Entwurf und Implementierung einer Raspberry Pi-basierten RFID-Zeiterfassung mit netzunabhängiger Spannungsversorgung und Ladefunktion

Bei diesem Projekt handelt es sich um die Fortsetzung vorangegangener Projekte zum Thema einer Zeiterfassung für sportliche Wettkämpfe unter Einsatz von Radio-Frequency-Identifikation (RFID). Es werden zwei Bereiche zu diesem Thema genauer betrachtet. Der erste Teil dieser Projektarbeit befasst sich mit dem Entwurf einer Zeiterfassung auf Basis der RFID-Technologie, um so ein System zur funktionalen Zeiterfassung auf Basis kommerzieller RFID Module zu entwerfen, welche an einen Raspberry Pi 3 angebunden werden. Im zweiten Teil erfolgt die Umsetzung einer netzunabhängigen Betriebsmöglichkeit für den Raspberry Pi 3, mit dem Ziel, die auf ihm basierenden Zeiterfassungssysteme unabhängig von der örtlichen Versorgungssituation zu nutzen.

 

RFID-basierte Zeiterfassung

Dieser Projektteil befasst sich mit dem Entwurf und der Implementierung einer RFID-basierten Zeiterfassung. Es werden die Grundlagen der RFID-Technologie dargestellt und einige Konzepte zur Kommunikation mittels dieser Technik beschrieben. Anschließend findet eine Bewertung der verschiedenen Frequenzen auf Basis ihrer Nutzbarkeit statt. In diesem Projekt wird für das RFID System eine Frequenz von 13,56 MHz verwendet, welche für den Einsatz von passiven Transpondern geeignet ist. Des Weiteren wird ein passendes Lesegerät für diese Prototypen ausgewählt, welches den Systemanforderungen in Form von Sendefrequenz, Raspberry Pi kompatiblen Schnittstellen sowie Anforderungen während des Testbetriebs entspricht. Mit diesem kommerziell verfügbaren Lesegerät und einem Raspberry Pi wird eine Plattform zur Zeiterfassung implementiert.

 

Netzunabhängige Spannungsversorgung

Der zweite Teil dieser Arbeit befasst sich mit der Erstellung eines Systems zur netzunabhängigen Versorgung von Raspberry Pi basierten Systemen, wie dem im vorrangegangen Absatz beschrieben. Primärziel ist die Möglichkeit eines autarken Anlaufens des Systems aus dem Akkusystem und das Erreichen von Ladezeiten unterhalb von 8 Stunden. Um die Entwicklung zu vereinfachen wird das System in drei Bestandteile zerlegt, welche getrennt voneinander entwickelt und gefertigt werden. Für die Versorgung des Raspberry Pis mit konstanter Spannung wird ein DC-DC Auf- und Abwärtswandler entworfen. Die Auswahl eine Versorgungsspannung wird von einer Priorisierungsschaltung mit einem LTC4417 vorgenommen, welcher drei festpriorisierte Eingänge zur Verfügung stellt und neben dem Wechsel zwischen Netz und Akku Versorgung auch ein unterbrechungsfreies Umschalten zwischen zwei angeschlossen Akkus erlaubt. Eine Ladeschaltung auf Basis linearer Ladechips erlaubt eine Aufladung der Lithium-Ion-Akkus (S1), während eine Versorgung über ein Netzteil stattfindet. In praxisnahen Systemtests ist es möglich mit diesem System einen syndetisch zu 100% belasteten Raspberry Pi zu betreiben, während zeitgleich über eine elektronische Last zukünftige Verbrauer mit 500 mA simuliert werden.

 

Wichtig: Eine abschließende Sicherheitsbewertung für dieses System, vor allem in Bezug auf die Lithium-Ion-Akkus, wird in diesem Projekt nicht vorgenommen. Es handelt sich hier um einen Laborprototypen, für den Nachbau oder Betrieb kann keine Verantwortung übernommen werden.

 

Weitere Informationen zu den entworfenen Systemen können der Dokumentation entnommen werden:
Dokumentation.pdf

 

 

Betreuung:         Prof. Dr. Dirk Rabe

                           Dipl. Ing. Harald Buß

 

Duchführung:     Andre Kötter

                           Christian Petersen

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Projektarbeit im FB Technik / Abt. Elektrotechnik + Informatik / Schwerpunkt Digitaltechnik