되며 태그의 상태가 정합인 경우 제1증폭된 신호를 써큘레이터 포트 1에서 포트 2로, 부정합인 경우 제2 증폭을 위해 써큘레이터 포트 2에서 포트 3으로 신호를 전달하는 단계;
상기 써큘레이터 포트 2로 전송된 RF 신호에서변조파를 분리하여 원래의 신호로 복구하는 단계;
원래의 신호로 복구된 신호의 지시에 따라 식별 코드나 정보의 수집을 수행하고 수집된 정보를 저장 및 전달하는 단계;
전달받은 식별 코드 및 발효상태 정보에 대한 신호를 변조하고 태그의 정합상태를 스위칭시키는 단계;
전달받은 신호를 송출하기 위해 증폭하는 단계; 및
증폭된 신호를 전송하는 단계를 포함하는 장거리 RFID 태그 작동방법.