CN101316401B - 基于射频识别原理的手机系统 - Google Patents
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Abstract
本发明一种基于射频识别原理的手机系统，涉及手机输入设备技术，它包括：基于电子标签电路的第二键盘和手机部分，第二键盘与手机是非接触的，通过无线射频方式向手机发送数据。本发明利用手机中的读写模块对电子标签的自动识别功能以及电子标签唯一编码的唯一性，将多个电子标签集成到键盘中，使每个电子标签唯一编码都对应为一个键盘输入信号，通过按键开关控制这些电子标签是否工作，当按键被按下后，可以将相应的电子标签信息转换为对手机的按键输入，从而实现了手机信息的快速输入功能。本发明利用射频识别技术的特点，实现了一种无需电源、快速连接和设置、方便携带的手机键盘，可以有效提高输入速度，解决了目前手机键盘输入不便的问题。
Description
技术领域
本发明涉及输入设备技术领域，特别是一种手机便携式输入键盘及系统，主要是一种基于射频识别原理的手机系统。
背景技术
射频识别(RFID)技术是一种基于射频原理实现的非接触式自动识别技术。最基本的射频识别(RFID)系统由以下几部分组成：电子标签、读写器和读写器上位系统。射频识别(RFID)系统的工作原理如下：读写器通过发射天线散射一定频率的射频信号，电子标签进入发射天线工作区域时，感应该射频信号产生感应电流，并从中提取能量激活本身电路；处于激活状态的电子标签通过标签内置的发送天线返回带其自身编码等需发送的信息的载波信号作为应答信号；系统接收天线接收电子标签返回的载波信号，经天线调节器传回给读写器；读写器解调和解码接收到的信号后传送到后台主系统过滤及认证；主系统接收读写器传来的信息根据逻辑运算判断该电子标签的合法性，并根据不同设定作相应处理或发出指令信号控制执行机构动作。
近几年，射频识别技术的迅速发展和广泛应用，使市场上产生了多种与之相结合的新技术和新产品。NFC技术是一种基于射频识别原理的技术，无须人工干预，它就可以通过射频信号自动识别目标对象并获取目标对象的相关数据。2006年，手机厂商推出了集成射频识别(RFID)和NFC等读写模块的手机产品，它通过在手机电路中加入射频识别(RFID)或NFC模块实现识别电子标签的功能，并把接收到的数据传送给手机嵌入式系统。
手机技术的发展，经历了体积从大到小和功能从小到大两方面的过程：第一，在体积结构方面，最初的体积臃肿发展到现在的灵活小巧和高集成度；第二，在功能方面，最初简单的移动通讯功能发展到现在集通讯、娱乐、商务、媒体和数据处理功能于一身。随着手机功能的日益强大，移动平台软件的不断丰富，在手机上出现了诸如网络浏览、电子邮件、文字处理、数据处理等多种应用，这种应用场合需要用户向手机输入大量的信息。然而目前市场上的手机产品，很少有全键盘设计，因为大部分应用只需少量的输入操作，全键盘设计虽然可以快速输入信息，却以大幅度增加产品的体积，影响其便携性为代价。因此，手机厂商广泛采用的是按键复用的方法，这种键盘设计方法是使每个按键对应多个字母、数字和符号，通过连续按键次数对输入字符进行选择。这样就减少了按键的数量，以保证整个手机的体积。而在某些特殊应用——如编写电子邮件或文档——中，按键复用方法的弊端也就暴露出来：这种设计极大的影响了输入的速度和效率。因此，需要有一种独立于手机本体，不影响其便携性，又能够方便快速地与之相连接的输入设备。
手机与射频识别这两项技术的紧密结合，为信息获取和输入提供了新的手段。包含射频识别(RFID)或NFC模块的手机，一方面可以把它作为一种自动识别设备，用于读写电子标签；另一方面，由于每个电子标签都有一个唯一编码，如果使此唯一编码与特定的功能按键实现一一对应，就可以把电子标签当作一种输入设备，向手机输入指令和信息。对于包含射频识别(RFID)或NFC模块的手机，使若干电子标签的唯一编码分别与键盘上的按键相对应，当某一个电子标签被人为激活以后，手机中的射频识别(RFID)或NFC模块将读到的唯一编码映射为按键输入信号，就可以实现一种基于射频识别原理的便携式键盘。
发明内容
本发明的目的是为了满足部分手机应用中快速输入的需求，同时避免增加手机本体体积，提出一种基于射频识别原理的便携式折叠键盘，可应用于包含射频识别(RFID)或NFC模块的手机，以有效提高输入速度，解决目前手机键盘输入不便的问题。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种基于射频识别原理的手机系统，其包括基于电子标签电路的第二键盘和手机两部分，手机具有现有手机的所有功能，第二键盘与手机是非接触的，第二键盘通过无线射频方式向手机发送数据，驱动模块安装在手机操作系统中，将接收到的数据映射为第二键盘字符输入；其中，
第二键盘包括按键开关、标签芯片、标签天线、柔性电路板和外壳，按键开关、标签芯片固接在一片柔性电路板上，按键开关与标签芯片一一对应电连接，构成一个工作单元，工作单元的数量至少两个，各按键开关通过柔性电路板分别电性连接于两个标签天线，构成第二键盘电路；各部件组设在一个外壳形成的空腔内，由外壳支撑和保护该电路；
手机包括硬件模块单元、硬件驱动单元、嵌入式操作系统及上层应用单元，各部分顺序电连接；硬件模块单元中包括至少一个射频识别/NFC模块，硬件驱动单元中包括至少一个第二键盘驱动模块；
第二键盘的标签天线与手机硬件模块单元中的射频识别/NFC模块进行双向无线通讯。
所述的系统，其所述第二键盘，为基于射频识别原理的手机便携式折叠键盘，其工作所需能量完全从手机射频识别或NFC模块所发射的射频信号供给。
所述的系统，其所述手机便携式折叠键盘，其外壳分为两部分，两部分相对端缘动连接，两部分在使用时，开启平设操作，不使用时，能够相对折叠收起，以方便携带；外壳一侧设有片状支架，支架与外壳动连接，在使用时，开启一角度，放置手机，不使用时，能够相对折叠收起，以减少体积；两标签天线固设于支架上。
所述的系统，其所述标签芯片工作频率、通讯协议均与手机射频识别或NFC模块相同，每个标签芯片分别存储一个唯一编码，并具有两个外接触点。
所述的系统，其所述标签天线的阻抗等于按键开关与柔性电路板的组合特性阻抗。
所述的系统，其所述按键开关，分为功能键区和字符键区，两键区内各包括多数个按键开关与标签芯片构成的工作单元，标签芯片与标签天线之间，通过按键开关的闭合和打开控制标签芯片与标签天线的连通与断开。
所述的系统，其所述柔性电路板与按键开关相对应的将键盘电路分为字符键区和功能键区。
所述的系统，其所述字符键区中，按键开关的布局与标准PC键盘相同。
所述的系统，其所述按键开关，操作时，允许进行单个字符键被按下、单个功能键被按下或单个字符键和单个功能键同时被按下的三种操作；当两个或两个以上的字符键被按下时，字符键区失效；当两个或两个以上的功能键被按下时，功能键区失效。
所述的系统，其所述第二键盘驱动模块，包括键盘映射表、过滤模块和设置模块三部分；键盘映射表用于存放电子标签唯一编码与手机嵌入式操作系统中键盘输入接口指令的对应关系；过滤模块监听从手机射频识别或NFC模块提交的电子标签唯一编码，与键盘映射表进行比对，当发现该唯一编码包含在表中时，则截取该唯一编码，将其转换为键盘映射表中与之相应的键盘输入接口指令发送给手机嵌入式操作系统，如果该唯一编码不包含在表中，则不进行转换，将其作为常规电子标签数据直接发送给手机嵌入式操作系统；设置模块用于创建新的键盘映射表或修改已有键盘映射表中的数据，确定电子标签唯一编码与键盘输入接口指令的对应关系，实现对便携式键盘按键的支持和重新定义。
本发明的优点：
a.以无线方式传递能量，无须外接电源或安装电池；
b.以无线方式传递数据，安装方便，只要在手机嵌入式系统中安装和配置好驱动模块，使手机和键盘处于读取范围以内，就可以使用，无须与手机进行硬件连接；
c.键位设置与PC键盘相同，方便使用；
d.硬件部分采用可折叠和柔性电路板设计，便于携带；
e.更换键盘时只需对驱动模块进行简单设置就可以支持，未经配置的键盘对手机没有操作权限，仅作为常规数据处理；
f.支持组合键，方便用户自定义操作。
本发明实现了一种基于射频识别原理的手机便携式折叠键盘，可以在需要向手机输入大量信息时迅速安装使用，代替手机原有的键盘，实现快速、高效的文本信息输入，在不需要的时候，还可以将其折叠关闭，随身携带。随着手机与射频识别技术的紧密结合以及应用推广，成为一种标准的便携式手机输入设备。
附图说明
图1为本发明的基于射频识别原理的手机系统结构原理示意图；
图2为本发明的手机系统中便携式折叠第二键盘示意图；其中：图2(a)为主视图；图2(b)为俯视图；图2(c)为支架；
图3为本发明的手机系统中柔性电路板示意图；
图4为本发明的便携第二键盘驱动模块工作原理图。
具体实施方式
本发明的原理如下：
由基于电子标签电路的键盘硬件和手机中的读写驱动部分组成，其中第二键盘与具有射频识别(RFID)或NFC模块的手机无硬件连接，通过无线射频方式发送数据，驱动模块安装在手机中，用于将手机接收到的数据映射为键盘字符输入。
如前所述的基于射频识别原理的便携式折叠第二键盘，不需要额外的电源供电，其工作所需能量完全从手机射频识别(RFID)或NFC模块所发射的射频信号供给。
如前所述的基于射频识别原理的便携式折叠第二键盘由两个或两个以上的按键开关、数量与按键开关相同的标签芯片、一片柔性电路板、两支标签天线和一个外壳共同组成，每个按键开关分别与一个标签芯片相连，二者成对连接在柔性电路板上，柔性电路板与标签天线相连，它们构成键盘硬件电路，外壳用于支撑和保护硬件电路。
如前所述的基于射频识别原理的便携式折叠第二键盘，其标签芯片工作频率、通讯协议均与手机射频识别(RFID)或NFC模块相同，每个标签芯片分别存储一个唯一编码，并具有两个外接触点。
如前所述的基于射频识别原理的便携式折叠第二键盘，其标签天线的阻抗等于按键开关与柔性电路板的组合特性阻抗。
如前所述的基于射频识别原理的便携式折叠第二键盘，其标签芯片与标签芯片并不直接连接，通过按键开关的闭合和打开控制标签芯片与标签天线的连通与断开。
如前所述的基于射频识别原理的便携式折叠第二键盘，其柔性电路板将键盘电路分为字符键区和功能键区，键盘的按键设置也相应地分为字符键和功能键。
如前所述的基于射频识别原理的便携式折叠第二键盘，其字符键区按键开关布局与标准PC键盘相同。
如前所述的基于射频识别原理的便携式折叠第二键盘，其按键允许进行单个字符键被按下、单个功能键被按下以及单个字符键和单个功能键同时被按下三种操作；当两个或两个以上的字符键被按下时，字符键区失效；当两个或两个以上的功能键被按下时，功能键区失效。
如前所述的基于射频识别原理的便携式折叠第二键盘，其外壳设计为可折叠方式，以方便携带。
如前所述的基于射频识别原理的便携式折叠键盘驱动模块部分，安装在包含射频识别(RFID)或NFC模块的手机嵌入式操作系统中，包括键盘映射表、过滤模块和设置模块三部分，其中键盘映射表用于存放电子标签唯一编码与手机嵌入式操作系统中键盘输入接口指令的对应关系；过滤模块监听从手机射频识别(RFID)或NFC模块提交的电子标签唯一编码，与键盘映射表进行比对，当发现该唯一编码包含在表中时，则截取该唯一编码，将其转换为键盘映射表中与之相应的键盘输入接口指令发送给手机嵌入式操作系统，如果该唯一编码不包含在表中，则不进行转换，将其作为常规电子标签数据直接发送给手机嵌入式操作系统；设置模块用于创建新的键盘映射表或修改已有键盘映射表中的数据，确定电子标签唯一编码与键盘输入接口指令的对应关系，实现对便携式键盘按键的支持和重新定义。
下面结合附图对本发明加以详细说明。
图1中：
各部分分别为：便携第二键盘1，标签芯片2，按键开关3，标签天线4，手机5，射频识别(RFID)/NFC模块6，便携键盘驱动模块7，嵌入式操作系统8，上层应用9，硬件驱动10，硬件模块11，功能键区12，字符键区13。
其中手机5包括硬件模块11，硬件驱动10，嵌入式操作系统8和上层应用9四部分，硬件模块11中除普通的手机硬件电路外还集成了射频识别(RFID)/NFC模块6，它们分别实现不同的硬件功能，如通讯、显示、发声、读取信息等；硬件驱动10用于驱动各个硬件模块11，它接受嵌入式操作系统8发出的硬件操作指令，控制硬件模块11做出响应，并将硬件模块11的信息返回给嵌入式操作系统8；嵌入式操作系统8集中管理硬件驱动10，并为上层应用9提供统一的编程接口；上层应用9是安装在嵌入式操作系统8上的应用软件，它通过调用嵌入式操作系统8的接口控制各个硬件模块完成特定的应用，如通讯、媒体播放、文字数据处理等。
其工作过程如下，当某个按键开关3被按下时，与此开关相连的标签芯片2就与标签天线4接通组成一个完整的电子标签电路，手机5的射频识别(RFID)/NFC模块6通过射频方式读取到这个电子标签的唯一编码，向上传递给硬件驱动10，其中的便携键盘驱动模块7将这个电子标签唯一编码转换为按键信息发送给嵌入式操作系统8，操作系统就收到了一个字符或控制键输入，安装在操作系统中的上层应用9可以对该输入做出相应的动作。如果功能键区12和字符键区13各有一个按键开关3被按下，则此时有两个标签芯片2分别与功能键区12和字符键区13中的标签天线4接通，组成了两个完整的电子标签电路，手机5的射频识别(RFID)/NFC模块6会读到两个标签，便携键盘驱动模块7会将这两个电子标签唯一编码转换为组合键输入信号发送给嵌入式操作系统8，于是上层应用9就通过操作系统接收到了一个组合键输入信号。
图2中：
各部分分别为：标签芯片2，按键开关3，标签天线4，柔性电路板14，外壳15，支架16。
其中标签芯片2用于存储一个唯一的唯一编码，按键开关3控制与之相连的标签芯片2是否与标签天线4接通，柔性电路板14用于安装布置标签芯片2、按键开关3、标签天线4以及其他外围电路，外壳15用于安装、支撑和保护电路结构，支架16用于在使用中放置手机，在不使用的时候，可以将外壳15从中间折叠，支架16也可以折叠进外壳15中，从而方便携带。
图3中：
各部分分别为：标签芯片2，按键开关3，标签天线4，柔性电路板基层17，印刷导线18。
其中柔性电路板基层17是电路的载体，印刷导线18则用来连接标签芯片2、按键开关3和标签天线4。
需要明确的是：图3只是为方便说明本发明原理所绘的示意图，本发明保护范围并不局限于图中所描述的这种电路结构。
图4中：
各部分分别为：射频识别(RFID)/NFC模块6，便携键盘驱动模块7，嵌入式操作系统8，过滤模块19、键盘映射表20、设置模块21。
其中便携键盘驱动模块7中的过滤模块19用于过滤从射频识别(RFID)/NFC模块6发送的电子标签唯一编码，并依据键盘映射表20完成转换，键盘映射表20用于存储电子标签唯一编码与按键之间的对应信息，以供过滤模块19使用，设置模块21用于修改键盘映射表20所存储的信息，实现对按键的自定义以及支持新的键盘。
其工作过程如下：在使用中，当射频识别(RFID)/NFC模块6读取到电子标签唯一编码以后，会把这个唯一编码向嵌入式操作系统8发送，此时，过滤模块19会拦截这一信息，将这个唯一编码与键盘映射表20进行比对，如果唯一编码出现在键盘映射表20中，则按照表中的记录将此信息修改为键盘输入信号，发送给嵌入式操作系统8，如果这个唯一编码不在键盘映射表20中，则过滤模块19不对其进行任何改变，将其以常规电子标签数据发送给嵌入式操作系统8；自定义按键、更换按键或键盘时，则启动设置模块21，它会读取键盘映射表20中的数据并将其显示出来，用户可以修改按键信号与电子标签唯一编码之间的对应关系，经过保存以后，新的对应关系即可生效，从而完成对按键的自定义操作或对新键盘、按键的支持。
上面描述是用于实现本发明的实施例，本发明的范围不应由该描述来限定，本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换，均属于本发明权利要求保护的范围。
本发明系统所实现的便携式键盘，其应用领域也不局限于作为手机的输入设备，理论上，任何包含读写模块的设备，都可以将本发明所实现的便携式键盘作为输入设备，其设计原理与上述用于手机的便携式键盘原理相同，具体实现方式可根据需求进行必要的调整。
Claims (10)
1.一种基于射频识别原理的手机系统，其特征在于：包括基于电子标签电路的第二键盘和手机两部分，手机具有现有手机的所有功能，第二键盘与手机是非接触的，第二键盘通过无线射频方式向手机发送数据，驱动模块安装在手机操作系统中，将接收到的数据映射为第二键盘字符输入；其中，
第二键盘包括按键开关、标签芯片、标签天线、柔性电路板和外壳，按键开关、标签芯片固接在一片柔性电路板上，按键开关与标签芯片一一对应电连接，构成一个工作单元，工作单元的数量至少两个，各按键开关通过柔性电路板分别电性连接于两个标签天线，构成第二键盘电路；各部件组设在一个外壳形成的空腔内，由外壳支撑和保护该电路；
手机包括硬件模块单元、硬件驱动单元、嵌入式操作系统及上层应用单元，各部分顺序电连接；硬件模块单元中包括至少一个射频识别/NFC模块，硬件驱动单元中包括至少一个第二键盘驱动模块；
第二键盘的标签天线分别与每个手机硬件模块单元中的射频识别/NFC模块进行双向无线通讯。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述第二键盘，为基于射频识别原理的手机便携式折叠键盘，其工作所需能量完全从手机射频识别或NFC模块所发射的射频信号供给。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于：所述手机便携式折叠键盘，其外壳分为两部分，两部分相对端缘动连接，两部分在使用时，开启平设操作，不使用时，能够相对折叠收起，以方便携带；外壳一侧设有片状支架，支架与外壳动连接，在使用时，开启一角度，放置手机，不使用时，能够相对折叠收起，以减少体积；两标签天线固设于支架上。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述标签芯片工作频率、通讯协议均与手机射频识别或NFC模块相同，每个标签芯片分别存储一个唯一编码，并具有两个外接触点。
5.如权利要求1或3所述的系统，其特征在于：所述标签天线的阻抗等于按键开关与柔性电路板的组合特性阻抗。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述按键开关，分为功能键区和字符键区，两键区内各包括多数个按键开关与标签芯片构成的工作单元，标签芯片与标签天线之间，通过按键开关的闭合和打开控制标签芯片与标签天线的连通与断开。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述柔性电路板与按键开关相对应的将第二键盘电路分为字符键区和功能键区。
8.如权利要求6或7所述的系统，其特征在于：所述字符键区中，按键开关的布局与标准PC键盘相同。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述按键开关，操作时，允许进行单个字符键被按下、单个功能键被按下或单个字符键和单个功能键同时被按下的三种操作；当两个或两个以上的字符键被按下时，字符键区失效；当两个或两个以上的功能键被按下时，功能键区失效。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述第二键盘驱动模块，包括键盘映射表、过滤模块和设置模块三部分；键盘映射表用于存放电子标签唯一编码与手机嵌入式操作系统中键盘输入接口指令的对应关系；过滤模块监听从手机射频识别或NFC模块提交的电子标签唯一编码，与键盘映射表进行比对，当发现该唯一编码包含在表中时，则截取该唯一编码，将其转换为键盘映射表中与之相应的键盘输入接口指令发送给手机嵌入式操作系统，如果该唯一编码不包含在表中，则不进行转换，将其作为常规电子标签数据直接发送给手机嵌入式操作系统；设置模块用于创建新的键盘映射表或修改已有键盘映射表中的数据，确定电子标签唯一编码与键盘输入接口指令的对应关系，实现对便携式键盘按键的支持和重新定义。
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