CN101751544B - 用于从应答器模块中读取数据的设备 - Google Patents

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Abstract

在一种读取器设备(1)中，天线(12)通过天线连接元件(13)电连接于处理单元(11)。处理单元的控制用于通过电磁场(2)从应答器模块(3)中读取数据。读取器设备包括用户接口单元(5)，通过连接元件连接到处理单元并且包括数据输出部件(52)和/或数据输入部件(51)。数据输出部件通过连接元件从处理单元接收读取器数据并且输出该数据。数据输入部件通过一个数据入口元件(511)接收用户数据并且通过连接元件传送该数据给处理单元。因此，用户认证数据能被用户输入并且被传送到处理单元，而不需要在用户接口和处理单元间额外布线。

Description

用于从应答器模块中读取数据的设备
技术领域
本发明涉及一种用于从应答器模块读取数据的读取设备。具体地说，本发明涉及一种读取设备，其包括用于通过电磁场从应答器模块读取数据的天线、用于控制所述读取的处理单元和用于电(electrically)连接所述天线到所述处理单元的天线连接元件。
背景技术
目前，用于识别的目的和接入控制的应用，可移动、便携式应答器使用得非常普遍，其包含可以被合适的读取设备通过电磁场用无接触方法读取的识别数据。这种技术通常称为射频识别或RFID。相应地，所述应答器模块被称为RFID标签或RFID应答器。应答器模块包括天线和连接到该天线的微芯片。一般地，微芯片包括一个包含存储(用户或产品)识别信息的数据存储器。应答器模块以各种不同的形式实现，比如标签、卡、手镯或钥匙吊牌。读取设备包括处理单元和连接到处理单元的天线。一般地说，在接入控制应用中所述读取设备的天线被置于公共的可接入区域，而所述读取设备的处理单元由于安全原因被置于与天线分开的位置。例如，关于一个门锁装置，处理单元被置于门面对房间的(内侧)面上以便控制，同时天线被置于门的相对(外侧)面上。
EP 0 730 073描述了这种布置的一个范例，其中天线被集成在一个电子门锁的外板里。天线经电线穿过门锁连接到置于门内侧面的读取设备。
或者，例如美国式的安装，处理单元和天线被置于门的同一侧，而电源，如电池，被置于该门的相对侧。
尽管用电磁场的方法从应答器模块读取识别数据使无接触接入控制成为可能，但是对于关键应用，其安全水平可能不够，比如在一个未经认证的人(如非法获得应答器模块的人)使用应答器，应当被检测出来以防止未认证的接入。此外，提供给用户有关系统接入的系统个性化信息会是有用的，例如时间记录信息，比如工作小时数，剩余假期数量等。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种读取设备，其在不附带现有技术中读取器的至少一些局限的情况下，使通过电磁场从应答器模块读取数据成为可能。具体地说，本发明的一个目的是提供一种用于通过电磁场从应答器模块读取数据的读取设备，该读取设备提供一些方法用于检测出未经认证使用应答器模块的人。
根据本发明，这些目的特别地通过独立权利要求的特征实现的。另外，进一步的有利实施例是根据从属权利要求和说明书得出的。
为了通过电磁场从应答器模块(如可移动、便携式RFID应答器模块，尤其是RFID卡)读取数据(如用户识别数据)，所述读取设备包括读取器天线、用于控制读取的处理单元和电连接所述读取器天线到所述处理单元的天线连接元件。
根据本发明，所述读取设备还包括通过天线连接元件连接到处理单元的用户接口单元，上述目的特别地由此实现。所述用户接口单元包括数据输出部件和/或数据输入部件。数据输出部件用于通过天线连接元件从处理单元接收读取器数据并输出所述读取器数据。例如，读取器数据包括处理单元或计算机化主机单元提供的基于用户识别数据和/或用户认证信息的个性化数据。例如，所述数据输出部件包括一个或多个数据输出元件，比如数据显示设备和/或电声转换器。所述数据输入部件用于通过数据入口(entry)元件接收用户数据和通过天线连接元件传送所述用户数据给处理单元。例如，所述用户数据包括用户认证信息，如密码或PIN码。例如，数据输入部件包括一个或多个数据输入元件，如数据入口元件比如键盘。优选地，读取器设备还包括一个微控制器，所述微控制器通过天线连接元件连接到处理单元，用来控制数据输入/输出元件。通过天线连接元件连接用户接口单元到处理单元的优点是：用户认证数据能被用户输入并传送到处理单元，而不需要在用户接口和处理单元间额外布线。因此，不需要安装和连接任何额外电线，这特别有利于不同厚度的门与电子锁结合。
优选地，处理单元用于根据RFID协议控制从应答器模块的数据读取。而且，数据输出部件包括一个用于根据RFID协议接收被处理单元传送的读取数据的解调器；所述数据输入部件包括一个用于根据RFID协议传送用户数据给处理单元的调制器。例如，数据输入部件包括一个为处理单元调制用户数据的负载调制器。为用户接口单元提供调制器和解调器用于根据RFID协议在处理单元和用户接口单元之间交换数据的优点是：不需要改变处理单元。事实上，对于处理单元，所述用户接口看起来是并且也被作为一个常规(RFID)应答器模块。
在一个优选实施例中，用户接口单元包括一个存有设备标识符的数据存储器。而且，用户接口单元用于通过天线连接元件传送设备标识符给处理单元；并且，基于设备标识符，处理单元用于将通过天线连接元件接收的用户数据赋予用户接口单元。从用户接口单元传送设备标识符给处理单元使得处理单元将用户接口单元与可移动应答器模块区别开成为可能。在一个实施例中，设备标识符是一次性的会话密钥，该会话密钥由用户接口单元为一次通信会话生成。
在一个实施例中，用户接口单元包括一个整流器，所述整流器连接到天线连接元件和用户接口单元的微控制器上。整流器用于利用通过天线连接元件从处理单元接收的载波信号为微控制器提供功率。例如，处理单元用于生成和调制载波信号。例如，载波信号的频率在100KHz到2.5GHz之间。特别地，所述载波信号被设置成RFID系统的工作频率，如6.78MHz、13.56MHz或27.12MHz(或13.56MHz的倍数)。
在一个实施例中，用户接口单元电连接到天线连接元件。在另一个实施例中，处理单元连接到电源；并且读取器设备提供电源与天线连接元件的连接，用于通过天线连接元件为用户接口单元提供直流功率。在又一个实施例中，处理单元连接到主电源并且所述读取设备还包括一个应急电源单元，例如电池或连接到应急电源的连接器。应急电源单元连接到天线连接元件，在主电源无法工作时为处理单元提供功率。另外，应急电源单元优选地连接到用户接口单元的微控制器，在主电源无法工作时为微控制器提供功率。
在一个可选实施例中，用户接口单元包括接口天线，并且用户接口通过接口天线和读取器天线感应地(inductively)连接到天线连接元件。在这个实施例中，对于处理单元，除了用户接口单元提供的设备标识符以外，实际上所述固定的用户接口单元和常规的可移动、便携式(RFID)应答器模块之间并没有区别。
在再一个实施例中，读取设备包括含有处理单元的第一壳体(housing)，和含有用户接口单元的第二壳体。相应地，天线连接元件的一端被置于第一壳体上，相对端被置于第二壳体上。例如，第一壳体和第二壳体是电门锁的部件，并且天线连接元件包含一个门锁的电导部件。或者，天线连接元件包含天线电缆。
附图简要说明
本发明将通过附图解释更多的细节，在附图中：
图1示出了图解说明用于从应答器模块读取数据的读取器设备的示意框图，所述读取器设备具有一个用户接口单元，所述用户接口单元通过天线连接元件电气地连接到读取器的处理单元。
图2示出了图解说明用于从应答器模块读取数据的读取器设备的示意框图，所述读取器设备具有一个通过天线连接元件感应地连接到所述读取器处理单元的用户接口单元。
图3示出了图解说明用户接口单元的一个实施例的电路图，所述用户接口单元在下行链路中具有一个用于传送数据给读取器处理单元的负载调制器。
图4示出了图解说明用户接口单元的另一个实施例的电路图，所述用户接口单元具有一个通过天线连接元件电连接到读取器处理单元的应急电源。
具体实施方式
在图1至图4中，附图标记1指出的是用于通过电磁场2从应答器模块3(如一个RFID应答器)读取数据的读取器设备(如根据一个标准化RFID协议，在比如ISO 18092、ISO 15693或ISO 14443标准中定义的，或根据专用数据传输或RFID协议)。如图1和图2所示，应答器模块3包括一个连接到天线32的(处理)芯片31。芯片31包含存储的数据，如用户(或产品)和/或应答器识别数据。读取器设备1通过天线12发出电磁波2，其所形成的场感应(induce)能量进入应答器模块3并触发应答器模块3传送一个响应给读取器设备1，如RFID协议标准所定义。一般地(但非必需地)，读取器设备1还用于通过电磁场2向应答器模块3写入数据(如根据标准化RFID协议)。因此，读取器设备1实际上是一个读取/写入设备。
如图1至图4所示，读取器设备1包括一个用于控制(RFID)读取过程和，可选择地，与计算机化主机单元4(即高级(superordinate)处理单元)接口连接的处理单元11。优选地，处理单元是可编程微处理器。如图1至图4所示，处理单元11通过天线连接元件13电连接到天线12。依照该实施例，天线连接元件13包含天线电缆，如图3中图解指出，或包含门锁14中的电导(和绝缘)元件。又或者，所述天线连接元件13包含一个波导管(wave guide)。
如图1至图4所示，除天线12外，用户接口单元5连接到天线连接元件13，并且因此，连接到处理单元11。在根据图1、3和4的实施例中，用户接口单元5电连接到天线连接元件13，即在用户接口单元5和天线连接元件13之间有一个基于接触的连接，并且因此，连接处理单元11。在图2所示的实施例中，用户接口单元5包含接口天线54，其通过读取器天线12感应地连接到天线连接元件13。本质上，在后一个实施例中，用户接口单元等同于一个可移动、便携式应答器模块3连接到处理单元11，但是其固定地连到读取器设备1上。
如图1和图2所示，在一个实施例中，读取器设备1包括一个包含处理单元11的第一壳体10，和一个包含天线12和用户接口单元5的第二壳体100。在这个布置方式中，天线连接元件13的一端连到第一壳体10中的处理单元11上。另一端连到第二壳体100中的天线12，并且根据图1，连接到用户接口单元5上。
而且，图1和图2说明了一个方案，其中读取器设备1被集成在(电子)门锁14中。在这个方案里，包含处理单元11的第一壳体10被置于门6(或墙、房间、建筑等)面对被控制房间的(内侧)面上，而包含天线12和用户接口单元5的第二壳体100被置于门6(或墙、房间、建筑等)的相对(外侧)面上。因此，天线连接元件13(即一根天线电缆、门锁14的电导部件或一个波导管)穿过门6上的开口(孔)并且连接处理单元11到天线12和用户接口单元5。
应该指出的是这里的读取器设备1的应用并不仅仅限于门锁14，实际上包括任何包含基于接入控制的应答器的应用。例如，在其它的应用中读取器设备1被集成在自动贩卖机(如自动装饮料机、咖啡机或加气/油泵)或公共通信终端(如(已联网的)电脑、传真机、ATM或电话)或其他的电子设备(如复印机、扫描仪)里。相应地，包括设备专有信息和/或接入/认证码等用户数据通过用户接口被输入进去。
如图1和图2所示，用户接口单元5包括数据输出部件52和数据输入部件51。数据输入部件51包含一个或多个数据输入元件，即数据入口元件511，比如一个或多个按钮或键盘。数据输出部件52包含一个或多个数据输出元件，如显示器521(比如一个或多个LED、LED显示器或LCD显示器)和/或电声转换器522(比如蜂鸣器(beeper或buzzer)或扬声器)。
用户接口单元5还包括微控制器53或相应可编程逻辑单元，其连接到数据输入/输出元件并用于控制数据输入/输出元件，即接收用户通过数据输入元件输入的数据和/或将从处理单元5接收的数据转换成可视和/或可听的。优选地，微控制器53是一个低功率的微处理器，比如德州仪器公司(Texas Instruments Corp.)生产的TI MSP430微控制器或爱特梅尔公司(Atmel corp.)生产的AVR picoPower微控制器。
用户接口单元5还包括一个含有设备标识符531的数据存储器，即用于处理单元11识别用户接口单元5为专用通信实体的识别码，以区别于可移动、便携式应答器模块3。为此目的，处理单元11包括一个设备检测模块111，最好是一个可编程软件模块，用于检测和确定在下行链路数据传送中处理单元11通过天线连接元件13接收的设备标识符。因此，设备检测模块111用于基于设备标识符关联用户接口单元5和在下行链路数据传送中接收的输入数据。所以，设备检测模块111用于检测和确定通过天线连接元件13从用户接口单元5接收的用户输入数据(例如用户认证数据)。依照该实现方法，在接入被准许、门锁14被打开之前，处理单元11或计算机化主机4执行用户认证数据与从用户的相应应答模块3读取的用户识别信息的核实。在一个实施例中，设备标识符是一次性的会话密钥，由用户接口单元5为一次通信会话临时性生成和存储。本领域的技术人员应当知道有可选择的认证和/或识别装置和协议适合建立所述用户接口单元5作为处理单元11的确定的通信伙伴。
如图1和图2图解所示，数据输入部件51包括一个调制器512，用于调制在下行链路数据传送中通过数据输入元件从用户接口单元5接收的数据，然后通过天线连接元件13传送给处理单元11。数据输出部件52包括一个解调器523，用于解调在上行链路数据传送中从处理单元11接收的数据，然后通过天线连接元件13传送给用户接口单元5。优选地，关于任何常规应答模块3，根据例如RFID标准(协议)分别调制或解调所述数据。
图3和图4说明了一个实施例，调制器512作为微控制器53的数据传送中下行链路数据传送的输出Tx的负载调制器。负载调制器是借助负载电阻R和开关S1(如一个晶体管)实现的。微控制器53通过传送输出Tx控制开关S1。相应地，处理单元11用于通过天线连接元件13检测用户接口单元5实施的负载调制，并且因此，通过天线连接元件13接收从用户接口单元5输入的各个数据。
图3和图4说明了一个实施例，解调器523作为微控制器53的数据传送中上行链路数据传送的输入Rx的调幅(AM)解调器。调幅解调器是借助例如二极管和RC电路实现的。相应地，处理单元11用于通过天线连接元件13借助载波信号的调幅调制数据，例如频率在100KHz到2.5GHz之间的(高频)载波信号，被设置成RFID系统的工作频率，如6.78MHz、13.56MHz或27.12MHz或13.56MHz的倍数。在一个可选实施例中，解调器523被集成在微控制器53中。例如，集成的解调器523包括A/D转换级和/或一个检测器，用于检测输入数据，基于根据处理单元11打开/关闭天线连接元件13上的载波信号而存在或不存在的在数据传送输入Rx上的一个信号。本领域的技术人员应当知道各种其它的已知调制/解调技术，如相位调制或移相键控，并且相应类型的解调器523可应用于从处理单元11到微控制器53的上行链路数据传送。
图3还说明了一个实施例，基于用户接口单元5通过天线连接元件13接收的载波信号，通过电压输入Vcc为微控制器53提供功率。为此目的，用户接口单元5包括一个整流器，以图3为例借助二极管D2实现。而且，整流后的载波信号被平滑滤波器平滑，所述平滑滤波器以图3为例借助电容器C3实现。
在图4的实施例中，载波信号被加上一个直流分量通过天线连接元件13为用户接口5提供功率。在图4的例子中，处理单元5的输入电压由电源7的输出通过二极管D3和电压控制器VC1产生。当输入为交流电时，二极管D3截止电源7并作为整流二极管。直流分量被作为补偿电压通过电感器L1(例如电感线圈)加到处理单元的载波信号输出(交流)上。在用户接口单元5中，所加直流分量通过天线连接元件13被接收并且被电容器C5从传送输入Rx中滤出。另一方面，微控制器53的输入电压Vcc由所述直流分量和通过天线连接元件13接收的载波信号在借助电感器L2(例如电感线圈)滤除高频并用电压控制器VC2调节所述直流分量后产生。
图4还说明一个应急电源单元，其在用户接口单元5一边，通过天线连接元件13连接到处理单元11。附图标记8指出了应急电源单元，如电池、用于人工连接应急电源的连接器、或用于借助外部无接触电源应急提供功率的无线接口。应急电源单元8被整流二极管D4截止。如果发生紧急情况，即读取器的电源7无法工作时，微控制器53借助应急电源单元8通过二极管D4和电压控制器VC2提供功率。相应地，处理单元11借助应急电源单元8通过二极管D4、电感器L2(电感线圈)、天线连接元件13、电感器L1(电感线圈)和电压控制器VC1提供功率。

Claims (16)

1.一种读取器设备（1），包括：用于通过电磁场（2）从应答器模块（3）读取数据的读取器天线（12）、用于控制从应答器模块（3）的数据读取的处理单元（11）；电连接读取器天线（12）到控制读取的处理单元（11）的天线连接元件（13）；
用户接口单元（5）包括至少一个数据输出部件（52）和数据输入部件（51）；数据输出部件（52）用于输出读取器数据，数据输入部件（51）用于通过数据入口元件（511）来接收用户数据；其特征在于：
用户接口单元（5）通过天线连接元件（13）被连接到控制读取的处理单元（11）；
数据输出部件（52）用于通过天线连接元件（13）从控制读取的处理单元（11）接收读取器数据；和
数据输入部件（51）用于通过天线连接元件（13）传送用户数据给控制读取的处理单元（11）。
2.根据权利要求1所述的读取器设备（1），其中处理单元（11）用于根据RFID协议控制应答模块（3）的数据读取；数据输出部件（52）包括一个用于根据RFID协议接收被处理单元（11）传送的读取器数据的解调器（523）；数据输入部件（51）包含一个用于根据RFID协议传送用户数据给处理单元（11）的调制器（512）。
3.根据权利要求1或2所述的读取器设备（1），其中用户接口单元（5）包括一个含有设备标识符的数据存储器（531）；用户接口单元（5）用于通过所述天线连接元件（13）传送所述设备标识符给处理单元（11）；并且，基于所述设备标识符，处理单元（11）用于将通过所述天线连接元件（13）接收的用户数据赋予用户接口单元（5）。
4.根据权利要求1或2所述的读取器设备（1），其中数据输入部件（51）包括一个用于为处理单元（11）调制用户数据的负载调制器。
5.根据权利要求1或2所述的读取器设备（1），其中用户接口单元（5）包括一个或多个含有数据显示设备（521）、电声转换器（522）和数据入口元件（511）中至少一个的数据输入/输出元件和用于控制数据输入/输出元件的微控制器（53），所述微控制器（53）通过天线连接元件（13）连接到处理单元（11）。
6.根据权利要求1或2所述的读取器设备（1），其中用户接口单元（5）包括一个连接到天线连接元件（13）和用于控制用户接口单元（5）中的数据输入/输出元件的微控制器（53）的整流器，所述整流器用于利用通过天线连接元件（13）从处理单元（11）接收的载波信号为微控制器（53）提供功率。
7.根据权利要求1或2所述的读取器设备（1），其中所述用户接口单元（5）电连接到天线连接元件（13）。
8.根据权利要求1或2所述的读取器设备（1），其中用户接口单元（5）包括接口天线（54）；并且用户接口单元（5）通过接口天线（54）和读取器天线（12）感应地连接到天线连接元件（13）。
9.根据权利要求1或2所述的读取器设备（1），其中处理单元（11）连接到电源（7）；并且读取设备（1）中电源与天线连接元件（13）连接并且通过天线连接元件（13）为用户接口单元（5）提供直流功率。
10.根据权利要求1或2所述的读取器设备（1），其中处理单元（11）连接到主电源（7）；并且读取器设备（1）还包括一个应急电源单元（8），应急电源单元（8）连接到天线连接元件（13），在主电源（7）无法工作时为处理单元（11）提供功率；应急电源单元（8）连接到用户接口单元（5）的微控制器（53），在主电源无法工作时为微控制器（53）提供功率。
11.根据权利要求1或2所述的读取器设备（1），其中读取器设备（1）还包括含有处理单元（11）的第一壳体（10），和含有用户接口单元（5）的第二壳体（100）；天线连接元件（13）被置于一端在第一壳体（10）上，相对端在第二壳体（100）上。
12.根据权利要求11所述的读取器设备（1），其中第一壳体（10）和第二壳体（100）是电子门锁（14）的部件；并且天线连接元件（13）包括一个所述电子门锁（14）的电导部件。
13.根据权利要求1或2所述的读取器设备（1），其中天线连接元件（13）包括天线电缆。
14.根据权利要求1或2所述的读取器设备（1），其中处理单元（11）连接到一个计算机化主机单元（4）；用户数据包括用户认证信息；读取器数据包括主机单元（4）提供的基于用户认证信息的个性化数据。
15.根据权利要求1或2所述的读取器设备（1），其中应答器模块（3）是可移动、便携式RFID应答器模块，处理单元（11）用于生成和调制频率在100KHz到2.5GHz之间的载波信号。
16.根据权利要求1或2所述的读取器设备（1），其中应答器模块（3）是RFID卡，处理单元（11）用于生成和调制频率在100KHz到2.5GHz之间的载波信号。
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