CN101043921B - 用于游戏筹码的识别与计数的系统 - Google Patents

Abstract

公开一种系统，用于对在游戏桌上的指定区域中适当放置的游戏筹码进行精确识别和计数。该系统依靠近场耦合技术，由此位于游戏区域中的主环形导体将足够的能量通过已知特征的磁场耦合至位于游戏筹码中的一个或多个环形导体中。

Description

用于游戏筹码的识别与计数的系统

技术领域

本发明涉及使用射频识别技术对在娱乐场中的游戏桌上的游戏筹码进行识别和计数，更具体地，涉及用于射频识别系统的射频识别耦合器。

背景技术

在前些年已经出现的所有方法和措施中，作为在娱乐场中阻止伪造以及防止非法与欺骗性赢钱的具体解决方案，基于RFID的解决方案已经受到工业和研究团体的高度重视。

目前，射频识别技术已经广泛用于多个工业部门，包括制造、运输、邮政跟踪、医疗、制药和公路通行费管理。典型的RFID系统结构包括：通常位于待识别的对象上的RFID收发器、RFID询问器或读取器，以及计算装置。所述询问器通常由射频模块、控制单元和耦合元件构成，其中所述耦合元件用于将足够的能量传输至收发器。实际中，收发器用于传送数据，其通常由耦合元件和电子微芯片构成。

关于用于为了反伪造目的而进行的监控和玩家跟踪的基于RFID的娱乐场游戏筹码的几个专利已经被授予了专利权。No.5,166,502(Rendelman等人)示出了在游戏筹码中嵌入的射频收发器的结构。该收发器标记有关于筹码的信息，例如筹码属性和值。在该专利中描述的特定收发器具体设计为与自动贩卖机一起工作。然而，在该专利中并未考虑到将上述筹码的应用领域扩展到游戏桌(例如，21点游戏(black jack)或巴加拉纸牌游戏(baccarat))上，由于包含在筹码中的信息不能改变，所以其在以上环境中不起作用。

在美国专利No.5,651,548和No.5,735,742中，French等人提出了用于在娱乐场中跟踪游戏筹码运动的其它基于RFID设备和方法。这些方法在娱乐场中包括游戏桌和筹码盘在内的各个位置上跟踪筹码，从而解决了先前专利的缺陷。还研究了在包含代币(token)信息的集成电路中读取和写入的可能。然而，由于按照French等人的专利中描述的解决方案所配置的RF天线在相邻的筹码放置位置处辐射，所以该解决方案难以实施。这表示，在对于给定位置上放置的筹码进行询问时，位于相邻筹码放置位置的筹码也会响应。French等人没有公开用以控制天线的发射行为的任一方法。标示为现有技术的图1(a、b、c、d、e和f)示出了各种长度类型(工作在14MHz)的中心驱动偶极天线的发射图案，由于这种类型的天线结构简单，所以可用在游戏桌上。图中曲线示出了其长度为波长1/4、3/8、1/2和11/8倍的天线(发射)的电场。对于更短的天线，波束宽度更宽，并接近90度。随着天线尺寸的降低，波束也降低，但是还引入旁瓣，如图1(d和f)中所示。这表示，对于可位于游戏桌上的合理尺寸的天线结构，所“示出”的区域很大，所以与游戏桌的表面上筹码定位所需的尺寸和空间辨别力不一致。增加工作频率是一种可能的解决方案，因为这将明显降低波长并由此降低偶极长度。然而，无线频谱使用分配图表限制了在规定的功率限制中的各种频带(例如ISM带)的使用。

此外，French等人并没有解决恶意玩家试图通过在系统附近区域引入较强的干扰源而欺骗系统的问题。使用在本专利中由适当材料构成的屏蔽层可有效解决这种问题。

发明内容

公开一种用于对在游戏桌上的指定区域中适当放置的游戏筹码进行精确识别和计数的系统。该系统依靠近场耦合技术，由此主环形导体将足够的能量通过已知特征的磁场耦合至一个或多个环形导体中。流通的交电流可以进行相位、频率、时间或编码的调制，以便为游戏筹码引入数据传输功能。这里使用近场磁耦合技术，以便使得足够的能量根据变压器原理从游戏桌耦合环路传递至游戏筹码接收器环路，从而将受控的一定量的能量从变压器的主线圈传递至其次线圈。所述能量传递的效率通过耦合环路和接收环路之间的耦合因数来确定，其进而仅仅取决于两个环的几何形状。

更具体地，本发明提供一种对游戏筹码进行识别和计数的系统，包括：

游戏筹码组，所述游戏筹码组中的每一个游戏筹码包括至少一个环形导体，和可操作地连接至所述环形导体的集成电路，所述集成电路包括识别数据；以及

至少一个游戏桌，所述游戏桌设置有用于所述游戏桌上的每个游戏区域的主环形导体，和可操作地与每个环形导体关联的电子模块，所述电子模块提供具有预定振幅和频率的电流，以便引发磁场，并用于接收和解释所接收的信号；

从而，当所述游戏筹码处于所述主环形导体附近时，在所述游戏筹码的环形导体和所述主环形导体之间发生近场磁耦合，从而以信号的形式将信息从所述游戏筹码发送至所述电子模块。

选择所述耦合环路的尺寸和其他参数以及流经所述耦合环路的交流电流的振幅，以便确定由所述主环所产生的磁场的形状。此外，还选择尺寸和其他参数(例如所述接收器环路的共振频率)，以能够对于高达20个游戏筹码的堆叠进行可靠地读取和写入。

附图说明

在阅读了本发明优选实施例的描述之后将会更好地理解本发明，本发明可参照以下附图来说明，其中：

图1描述工作在14MHz上的各种长度的中心驱动偶极的远场天线发射图案(正弦电流分布)，特别突出了-3dB程度的波束宽；

图2描述导电小环路的附近区域垂直平面场图案，示出了沿着所绘制曲线的磁通量密度，以及用于成功激活在该场中的RFID筹码所需的阈值；

图3A是21点游戏桌的透视图，其具有嵌入的耦合环形导体以及位于耦合导体上的筹码放置位置处的游戏筹码；

图3B是在本发明一个典型实施例中的用于观察的21点游戏桌的放大图。在该图中可以看到携带耦合导体的印刷电路板和桌下屏蔽层；

图4(a)描述了携带次环路的嵌入物以及与次环路连接的集成电路；

图4(b)示出如何将携带环路的嵌入物封装到游戏筹码中；

图4(c)示出如何将RFID嵌入物与共振磁条或金属条组合，以有效实现AES；

图5是本发明的系统方框图；

图6示出在两个耦合器处于相近位置时发生的共振分离现象；

图7描述筹码堆叠的共振行为；以及

图8示出在本发明中的磁耦合概念。

具体实施方式

现在，参照图1至8，尤其是参照图3，示出以下所公开的本发明的优选实施例。

多个主环形导体450安装在游戏桌(例如21点桌307)中。由环形导体所生成的磁场所示出的体积(volume)518限定了游戏区域302，在该区域302中必须对游戏筹码408进行识别和计数。在这些区域之外，特别是在这些区域之间303，则不存在游戏筹码和询问器502之间的通信。这种无通信区302确保能够防止从一个导体至另一导体的交叉读取。这通过位于每个主耦合器(308)附近的磁场控制耦合器517来实现。所有场控制耦合器均连接至主动场控制装置，该装置基于由所述场控制耦合器所返回的信息来计算场的形状参数。

预定振幅和频率的交流电流经通导体450，因此生成已知特征158的磁场151。这是由磁感应场耦合器所生成的磁场，而不是由发射偶极天线生成的。

耦合器设计的优选实施例在于，使用经过调谐的小回路在RFID载波频率上进行共振，以及仅使用临近的近场进行通信。这种场定义为准静场，并且将其作为不发射的静磁场来进行分析。环路半径为波长的很小一部分，这表示其场图案看起来类似环型线，如图1(e)所示。远场发射非常弱，除非所构建的环路半径大于波长的1/2。

环路耦合器按照2D横截面视图(图2)所示放置。其示出了两个耦合器。对于激励的耦合器157示出了通量152和156的磁场线。该附图大概按比例示出了结合至所修改的21点桌中的耦合器的相对位置。用于通信的区域在耦合器157的垂直上方。

具有向上箭头的线为正，具有向下箭头的线为负。应注意的是，通过在激励的耦合器右侧的耦合器位置存在明显场降。

为了能够读取RFID筹码，嵌入物401“可看见”的磁通量密度必须超过用于激活的特定阈值。对于所使用的筹码类型，其大约为0.1微特斯拉。图2(b)是沿着耦合器上方大约3英寸高度上的线153的磁通量密度曲线图。这等同于20个筹码的高度。该曲线图沿着垂直轴158采用0.2微特斯拉进行刻度标定/划分。使用足够的功率(电流)来驱动耦合器，以保证至少10倍于所需的最小读取阈值160，以便筹码也可以可靠地“写入”，并且可以保证存在足够容限以便补偿筹码堆叠的共振分裂效应(其降低电路增益)。

图2(c)163为沿着线(154)的磁通量密度的曲线图。这示出该磁通量密度足够激活筹码，即位于相邻筹码放置区的筹码(在阈值161之上)的。而对于筹码嵌入物来说，无论磁通量为正还是负(162)都可以。

如图2所示，以及如上所述，存在2种冲突的需求。有必要具有足够强的场以激活在堆叠中的筹码，而不激活在相邻筹码放置区的筹码。磁场图案的特性在于通过普通方法不可获得明显的截止。本发明包括使用辅助耦合器(图5#517)和场控制电路(图5#519)。该特征防止在该区域外的筹码被读取。

如果需要，可以对环中流通的电流进行相位、频率、时间或编码的调制，以便向游戏筹码301引入数据传输功能。

图3B是示出2个典型游戏区域和键元件的相对位置的游戏桌的放大图。为了方便，坐标系统(317)示出垂直于桌子的Z轴。

该桌子为具有上表面毡(304)、筹码放置区轮廓、典型圆(302)和底部材料(310)(通常是木制的)的标准游戏桌。为该桌子添加耦合器电路板(323)，该板为主耦合器类型。在通信区(筹码放置区)(302)下方并与之对准(324)。每一筹码放置区和庄家区都具有主耦合器。

主耦合器电路板(323)至少为具有顶层表面屏蔽地线(320)和底层表面屏蔽地线(321)的4层板。这些屏蔽必须具有缝隙，以避免生成完整的涡电流路径。环路电路可以是1个或2个线匝(turn)(320)。电路板还包括到50欧姆的调谐与匹配组件(316)。SMB连接器(315)用于将该板连接至读取器(未示出)。

以下所示的耦合器板为用网或连续导电材料制造的丝网层(311)。必须与耦合器电路板分离几英寸，并且必须使用适当位置上的屏蔽调谐耦合器板的共振频率。

在筹码放置区(302)中示出20个筹码的典型筹码堆叠(325)。当读取在区域(302)中的筹码时，本发明确保不会同时读取在相邻区域中的筹码(301)和(319)。通信区域的边界完全定义在1个筹码直径距离上的每个筹码放置圆周边。在如(318)部分示出。筹码(301)处于(302)区域外，并且在询问筹码堆叠(325)时不被读取。

在顶部，游戏桌加封有保护涂层309，以防止液体进入下面的电路层310。

游戏筹码408设置有环形导体403，使得由桌子环形导体的磁耦合以及其他游戏筹码环形导体的磁耦合所引发的电流通过环形导体403流动(次环路)。游戏筹码还包括集成电路404，其包含适当的游戏筹码识别数据，能够产生可用于通过磁耦合发送这种数据的信号。如果需要，集成电路还可包括使得存储器中的数据能够根据通过磁耦合从主环路接收的信号调制中嵌入的指令进行更新的功能。选择走线(trace)宽度、走线间缝隙402、每个环形导体403的走线厚度和走线数量、以及共振频率，以便在筹码堆叠起来时，实现一致的和准确的对游戏桌的读出和对游戏筹码的写入。将这里的最小堆叠高度设置为20个的高度。

通过考虑图5的框图可进一步理解在本发明中公开的本发明的整体系统行为。使用21点作为优选实施例，将玩家筹码放置在由1至7指示的筹码放置区501，在此，在桌子顶部307上标志所指示的区域302。区域“D”519为庄家所使用的类似区域，以便读取所收集或支付的筹码，或者可以按照娱乐场运营者的决定(可选功能)使用玩家姓名初始化筹码。

询问器(读取器)(502)初始化扫描过程控制多路复用器(516)，其对信号进行选路并依次接收来自每个耦合器(308)的响应。询问器(502)通过通信接口电路(513)和通信链路(514)发送从筹码读取的重定格式的数据至主机计算机。接口电路和通信链路的典型实施例是无线、以太网、RS 232或RS 485信道。主机计算机可以位于娱乐场设备的中心，或者分布在“游戏台区老板”区域。

与每个主耦合器308关联的自我测试耦合器(510)监视磁场的局部区域，并连接至自适应控制电路(512)。通过监视该数据，询问器发送的功率可以自适应地改变，或者对所述功率进行监控以发现故障。该电路还用于检测和警告可能试图干扰系统的外来信号。

该系统还包括在每个主耦合器(308)附近的磁场控制耦合器(517)。如先前对于磁场磁通量密度的讨论，(图2#153，162)，有必要使用主动电路方法来防止读取在所期望的读取区域之外的筹码。实现该方法的电路封装在标识为主动场控制(520)的方框中。在运行期间连续激活该电路。

为了更好地理解该发明，在以下示出了对于磁耦合的基本概念。

当耦合器环路相互接近放置时，如同读取器耦合器和筹码的情况一样，将每个环路分别调谐到共振，发生称为“共振分裂(resonance splitting)”的现象。每个耦合器为LC共振电路，并与导致互感M的磁通量链接。根据以下公式，将所得到的共振频率分成2个部分，包括：

F1＝1/2*pi*sqrt{(L-M)*C}

F2＝1/2*pi*sqrt{(L+M)*C}

其中L为主环路的电感系数

M为与主环路的互感系数

C为环路共振电容

F1、F2为共振频率

该耦合行为推动了设计第二环路电感器线圈的努力。如果在这里不特别注意，则堆叠的结果共振频率可大大低于工作频率。

图6示出在调谐到围绕13.5MHz进行共振的2个环路的情况下所发生的共振分裂的实例。两个曲线601和602示出在两个不同耦合条件下(由耦合因数K所示)的耦合行为。在第一种情况下(曲线601)，两个环路松散耦合。在这种情况下，所得到的共振频率彼此非常接近，同时在第二种情况下，在各个环路之间的耦合比较稳固，结果频率彼此差别较大。

较低频率是在每个环路中的电流同相时的情况，较高频率是在所述电流反相时的情况。

图7示出在对筹码进行堆叠时所发生的情况。较高频率超出曲线的范围。共振频率为在最接近于0度相位偏移的曲线中的倾角。当在图7(a)的堆叠上仅有2个筹码时，最低共振频率大约为20MHz。

随着在图7b和c中进一步堆叠额外的筹码，可看出第一共振接近并最终达到13MHz，这也是我们期望的工作频率。

图8是对于这种情况下的磁性电路。每个筹码松散地耦合至主环路，并且还紧密地彼此耦合。本发明的这方面的基础在于，选择单一筹码共振频率，该共振频率使得堆叠效果将其尽可能地下降至13.5MHz。

在优选实施例中，设计频率为22MHz。选择筹码嵌入环路直径，以捕获足够的耦合能量，从而在筹码在堆叠顶部时能够激活内部微芯片。这也必须使得在游戏桌表面上的该高度上的磁场发生发散和降低。此外，嵌入环路直径受到游戏筹码的最终尺寸的限制，其最终尺寸典型地为39mm。还期望通过使得图4中所示的筹码中的嵌入物偏心来最小化互感系数M。

在游戏筹码中还可以包括附加的反盗窃保护。这种反盗窃保护可以包括提供适当的共振材料，例如(但不限于)镍条409，从而将镍条设置为交叉状，以便提高在共振器上的检测效果。镍条409在封装之前沉积在游戏筹码洞410中。应该采用防止金属条短路环路走线的方式将金属条沉积在第二导体环路之下。

这种系统的主要优点在于，与过去所提出的其它系统不同，其能够精确确定游戏筹码在指定区域的内部还是外部。由于磁场的磁通线在安装主环路的区域外部迅速发散，所以位于该区域外的游戏筹码将不容易被系统“看到”。

由于在该区域中的任何传输障碍(例如手、眼镜、棍或任何其他物体)能够大大扰乱它们的覆盖特征，所以通过基于光学或射频的系统将不能获得这种精度。此外，磁耦合技术并不引人注意并且更加舒适和可靠。

尽管这里通过本发明的优选实施例已经说明了本发明，但是在所附权利要求的范围内可以对本发明进行任意修改，并且所述修改不认为是改变或更改了本发明的特点和范围。

Claims (14)

1.一种对游戏筹码进行识别和计数的系统，包括：

游戏筹码组，所述游戏筹码组中的每个游戏筹码都包括至少一个环形导体和可操作地连接至所述环形导体的集成电路，所述集成电路包括识别数据；以及

至少一个游戏桌，所述游戏桌设置有用于所述游戏桌上每个游戏区域的主环形导体和可操作地与每个环形导体关联的电子模块，所述电子模块提供预定振幅和频率的电流以引发磁场，并且用于接收和解释所接收的信号；

从而，当所述游戏筹码处于所述主环形导体附近时，在所述游戏筹码的环形导体与所述主环形导体之间发生近场磁耦合，从而以信号的形式将信息从所述游戏筹码发送至所述电子模块。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述游戏桌包括至少两个游戏区域，每个所述游戏区域都设置有主环形导体。

3.如权利要求1所述的系统，其中，所述主环形导体为单个线匝、多个线匝或者其组合。

4.如权利要求1所述的系统，其中，将所述游戏桌和游戏筹码中的耦合器环路设计为使用近场磁耦合，其中，所述环形导体的长度小于1/10波长。

5.如权利要求1所述的系统，其中，利用导线、电缆以及刚性或挠性的印刷电路板来制造所述游戏筹码的所述环形导体和所述游戏桌的所述主环形导体。

6.如权利要求1所述的系统，其中，所述游戏筹码的所述环形导体和所述游戏桌的所述主环形导体包括各种形状和尺寸的铁氧体片，以限定所述近场磁耦合的范围。

7.如权利要求1所述的系统，其中，所述游戏桌的所述环形导体为平面的，或重叠的，或者在桌面下方的其他正交方向上。

8.如权利要求1所述的系统，其中，对所述主环形导体中的至少一个连续激励，以及依次对所述主环形导体中的至少另一个进行激励。

9.如权利要求1所述的系统，其中，所述主环形导体被设置为使得所述游戏区域中的磁耦合最大化并且使得所述游戏区域之外的磁耦合最小化。

10.如权利要求1所述的系统，其中，所述游戏筹码的所述环形导体被设置为使筹码之间的相互耦合在所述筹码进行堆叠时最小化。

11.如权利要求1所述的系统，其允许至少20个所述游戏筹码堆叠在一起，并且通过所述电子模块对它们内部的识别数据进行询问和写入。

12.如权利要求1所述的系统，其中，使用每个游戏区域的主环形耦合器附近的磁场强度的测量结果对所述电子模块的发射功率进行自适应控制。

13.如权利要求1所述的系统，其中，使用主动磁场控制来消除邻近游戏区域的“交叉读取”。

14.如权利要求1所述的系统，其中，所述游戏筹码还包括可通过金属探测器的任意一个EAS系统检测的2个交叉的磁性金属条。

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