CH706215A1 - Vorrichtung zum Ansteuern eines Aktuators mit Auslösung über Funk. - Google Patents
Vorrichtung zum Ansteuern eines Aktuators mit Auslösung über Funk. Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ansteuern eines Aktuators (4) über eine Funkschnittstelle (14). Die erfindungsgemässe Vorrichtung (17) beinhaltet einen passiven Transponder (2) zum kontaktlosen Empfangen eines Steuersignals vom Funksender (1) und eine Kontrolleinheit (3) zum Ansteuern des Aktuators (4). Die Besonderheit der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht darin, dass die Kontrolleinheit (3) und der Aktuator (4) über die Transistorschaltung (15) und (16) ausgelöst durch die induzierte Spannung an der Detektor-Antenne (6) mit Energie versorgt werden. Die Kontrolleinheit (3) erkennt das Fehlen der induzierten Spannung nach Entfernen des Funksenders (1), überträgt Daten aus dem passiven Transponder (2), aktiviert den Aktuator (4) bei gültigen Daten, liest optional Daten aus einem Sensor (4´) und überträgt Daten in den passiven Transponder (2) und unterbricht die Energiezufuhr über die Transistorschaltung (16) durch Deaktivieren der Transistorschaltung (15), um den Stromverbrauch bei Nichtnutzung auf nahezu null zu reduzieren.
Description
Gegenstand und/oder technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung ermöglicht die Ansteuerung eines Aktuators mit Auslöser und Übertragung von Daten über Funk.
Stand der Technik
[0002] Bekannt sind Lesegeräte, die beispielsweise zur physikalischen Zutritts-Kontrolle zu Gebäuden und Räumen über Funk angesteuerte Nutzerausweise (Karten) auslesen, um einen Zugang zu erlauben oder zu verweigern. Hierbei wird durch aktives Aussenden von Funkwellen ein Nutzermedium mit entsprechender Berechtigung erkannt, und ein angeschlossener Aktuator (z.B. Türöffner) bei gültiger Berechtigung angesteuert. Diese Zutritts-Kontrollsysteme gibt es sowohl netzgebunden wie auch batteriebetrieben. Bei batteriebetriebener Ausführung sind verschiedene Mechanismen bekannt (z.B. EP 2 256 662), welche eine Reduktion des Stromverbrauchs ermöglichen, um eine lange Batterielebensdauer zu erhalten.
[0003] Bekannt sind die Patente WO 2009 090 235, WO 2008 107 178 und WO 2005 041 385, welche Mechanismen beschreiben, um über ein Funkfeld einen Energiespeicher aufzuladen, welcher die Energiespeisung zur Ansteuerung des Aktuators übernimmt.
Nachteile vom Stand der Technik
[0004] Die bekannten Geräte zur Zugriffs- oder Zugangskontrolle weisen bei batteriebetriebener Ausführung den Nachteil auf, dass das Lesegerät auch in unbenutztem Zustand in regelmässigen Abständen Energie verbraucht, um die Umgebung auf Nutzermedien zu prüfen. Dies führt dazu, dass grössere Batterien eingebaut und nach einiger Zeit ausgewechselt werden müssen.
[0005] Die unter «Stand der Technik» genannten Patente weisen den Nachteil auf, dass die über ein Funkfeld bereitgestellte Energiemenge i.d.R. nicht ausreicht, um Aktuatoren (z.B. Motoren) mit erhöhtem Energiebedarf zu versorgen.
Aufgabe
[0006] Realisierung einer batteriebetriebenen Vorrichtung zur Ansteuerung von Aktuatoren und Einlesen von Sensordaten, welche bei Nichtbenutzung nahezu keine Energie benötigt.
Lösung
[0007] Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteile
[0008] Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine batteriebetriebene Vorrichtung zur Ansteuerung eines Aktuators, wobei im Ruhezustand nahezu kein Strom verbraucht wird und daher die Batterielebensdauer sehr stark erhöht wird.
[0009] Durch den Einsatz einer geeigneten Stromquelle (z.B. Batterie) ist zudem die Ansteuerung von Aktuatoren mit höherem Stromverbrauch möglich.
Aufzählung der Figuren/Zeichnungen
[0010] Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, welches in den Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigt:
<tb>Fig. 1<sep>Komponentendarstellung der Schaltung
<tb>Fig. 2<sep>Ablauf des Mechanismus zum Ansteuern des Aktuators
Ausführung der Erfindung
[0011] Fig. 1 zeigt die Komponenten der Vorrichtung:
[0012] Im Gegensatz zu herkömmlichen Funk-Kontrollsystemen, bei dem der aktive Funksender in die Aktuator-Ansteuereinheit integriert ist, befindet sich der aktive Funksender (1) beim Benutzer. Der Funksender (1) wird dabei durch eine eigene Stromquelle (11) mit Strom versorgt und kann daher aktiv Funksignale (14) aussenden.
[0013] Erfindungsgemäss besteht die Aktuator-Ansteuereinheit (17) aus einer ersten Antenne (5), welche mit einem passiven Transponder (2) verbunden ist. Der passive Transponder (2) besitzt zudem eine weitere, galvanisch gekoppelte Datenschnittstelle (13), welche mit einer Kontrolleinheit (3) verbunden ist. Der passive Transponder (2) besitzt zudem die Eigenschaft, dass Daten durch Anlegen eines passenden Funksignals an der ersten Antenne (5), permanent oder flüchtig in den Transponder (2) geschrieben werden können.
[0014] Die Erfindung beinhaltet zudem eine zweite Antenne (6), welche sich in Nähe der ersten Antenne (5) befindet. Die zweite Antenne (6) ist über ein Gleichrichter- (10) und RC-Netzwerk mit der Transistorschaltung (15, 16) verbunden. Die Stromversorgung (12) kann über die Transistorschaltung (16) auf die Kontrolleinheit (3) geführt und diese dadurch mit Strom versorgt werden.
Somit wird die Kontrolleinheit (3) bei Eintritt eines Funksenders (1) in der Nähe der Antennen (5) und (6) über die Stromversorgung (12) mit Energie versorgt und kann den flüchtigen und nichtflüchtigen Speicher im passiven Transponder (2) auslesen, und nach Prüfung der Daten den Aktuator (4) aktivieren.
Erfindungsgemäss kann nach Fig. 1 die aktive Funkeinheit (1) zusammen mit der Stromquelle (11) in einem mobilen Endgerät (z.B. NFC-Telefon) integriert sein. Der passive Transponder (2) kann erfindungsgemäss als Dual-Interface Smart Card Chip ausgeprägt sein, welcher die kontaktlosen Schnittstellen nach den ISO-Standards IS014443, IS015693 oder weiteren und eine galvanisch gekoppelte Schnittstelle wie ISO 7816, SPI, I2C oder weiteren erfüllt.
[0015] Damit der Aktuator (4) aktiviert wird, muss erfindungsgemäss zunächst die aktive Funkeinheit (1) in Funkreichweite der zweiten Antenne (6) gelangen, womit in der zweiten Antenne (6) eine elektrische Spannung induziert wird. Erfindungsgemäss wird diese Spannung über einen Gleichrichter (10) gleichgerichtet und über ein Kondensator/Widerstand-Netzwerk auf eine Transistorschaltung (15) geführt. Diese Transistorschaltung (15) steuert eine weitere Transistorschaltung (16) so an, dass diese die Stromversorgung (12) an die Kontrolleinheit (3) führt, um diese mit Energie zu versorgen. Erfindungsgemäss sind diese Transistorschaltungen als MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) ausgeprägt.
[0016] Sobald die Kontrolleinheit (3) mit Energie aus der Stromquelle (12) versorgt wird, misst die Kontrolleinheit (3) erfindungsgemäss über den Pfad (8) den Wert der induzierten Spannung und hält über den Pfad (9) die Energieversorgung aufrecht. Währenddessen überträgt der aktive Funksender (1) erfindungsgemäss Daten in den nichtflüchtigen oder flüchtigen Speicher des passiven Transponders (2) über die erste Antenne (1), wobei nach Beendigung der Datenübertragung das Funkfeld (14) des aktiven Funksenders (1) abgeschaltet, oder der aktive Funksender (1) aus der Funkreichweite der zweiten Antenne (6) entfernt wird. Erfindungsgemäss ermittelt die Kontrolleinheit (3) das Fehlen der induzierten Spannung durch das Funkfeld über den Pfad (8) und liest Daten über die galvanisch gekoppelte Schnittstelle (13) aus dem passiven Transponder (2) aus. Nach Prüfung der Daten aktiviert die Kontrolleinheit (3) den Aktuator (4). Diese Prüfung der Daten kann erfindungsgemäss auch im passiven Transponder (2) erfolgen. Erfindungsgemäss kann die Kontrolleinheit (3) auch Daten in den passiven Transponder (2) zurückschreiben, welche dann später mit dem Funksender (1) ausgelesen werden können. Nach der Aktivierung des Aktuators (4), unterbricht die Kontrolleinheit (3) erfindungsgemäss die Energiezufuhr durch die Stromversorgung (12) über die Transistorschaltung (16), indem über den Pfad (9) die Transistorschaltung (15) deaktiviert wird. Dadurch ist der Vorgang beendet und die Vorrichtung (17) benötigt nahezu keine Energie mehr. Dieser Vorgang der Erfindung ist beschrieben in Fig. 2.
[0017] In einer Ausprägung der Erfindung kann die Stromversorgung (12) durch eine Batterie realisiert sein. Erfindungsgemäss kann die Stromversorgung (12) z.B. auch als wieder aufladbaren Akkumulator oder Doppelschichtkondensator («Supercap») ausgeprägt sein.
[0018] Die Vorrichtung kann beispielsweise für elektrische Schliesszylinder genutzt werden, bei denen es nicht wünschenswert ist, häufig die Batterie zu wechseln. Eine weitere Anwendung sind Fahrradschlösser oder Schlösser jeglicher Art. Bei beiden genannten Anwendungen befindet sich die Vorrichtung in einem gegen unbefugtes Öffnen versiegeltem Gehäuse.
Erfindungsgemäss kann neben oder anstelle der Ansteuerung eines Aktuator (4) auch ein Sensorsignal von einem Sensor (4 ́) eingelesen, verarbeitet und auf den passiven Transponder (2) geschrieben werden.
Claims (20)
1. Vorrichtung zum Ansteuern eines Aktuators (4) durch eine Kontrolleinheit (3) mit einer Stromversorgung (12) zur Speisung der Kontrolleinheit (3) und des Aktuators (4) und eines passiven Transponders (2) mit nicht-flüchtigem und/oder flüchtigen Speicher, dadurch gekennzeichnet, dass das temporäre Einschalten der Stromversorgung (12) für die Kontrolleinheit (3) und den Aktuator (4) durch eine von einer aktiven Funkeinheit (1) induzierten Spannung auf eine Detektorantenne (6), mittels Gleichrichter (10) gleichgerichtet und auf eine Transistorschaltung (15) und (16) geführt, ausgelöst werden kann und nach Abfallen der induzierten Spannung und Aktivierung des Aktuators (4) bei erfolgreicher Autorisierung der Funkeinheit (1) gegenüber dem passiven Transponder (2) durch die Kontrolleinheit (3) wieder getrennt werden kann.
2. Eine Vorrichtung aus Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektorantenne (6) in der Nähe der Empfangsantenne (5) des passiven Transponders (2) platziert ist.
3. Eine Vorrichtung aus Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die induzierte Spannung an der Detektorantenne (6) über einen Gleichrichter (10) und ein Kondensator-/Widerstandsnetzwerk auf eine Transistorschaltung (15) und (16) geführt ist.
4. Eine Vorrichtung aus Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die induzierte Spannung an der Detektorantenne (6) nach dem Gleichrichter (10) über den Pfad (8) durch die Kontrolleinheit (3) gemessen wird.
5. Eine Vorrichtung aus Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (3) über den Pfad (9) die Transistorschaltung (15) insofern beeinflussen kann, als dass die Energieversorgung durch die Stromversorgung (12) über die Transistorschaltung (16) wieder unterbrochen wird.
6. Eine Vorrichtung aus Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (3) als Mikroprozessor ausgebildet ist.
7. Eine Vorrichtung aus Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (3) als Mikroprozessor mit zusätzlichen Analog-Komponenten (System on Chip) ausgebildet ist.
8. Eine Vorrichtung aus Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transistorschaltung (15) und (16) für das An- und Abschalten der Stromversorgung (12) durch MOSFET-Transistoren ausgebildet ist.
9. Eine Vorrichtung aus Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Funkeinheit (1) und die Stromversorgung (11) Teil eines mobilen Endgerätes (z.B. NFC Telefon) ist.
10. Eine Vorrichtung aus Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der passive Transponder (2) ausgeprägt ist durch einen Chip, welcher die ISO-Standards ISO 14443 und/oder ISO 15693 und ISO 7816 oder SPI oder I2C erfüllt, und somit über Funk über die Antenne (5) von der aktiven Funkeinheit (1) Daten empfangen kann, Daten in einem nichtflüchtigen oder flüchtigen Speicher ablegen kann, und die Kontrolleinheit (3) Daten über die galvanisch gekoppelte Schnittstelle (13) auslesen und beschreiben kann.
11. Eine Vorrichtung aus Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (4) Bestandteil einer Schliessvorrichtung ist.
12. Eine Vorrichtung aus Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (4) als optischer Signalgeber ausgebildet ist.
13. Eine Vorrichtung aus Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (4) als akustischer Signalgeber ausgebildet ist.
14. Eine Vorrichtung aus Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (4) als elektromechanische Vorrichtung ausgebildet ist.
15. Eine Vorrichtung aus Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (4) als Elektromotor ausgebildet ist.
16. Eine Vorrichtung aus Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (4) als Pumpe ausgebildet ist.
17. Eine Vorrichtung aus Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (4) als Schaltrelais ausgebildet ist.
18. Eine Vorrichtung aus Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum/anstelle von Aktuator (4) ein Sensor (4 ́) mit der Kontrolleinheit (3) verbunden ist.
19. Eine Vorrichtung aus Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (4 ́) als Sensor für physikalische Messgrössen (z.B. Temperatur, Feuchtigkeit oder Licht) ausgebildet ist.
20. Verfahren zum Ansteuern eines Aktuators (4) durch eine Kontrolleinheit (3) wobei die Kontrolleinheit (3) und der Aktuator (4) durch Detektion einer induzierten Spannung an der Detektionsantenne (6) aufgrund des Funkfelds (14) eines aktiven Funksenders (1) über eine Transistorschaltung (15) und (16) mit Energie versorgt wird aus der Stromquelle (12), und der Aktuator (4) aufgrund von übertragenen Daten auf den passiven Transponder (2) aktiviert wird, wie beschrieben in Fig. 2. und wie folgt:
a) Der aktive Funksender (1) erzeugt ein elektromagnetisches Feld (14)
b) Das elektromagnetische Feld (14) induziert in Reichweite der Detektor-Antenne (6) eine Spannung
c) Die durch einen Gleichrichter (10) und ein RC-Netzwerk aufbereitete Spannung aktiviert (schaltet) die Transistorschaltung (15)
d) Die Transistorschaltung (15) aktiviert (schaltet) die Transistorschaltung (16), um Energie aus der Stromversorgung (12) zu der Kontrolleinheit (3) zu schalten
e) Die Kontrolleinheit (3) erzeugt eine Selbsthaltung der Energiezufuhr durch Aktivieren der Transistorschaltung (15) über Pfad (9)
f) Die Kontrolleinheit (3) überwacht die induzierte Spannung über den Pfad (8)
g) Der aktive Funksender (1) autorisiert sich und/oder überträgt Daten in den nichtflüchtigen oder flüchtigen Speicher des passiven Transponders (2)
h) Der aktive Funksender (1) signalisiert aufgrund der Antwort des passiven Transponders dem Benutzer einen Event
i) Der aktive Funksender (1) deaktiviert das elektromagnetisches Feld (14) oder entfernt sich aus Reichweite der Detektor-Antenne (6)
j) Kontrolleinheit (3) detektiert fehlende induzierte Spannung an Detektor-Antenne (6) über Pfad (8)
k) Kontrolleinheit (3) liest Daten aus passivem Transponder (2) über die galvanisch gekoppelte Schnittstelle (13)
I) Kontrolleinheit (3) evaluiert Daten, und schaltet bei gültigen Daten den Aktuator (4) aktiv.
m) Kontrolleinheit (3) liest optional Daten aus einem Sensor (4 ́) und wertet diese aus.
n) Kontrolleinheit (3) schreibt optional Daten über die galvanisch gekoppelte Schnittstelle (13) auf den passiven Transponder (2) zurück
o) Kontrolleinheit (3) unterbricht Energiezufuhr über Transistorschaltung (16) durch deaktivieren der Transistorschaltung (15)
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- 2012-03-12 CH CH00346/12A patent/CH706215A1/de not_active Application Discontinuation
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