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Introduzione.
Il presente lavoro di tesi, svolto presso l’azienda Tertium Technology S.r.l., situata a Pisa, si inserisce in un progetto dell’azienda denominato micro–ZPW
1. L’obiettivo del progetto è la realizzazione di un economico transponder
2(e/o microchip che dovrà costituirne la parte intelligente) RFId sensorizzato, passivo, operativo alla frequenza HF 13,56 MHz (rispetti lo standard ISO15963), e con la peculiarità di realizzare un semplice data logging per via chimica. Il dato sulla variazione del parametro ambientale monitorato (la temperatura) è memorizzato da un sensore chimico (oggetto di brevetto da parte dell’azienda e di suoi partner), è convertito e trasferito via RF al lettore. Con questa tesi si sono sviluppati tre aspetti ritenuti propedeutici all’effettiva realizzazione dell’oggetto descritto. Primo aspetto: si è svolta una ricerca nel mercato delle soluzioni tecnologiche oggi disponibili per capire se è utile una soluzione di questo tipo. Poiché lo sbocco naturale in cui troverebbe spazio il micro–ZPW è quello del controllo e gestione della catena del freddo nella filiera farmaceutica e alimentare, sono state analizzate le soluzioni attualmente utilizzate in tale ambito. Tra queste, le soluzioni RFId che garantiscono un miglior controllo di tutte le operazioni sono basate su transponder RFId semi–passivi o attivi con funzione Data Logger. Esse, però, sono troppo costose per talune applicazioni in cui è necessario tenere sotto controllo la catena del freddo della singola confezione.
Riguardo al contenimento dei costi, il sistema di controllo della catena del freddo sulla singola confezione (surgelati, alimenti freschi, sacche di sangue o di emoderivati) tenderebbe a utilizzare le “etichette intelligenti” Time–Temperature Indicator (TTI) e non i transponder RFId attivi o semi–passivi con funzione di Data Logger. D’altra parte, mentre i TTI non si prestano a un’automatizzazione del processo, le soluzioni RFId sono più versatili, veloci e flessibili. Infatti, permettono di registrare la temperatura nel tempo in
1 L’acronimo ZPW sta per Zero Power Wireless.
2 È diffusa la consuetudine di usare indifferentemente il termine TAG in luogo di Transponder. Più correttamente il transponder è costituito dal TAG (che è il circuito elettronico dotato di memoria) e dall’antenna sostenuti da un substrato (o incapsulati) che può essere realizzato in diversi tipi di materiali (quelli ritenuti più adatti per l’applicazione specifica).
Più avanti descriveremo con maggior dettaglio questi aspetti.
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modo da consentire (ai reader PC–less e/o ai sistemi informativi a monte di reader
“normali”) la costruzione di un grafico nelle coordinate (tempo,Temperatura) e/o altre elaborazioni dei dati. Con tali strumenti perciò si riesce a ricostruire la “storia” tempo–
temperatura dell’oggetto monitorato. Da questa analisi emerge che (rientrando in un preciso target di costo) il transponder passivo micro–ZPW, per la singola confezione, costituirebbe una soluzione in grado di sintetizzare i benefici dei suoi “fratelli maggiori”
fornendo cosi i presupposti di una migliore gestione della catena del freddo. Con un più semplice (e quindi più economico) tipo di logging realizzato per via chimica, non sarà possibile ricostruire un grafico tempo–temperatura del tipo detto prima, tuttavia, grazie alle peculiarità di un innovativo sensore chimico (cui si è fatto cenno), dovrebbe essere possibile monitorare alcune temperature particolarmente significative nella catena del freddo (ad esempio: –18 ° C, 0 ° C, +4 ° C) con soglie temporali regolabili (ottenute modificando opportune caratteristiche fisiche e chimiche del sensore). Nel caso si oltrepassi una tale soglia, il sensore ne conserverebbe la memoria. Questo dato indicherà il mancato rispetto del range di temperature per il prodotto monitorato dal transponder.
Secondo aspetto: dopo aver focalizzato il possibile mercato, si è ricercato un chip
adattabile all’esigenza del progetto. Per questo motivo sono state condotte ricerche atte a
individuare trasponder sensorizzati e chip per trasponder sensorizzati. Sia degli uni sia
degli altri è emersa la scarsa presenza nel mercato. Sono stati selezionati alcuni prodotti e
si sono anche evidenziate quelle aziende produttrici che mettono a disposizione le loro IP
in modo da lasciare a Tertium Technology la valutazione di una ricerca di collaborazione
per una realizzazione ad hoc del transponder. Tali argomenti sono presentati nel secondo
capitolo. Terzo aspetto: si è realizzato un Prototipo di Transponder Passivo Sensorizzato
(PTPS) partendo da un transponder passivo ZPW (del tipo GreenSensing PT100 prodotto
da Tertium) opportunamente modificato (nell’hardware e nel firmware) a cui è stato
aggiunto un blocco di condizionamento opportunamente progettato per il sensore. Questo
prototipo di trasponder RFId è stato realizzato con componentistica standard. Più
dettagliatamente, i macroblocchi che lo compongono sono i seguenti: 1) un transponder
ZPW (del tipo specificato) opportunamente modificato nell’hardware e nel firmware, 2)
un blocco di elettronica di condizionamento realizzato ad hoc per il sensore, 3) un
prototipo del sensore chimico (risultato delle ricerche del gruppo del prof. F. Di
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Francesco
3). La sua frequenza di funzionamento non è 13,56 MHz e lo standard implementato non è ISO15963, si tratta invece della frequenza 6,78 MHz (che è la metà) poiché si è sfruttata come base tecnologica una coppia reader–transponder (prodotti del catalogo di Tertium) che lavora con protocollo proprietario a tale frequenza. Lo studio del transponder ZPW, le sue modifiche (hardware e firmware), il progetto dettagliato del blocco d’interfaccia con il sensore, la metodologia seguita per l’acquisizione della misura e le misure condotte sul prototipo del convertitore realizzato sono gli argomenti presentati nel terzo capitolo. Nel quarto capitolo sono raccolte le misure condotte sul sistema [pc]–
[reader]–[transponder prototipo]. Queste misure sono state eseguite prima su un certo campione di resistenze di valore diverso ma tutte con tolleranze 0.1% e deriva termica di 15 ppm/°C allo scopo di costruire una curva di taratura statica. Sui dati acquisiti sono state svolte delle elaborazioni che hanno permesso di determinare i limiti di questo prototipo in termini di accuratezza e precisione della misura ricavata dal sistema. Infine, si sono eseguite delle misure (a temperatura ambiente e in congelatore a circa -22°C) utilizzando il prototipo di sensore chimico disponibile. Nel quinto capitolo si traggono le conclusioni sul prototipo realizzato e si avanzano dei suggerimenti per migliorarne l’accuratezza e la precisione. Nel primo capitolo invece si riportano gli elementi fondamentali della tecnologia RFId. Considerando l’ambito di questa tesi, è parso opportuno separare gli elementi generali della tecnologia da quelli più propriamente rivolti al sensing.
3 Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale, Università di Pisa; Istituto di Fisiologia Clinica, CNR, Pisa.
