Auto-ID-Systeme liefern zwar schnell digitale Daten, sind jedoch für den Menschen nicht lesbar und damit intransparent. Das Auto-ID-System verbindet Lesbarkeit mit schnellen Daten – per Lichtübertragung.

Auto-ID-Systeme liefern zwar schnell digitale Daten, sind jedoch für den Menschen nicht lesbar und damit intransparent. Das Auto-ID-System verbindet Lesbarkeit mit schnellen Daten – per Lichtübertragung.IPH

Das Auto-ID-System Identoverlight stellt die Informationen in Klarschrift für den Menschen und als QR-Code für ein Lesegerät auf einem Display dar. Die auf dem Display dargestellten Informationen kann der Anwender zusätzlich durch eine App auf dem Smartphone auslesen. Außerdem lässt sich der Informationsträger beliebig oft via Smartphone und zugehörigem Sender beschreiben. Dadurch werden Prozesse wie die Kommissionierung an einem Kanban-System flexibler und transparenter. Lagerplätze lassen sich durch Bestückung mit oder Entnahme von Gütern ohne großen Aufwand neu deklarieren, was eine dezentrale Datenhaltung ermöglicht. Diese steigert durch die fortwährende Bestandskontrolle die logistische Prozesssicherheit. Einen weiteren Vorteil bildet die mögliche Koexistenz vorhandener Auto-ID-Systeme, da konventionelle Barcode- oder QR-Code-Reader weiter genutzt werden können.

Übertragung per Licht, Darstellung per Smartphone

Die Kommunikation zwischen dem Sender des Systems in Form eines Smartphones und dem Empfänger, dem zugehörigen Informationsträger, erfolgt über eine optische Schnittstelle. Am Smartphone ist ein Sender platziert, der die Ausgangsinformationen der USB-Schnittstelle durch die Modulationsverfahren Amplitude Shift Keying (ASK) und Return to Zero Inverted (RZI) in ein übertragbares Format wandelt. Dieses Signal wird dann von einer LED mit einer Wellenlänge von 660 nm abgestrahlt. Durch das sichtbare rote Licht kann der Anwender erkennen, welchen Informationsträger er gerade anvisiert. Um die Kosten möglichst gering zu halten, greifen die Forscher dazu auf einen frei im Handel erhältlichen Sender zurück, den sie für die Anwendung modifizierten.

Im Rahmen des Forschungsprojektes Identoverlight wurde ein neuer Informationsträger entwickelt, der die Vorteile der existierenden ID-Verfahren vereint.

Im Rahmen des Forschungsprojektes Identoverlight wurde ein neuer Informationsträger entwickelt, der die Vorteile der existierenden ID-Verfahren vereint.IPH

Der Informationsträger verfügt über eine Foto-Diode als fotoelektrischen Empfänger, die die optisch empfangenen Daten wieder in elektrische Signale wandelt. Eine inkohärente Demodulator-Schaltung, bestehend aus einem Bandpass, einer Gleichrichterdiode und einem Tiefpass, demoduliert diese. Der Vorteil dieser Schaltung ist der Verzicht auf eine phasenstarre Synchronisation. Da so nicht auf jedes Bit synchronisiert werden muss, ist ein Oszillator und andere Peripherie überflüssig. Die Invertierung des digitalen Signals entsteht durch eine RZI-Modulation (Return to Zero Inverted). Die Abtastung durch den Mikrocontroller erfolgt immer zur Mitte eines Bits, da die Amplitude zu dieser Zeit den höchsten Wert aufweist. Die so gewonnenen Informationen werden via Serial-Periphal-Interface-Schnittstelle (SPI) auf einem Cholesteric-LCD (Chlcd) in Klarschrift sowie als QR-Code dargestellt. Die Pixel von Chlcd-Anzeigen haben einen bistabilen Zustand, den sie auch ohne anliegende Spannung halten können. So bleiben Bildinhalte erhalten, ohne Energie zu verbrauchen.

Die Kommunikation zwischen dem Sender des Systems in Form eines Smartphones und dem Empfänger, der den zugehörigen Informationsträger darstellt, erfolgt über eine optische Schnittstelle.

Die Kommunikation zwischen dem Sender des Systems in Form eines Smartphones und dem Empfänger, der den zugehörigen Informationsträger darstellt, erfolgt über eine optische Schnittstelle.IPH

Um auf Wartungsintervalle, beispielsweise wegen Batteriewechsel,  zu verzichten, betreibt eine Solarzelle mit einem hochkapazitiven Kondensator als Energiepuffer den Informationsträger autark. Zum Auslesen der Informationen über das Display als Rückkanal kommt ein konventionelles Smartphone mit Kamera zum Einsatz. Damit der Anwender den Informationsträger komfortabel beschreiben und auslesen kann, programmierten die Forscher eine App.

Praxistest: Modulation und Abstrahlleistung ausschlaggebend

Um die fehlerfreie Funktion des neuen Systems zu testen, bauten die Forscher eine Testumgebung innerhalb eines Lagerumfelds auf. So lassen sich die entsprechenden Lichtverhältnisse für eine Reichweitenmessung simulieren. Denn zum Beispiel für die Arbeit von einem Kommissionierfahrzeug aus ist eine Mindestreichweite von 20 cm notwendig. Um die Reichweite zu testen, wurde die Ausrichtung des Senders zum fotoelektrischen Empfänger des Informationsträgers variiert und der maximale Arbeitsabstand ermittelt. Für das fehlerfreie Beschreiben des Informationsträgers beträgt sie 53 cm bei orthogonaler Ausrichtung. Das Ergebnis: Die Entfernung ist stark von dem verwendeten Modulationsverfahren sowie der grenzwertbeschränkten Abstrahlleistung der LED abhängig.

Das am Eingang des Mikrocontrollers binär anliegende Ausgangssignal des Demodulators – hier am Beispiel des Ascii-Werts für 99.

Das am Eingang des Mikrocontrollers binär anliegende Ausgangssignal des Demodulators – hier am Beispiel des Ascii-Werts für 99.IPH

Bei der Bestimmung der maximalen Lesereichweite lassen sich sowohl durch ein Smartphone als auch durch einen industriell genutzten kamerabasierten Reader Entfernungen von knapp über 20 cm erzielen. Die Gründe für die im Verhältnis zur Schreibleistung niedrigeren Werte liegen im geringen Kontrastverhältnis der verwendeten Displays, der Größe des Displays sowie der Auflösung der verwendeten Kameras.

Optisches ID-System ist ausbaufähig

Aktuell liegt der universelle Informationsträger als Funktionsmuster vor, das für die Anwendung in Industrieumgebungen weiterentwickelt werden soll. Die Lese- und Schreibreichweite sind mit den vorhandenen Technologien ermittelt worden. Werden höhere Reichweiten benötigt, so kann beispielsweise eine andere Displaytechnik, wie E-Ink, zum Einsatz kommen, wodurch höhere Kontraste bei geringeren Herstellungskosten möglich sind. Auch der energieautarke Betrieb bietet einen Vorteil des Systems. In schwach beleuchteten Lagerhallen kann die Solarzelle als Energieversorgung jedoch ihre Grenzen erreichen. Weitere Energy-Harvesting-Technologien zur Wandlung von thermischer oder kinetischer Energie aus der Umgebung bieten sich für diesen Anwendungsfall als Lösung an. Außerdem ist es möglich eine Kommunikationsschnittstelle zu einem EDV-System zu integrieren, um die Betriebsdatenerfassung für Lagerbestände zu automatisieren und die Bestandserfassung für Inventuren zu vereinfachen.