BR112014027228B1 - Dispositivo de ajuda para a localização em tempo real de um elemento móvel autoalimentado - Google Patents

Abstract

dispositivo de ajuda para a localização em tempo real de um elemento móvel autoalimentado. a invenção tem notadamente como objetivo a localização em tempo real de elementos móveis autoalimentados. cada elemento móvel permite sua localização em tempo real por radiação eletromagnética. o mesmo compreende meios de recebimento (505, 520) de um sinal radioelétrico que compreende pelo menos uma informação de sincronização, em que esses meios são configurados para receber a energia de um sinal radioelétrico recebido, meios de emissão (515) de um sinal eletromagnético, em que o sinal eletromagnético é emitido em resposta a um sinal de ativação, e meios de controle (510) conectados aos meios de recebimento e aos meios de emissão de um sinal eletromagnético, em que os meios de controle são eletricamente alimentados pelos ditos meios de recebimento de um sinal radioelétrico e são configurados para gerar um sinal de ativação em resposta a uma informação de sincronização.

Description

[0001] A presente invenção refere-se às interfaces entre um usuário e um sistema informático, notadamente no domínio de jogos, e mais particularmente um dispositivo de ajuda para a localização em tempo real de um elemento móvel autoalimentado.

[0002] Em inúmeras situações, pode ser necessário, para um sistema informático, detectar a posição e/ou a orientação de elementos móveis para permitir que esse último reaja como consequência. Assim, por exemplo, em um jogo de xadrez que permite a um usuário jogar contra um jogador virtual simulado pelo sistema informático, a aplicação implantada no sistema informático deve conhecer a posição de todas as peças do tabuleiro de xadrez, notadamente aquelas deslocadas pelo usuário, para calcular sua ação.

[0003] Existem soluções para detectar a posição e/ou a orientação de objetos reais em um tabuleiro de jogo que permite utilizar esses objetos como interface de um sistema informático.

[0004] Assim, por exemplo, telas táteis de tipo resistente podem ser utilizadas como tabuleiro de jogo a fim de detectar a posição de um objeto, tal como uma caneta quando uma pressão suficiente é aplicada. Todavia, esse tipo de tela sustenta em geral apenas um único contato e precisa de uma pressão constante do usuário para conhecer a posição. Em outros termos, não é possível detectar a posição da caneta se a pressão exercida por essa última é liberada.

[0005] É igualmente possível utilizar telas táteis de tipo capacitivo, baseadas no princípio de uma fuga de corrente por meio de um corpo condutor. Todavia, apenas objetos condutores e ligados à terra que permite a detecção de sua posição. Assim, por exemplo, as posições de objetos em plástico ou em madeira não podem ser determinadas com a ajuda de tais telas.

[0006] Além disso, de modo geral, as soluções à base de tela tátil, ou de filme tátil, sustentam apenas um número limitado de contatos simultâneos ou quase simultâneos e que não permite a determinação de um número importante de objetos.

[0007] Outras soluções implantam tecnologias à base de infravermelho, notadamente na forma de mesas. Assim, por exemplo, os produtos conhecidos sob os nomes de Surface (Surface é uma marca da Microsoft), de mTouch (mTouch é uma marca de Merel Technologies) e Entertaible (Entertaible é uma marca da Philips) utilizam câmeras infravermelhas dispostas na espessura da mesa. Todavia, a espessura imposta dessas mesas as torna volumosas, pouco móveis e as confere certa rigidez. Ainda, seu preço não permite realmente um uso familiar.

[0008] Enfim outra solução desenvolvida pelo Requerente permite uma interface em tempo real de uma pluralidade de elementos móveis com um sistema informático. Após ter selecionado pelo menos um módulo de localização integrado a um elemento móvel, esse módulo de localização é ativado de modo sequencial. Um sinal é então recebido desse módulo de localização ativado e uma informação de posição do elemento móvel que compreende esse módulo de localização ativado é calculada em tempo real a partir do sinal recebido. Os módulos de localização são ativados de modo sequencial, em que um único módulo de localização é ativado em um instante fornecido.

[0009] Enquanto essa última solução fornece satisfação, existe uma necessidade constante de aprimoramento dos desempenhos e de redução de custos de fabricação.

[0010] A invenção permite solucionar pelo menos um dos problemas expostos anteriormente.

[0011] A invenção tem assim como objetivo um dispositivo para ajudar a localização em tempo real, por radiação eletromagnética, de um elemento móvel autoalimentado, em que esse dispositivo compreende os meios a seguir,

[0012] - meios de recebimento de um sinal radioelétrico que compreende pelo menos uma informação de sincronização, em que os ditos meios são configurados para receber a energia de um sinal radioelétrico recebido;

[0013] - meios de emissão de um sinal eletromagnético, em que o dito sinal eletromagnético é emitido em resposta a um sinal de ativação;

[0014] - meios de controle conectados aos ditos meios de recebimento e aos ditos meios de emissão de um sinal eletromagnético, em que os ditos meios de controle são eletricamente alimentados pelos ditos meios de recebimento de um sinal radioelétrico e são configurados para gerar um sinal de ativação em resposta a uma informação de sincronização.

[0015] O dispositivo de acordo com a invenção permite assim combinar vantagens ligadas à utilização de tecnologias atuais que podem ser notadamente implantadas com custos moderados com aqueles de uma arquitetura que permite a utilização de elementos móveis em aplicações ditas em tempo real, nas quais diversas centenas de elementos móveis podem ser utilizadas.

[0016] Os ditos meios de recebimento de um sinal radioelétrico compreendem, de preferência, uma memória de acesso duplo, em que a dita memória de acesso duplo é configurada para ser acessível em leitura e/ou em escrita por um sinal radioelétrico e pelos ditos meios de controle. O dispositivo de acordo com a invenção permite, assim, utilizar uma característica de inúmeros circuitos padrão para controlar a ativação de um elemento móvel a fim de permitir sua localização e/ou controlar outras funções anexas, notadamente de acionadores, motores e/ou visores.

[0017] De acordo com um modo de realização particular, os ditos meios de recebimento de um sinal radioelétrico compreendem meios de identificação de uma informação de sincronização a partir de um sinal radioelétrico recebido e meios de transmissão de uma informação de sincronização identificada aos ditos meios de controle. O dispositivo de acordo com a invenção permite, assim, utilizar uma característica de inúmeros circuitos padrão para controlar a ativação de um elemento móvel a fim de permitir sua localização.

[0018] Sempre de acordo com um modo de realização particular, os ditos meios de controle compreendem meios de detecção de uma mudança de estado de uma fonte de energia elétrica dos ditos meios de recebimento de um sinal radioelétrico, em que uma informação de sincronização é identificada em resposta a uma mudança de estado de uma fonte de energia elétrica dos ditos meios de recebimento de um sinal radioelétrico. O dispositivo de acordo com a invenção é assim particularmente simples de implantar.

[0019] Sempre de acordo com um modo de realização particular, os ditos meios de controle compreendem meios de detecção de uma mudança de estado de uma portadora de um sinal radioelétrico recebido, em que uma informação de sincronização é identificada em resposta a uma mudança de estado de uma portadora de um sinal radioelétrico recebido. O dispositivo de acordo com a invenção é assim particularmente simples de implantar.

[0020] Sempre de acordo com um modo de realização particular, os ditos meios de controle compreendem meios de acesso a um valor memorizado na dita memória de acesso duplo, em que uma informação de sincronização é identificada em função de um valor memorizado na dita memória de acesso duplo. O dispositivo de acordo com a invenção é assim fácil de parametrizar e limita tempos de latência que podem ser induzidos.

[0021] Os ditos meios de emissão de um sinal eletromagnético compreendem, de preferência, um solenoide e um comutador que controlam a ativação do dito solenoide.

[0022] De acordo com um modo de realização particular, o dispositivo compreende ainda meios de determinação de um instante de geração um sinal de ativação, em que o dito instante é determinado de acordo com o instante de recebimento de uma informação de sincronização e uma informação de atraso. O dispositivo permite, assim, que inúmeros elementos móveis sejam utilizados sequencialmente enquanto limitam os tempos de latência que podem suceder entre a ativação sucessiva de dois elementos móveis.

[0023] Os ditos meios de recebimento de um sinal radioelétrico são, por exemplo, em conformidade com um padrão de tipo RFID ou recomendações tais como as recomendações de Ql.

[0024] De acordo com um modo de realização particular, os ditos meios de controle compreendem ainda meios de controle de pelo menos um atuador do dito elemento móvel.

[0025] Sempre de acordo com um modo de realização particular, o dispositivo compreende ainda segundos meios de emissão de um sinal eletromagnético, em que os ditos meios de emissão de um sinal eletromagnético são denominados primeiros meios de emissão de um sinal eletromagnético, em que os ditos primeiros e segundos meios de emissão de um sinal eletromagnético são configurados para emitir um sinal eletromagnético uns após os outros para permitir a determinação da orientação do dito elemento móvel.

[0026] Outras vantagens, objetivos e características da presente invenção surgem da descrição detalhada que segue, feita a título de exemplo não limitante, em relação aos desenhos anexos nos quais:

[0027] - a Figura 1 ilustra esquematicamente um exemplo de arquitetura que pode ser utilizada para implantar a invenção;

[0028] - a Figura 2 ilustra um exemplo de superfície de detecção e de lógica associada para determinar a posição e a orientação de um elemento móvel;

[0029] - a Figura 3 ilustra esquematicamente o princípio físico de acoplamento indutor entre um solenoide e um anel condutor de uma superfície de detecção;

[0030] - a Figura 4 ilustra esquematicamente um mecanismo de interpolação que permite calcular a posição de um solenoide colocado em uma superfície de detecção, de acordo com um eixo geométrico fornecido, a partir de medições obtidas por um sistema tal como aquele descrito em referência à Figura 2;

[0031] - as Figuras 5 a 8 ilustram modos de realização de circuitos eletrônicos de elemento móvel que permitem sua localização;

[0032] - a Figura 9 ilustra um exemplo de circuito oscilante para elemento móvel, controlado por um microcontrolador;

[0033] - a Figura 10 representa uma simulação que mostra o controle ativo de fases de arranque e de parada de oscilação de uma indutância;

[0034] - a Figura 11 ilustra um exemplo de módulo de localização que permite receber a energia de linhas e colunas de uma superfície de localização, utilizadas para receber sinais de localização proveniente de módulos de localização; e

[0035] - a Figura 12 representa um exemplo de cronograma de sincronização quando dois sinais de sincronização são utilizados.

[0036] De modo geral, a invenção tem como objetivo um elemento móvel cuja posição (abscissa, ordenada e/ou altitude) e/ou a orientação (rumo, inclinação e/ou oscilação) pode ser determinada por uma superfície capaz de determinar sequencialmente a posição e/ou a orientação de um conjunto de elementos móveis. Para esse fim, cada elemento móvel é aqui proporcionado com pelo menos um módulo de localização e um módulo de ativação. A posição pode ser uma posição bidimensional, em um plano, ou uma posição tridimensional que compreende uma altitude (ou elevação). A superfície de detecção pode ser combinada em uma tela para fornecer, por exemplo, elementos de decoração ou informações.

[0037] A título de ilustração, a captação de posições tridimensionais de elementos móveis pode ser realizada por campo eletromagnético. Para esse fim, uma superfície de detecção de posições de elementos móveis, composta por uma malha de tipo linha/coluna de captação eletromagnética, é utilizada. A mesma é associada a um módulo eletrônico capaz de calcular, por desmultiplexação, em que a posição de um módulo de localização emite um campo eletromagnético.

[0038] Cada módulo de localização é então selecionado de modo sequencial, por exemplo, de acordo com um identificador que é adequado ao mesmo, a fim de emitir um campo eletromagnético. Para esse fim, cada módulo de localização compreende um mecanismo de ativação de tal modo que, quando for ativado, o mesmo emita um campo eletromagnético que pode ser captado pela superfície de detecção.

[0039] Um módulo de pilotagem de detecção de posição é associado à superfície de detecção a fim de ativar sequencialmente as emissões eletromagnéticas de módulos de localização por meio de um sinal de comando ou controlar tal ativação sequencial. O sinal de comando entre esse módulo e os módulos de localização é vantajosamente transmitido por meio de conexões sem fio.

[0040] O sinal de comando pode visar cada módulo de localização de modo seletivo, por exemplo, de acordo com seus identificadores, ou um conjunto de módulos de localização que são então ativados sequencialmente de acordo com mecanismos de atraso integrados nesses últimos, o que permite uma ativação após um atraso predeterminado seguindo o recebimento de um sinal de comando.

[0041] Conforme a invenção, o eletrônico de ativação e de localização de elementos móveis é alimentado eletricamente por indução, sendo que a antena utilizada para captar a energia é igualmente utilizada para ativar e sincronizar o elemento móvel, isto é, permitir uma comunicação entre a superfície de localização e um elemento móvel. A alimentação por indução, que implanta um acoplamento indutor, pode utilizar circuitos de controle específicos ou circuitos padrão, por exemplo, circuitos conforme os padrões RFID (sigla para Identificação por Frequência de Rádio - Radio Frequency IDentification em terminologia anglo-saxã) ou as recomendações de Ql (desenvolvidas pelo Consórcio de Potência Sem Fio - “Wireless Power Consortium”) tais como os circuitos que portam as referências BQ500110 e BQ5101x desenvolvidas pela empresa Texas Instruments.

[0042] A superfície de detecção de posições é, por exemplo, uma placa de tipo PCB (sigla para Placa de Circuito Impressa - Printed Circuit Board em terminologia anglo-saxã) de recebimento eletromagnético, flexível ou rígida. A mesma pode ser associada a uma tela, igualmente flexível ou rígida, tátil ou não tátil, por exemplo, uma tela de tipo LCD (sigla para Visor de Cristal Líquido - Liquid Crystal Display em terminologia anglo-saxã) ou OLED (acrônimo para Diodo Emissor de Luz Orgânico - Organic Light-Emitting Diode em terminologia anglo-saxã) que permite fazer evoluir os elementos móveis em uma superfície visual interativa. A superfície de detecção pode ser igualmente associada a uma superfície magnetizada que permite fazer evoluir os elementos móveis em um plano inclinado, vertical ou inverso (de cabeça para baixo) ou sujeito a impactos, sem alterar a detecção de posição.

[0043] A Figura 1 ilustra esquematicamente um exemplo de arquitetura 100 que pode ser utilizada para implantar a invenção.

[0044] A arquitetura 100 compreende aqui um tabuleiro 105, por exemplo, um tabuleiro de jogo, no qual são dispostos elementos móveis 110 que permitem a um usuário interagir com um sistema informático associado a esse tabuleiro deslocando- se os elementos móveis 110. Embora apenas cinco elementos móveis sejam aqui representados, é possível utilizar diversas dezenas, talvez diversas centenas, dos mesmos. O tabuleiro 105 define a zona de detecção de posição e/ou de orientação de elementos móveis implantados.

[0045] O tabuleiro 105 compreende aqui uma superfície de detecção 115 acoplada a uma tela 120 e uma superfície magnetizada 125 (a superfície de detecção 115, a tela 120 e a superfície magnetizada 125 são aqui sensivelmente paralelas). O mesmo compreende igualmente um módulo material 130 (ou sistema de tratamento central) para detectar a posição e, se necessário, a orientação de elementos móveis 110, assim como para implantar uma ou diversas aplicações com as quais interage o usuário. O módulo material 130 é notadamente encarregado de gerar as detecções de posições e/ou orientações de elementos móveis, isto é, identificar os módulos de localização uns seguidos dos outros, ativar os mesmos para que emitam, cada um em sua vez, um campo eletromagnético e avaliar suas posições.

[0046] O módulo material 130 é, de preferência, inserido em um envelope com os outros elementos do tabuleiro 105. Alternativamente, pode se tratar de um módulo deportado integrado, por exemplo, a um computador ou um controle de jogo. O mesmo pode ser alimentado eletricamente por bateria recarregável ou por meio de uma fonte de alimentação e apresenta um conjunto de conexões clássicas 135, por exemplo, uma tomada elétrica para fonte de alimentação, portas USB, Ethernet, vídeo VGA (sigla para Arranjo de Gráficos de Vídeo - Video Graphics Array em terminologia anglo- saxã) e/ou HDMI (sigla para Multimídia de Alta Definição - High Definition Multimedia In em terminologia anglo-saxã), se for o caso, notadamente se uma tela é associada à zona de detecção. O mesmo compreende ainda, de preferência, um módulo de comunicação sem fio, por exemplo, um módulo de comunicação sem fio de tipo WIFI ou Bluetooth que permite interagir com outro sistema informático e/ou acessar dados por meio de uma rede de comunicação.

[0047] O módulo material 130 compreende tipicamente um módulo de cálculo e um módulo de pilotagem de detecção e de captura de posição detalhado abaixo. O módulo de cálculo é aqui dotado de uma unidade central de tratamento (CPU, sigla para Unidade de Processamento Central - Central Processing Unit em terminologia anglo-saxã), uma unidade de tratamento gráfica (GPU, sigla para Unidade de Processamento Gráfico - Graphic Processing Unit em terminologia anglo-saxã), componentes de memórias (RAM, sigla para Memória de Acesso Aleatório - Random Access Memory em terminologia anglo-saxã, ROM, sigla para Memória de Apenas Leitura - Read Only Memory em terminologia anglo-saxã e/ou de tipo Flash) para armazenar os programas e as variáveis necessários à implantação da invenção, assim como um módulo de tratamento de áudio, na forma, por exemplo, de um chipset.

[0048] De acordo com um modo de realização particular, o módulo material 130 não é integrado ao tabuleiro 105, mas é ligado ao mesmo. Trata-se, por exemplo, de um dispositivo de tipo smartphone conectado ao tabuleiro 105.

[0049] O módulo de pilotagem de detecção e de captura de posição ativo sequencialmente, de preferência por rádio, em que cada módulo de localização cuja posição deve ser determinada ou controle de tal ativação sequencial. Após a ativação, cada módulo de localização emite aqui um campo eletromagnético captado pela superfície de detecção. Esse último transmite então ao módulo de detecção e de captura de posição de informações que permite calcular a posição de um módulo de localização, por exemplo, de tipo (x, y, z). Conforme descrito abaixo, quando diversos módulos de localização são associados a um mesmo elemento móvel, é possível, a partir das posições desses módulos de localização, determinar parâmetros de orientação desse elemento móvel, por exemplo, na forma de ângulos. As posições e/ou orientação de todos os elementos móveis cuja posição e/ou a orientação devem ser determinadas são então transmitidas ao módulo de cálculo que utiliza os mesmos para gerar a interatividade com a aplicação considerada.

[0050] O tabuleiro 105 e o eletrônico associado são, em seguida à descrição, denominados a superfície de captação.

[0051] A Figura 2 ilustra um exemplo de superfície de detecção e de lógica associada.

[0052] A superfície de detecção 115 é aqui constituída por uma malha na forma de linhas e de colunas que constituem uma grelha condutora. Essa última compreende um conjunto de anéis condutores seguindo dois eixos geométricos ortogonais. Cada anel é um captador discreto que permite medir a intensidade da corrente ou a tensão induzida por um elemento de radiação, tipicamente um solenoide que pertence a um elemento móvel cuja posição e/ou orientação devem ser calculadas, que é posicionado na superfície de detecção.

[0053] A título de ilustração, admite-se aqui que um solenoide é colocado na posição 200, isto é, na interseção de anéis 205 e 210 em que uma extremidade é ligada à terra e a outra extremidade é ligada aos componentes eletrônicos utilizados para calcular uma posição. Quando o solenoide situado na posição 200 é alimentado, o mesmo gera uma corrente indutora nos anéis 205 e 210 que pode ser analisada e comparada à corrente induzida nos outros anéis. É possível, assim, por acoplamento indutor entre o solenoide e a grelha e por medição da corrente induzida, determinar a posição de solenoide.

[0054] Multiplexadores 215 e 220 são ligados a cada anel de cada um dos dois eixos geométricos da grelha, isto é, aqui a cada um dos anéis verticais e horizontais, respectivamente. As saídas dos multiplexadores 215 e 220 são conectadas aos controladores automáticos de ganho (CAG) 225 e 230, respectivamente, do módulo de pilotagem de detecção e de captura de posição, referenciado aqui como 130-1, do módulo material 130. Os sinais de saída dos controladores automáticos de ganho 225 e 230 são a princípio demodulados nos demoduladores 235 e 240, respectivamente. A demodulação produz um sinal contínuo (CC, sigla para Corrente Contínua - Direct Current em terminologia anglo-saxã) proporcional ao sinusoide original completado por componentes alternativos (AC, sigla de Corrente Alternada - Alternating Current em terminologia anglo-saxã) múltiplos da frequência fixa emitida pelo solenoide.

[0055] De acordo com um esquema atualmente implantado, o módulo de cálculo, referenciado aqui como 130-2, do módulo material 130 pilota os multiplexadores 215 e 220 a fim de ativar sequencialmente os anéis, isto é, de ativar um anel n+1 após um anel n. Quando o último anel é atingido, o processador inicia um novo ciclo e pilota a ativação do primeiro anel.

[0056] Um filtro de passa-banda é vantajosamente implantado em cada controlador automático de ganho 225 e 230 para suprimir as harmônicas indesejáveis do sinal demodulado, assim como o ruído de fundo eletromagnético. Essa filtração permite afinar as medições de sinais emitidos de multiplexadores 215 e 220, que são demodulados nos demoduladores 235 e 240 e então digitalizados nos conversores analógico/digital (CAN) 245 e 250, respectivamente.

[0057] Os valores digitais obtidos são transmitidos à unidade central de tratamento (CPU) 255 do módulo de cálculo 130-2 para serem memorizados. Como ilustrado, a unidade central de tratamento 255 controla os demoduladores 235 e 240.

[0058] Após os valores terem sido memorizados, a unidade central de tratamento incrementa o tratamento de multiplexadores a fim de prosseguir para a digitalização de sinais provenientes dos anéis seguintes. Quando um último anel é atingido, a unidade central de tratamento reinicializa o tratamento do multiplexador correspondente ao valor do primeiro anel do eixo geométrico considerado.

[0059] No fim de um ciclo, a unidade central de tratamento memorizou, para cada eixo geométrico, tantos valores digitais quanto há anéis adjacentes próximos da posição do solenoide. A partir desses valores, a unidade central de tratamento calcula a posição do solenoide por interpolação, conforme descrito abaixo.

[0060] Observa-se aqui que o aterramento de anéis pode ser garantido por bandas de metal posicionadas entre os diferentes anéis a fim de proteger os mesmos de interferências eletromagnéticas. Uma alternativa consiste em dispor um plano de terra uniforme sob a grelha condutora.

[0061] Além disso, o módulo de pilotagem de detecção e de captura de posição 130-1 compreende aqui um emissor 260, comandado pela unidade central de tratamento 255 do módulo de cálculo 130-2, o que permite ativar um módulo de localização de um elemento móvel. A título de ilustração, a unidade central de tratamento 255 transmite ao emissor 260 um identificador de um módulo de localização a ser ativado. Esse identificador é codificado e então transmitido na forma de sinal de rádio digital ou analógico. Cada módulo de localização que recebe esse sinal pode então comparar o identificador recebido com seu próprio identificador e ativar se os identificadores forem idênticos. Alternativamente, a unidade central de tratamento 255 transmite ao emissor 260 um comando geral de ativação que é codificado e então transmitido na forma de sinal de rádio digital ou analógico.

[0062] O emissor 260 é ligado a uma antena 265 que permite a transmissão de um sinal de comando utilizado pelos elementos móveis como fonte de energia e para ativar os módulos de localização. A antena 265 é vantajosamente colocada na superfície de detecção 115, por exemplo, ao redor dos anéis 205 e 210. De acordo com um modo de realização particular, os anéis 205 e 210 podem ser igualmente utilizados para formar a antena 265. Para esse fim, um comutador é utilizado para determinar a função de emissão ou de recebimento de anéis 205 e 210 (esses últimos são então, em função da posição do comutador, ligados aos multiplexadores 215 e 220 ou ao emissor 260).

[0063] Conforme descrito abaixo, o emissor 260 pode notadamente compreender um leitor de tipo RFID.

[0064] Assim, para estimar a posição de um conjunto de módulo de localização, é necessário de ativar sequencialmente cada módulo de localização e, para cada uma dessas ativações, de acordo com o modo de realização descrito aqui, efetuar um ciclo em cada conjunto de anéis.

[0065] Diversas superfícies de detecção podem ser combinadas umas com as outras, em que a superfície da superfície de detecção resultante é a soma das superfícies de superfícies de detecção combinadas. Para esse fim, uma superfície de detecção é considerada como mestra, sendo as outras consideradas como escravas. A ativação sequencial dos elementos móveis é gerada pela superfície de detecção mestra que recebe, de preferência, as posições calculadas pelos módulos materiais associados a cada superfície de detecção escrava e consolide os mesmos elaborando-se uma tabela que contém as coordenadas e ângulos de liberdade dos módulos de localização.

[0066] A Figura 3 ilustra esquematicamente o princípio físico de acoplamento indutor entre um solenoide e um anel condutor de uma superfície de detecção.

[0067] Conforme a invenção, cada elemento móvel cuja posição e/ou orientação devem ser calculadas compreende pelo menos um solenoide cujo eixo geométrico é, de preferência, orientado para a superfície de detecção.

[0068] O solenoide 300 é percorrido por uma corrente alternada e emite um campo eletromagnético que se propaga para a superfície de detecção, notadamente, nesse exemplo, para o anel 210. O anel 210, que recebe um campo eletromagnético emitido do solenoide 300, se acopla com o solenoide 300. É então possível medir um sinal alternativo aos terminais desse anel, referenciados como 305.

[0069] O acoplamento entre o solenoide 300 e o anel 210 podem ser exprimidos na forma da relação seguinte em que,

[0070] E designa a tensão nos terminais do solenoide 300, R designa a tensão do sinal recebido nos terminais 305 do anel de recebimento 210, D é a distância entre o solenoide 300 e o anel de recebimento 210 e k é uma constante ligada a fatores intrínsecos do sistema que compreende o solenoide e o anel de recebimento, notadamente o número de espirais do solenoide e o tamanho do anel.

[0071] A Figura 4 ilustra esquematicamente um mecanismo de interpolação que permite calcular a posição de um solenoide colocado em uma superfície de detecção, de acordo com um eixo geométrico fornecido, a partir de medições obtidas por um sistema, tal como aquele descrito em referência à Figura 2.

[0072] Supõe-se aqui que o solenoide se situa próximo de anéis verticais B3, B4 e B5, posicionados de acordo com as abscissas X3, X4 e X5, em que as tensões medidas nos terminais desses anéis são denotadas V3, V4 e V5, respectivamente. O solenoide se encontra aqui com uma posição, em abscissa, denotada XS.

[0073] As coordenadas X3, X4 e X5 podem ser obtidas pela unidade central de tratamento a partir de um identificador do anel correspondente (esses valores são predefinidos de acordo com o esquema de roteamento da superfície de detecção e, de preferência, memorizados em uma memória não volátil).

[0074] A porção de curva 400 representada na Figura 4 ilustra a variação de tensão para a posição XS do solenoide de acordo com as posições dos anéis acoplados com o solenoide, extrapolada a partir de valores medidos pelos anéis B3, B4 e B5. A mesma pode ser assimilada a uma função do segundo grau de tipo parabólica. Essa aproximação local corresponde, na prática, ao fenômeno de acoplamento eletromagnético entre um solenoide e anéis de uma grelha condutora.

[0075] As relações seguintes ilustram essa propriedade.

[0076] em que a e b são constantes, sendo a uma constante inferior a zero (a<0).

[0077] Além disso, tendo em conta a hipótese de uma função do segundo grau, as relações entre as abscissas X3, X4 e X5 podem ser exprimidas na forma a seguir,

(em que ΔX representa a distância entre as abscissas X3 e X4 e entre as abscissas X4 e X5).

[0078] Assim, é possível interpolar a posição do solenoide de acordo com a formule a seguir:

[0079] É igualmente possível, de acordo com a mesma lógica, determinar a posição do solenoide de acordo com o eixo geométrico das ordenadas.

[0080] Ainda, a distância entre o solenoide e o anel (isto é, a altitude do solenoide em relação à superfície de detecção) pode ser definida de acordo com a relação a seguir,

[0081] A distância D é então função do valor R que representa a tensão aos terminais de anéis considerados da superfície de detecção. A mesma pode ser extrapolada a partir de medições realizadas. Nota-se que a precisão desse cálculo de distância é notadamente ligada à estabilidade do sinal E emitido pelo solenoide cujo valor deve ser tão constante quanto for possível ao longo do tempo, o que precisa de uma alimentação estabilizada no módulo de localização que não deve entrar em colapso no momento da descarga da bateria. Isso pode ser garantido por um regulador de tensão do módulo de localização.

[0082] Como indicado anteriormente, o eletrônico de ativação e de localização de elementos móveis é alimentado eletricamente por indução, em que a antena utilizada para captar a energia é igualmente utilizada para ativar e sincronizar o elemento móvel. De acordo com um modo de realização particular, a alimentação de módulos de localização de elementos móvel é realizada por um módulo de telealimentação de um circuito de tipo RFID. A utilização de uma tecnologia de tipo RFID pode ser assim utilizada para alimentar módulos de localização e, se for o caso, como meios de comunicação para permitir a ativação ou sincronização dos mesmos.

[0083] Para esse fim, o emissor 260 representado na Figura 2 (ou, de modo mais geral, o módulo de pilotagem de detecção de posição) utiliza um leitor de tipo leitor de RFID que permite um modo de comunicação e de sincronização do módulo de localização por meio da tecnologia RFID. As comunicações podem ser então realizadas por escrituras e leituras em uma memória não volátil de um circuito de tipo RFID a bordo nos elementos móveis. Tais memórias são vantajosamente acessíveis pela superfície de captação por acesso de tipo RFID, assim como por microcontroladores a bordo nos elementos móveis por ligações elétricas diretas. Uma sincronização pode ser notadamente realizada por uma modulação específica da amplitude da portadora de RFID.

[0084] Assim, de acordo com um modo de realização particular, o eletrônico da superfície de captação compreende um leitor de tipo RFID, isto é, um sistema que permite acessar em leitura e escrita componentes de tipo RFID, ou etiquetas de RFID, situadas próximas da superfície de captação. Esse eletrônico compreende aqui pelo menos uma bobina condutora que cobre toda ou uma parte da superfície de captação, utilizada como antena emissora/receptora de RFID.

[0085] A potência magnética média emitida pela antena de RFID da superfície de captação é de tal nível que a mesma permite telealimentar por indução magnética o eletrônico de elementos móveis situados imediatamente próximos da antena de RFID.

[0086] Observa-se aqui que o leitor de RFID e os elementos móveis podem explorar uma das inúmeras normas de RFID e seus derivados, tais como as normas ISO/IEC 15693, ISO 18000-3, ISO 18000-4, ISO 18000-7, ISO/IEC 14443, ISO/IEC 18092 (mais conhecida pelo nome de NFC, sigla para Comunicação de Campo Próximo - Near Field Communication em terminologia anglo-saxã), ISO/IEC 21481 (igualmente conhecida pelo nome de NFC).

[0087] A unidade central de tratamento utilizada para controlar a superfície de captação, por exemplo, a unidade central de tratamento 255, é igualmente utilizada aqui para controlar o leitor de RFID. A mesma pode também controlar temporalmente a ativação e a desativação da produção do campo eletromagnético de telealimentação em fase com um ciclo de duração de T1 de um sinal comum de sincronização.

[0088] De acordo com um modo de realização particular, pelo menos alguns elementos móveis contêm uma memória de acesso duplo não volátil. Essa última é aqui acessível também tanto por um leitor de tipo RFID, por meio de uma comunicação sem fio, quanto por um microcontrolador local, por meio de uma ligação com fio, por exemplo, uma ligação conforme o padrão de barramento l2C (sigla para Circuito Inter Integrado - Inter Integrated Circuit em terminologia anglo-saxã). Enquanto essa memória de acesso duplo pode ser utilizada para desencadear a ativação de um elemento móvel e então permitir sua localização, a mesma pode ser igualmente utilizada para outros fins oferecendo-se um meio de comunicação particular entre um elemento móvel e a superfície de captação.

[0089] De modo vantajoso, a memória de acesso duplo de um elemento móvel é acessível em leitura e em escrita pelo leitor de tipo RFID da superfície de captação. A mesma forma um meio de comunicação entre a lógica da superfície de captação e um microcontrolador a bordo em um elemento móvel. O microcontrolador é, de preferência, alertado de cada solicitação de leitura e de escrita recebida por meio do protocolo de comunicação sem fio. Em seguida ao recebimento de uma indicação de recebimento de uma solicitação, o microcontrolador pode interrogar essa memória para determinar se tal solicitação é destinada ao mesmo, o tipo de acesso (acesso em escrita ou em leitura) e o tratamento memória visado pela solicitação de acesso.

[0090] Além disso, cada elemento móvel contém em memória não volátil um identificador exclusivo armazenado, por exemplo, em 64 bits. De acordo com um modo de realização particular, esse identificador exclusivo é aquele conhecido pelo nome UlD (sigla para Identificação Exclusiva - Unique IDentifier em terminologia anglo-saxã) de um componente eletrônico acessível com a ajuda de um leitor de tipo RFID. Tal identificador pode ser notadamente conforme uma norma, tal como as normas ISO 15693, ISO 18000-3 e ISO14443. Assim, um leitor de tipo RFID permite ao sistema informático ligado à superfície de detecção de detectar a chegada de novos elementos móveis e identificar os mesmos de modo exclusivo por seu identificador.

[0091] Conforme descrito abaixo, a lógica associada à superfície de detecção pode determinar e alocar um valor de temporização a cada módulo de localização detectado. Um valor de temporização representa aqui um período de tempos após o qual um módulo de localização deve emitir um sinal de localização seguido à detecção de um sinal de sincronização. O valor de temporização alocado a um módulo de localização novamente detectado pode ser um valor de temporização livre (anteriormente alocado a um módulo de localização que não é mais detectado).

[0092] Para esse fim, o leitor de tipo RFID pode tratar do valor de temporização determinado a uma memória de acesso duplo de um módulo de localização em uma solicitação em escrita. A título de ilustração, um sistema informático associado à superfície de detecção pode interrogar uma base de dados, local ou distante, com o identificador do módulo de localização como chave de acesso. Tal base de dados permite vantajosamente obter a lista de características funcionais do elemento móvel. Assim, por exemplo, essa base de dados pode ser utilizada para determinar se o elemento móvel que compreende o módulo de localização considerado dispõe de motores, acionadores, dispositivos de visualização, de dispositivos de produção de sons, de captadores e/ou de interruptores. A lista de funcionalidades obtida pode ser notadamente utilizada para determinar a natureza de trocas de comandos e de dados possíveis entre o sistema informático e o elemento móvel.

[0093] A memória de acesso duplo e a memória não volátil utilizada para armazenar um identificador de módulo de localização são, de preferência, integradas com um módulo de telealimentação no seio de um mesmo componente. Tais componentes são disponíveis. Assim, por exemplo, a empresa ST Micro Electronics fabrica um componente com a referência M24LR16E que oferece funções de memória de acesso duplo, de recuperação de energia e de interface sem fio.

[0094] Em um elemento móvel, tal circuito é vantajosamente ligado a um microcontrolador por um barramento de tipo I2C.

[0095] Além disso, cada elemento móvel compreende um ou mais circuitos oscilantes, assim como pelo menos um comutador para permitir a emissão de sinais de localização. O comutador é vantajosamente controlado pelo microcontrolador que desencadeia, assim, a oscilação ou a parada da oscilação que permite a localização do módulo de localização correspondente. Observa-se aqui que a utilização de dois circuitos oscilantes permite localizar um elemento móvel e determinar sua orientação. Um único circuito oscilante pode ser utilizado se, sozinha, a posição do elemento móvel deve ser determinada. Alternativamente, mais de dois circuitos oscilantes podem ser utilizados, notadamente para aprimorar a estimativa da posição e/ou a orientação do elemento móvel.

[0096] A Figura 5 ilustra um primeiro modo de realização de um circuito eletrônico 500 de um elemento móvel. Como ilustrado, o circuito 500 compreende um componente padrão 505 que oferece funções de tipo RFID e que integra uma memória de acesso duplo, denominada componente (ou chip em terminologia anglo-saxã) RFID, um microcontrolador 510 e dois circuitos oscilantes 515-1 e 515-2, genericamente referenciados 515. O circuito 500 compreende igualmente uma antena 520 de tipo RFID adaptada às características do circuito 505. A antena 520 é tipicamente uma bobina ligada ao circuito 505 por meio de duas ligações denominadas ACO e AC1 (para bobinas de antena - antenna coils em terminologia anglo-saxã).

[0097] De acordo com esse modo de realização, dois circuitos oscilantes são implantados, de modo sequencial, para permitir a determinação da posição e a orientação do elemento móvel. Em outros termos, o elemento móvel compreende aqui dois módulos de localização, em que esses módulos de localização tem uma parte comum (que compreende essencialmente o circuito de RFID, a antena de RFID e o microcontrolador) e partes distintas (que compreende essencialmente os circuitos oscilantes).

[0098] O circuito de RFID 505 é aqui conectado ao microcontrolador 510 por um barramento de tipo I2C que compreende uma ligação em série para um sinal de relógio denominado SCL (para Relógio Serial - Serial CLock em terminologia anglo-saxã) e uma ligação em série para transmitir dados denominados SDA (para Dados Seriais - Serial Data em terminologia anglo-saxã). O terminal de alimentação elétrica do microcontrolador 510, denotada aqui Vcc, como aquela de circuitos oscilantes 515-1 e 515-2, é conectada ao terminal do circuito de RFID 505 que libera uma tensão, denotada aqui Vout. De modo clássico, o terminal do circuito de RFID 505 que libera uma tensão é ligado a um terminal de referência denotado Vss por uma capacidade que permite absorver picos elétricos.

[0099] Além disso, o sinal de sincronização do microcontrolador, utilizado para controlar o desencadeamento ou a parada da oscilação (que permite a localização do elemento móvel), é conectado a um terminal de estado do circuito de RFID, denotado aqui estado.

[00100] O circuito de RFID 505 que é ligado à antena de RFID 520 pode receber a energia elétrica proveniente de um leitor de RFID e trocar dados com o leitor, de acordo com solicitações em leitura e em escrita, notadamente para atualizar sua memória. Sendo a saída Vout do circuito de RFID 505 ligada aos terminais de alimentação Vcc do microcontrolador 510 e circuitos oscilantes 515-1 e 515-2, esses circuitos podem ser alimentados eletricamente e utilizados.

[00101] De acordo com um exemplo particular, o terminal de estado do circuito de RFID 505 indica, por um primeiro estado de lógica, por exemplo, o valor 1, que o circuito de RFID recebe e trata uma solicitação em leitura ou em escrita ou, de modo mais geral, que efetua uma tarefa predeterminada. No caso contrário, o terminal de estado do circuito de RFID 505 está em um segundo estado de lógica, por exemplo, o valor 0. Assim, devido à conexão do terminal de sincronização do microcontrolador 510 ao terminal de estado do circuito de RFID 505, um dos circuitos oscilantes 515-1 ou 515-2 pode ser ativado pelo microcontrolador 510, de modo imediato ou diferenciado, de acordo com um estado do circuito de RFID 505. Em outros termos, uma oscilação e então uma emissão eletromagnética é desencadeada (após um atraso predeterminado que pode ser nulo) quando o terminal de estado do circuito de RFID 505 está no primeiro estado de lógica e parado (igualmente após um atraso predeterminado que pode ser nulo) quando o terminal de estado do circuito de RFID 505 está no segundo estado de lógica. Em outros termos, o circuito de RFID 505 está encarregado de controlar o desencadeamento ou a parada da oscilação (que permite a localização do elemento móvel).

[00102] Observa-se aqui que a ativação de circuitos oscilantes pode ser, por exemplo, efetuada de modo sequencial de acordo com um deslocamento de tempo predeterminado (um dos circuitos oscilantes pode ser ativado após um primeiro atraso predeterminado seguindo o sinal de sincronização e o outro circuito oscilante pode ser ativado após um segundo atraso predeterminado seguindo o sinal de sincronização).

[00103] A Figura 6 ilustra um segundo modo de realização de um circuito eletrônico 600 de um elemento móvel. Como o circuito 500, o circuito 600 compreende um componente padrão 605 que oferece funções de tipo RFID e que integra uma memória de acesso duplo (componente de RFID), um microcontrolador 610 e dois circuitos oscilantes 615-1 e 615-2, genericamente referenciados 615. O circuito 600 compreende ainda uma antena 620 de tipo RFID adaptada às características do circuito 605. Novamente, a antena 620 é tipicamente uma bobina ligada ao circuito 605 por meio das duas ligações ACO e AC1.

[00104] Como em referência ao circuito 500, o circuito de RFID 605 é aqui conectado ao microcontrolador 510 por um barramento de tipo I2C que compreende as ligações SCL e SDA e o terminal de alimentação elétrica Vcc do microcontrolador 610, como aquelas dos circuitos oscilantes 615-1 e 615-2, é conectada ao terminal Vout ao circuito de RFID 605 que libera uma tensão.

[00105] Todavia, contrariamente ao circuito 500, o sinal de sincronização do microcontrolador, utilizado para controlar o desencadeamento ou a parada da oscilação (que permite a localização do elemento móvel), é aqui conectado ao terminal Vout ao circuito de RFID 605, que libera uma tensão.

[00106] Além disso, o terminal de alimentação elétrica Vcc do microcontrolador 610, como aquele dos circuitos oscilantes 615-1 e 615-2, é conectado ao terminal Vout ao circuito de RFID 605 que libera uma tensão por meio de um diodo 625. Ainda, uma resistência 630, por exemplo, uma resistência de um mega ohm (1 MQ) liga o terminal Vout do circuito de RFID 605 ao terminal de referência Vss.

[00107] Novamente, o circuito de RFID 605 é ligado à antena de RFID 620 o que permite ao mesmo receber a energia elétrica proveniente do leitor de RFID e dialogar em leitura/escrita com o leitor de RFID para atualizar sua memória. Além disso, sendo a saída Vout do circuito de RFID 605 ligada à alimentação Vcc do microcontrolador 610 e de circuitos oscilantes 615-1 e 615-2, esses três circuitos são alimentados eletricamente pelo circuito de RFID 605.

[00108] A sincronização do microcontrolador 610 é aqui realizada pela saída Vout do circuito de RFID 605. Assim, quando o leitor de RFID fornece a energia ao elemento móvel 600, a saída Vout do circuito de RFID 605 fornece uma tensão de controle que se encontra na entrada Sync do microcontrolador 610. Essa tensão de controle representa um primeiro estado de lógica. Inversamente, quando a saída Vout passa em alta impedância quando o leitor de RFID não fornece mais energia ao elemento móvel 600, o estado da entrada Sync do microcontrolador 610 passa a 0 Volts graças à resistência 630 de recuo à terra e ao diodo 625 que impede o retorno de corrente, que representa um segundo estado de lógica. O primeiro e o segundo estados lógicos permitem a sincronização do microcontrolador 610.

[00109] De acordo com esse modo de realização, está a cargo do software que executa no leitor de RFID gerar um sinal de telealimentação e ativar esse sinal quando for desejável sincronizar os microcontroladores de elementos móveis.

[00110] A Figura 7 ilustra um terceiro modo de realização de um circuito eletrônico 700 de um elemento móvel. Como o circuito 500, o circuito 700 compreende um componente padrão 705 que oferece funções de tipo RFID e que integra uma memória de acesso duplo (componente de RFID), um microcontrolador 710 e dois circuitos oscilantes 715-1 e 715-2, genericamente referenciados 715. O circuito 700 compreende ainda uma antena 720 de tipo RFID adaptada às características do circuito 705. Novamente, a antena 720 é tipicamente uma bobina ligada ao circuito 705 por meio das duas ligações ACO e AC1.

[00111] Como em referência ao circuito 500, o circuito de RFID 705 é aqui conectado ao microcontrolador 710 por um barramento de tipo I2C que compreende as ligações SCL e SDA e o terminal de alimentação elétrica Vcc do microcontrolador 710, como aquelas dos circuitos oscilantes 715-1 e 715-2, é conectada ao terminal Vout do circuito de RFID 705 que libera uma tensão.

[00112] Todavia, contrariamente ao circuito 500, o sinal de sincronização do microcontrolador 710 não é utilizado. De fato, a sincronização é efetuada aqui a partir do resultado de um comparador analógico do microcontrolador 710, cujos terminais são denotados C1 e C2. Como ilustrado, esses terminais são conectados, respectivamente, aos terminais ACO e AC1 da antena de RFID 720. Consequentemente, o controle do desencadeamento ou a parada da oscilação (que permite a localização do elemento móvel), é aqui diretamente ligado à antena de RFID 720.

[00113] Novamente, o circuito de RFID 705 é ligado à antena de RFID 720 o que permite ao mesmo receber a energia elétrica proveniente do leitor de RFID e dialogar em leitura/escrita com o leitor de RFID para atualizar sua memória. Além disso, sendo a saída Vout do circuito de RFID 705 ligada à alimentação Vcc do microcontrolador 710 e circuitos oscilantes 715-1 e 715-2, esses três circuitos são alimentados eletricamente pelo circuito de RFID 705.

[00114] O comparador analógico do microcontrolador 710, ligado aos terminais C1 e C2, é configurado em modo contador (modo captura). Isso permite obter uma contagem do número de oscilações em saída da antena de RFID 720. Assim, uma frequência igual à frequência da portadora emitida pelo leitor de RFID pode ser detectada à saída do comparador analógico quando esse último emite uma portadora, por exemplo, uma frequência igual a 15 Mhz. Se, ao contrário, o leitor de RFID não emite a portadora, nenhuma frequência é detectada na saída do comparador analógico (ou uma frequência distinta daquela da portadora). Em outros termos, a sincronização do microcontrolador 705 é realizada por meio da detecção ou não da portadora do leitor de RFID. Fica então a cargo do software que executa no leitor de RFID gerar ou não a portadora, por exemplo, uma portadora que tem uma frequência igual a 15 Mhz, de modo síncrono com a frequência de ativação de elementos móveis.

[00115] Observa-se aqui que, para parar quase instantaneamente uma portadora de RFID, seu circuito oscilante é cortado no instante em que a corrente que o atravessa é nula.

[00116] A Figura 8 ilustra um quarto modo de realização de um circuito eletrônico 800 de um elemento móvel. Como o circuito 500, o circuito 800 compreende um componente padrão 805 que oferece funções de tipo RFID e que integra uma memória de acesso duplo (componente de RFID), um microcontrolador 810 e dois circuitos oscilantes 815-1 e 815-2, genericamente referenciados 815. O circuito 800 compreende ainda uma antena 820 de tipo RFID adaptada às características do circuito 805. Novamente, a antena 820 é tipicamente uma bobina ligada ao circuito 805 por meio das duas ligações ACO e AC1.

[00117] Como em relação ao circuito 500, o circuito de RFID 805 é aqui conectado ao microcontrolador 810 por um barramento de tipo I2C que compreende as ligações SCL e SDA e o terminal de alimentação elétrica Vcc do microcontrolador 810, como aquelas dos circuitos oscilantes 815-1 e 815-2, é conectada ao terminal Vout do circuito de RFID 805 que libera uma tensão.

[00118] Todavia, contrariamente ao circuito 500, o sinal de sincronização do microcontrolador 810 não é utilizado. De fato, a sincronização é efetuada aqui a partir do valor de um dado, tipicamente de um bit, memorizado na memória de acesso duplo do circuito de RFID 805. Consequentemente, o controle do desencadeamento ou a parada da oscilação (que permite a localização do elemento móvel), é aqui diretamente ligado a um valor do circuito de RFID 805.

[00119] Novamente, o circuito de RFID 805 é ligado à antena de RFID 820 o que permite ao mesmo receber a energia elétrica proveniente do leitor de RFID e dialogar em leitura/escrita com o leitor de RFID para atualizar sua memória. Além disso, sendo a saída Vout do circuito de RFID 805 ligada à alimentação Vcc do microcontrolador 810 e circuitos oscilantes 815-1 e 815-2, esses três circuitos são alimentados eletricamente pelo circuito de RFID 805.

[00120] Como indicado anteriormente, a sincronização do microcontrolador 810 se faz por meio da leitura, aqui no barramento I2C, de um bit de sincronização cuja mudança de estado permite ativar a sincronização. Tal bit de sincronização tem vantajosamente um endereço predeterminado.

[00121] Fica a cargo do software que executa no leitor de RFID gerar a mudança de estado do bit de sincronização na memória do circuito de RFID 805.

[00122] Cada elemento móvel compreende aqui pelo menos um solenoide associado a um condensador, paralelamente, para formar pelo menos um circuito oscilante encarregado de emitir um sinal de localização. Esse circuito oscilante é aqui estimulado por um microcontrolador a bordo no elemento móvel.

[00123] De acordo com um modo de realização particular, o microcontrolador situado no elemento móvel estimula um circuito oscilante por uma de suas saídas configurada para gerar um sinal cíclico modulado em largura de impulsão e a uma frequência próxima da frequência do próprio circuito oscilante. O controle da relação cíclica tem como efeito modular a potência emitida pelo módulo de localização.

[00124] Observa-se aqui que os microcontroladores recentes têm circuitos que permitem gerar sinais modulados em largura de impulsão. A utilização dessa funcionalidade material permite ao microcontrolador executar livremente instruções de código de software durante a geração do sinal. Assim, o microcontrolador pode implantar outras funções e realizar cálculos sem perturbar o intervalo do sinal modulado em largura de impulsão.

[00125] A Figura 9 ilustra um exemplo de circuito oscilante para elemento móvel, controlado por um microcontrolador.

[00126] O circuito oscilante 900 compreende um terminal de entrada 905 ligado a um microcontrolador para receber desse último um sinal modulado em largura de impulsão (sinal dito PWM, sigla para Modulação de Largura de Pulsação - Pulse Width Modulation em terminologia anglo-saxã). Esse terminal é ligado, por meio de uma resistência R4, por exemplo, uma resistência de 20 kQ, ao terminal de comando de um transistor Q1 utilizado em modo de comutação. A entrada do transistor Q1 é ligada a um circuito indutor LC que compreende uma indutância L1 e uma capacidade C1 montadas paralelamente. A outra ramificação desse circuito indutor é ligada a uma resistência R1 ligada a uma fonte de tensão, por exemplo, uma fonte de tensão regulada de 3,3 V. O valor da resistência R1 é aqui igual a 100 Q. O valor da indutância L1 é, por exemplo, de 220 μH, enquanto que o valor da capacidade C1 é, por exemplo, de 3,2 nF. A saída do transistor Q1 é ligada a uma resistência R2 que é, além disso, ligada à terra. O valor da resistência R2 é, por exemplo, igual a 100 Q. Uma resistência de recuo R3 cujo valor é aqui igual a 1 MQ liga o terminal de comando do transistor Q1 à terra.

[00127] As fases de arranque e de parada de oscilações são períodos de tempo em que o sinal de localização recebido por uma superfície de detecção não é em geral explorável, visto que não é geralmente muito potente e de uma amplitude não constante e não controlada. Em uma utilização em que inúmeros elementos móveis devem emitir rotativamente, esses tempos de arranque e de parada se tornam não negligenciáveis em relação ao tempo de emissão útil, durante o qual o eletrônico da superfície de detecção pode eficazmente localizar os elementos móveis.

[00128] Consequentemente, é importante que as fases de arranque e de parada sejam curtas. Para esse fim, no arranque, no momento das primeiras oscilações, a relação cíclica do sinal digital gerado pelo microcontrolador do elemento móvel é modificada para injetar mais potência e atingir muito rápido, de preferência em apenas um ou dois ciclos, a amplitude nominal.

[00129] Igualmente, durante a fase de parada, em vez de parar simplesmente de estimular o circuito oscilante e o deixar relaxar a um ritmo exponencial (circuito equivalente RLC), durante um ou dois ciclos, o microcontrolador injeta em cada ciclo um impulso em oposição de fase com a oscilação natural do circuito.

[00130] A Figura 10 representa uma simulação que mostra o controle ativo de fases de arranque e de parada da oscilação de uma indutância. O tempo é representado em abscissa. O sinal em traço contínuo representa a tensão aos terminais do circuito indutor LC, o sinal em traços pontilhados representa os impulsos de comando em tensão emitidos do microcontrolador e o sinal em traços pontilhados grossos de comprimentos variáveis representam a corrente de alimentação consumida pelo circuito oscilante.

[00131] Observa-se aqui que a modulação da potência emitida por circuitos oscilantes de módulos de localização permite codificar um trem binário correspondente aos dados a serem transferidos para um sistema informático ligado à superfície de localização. Conhecendo-se a amplitude A1 correspondente ao estado baixo e a amplitude A2 correspondente ao estado alto de um sinal de localização, é possível utilizar uma modulação de tipo NRZ (sigla para Não Retorno a Zero - Non Return to Zero em terminologia anglo-saxã) o que permite à superfície de detecção discriminar as variações de amplitude associadas a uma transferência de dados, daquelas que são decorrentes de todas as causas que podem produzir uma variação relativamente lenta da potência recebida (que compreende notadamente a variação da distância entre o elemento móvel e a superfície de detecção, assim como a variação da tensão de alimentação do elemento móvel).

[00132] Observa-se igualmente que, quando um elemento móvel adquire energia (função denominada coleta de energia - energy harvesting em terminologia anglo- saxã) em uma portadora de RFID, as correntes induzidas na bobina receptora do elemento móvel produzem uma reação contrária negativa que reduz localmente a potência do campo magnética. Nas fases em que um elemento móvel não precisa de mais energia que aquela que já foi acumulada, o mesmo pode, de preferência, abrir o circuito de sua bobina receptora para suprimir, assim, a perturbação induzida no campo magnético local. Tal função pode ser notadamente realizada com a ajuda de um comutador analógico de tipo MOSFET (acrônimo para Transistor de Efeito de Campo Semicondutor de Óxido Metálico - Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor em terminologia anglo-saxã) com fraca resistência e corrente de fuga.

[00133] Além disso, seja qual for a solução material desejada para as comunicações, as transferências de dados para e desde os elementos móveis podem ser calculadas de acordo com um sistema criptográfico, por exemplo, um sistema criptográfico à base de chaves pública e privada de tipo RSA (sigla para Rivest Shamir Adleman) ou AES (sigla para Padrão de Criptografia Avançada - Advanced Encryption Standard em terminologia anglo-saxã).

[00134] Observa-se aqui que, de acordo com os modos de realização descritos anteriormente, a ativação de circuitos oscilantes que permitem sua localização é efetuada pelos microcontroladores de elementos móveis, em que esses últimos recebem informações de sincronização a partir de um sinal de tipo RFID recebido do elemento móvel considerado. Todavia, essas informações derivam tipicamente de um sinal de baixa frequência, por exemplo, um sinal que tem uma frequência de 1 Hz (tal frequência pode ser obtida quando a sincronização é efetuada por ruptura da portadora de telealimentação, visto que é desejável limitar a frequência de corte).

[00135] Todavia, os microcontroladores utilizados devem gerar impulsos a fim de desencadear cada solenoide em um ciclo de atualização, isto é, um ciclo de determinação da posição e, se for o caso, a orientação de cada elemento móvel de um conjunto de elementos móveis, compatível com uma utilização em tempo real do sistema. Tal frequência de atualização é, por exemplo, de 60 Hz. Nessa frequência, cada ciclo de atualização tem uma duração de 16 ms. Impulsos devem então ser fornecidos por cada microcontrolador a cada 16 ms, com um deslocamento temporal para o início de cada impulso, para cada circuito oscilante, o que depende de uma janela temporal (ou timeslot em terminologia anglo-saxã) atribuída a esse último. A atribuição de tal janela temporal pode ser efetuada conforme o ensinamento do pedido de patente no WO 2012/028827.

[00136] Cada microcontrolador recebe apenas uma informação de baixa frequência, o mesmo deve ter uma base de tempo que é própria ao mesmo para gerar os impulsos a cada 16 ms e ajustar essa base de tempo de acordo com a disponibilidade do sinal de sincronização externo. Isso permite evitar uma derivação muito importante do relógio interno do microcontrolador.

[00137] Na situação em que os relógios internos dos elementos móveis e do eletrônico da superfície de localização não têm exatamente o mesmo ritmo, os elementos móveis compensam seu relógio interno com base em uma comparação da duração medida entre duas informações consecutivas de sincronização com uma duração teórica e predeterminada. Observa-se que, quanto mais essa duração é longa, mais a correção é precisa. Assim, se a medição da duração for efetuada com uma precisão P e em uma duração teórica e predeterminada D, a precisão da compensação de relógio do microcontrolador é igual à P/D. A título de ilustração, se a precisão for P = 10 s e a duração for D = 1 s, a precisão obtida é igual a 1e-5, ou potencialmente mil vezes melhor que os +/- 2e-2 típicos de um relógio interno não calibrado de um microcontrolador.

[00138] Os módulos de localização podem receber igualmente a energia a partir de linhas e colunas radiantes de uma superfície de localização, em particular linhas e colunas utilizadas para receber sinais de localização provenientes de módulos de localização.

[00139] A Figura 11 ilustra um exemplo de módulo de localização que permite receber a energia de linhas e colunas de uma superfície de localização, utilizadas para receber sinais de localização provenientes de módulos de localização. Como ilustrado, o módulo de localização 1100 é aqui dotado de um comutador 1105 que permite a radiação de um solenoide 1110 de acordo com uma configuração clássica utilizada para sua localização. Nessa configuração, um microcontrolador 11 15 gera um sinal, por exemplo, periódico que tem uma frequência de 200 KHz, em função de um comando de sincronização emitido de um módulo de sincronização 1120. O sinal gerado é ampliado em um circuito oscilante 1125 e transmitido para o solenoide 1110.

[00140] O comutador 1105 permite igualmente utilizar o solenoide 1110 como receptor de energia por acoplamento indutor, em que o solenoide 1110 é, para esse fim, ligado a um circuito de coleta de energia 1130. A título de ilustração, tal circuito de coleta de energia pode compreender diodos de recuperação e uma capacidade que permite armazenar corrente que pode ser restituída posteriormente.

[00141] O comutador 1105 permite, enfim, deixar aberto um de dois terminais do solenoide 1110 de tal modo que nenhuma corrente possa atravessar o mesmo. Esse modo é notadamente útil em fases durante as quais um elemento móvel não precisa de mais energia que aquela que já foi acumulada, o mesmo suprime, assim, sua perturbação induzida no campo magnético local. Essa energia não captada se torna então disponível para os elementos móveis próximos.

[00142] A informação de sincronização é fornecida pelo módulo de sincronização 1120 que pode ser, por exemplo, um receptor de rádio FM, notadamente um receptor FM capaz de receber sinais que tem uma frequência ao redor de 433 MHz. Uma informação de sincronização deve ser utilizada para indicar ao microcontrolador se o mesmo deve estar em modo de localização, de aquisição de energia ou “aberto”. Essa informação pode ser transmitida na forma de um trem binário por um microcontrolador da superfície de localização.

[00143] Observa-se aqui que o protocolo de RFID utiliza uma portadora HF (sigla para Alta Frequência) que, se a mesma é emitida permanentemente, pode perturbar os processos de localização de elementos móveis pela superfície de localização. A fim de suprimir ou no mínimo reduzir esse efeito, a portadora de RFID é, de acordo com um modo de realização particular, emitida permanentemente com uma frequência de cerca de 13,56 MHz. Além disso, a implantação de um ou mais filtros de passa- baixo na entrada da superfície de detecção permite rejeitar essa frequência enquanto deixa passar o sinal proveniente de módulos de localização.

[00144] De acordo com outro modo de realização, a portadora de RFID é emitida apenas durante um ou mais intervalos de tempo de cada ciclo de atualização, em que os módulos de localização de elementos móveis são ativados fora desses intervalos de tempos, sem risco de perturbação.

[00145] Além disso, a fim de reduzir seu consumo elétrico, um elemento móvel pode deixar em modo de espera seu eletrônico durante o intervalo de tempo de cada ciclo de atualização (fixo e repetitivo), durante o qual o mesmo não deve ativar seu módulo de localização, nem transmitir dados.

[00146] De acordo com um modo de realização particular, alguns elementos móveis não ativam seus módulos de localização a cada ciclo de atualização, notado aqui T1, mas de acordo com um múltiplo, notado N, desse ciclo, isto é, de acordo com um ciclo NxT1. Tal modo de realização é notadamente adaptado a elementos móveis destinados a serem raramente deslocados na superfície de localização. Isso tem igualmente como efeito permitir a redução do consumo elétrico desses elementos móveis que podem, em régime sincronizado, deixar em modo de espera seus componentes consumidores, o que compreende o encarregado do recebimento de um sinal de sincronização, durante um intervalo de tempo pelo menos igual a (N- 1)xT1. O fator de redução do consumo elétrico é então da ordem N.

[00147] Sempre de acordo com um modo de realização particular, o sinal comum de sincronização pode compreender pelo menos dois sinais distintos, notados aqui SyncA e SyncB, diferenciáveis pelos elementos móveis. A título de ilustração, o sinal SyncA é emitido de acordo com um ciclo de N ciclos de duração T1, enquanto o sinal SyncB é emitido a cada ciclo de duração T1. Assim, quando um índice de atraso igual a M, com 0<M < N, é atribuído a um elemento móvel, esse é ativado em todos os N ciclos, em um instante MxT1, seguindo o recebimento do sinal SyncA.

[00148] Observa-se aqui que se, em teoria, um elemento móvel precisa apenas do sinal SyncA, na prática, a utilização do sinal SyncB é preferencial, quando o valor de M é não nulo, para aumentar a precisão do cronograma de ativação de elementos móveis.

[00149] Assim, por exemplo, em referência à Figura 12, referente ao módulo 3 (ativado quando M = 2) e um timeslot igual a três, o módulo aguarda, no momento da inicialização, o recebimento do sinal SyncA e então entra em estado de espera durante um tempo inferior a 2xT1. No fim da espera, o mesmo aguarda o sinal SyncB e então aguarda uma duração igual a três timeslots para ativar uma emissão eletromagnética (isto é, tipicamente, para excitar um solenoide). O mesmo se remete então em estado de espera até um instante anterior ao recebimento do sinal SyncB do ciclo NxT1 seguinte. A partir desse instante, não é, em teoria, mais necessário, para o elemento móvel, aguardar o sinal SyncA. Todavia, para descartar potenciais problemas de dessincronização, o elemento móvel pode verificar vantajosamente de tempos em tempos, por exemplo, uma vez por segundo, que o recebimento do sinal SyncA se situa bem no instante previsto em seu ciclo NxT1. Se uma derivação é observada, o elemento móvel refaz, de preferência, o ciclo de sincronização completo a partir do recebimento do sinal SyncA.

[00150] Os sinais de sincronização são, por exemplo, transmitidos por modulação em frequência de uma portadora rádio. A título de ilustração, os sinais SyncA e SyncB são sinais com impulsos quadrados de duração diferente.

[00151] A Figura 12 representa um exemplo de cronograma de sincronização quando dois sinais de sincronização SynA e SyncB são utilizados. O sinal SyncA é aqui emitido de acordo com um ciclo de N ciclos de duração T1, enquanto o sinal SyncB é emitido a cada ciclo de duração T1, com T1 = 25 ms e N = 4. O sinal SyncA é aqui com impulsos quadrados de duração de um milissegundo, enquanto que o sinal SyncB é com impulsos quadrados de duração de um milissegundo e meio.

[00152] O cronograma representado visa a ativação de quatro elementos móveis que compreendem, cada um, um módulo de localização. Esses elementos móveis pertencem aqui ao mesmo timeslot e têm índice M de atraso iguais a 0,1, 2 e 3, respectivamente.

[00153] Sempre de acordo com um modo de realização particular, a superfície de localização, assim como cada um dos elementos móveis, compreende um sistema eletrônico capaz de implantar a funcionalidade conhecida pelo nome MultiCeiver do protocolo conhecido pelo nome Enhanced Shockburst (MultiCeiver e Enhanced Shockburst são marcas), em que essa funcionalidade permite realizar o sinal comum de sincronização.

[00154] Essa funcionalidade pode ser notadamente implantada com a ajuda componente eletrônico que tem a referência nRF24LE1 de Nordic Semiconductor. Conforme esse modo de realização, o circuito nRF24LE1 da superfície de localização emite os sinais de sincronização SyncA e SyncB do modo a seguir:

[00155] - cada um dos elementos móveis reserva um endereço lógico ALSYNC de valor predeterminado e idêntico para todos os elementos móveis, esse endereço é aqui reservado em uma interface de comunicação denominada “data pipe 0”;

[00156] - o circuito nRF24LE1 da superfície de localização transmite para o tratamento ALSYNC, a cada ciclo de atualização T1, um pacote de dados que compreende pelo menos um octeto. Para o sinal de sincronização SyncA, o primeiro octeto do pacote de dados tem um primeiro valor predeterminado e, para o sinal de sincronização SyncB, o primeiro octeto do pacote de dados tem um segundo valor, distinto do primeiro valor utilizado para o sinal de sincronização SyncA;

[00157] - do lado dos elementos móveis, o recebimento de cada um desses sinais produz, com um atraso constante, uma interrupção material que indica o instante preciso da sincronização. Além disso, ao ler o primeiro octeto do pacote de dados recebido, o software do circuito nRF24LE1 determina se trata-se do sinal de sincronização SyncA ou SyncB.

[00158] A título de ilustração, os módulos de localização podem ser integrados em dispositivos móveis, tais como robôs ou brinquedos, por exemplo, carros ou helicópteros. A aquisição em tempo real da posição e orientação de um dispositivo móvel, assim como o controle de acionadores desse último que permitem dirigir o mesmo automaticamente, por exemplo, para fazer o mesmo seguir trajetórias particulares que podem ser notadamente definidas por um software de aplicativo. Para esse fim, o software de aplicativo utilizado e que executa em um calculador, por exemplo, um computador de tipo PC (sigla para Computador Pessoal - Personal Computer em terminologia anglo-saxã), um smartphone ou um tablet, pode transmitir comandos de controle por meio de uma interface de tipo SDK (sigla para Kit de Desenvolvimento de Software - Software Development Kit em terminologia anglo- saxã). Tais comandos de controle são, por exemplo, um sentido e uma velocidade de rotação de motores. Os mesmos são codificados e transmitidos ao leitor de tipo RFID utilizado que pode então transmitir os mesmos na forma de um sinal de tipo RFID, em uma instrução de escrita, em um circuito de tipo RFID de um módulo de localização.

[00159] Um microcontrolador desse último pode então ler os mesmos na memória do circuito de tipo RFID utilizando-se, por exemplo, um barramento I2C. Esses comandos ou dados representativos desses comandos são, de preferência, memorizados em locais predeterminados do circuito de tipo RFID. O microcontrolador do módulo de localização é aqui dotado de saídas, por exemplo, saídas de tipo PWM, o que permite controlar acionadores, tais como motores, a partir de informações memorizadas no circuito de tipo RFID.

[00160] Naturalmente, para satisfazer necessidades específicas, uma pessoa versada na técnica da invenção poderá aplicar modificações na descrição precedente. Em particular, se a invenção for, para fins de ilustração, descrita, em particular, em referência ao protocolo de RFID, a invenção não é limitada à implantada da mesma.

Claims (9)

1. Dispositivo para ajudar na localização em tempo real, por radiação eletromagnética, de um elemento móvel autoalimentado, o dispositivo caracterizado pelo fato de que compreende - meios de recebimento (505, 520, 605, 620, 705, 720, 805, 820) para receber um sinal radioelétrico que compreende pelo menos uma informação de sincronização, em que os ditos meios de recebimento são configurados para receber a energia de um sinal radioelétrico recebido; - meios de emissão (515, 615, 715, 815) para emitir um sinal eletromagnético, em que o dito sinal eletromagnético é emitido em resposta a um sinal de ativação; - meios de controle (510, 610, 710, 810) conectados aos ditos meios de recebimento e aos ditos meios de emissão de um sinal eletromagnético, em que os ditos meios de controle são eletricamente alimentados pelos ditos meios de recebimento de um sinal radioelétrico e que são configurados para gerar um sinal de ativação em resposta a uma informação de sincronização, em que os ditos meios de recebimento de um sinal radioelétrico compreendem uma memória de acesso duplo, em que a dita memória de acesso duplo é configurada para ser acessível em leitura e/ou em escrita por um sinal radioelétrico e pelos ditos meios de controle; e em que os ditos meios de controle compreendem meios de acesso a um valor memorizado na dita memória de acesso duplo, em que uma informação de sincronização é identificada em função de um valor memorizado na dita memória de acesso duplo.

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ditos meios de recebimento de um sinal radioelétrico compreendem meios de identificação de uma informação de sincronização a partir de um sinal radioelétrico recebido e meios de transmissão de uma informação de uma sincronização identificada aos ditos meios de controle.

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ditos meios de controle compreendem meios de detecção de uma mudança de estado de uma fonte de energia elétrica dos ditos meios de recebimento de um sinal radioelétrico, em que uma informação de sincronização é identificada em resposta a uma mudança de estado de uma fonte de energia elétrica dos ditos meios de recebimento de um sinal radioelétrico.

4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ditos meios de controle compreendem meios de detecção de uma mudança de estado de uma portadora de um sinal radioelétrico recebido, em que uma informação de sincronização é identificada em resposta a uma mudança de estado de uma portadora de um sinal radioelétrico recebido.

5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ditos meios de emissão de um sinal eletromagnético compreendem um solenoide e um comutador que controlam a ativação do dito solenoide.

6. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda meios de determinação de um instante de geração de um sinal de ativação, em que o dito instante é determinado de acordo com o instante de recebimento de uma informação de sincronização e uma informação de atraso.

7. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ditos meios de recebimento de um sinal radioelétrico são em conformidade com um padrão de tipo RFID.

8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ditos meios de controle compreendem meios de controle de pelo menos um atuador do dito elemento móvel.

9. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda segundos meios de emissão de um sinal eletromagnético, em que os ditos meios de emissão de um sinal eletromagnético são denominados primeiros meios de emissão de um sinal eletromagnético, em que os ditos primeiros e segundos meios de emissão de um sinal eletromagnético são configurados para emitir um sinal eletromagnético uns após os outros para permitir a determinação da orientação do dito elemento móvel.

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