CN100350418C - 对于放置在物品上的芯片卡的非接触读取系统 - Google Patents
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Abstract
一种非接触读取系统,其中芯片卡固定在诸如书(11)这样的物体的平面支持物上,以便借助于包含在芯片卡中的数据识别,且一个可移动读取器(16)装有天线,以便读取卡的数据。读取器(16)的天线由小尺寸线圈与大尺寸线圈串联放置组成,它们同心并具有相同的卷绕方向。对于在离天线给定的距离由平行于天线的天线产生的电磁场分量(H)获得最大值。当天线放置在对于卡的支持物垂直位置并在离卡给定的距离时,获得由天线发射的电磁信号通过芯片卡的最大接收。
Description
技术领域
本发明涉及使用非接触芯片灵巧卡和通过电磁耦合对卡提供必要的能量的读取器的系统,使得包含在灵巧卡芯片中的信息能够由读取器读取,并具体涉及一种用于放置在物品上的灵巧卡的非接触读取系统。
背景技术
当前,非接触收发器系统广泛用于各种应用。这些应用之一是非接触灵巧卡,其在各种部门诸如公共运输部门的应用正在增加。它们还被开发为付款装置。
非接触卡与相关的读取器之间的信息交换,是通过遮盖在非接触卡中的天线与位于读取器中的第二天线之间的远程电磁耦合实现的。为了生成、存储和处理信息,卡装有芯片,其作用是作为存储器区及与天线连接的微处理器。
重要性正不断增加的非接触灵巧卡的另一应用,是它们用于设计为诸如书籍、盘(CD ROM或DVD)等供出售或出租的物品的识别。这一应用中,放置在每一物品上的卡的芯片在存储器中包含物品的识别数据,这样当使其可由购买者(在出售的情形下)或用户(在出租的情形下)获得时,其允许物品被索引及识别。
市场上有用于读取放置在图书馆书架上的书籍封页上的标签的系统。在这系统中,便携式读取器包括放置在扁平支持物上的读取天线。
在读取期间,扁平的支持物保持与被读取的标签平行,使得由读取器天线提供的电磁场能够近似垂直于标签的平面。因而天线边缘处的场线是被主要使用的,且这要求天线边缘保持与书籍粘贴物非常接近,这大约为1cm的距离。由于粘贴物未必是对齐的,这样某些移动到后面的书籍将距离太远,以致它们在读取器在书籍前方通过时将不能被检测到。因而不论粘贴物在书架上的位置如何,天线必须正对被识别的书籍的粘贴物放置,这限制了读取器的有效性以及执行的速度。
发明内容
这就是为什么本发明的主要目的是要提供一种系统,用于读取放置在支持物上并配有用于它们的识别的非接触卡的物品,其中用于识别的便携式读取器的天线保持与非接触卡的平面垂直,并在读取期间不与物品接触或靠近接触。
这样,本发明的目的是一种以非接触灵巧卡为特征的非接触读取系统,每一灵巧卡放置在物品上,目的是借助于包含在卡芯片中标识数据标识这一物品,且可移动读取器主要装有天线以读取标识数据,其中每一灵巧卡固定在物品的平面支持物上。读取器的天线包括扁平的天线支持物,其上固定至少一个小尺寸线匝,其与一大尺寸线匝串联,这些线匝同心并具有相同的卷绕方向,以获得由平行于天线支持物的天线产生的电磁场分量(H)的最大值,使得当天线支持物垂直于卡的扁平支持物放置时,使得天线发送的电磁信号由灵巧卡的接收为最大值。
附图说明
当结合附图考虑时,从以下的描述本发明的目标、目的和特征将更为明显,其中:
图1表示根据本发明的读取系统,示出在图书馆书架前方的读取器,书架上放置有书籍,每一本书装有非接触卡,
图2表示根据本发明的读取器的天线,由串联的小线匝及大线匝制成。
图3是一曲线图,示出由根据本发明的读取器发射的电磁场线,
图4是一曲线图,表示一方面由典型的读取器及另一方面由根据本发明的读取器发射的电磁场值,以及
图5是表示根据本发明的系统使用的读取器的一个优选实施例。
具体实施方式
以下所述的系统用于本发明的一个优选应用,或者当寻找特定的书时,或者在存货盘点期间,识别图书馆或书架中的书籍。图1所示的这一应用中,书10一个接一个排布在书架12上。诸如书11的每一本书,具有放置在书的前封面上预定位置的非接触卡14。应当注意,卡可放置在后封面。这一非接触卡是配有其天线的灵巧卡,以便同读取器交换数据。芯片包含芯片置于其上的书的标识,但也可包含关于书的内容的信息,或在图书馆的情形下借过该书的人的标识。
用来读取非接触卡的读取器是一个带有天线支持物16的读取器,在优选实施例中天线支持物为平行于书脊的圆形,实际上垂直于放置非接触卡的封面的平面,在这种情形下这是一个垂直平面。读取器的特征还在于,当读取器平行于书粘贴物移动时握持在操作者手中的握把18。电缆20把读取器连接到处理单元22,以收集由卡14发送的数据。应当注意,这一通信可使用放置在握把18中的发送器和处理单元22输入处的接收器无线地进行。
根据本发明的读取器的实施例示于图2。这种天线包括一个小线匝24,与一个大线匝26串联,两个线匝在图上箭头所示的相同的方向卷绕。如果L1是大线匝的电感,L2是小线匝的电感,而M是两个线匝之间的互感,于是总电感为:
L=L1+L2+M
应当注意,两个线匝可以是独立的或平行地排布,只要它们以相同方向卷绕。但在这种情形下,所得电感不再是两个电感的和,并将小于两个电感中较小者。假设非常接近谐振,则要获得相同的电磁场值将需很大的电流通过,这样为获得类似的结果将需要大得多的能量。
由两个串联的线匝产生的电磁场线是由每一线匝产生的场线的合成。有较小直径24的线匝产生场线28,并有较大直径26的线匝产生场线30,该场线30在与由X-轴表示的天线支持物相同距离d(纵坐标)处比场线28强。由于对于两个线匝卷绕方向相同,场线28和30方向也相同,例如顺时针。结果是,在每一点存在带有平行于天线支持物平面的分量H的电磁场H,其值是由两个线匝引起的相同方向分量之和,并因而比两个分量的每一个强得多。应当注意,关于垂直于天线的分量,由于两个线匝彼此相消,就两个垂直于天线支持物的分量而言,线匝之间值是小的。
图4表示,作为与两个线匝共同中心O的距离的函数,平行于天线支持物的径向分量H的值。为了进行比较,曲线32表示在没有小线匝但只有一个大线匝情形下的分量H的值。在其测量越来越接近线匝时值增加。这样对于曲线有一最大值,正好在场线为水平的线匝的这一位置之上(图3上线30)。
当天线有图2所示的结构时,即小线匝24与大线匝26串联,其它曲线34是平行于天线支持物的径向分量H的值。这种情形下,由于由小和大线匝分别发射的场分量H的值按先前所述合计,其结果是曲线34从线匝中心快速增加。
获得有效读取的一个重要参数是分量H的值,必须具有大于或等于阈值H1的一个值,后者确定保持在读取器与灵巧卡之间的最小距离。假设这一距离为5cm,即便于获取读数的距离,阈值H1对应于图4中所示的水平直线。如我们可以看到的,值H1在大线匝26两侧延伸的大区间L上都被遵守(respect)。另一方面,在没有小线匝时,值H1将只在区间l上达到,这将不能提供充分有效的读取。
虽然为实现本发明线匝可以有矩形的形状(同时保持同心),结果是圆形是最适合的一种。为了使用矩形线匝获得良好的读取效率,操作者必须保持读取器的握把在平行于灵巧卡的位置。另一方面,使用圆形并因而径向对称的线匝,明显的是读取器握把的位置对于读数没有形成很大的差别,即使握把不平行于卡,圆形线匝也总是产生相同的电磁场线。
为了获得可能的最佳效率,重要的是大线匝的直径与小线匝直径之间的比值保持在最小2与最大3之间。这一比值有助于获得操作区(图4上的L)的延伸程度与天线的范围之间的折中。这样,这一比值越近2,操作区降低的越多,但范围增加。反之,在这一比值接近3时,操作区变大,但范围变低。
在一个优选实施例中,如图2所示,读取器的天线由几个简单的天线构成(大线匝与小线匝串联)。这样,读取器的天线可按图5所示的方式制成。这一实施例中,天线的导线40顺时针卷绕3/4匝,并然后是较小直径的一匝42。这一小线匝之后是卷绕较大直径超过3/4匝,然后是较小线匝46。这之后是与较小线匝50串联的较大直径超过3/4匝的卷绕48。最后,小线匝50随后是超过3/4匝的较大直径的卷绕52,返回第一卷绕开始点,就是电源54。关于电源54,这一实施例的几何结构有助于对于均匀操作获得准对称电感负荷。在这一特定实施例中,如图2所示放置3个简单的天线有助于获得使天线能易于调谐到非接触系统工作频率的电感值。如果电感值太高,则把天线调谐到工作频率将是困难的,或甚至是不可能的。此外,本实施例的几何结构有助于获得带有充分高值的电磁场与合理大小的读取器之间良好的折中。
已如所述,根据本发明的系统涉及书店或图书馆中的书籍的识别。例如,在图书馆中,该读取器提供了良好工效学,并易于用来从已知的参考搜索标题或书刊。为此,可提供一个蜂音器,其只要检测到正确的书就发声。书籍的适当排布也可例如基于上升的序列号通过检验书籍的排序验证。还可不必从其书架取下即可检验与书相关的数据。应当注意,可对盘(CD ROM或DVD)作出相同类型的用法。
这种系统使得在涉及产品进入贮存它的商店或办公室时的所有应用成为可能,或允许在它们储存之处在书架上在一天结束时列出,并然后在购买期间在收款台被检测。
虽然根据本发明的读取器特别适用于与垂直于读取器天线平面的平面平行的灵巧卡,但读取器即使在灵巧卡不垂直于天线平面也可使用。由于其设计,读取器可在任何被识别的物品之间,特别是在服装店中的服装之间穿行。
Claims (7)
1.一种非接触读取系统,其特征有非接触灵巧卡(14),每一灵巧卡置于物品(11)上,目的是借助于包含在卡的芯片中的标识数据标识这一物品,以及主要装有一天线的可移动读取器(16),以读取所述标识数据,其中每一灵巧卡固定在所述物品的扁平支持物上;
所述系统的特征在于,所述读取器的天线包括一扁平天线支持物,其上固定有至少一小尺寸线匝(24),其与一大尺寸线匝(26)串联,所述线匝同心并具有相同的卷绕方向,以获得由平行于所述天线支持物的天线产生的电磁场分量(H)的最大值,使得当所述天线支持物置于与卡的所述扁平支持物垂直时,由灵巧卡对由所述天线发送的电磁场信号的接收为最大。
2.根据权利要求1的非接触读取系统,其中所述小尺寸线匝(24)和大尺寸线匝(26)为圆形线匝。
3.根据权利要求2的非接触读取系统,其中大尺寸圆形线匝的直径与小尺寸圆形线匝的直径之间的比值在2与3之间。
4.根据权利要求3的非接触读取系统,其中所述读取器包括三个串联的天线,每一个天线包括一个小尺寸线匝(24)与一个大尺寸线匝(26)串联,该天线导线被卷绕使得遵循所得天线的对称性,并获得按径向对称均匀分布的电磁场。
5.根据权利要求1、2、3或4的非接触读取系统,其中物品的其上固定有所述灵巧卡的所述扁平支持物平行于一个预定的平面。
6.根据权利要求5的非接触读取系统,其中所述预定的平面是垂直的平面。
7.根据权利要求5的非接触读取系统,其中所述物品是置于图书馆书架上的书籍。
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