CN102714925B - 人机对话系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种人机对话系统包括：RFID型读/写工作站（1）特别地包括数据处理装置；与所述读/写工作站（1）磁连接或耦合的天线（6）；包括人机对话界面（20）和电子标签（21）的几个人机对话元件（2）。电子标签（21），具有内部存储器（23）和处理装置（22）且被定位以使得通过所述读/写工作站（1）经由磁耦合被供电且以使得与所述读/写工作站经由磁耦合无接触通信。

Description

人机对话系统
技术领域
本发明涉及人机对话系统。本发明更精确地涉及人机对话系统，其经由在RFID读/写工作站和至少一个人机对话装置之间的磁耦合操作。
背景技术
本发明因此使用射频识别的原理，也称作RFID（射频识别），当一个或者更多个RFID电子标签（也称作收发器（transponder）、标签、或者聪明标签）放置在下文称作工作站对话区域的区域内靠近RFID工作站时，其使得RFID读/写工作站（也称作RFID工作站或者RFID阅读器）能够与它们交换数据。
已知，RFID读/写工作站具有由振荡电路形成的天线，在振荡电路中，磁场可以被形成或捕获，其使得能够经由磁耦合（也称作电感耦合）与放置在工作站对话区域中的任何振荡电路无线通信，例如，该振荡电路具有RFID电子标签的天线。通常，二进制数据在工作站和标签之间通过磁信号的载波频率的振幅和/或相调制进行交换。
RFID电子标签因此能够接收无线电信号且在响应中回传包含相关信息的不同信号。它具有用于存储各种标志、识别和/或处理信息的存储器。当工作站位于附近时，一些标签仅允许读出之前存储的数据，而另一些也允许写入数据（一次写入或者多次写入）并存储在标签中。
并且，在所谓的被动标签的情况下，当该标签处于工作站对话区域中时，通过RFID工作站的天线形成的电磁信号（载波）也用于供该标签供电。由标签天线捕获的能量被实际地转化为电能，其向该标签的内部电路（存储器、处理单元等）供电。被供给由工作站的电磁场产生的能量，标签因此有利地不需要任何内部能量供应，诸如电池或者蓄电池。
人机对话系统从文献US6,285,295可知，包括键盘和RFID工作站。键盘包括多个键，每个键与开关关联，RFID型被动电子标签包括处理装置和内部存储器。与在键盘上的每个键关联的标签并联至共用天线。每个标签的内部存储唯一标志。在键盘上按键引起对应的开关的关闭以及标志与共用天线的连接。通过该天线的中介，标签被接着通过工作站供电且它的唯一的标志可以接着被发送至该工作站。
人机对话系统也在文献US2009/128337中说明。在该系统中，在键盘上的每个键与包括它自己的天线的电子标签关联。根据键的位置，标签位于或者不位于读出工作站对话区域中。当键被按下时，与该键关联的电子标签接近该工作站且可以由该工作站读出。当该键被释放时，电子标签从工作站的场退出且可以不在被读出。
在第一在先技术文献中说明的系统中，按压键因此引起标签与天线的连接，在第二文献说明的系统中，按压键使得标签能够进入工作站对话区域。这两个系统因此适合用于接通-断开按钮类型人机对话装置，因为只有当键被压下时读出工作站才可以读出标签的存储器。这些操作模式不能用于其它类型的人机对话装置，其包括例如具有多于两个位置的信号装置或者更复杂的控制装置。
从文献US2008/007408中也可以得知一种检测装置，其包括受控开关和RFID标签串联定位在其上的电路。根据开关的状态，RFID标签发送表示开关状态的不同的消息。
文献WO2008/038896和US2009/167495都说明了RFID型电子标签，其包括经由标签的内部电路控制和供电的LED。
发明内容
本发明的目标是提供人机对话系统，其中工作站可以与不同类型的人机对话装置关联。
该目标通过人机对话系统实现，人机对话系统包括：
RFID型读/写工作站，其特别地包括数据处理装置；
与读/写工作站磁连接或耦合的天线；
每个包括人机对话界面和电子标签的几个人机对话装置；
电子标签，该电子标签装备有内部存储器和处理装置且被定位以使得经由磁耦合被读/写工作站供电且以使得经由磁耦合与读/写工作站无接触通信；
电子标签的内部存储器存储表示人机对话装置的状态的数据；
工作站包括用于电子标签的内部存储器的读/写装置；
系统包括安装支撑件，该安装支撑件意在以可拆卸和可互换的方式容置每个人机对话装置，提供给该系统极大的模块性。
根据一个特征，人机对话装置包括控制界面，该控制界面由用户可操作且与电子标签的处理装置配合，用于将表示人机对话装置的状态的数据写入电子标签的存储器中。
根据另一个特征，人机对话装置包括信号界面，该信号界面与标签连接以使得能够经由在工作站和标签之间存在的磁耦合被供电，且该信号界面与电子标签的处理装置配合，用于显示与存储在电子标签的内部存储器中的数据对应的状态。
根据另一特征，人机对话装置包括识别或者检测界面，其与电子标签的处理装置配合，用于将表示人机对话装置的状态的数据写入到电子标签的存储器中。
根据另一特征，天线整合进安装支撑件中。
根据另一特征，安装支撑件包括屏蔽件，该屏蔽件被布置以限制在工作站和电子标签之间存在的对话区域。
根据另一个特征，安装支撑件和工作站被定位在壁的每一侧上。
根据第一变型实施例，安装支撑件包括板状件，该板状件意在通过滑动接收几个人机对话装置。
根据第二可变实施例，安装支撑件包括杆，在杆上，人机对话装置被滑动。根据一个特征，天线是例如整合进安装支撑杆中。
根据本发明的另一个特征，系统包括组件，该组件包括无线数据传输/接收装置和电子标签，所述组件能够被定位在安装支撑件上。
附图说明
其它特征和优点将在接下来参照仅以例子给出的且在附图中示出的实施例的详细的说明中呈现，在附图中：
图1示出了根据本发明的人机对话系统的透视图；
图2示出了图1中的人机对话系统的分解图；
图3A示出了图1中的人机对话系统的纵轴截面；
图3B示出了图3A的细节；
图4示出了图1中的人机对话系统的轴向横截面；
图5示意性示出了装备有按钮型控制界面和RFID型电子标签的人机对话装置的操作结构；
图6示意性示出了装备有指示器灯和RFID型电子标签的人机对话装置的操作结构；
图7示意性示出了根据本发明的人机对话系统的变型的实施例；
图8A和8B示意性示出了本发明的不同的操作配置。
具体实施方式
在接下来的说明中，为了简化的原因，在说明的不同的实施例中一些元件保留相同的附图标记。
本发明涉及人机对话系统，其包括特别的RFID型读/写工作站1和至少一个人机对话装置2，人机对话装置2包括人机对话界面20和RFID型电子标签21。
RFID型读/写工作站1被理解为意味着能够从RFID电子标签21存储器读出且有可能向RFID电子标签21存储器写入数据的工作站。在RFID技术中，当电子标签21在工作站1的作用或者对话的场的区域中且工作站1传输电磁信号时，在标签21和工作站1之间存在磁耦合，工作站1的天线6和标签的天线25能够被认为为变压器的初级和次级。标签21响应由工作站1发射的信号，且对话可以得以建立，信息通过在载波频率上的振幅、频率或者相调制得以交换。传输载波频率的值可以在所谓的低频区（例如125kHz）或者优选地高频区（例如13.56MHz）中选择。在两种情况下，系统以近场磁耦合操作，也就是说通常根据可获得的能量，在几厘米至几十厘米的量级范围内。已知，天线通过可能与用于配合天线阻抗且调谐至期望的载波频率的电阻器和电容器向关联的电感形成。
在接下来的说明中，人机对话界面20被理解为意味着任何控制界面，其是可手动操作或者通过外部元件操作以及经由有线或者无线连接直接操作或者远程操作。这因此包括，例如，诸如按钮（push-button）、具有至少两个位置的旋转手柄的不同类型的按钮，以及位置传感器和其它类型的控制界面，诸如触摸屏。
人机对话界面20也被理解为意味着任何视觉或者声音信号界面，无论是否与控制界面耦合。这因此包括，例如，光指示器，发光标签或者显示屏，以及所有声音报警装置。根据本发明，得益于与工作站1的磁耦合，所用的信号界面通过由标签21的天线25捕获的能量被供电。
人机对话界面20也被理解为意味着任何检测或者识别界面，无论是否与上面定义的信号界面或者与控制界面耦合。这因此包括，例如，任何电容型、电感型或者电阻型的传感器，以及任何用于识别人的生物型传感器。
在接下来的说明中，应理解的是人机对话装置2自己可以包括几个不同的上述的人机对话界面（见图1）。因此，人机对话装置2可以例如包括如按钮的控制界面和如光指示器的信号界面。
根据本发明，除了一个或者多个人机对话装置2，人机对话系统可以包括，组件7（图1和2），组件7包括使用无线技术（无线电、红外线等）的数据传输/接收装置和RFID型电子标签。在接下来的说明中，应理解的是本发明的人机对话系统也可以整合该类型的组件。这种组件可以特别地关联在具有一个或者多个上述的人机对话装置2的系统上。
根据本发明，每个电子标签21与上述的人机对话界面20关联。这两个元件例如组合在相同的壳体中以使得形成单件组件。每个人机对话装置2的电子部件例如被连接至一个相同的印刷电路板26上，而该印刷电路板26整合在装置2的壳体中（图3B）。
已知，每个电子标签具有唯一的标志且包括由LC振荡电路构成的天线25以及电子电路，该电子电路特别地包括存储器23以及数据处理装置22，数据处理装置22用于解释由读/写工作站1发出的请求以及用于发送请求的信息。当电子标签21进入所述读/写工作站的范围限制时，电子标签21通过从工作站天线传输的载波供电。由标签天线25捕获的能量被转换为电能，电能存储在能量存储装置24中用于给标签21的内部电子电路供电。电子标签21存储数据，执行来自于读/写工作站1的命令以及传输请求的数据至读/写工作站1。
作为指南，包含在电子标签21中的存储器23是随机存取存储器（RAM）、可编程只读存储器（EEPROM）、或者FERAM技术存储器，存储器23存储表示与它关联的人机对话装置2的状态的数据。电子标签的存储器23也可以存储与人机对话界面20的类型相关的数据，标签21与该人机对话界面20关联。
根据本发明，在之前学习阶段期间，每个标签21的唯一的标志通过工作站1被学习，且每个标签21的唯一的标志被关联在工作站存储器中，该工作站存储器具有对应于标签21的该类型的人机对话界面20。该工作站1接着根据要被寻址的该类型的人机对话界面20配置它的输入-输出。
根据所使用的人机对话界面20的类型，人机对话装置2的配置可以不同。
因此，参照图5，按钮型人机对话界面20例如包括触点200，其状态通过电子标签21的处理装置22恒定地监测。当触点状态改变时，电子标签21的处理装置22将表示该状态的数据写入在它的内部存储器23中。读/写工作站1以规则的间隔扫描标签21的存储器23，该读/写工作站1可以被通知人机对话界面20的状态的改变。
参照图6，光指示器型人机对话界面20例如包括能够通过电子标签21供电的发光二极管201。当工作站1点亮指示器时，它在标签的内部存储器23中写入表示它希望赋予光指示器的状态的数据，例如，表示指示器的被点亮状态的数据。读取存储器23的标签的处理装置22检测状态的变化并命令触电触发以将二极管201与能量存储装置24连接，能量存储装置24与标签天线25连接。指示器接着直接通过由标签21的天线25捕获的能量供电。
并且，本发明的其中一个原理包括，使用在工作站1外部的天线6a、6b。如图8A和8B所示，使用的外部天线可以直接连接至读/写工作站（图8A）或者与工作站（图8B）磁耦合。专利FR2896898更准确地描述了天线的架构以及不同的操作配置。
根据本发明，使用的天线6具有特定的形状，该特定的形状能够为位于附近的一个或者多个电子标签21提供足够的耦合区域。用于天线6的线圈的形状可以等同地适应于任何不同系统配置：这些形状例如可以是大致圆形、椭圆形、矩形以及甚至具有更复杂的轮廓。在伴随的附图中，天线已经被选择具有大致矩形和细长形以使得能够与沿着天线附近定位的几个电子标签磁耦合。
在图8A中所示的第一配置中，天线6A没有直接整合在工作站壳体内部，而是通过电缆远程地定位和连接至工作站壳体。
在图8B中，天线6b实际以被动的天线延伸器的形式，其没有与工作站或者标签电连接，而是与天线10磁耦合，天线10与工作站1成一体或者与工作站1连接。已知但是在附图中不可见，该延伸器可以包括与第二线圈串联连接的第一线圈。第一线圈例如是与第二线圈不同尺寸且被定位在工作站天线附近，也就是说，在工作站的作用场中，以使得当工作站传输磁信号时，在工作站天线10和第一线圈之间形成磁耦合。因此，当RFID电子标签布置在延伸器的第二线圈附近，即，在第二线圈的作用场内，接着，在电子标签天线和第二线圈之间存在磁耦合。在这种情况下，因为延伸器线圈串联连接，由天线传输的电磁信号经由在第一线圈中的磁耦合传播，接着在标签天线中经由磁耦合传播之前，在第二线圈中循环。类似地，由标签21的天线25传输的磁信号通过工作站天线6b经由两个线圈被接收。
基于上述的不同元件，本发明因此包括在一个或者多个人机对话装置2与RFID型读/写工作站1之间使用RFID技术形成人机对话系统，本发明特别地应用至可以定位在柜门上的人机对话系统。本发明的系统因此可以替换每个单独安装在柜门上的按钮或者指示器。
为此，在图1至4所示的第一实施例中，本发明包括分割人机对话系统为两个单独的部分。第一部分包括RFID读/写工作站1，第二部分包括安装支撑件3，该安装支撑件3与天线6一体且能够以可拆卸和可互换的方式容置与上述相一致的一个或者多个人机对话装置2。
根据本发明，工作站1和安装支撑件3因此意在定位在壁5的每一侧上，诸如，例如，配电柜的壁。工作站1会布置在柜内部，抵靠壁5的面且支撑件会在壁5的相对的面上布置在柜的外部。在工作站和天线之间使用的配置是图8B，支撑件3定位在壁5的面上，以建立天线6与安装在壁5的相对的面上的工作站1的磁耦合。人机对话装置2的工作站1和安装支撑件3具有例如，通过壁5彼此配合的安装装置。参照图3和4，支撑件3包括，例如，两个安装构件，例如，两个销钉32、33。每个销钉32、33意在穿过通过壁5形成的孔50、51且意在在它的自由端处被插入形成在工作站1上的互补的开口12、13。根据本发明，仅两个孔50、51可以因此是必需的以通过壁5安装支撑件3，支撑件3自己能够容置几个人机对话装置2。本发明的配置因此特别地显示了在壁5上钻的孔的数量最小化的优点。
在图1至4中，安装支撑件3具有，例如板状件30的形状。板状件包括，例如，两个平行的滑动轨道300，在该轨道上可以连续地滑动几个上述的人机对话装置2。形成塞子31的元件使得可以封闭板状件30的入口，经由该入口人机对话装置2在上面滑动。在图1至4中，支撑件3可以例如容置5个人机对话装置2。与支撑件3相兼容的人机对话装置2全部呈现具有相同外部形状的壳体，例如，平行六面体。通过它们的人机对话界面20，它们彼此区分。参照图1至4，它们可以，例如包括按钮型控制界面和发光标签型信号界面。
本发明的支撑件3具有整合天线6的优点，意在在位于上方的人机对话装置2和位于下方的工作站1之间产生磁耦合。支撑件3特别地包括屏蔽件，其布置以尽可能限定所形成的磁场，因此限定工作站对话区域。屏蔽件因此可以被用于限制天线6传输的磁场的施加至定位在支撑件3上的人机对话装置2。参照图3A、3B和4，屏蔽件包括适应于载波频率的至少一个主屏部件34和次屏部件35。这些屏部件34、35每个包括，例如包裹在传导材料的层中的导磁部分。主屏部件34整合进支撑件3且在天线6下方沿着支撑件3延伸，而次屏部件35每个整合进人机对话装置2且在印刷电路26上方，布置在每个人机对话装置中。
在图7中所示的本发明的人机对话系统的变化的实施例中，包括形成发光柱，在发光柱中支撑件例如包括：其中容置工作站1的底座40以及人机对话装置2在其上滑动的杆41，每个具有光信号装置型人机对话界面。根据图8A中示出的配置，天线6例如直接连接至工作站，且沿着杆41容置在支撑件的杆41中，以使得能够保证每个人机对话装置2和工作站1之间的磁耦合。由于该变化，可以容易地更换柱信号装置而不用任何特殊的写入操作。
本发明的系统因此具有一些优点，它们中的一些陈列如下：
减少了要通过壁钻的孔的数量；
甚至在安装支撑件之后也可以配置系统的可能性；
通过移除、增加或者交换人机对话装置，在任何时候修改系统的可能性；
限制了布线，因为它不再必需单独布线每个人机对话装置；
通过直接在网络上连接工作站，整合系统进入网络的可能性；
提供的系统的模块化以及功能的多样化等。

Claims (10)

1.一种人机对话系统包括：
RFID型读/写工作站(1)，其特别地包括数据处理装置；
与所述读/写工作站(1)磁连接或耦合的天线(6)；
每个包括人机对话界面(20)和电子标签(21)的几个人机对话装置(2)；
电子标签(21)，所述电子标签(21)装备有内部存储器(23)和处理装置(22)且被定位以使得经由磁耦合被所述读/写工作站(1)供电且以使得与所述读/写工作站经由磁耦合无接触通信；
所述电子标签(21)的内部存储器(23)存储表示所述人机对话装置(2)的状态的数据；
所述工作站(1)包括用于所述电子标签(21)的内部存储器(23)的读/写装置；
其特征在于：
所述系统包括安装支撑件(3)，所述安装支撑件(3)意在以可拆卸和可互换的方式容置每个人机对话装置(2)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述人机对话装置(2)包括控制界面，所述控制界面由用户可操作且与所述电子标签(21)的所述处理装置(22)配合，以用于将表示所述人机对话装置(2)的状态的数据写入在所述电子标签的存储器(23)中。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述人机对话装置(2)包括信号界面，所述信号界面与所述标签(21)连接以使得能够经由在所述工作站(1)和所述标签(21)之间存在的磁耦合被供电，且所述信号界面与所述电子标签(21)的处理装置(22)配合，以用于显示与存储在所述电子标签的内部存储器(23)中的数据对应的状态。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述人机对话装置(2)包括识别或者检测界面，其与所述电子标签的处理装置(22)配合，以用于将表示所述人机对话装置(2)的状态的数据写入所述电子标签的存储器(23)中。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述天线(6)整合进所述安装支撑件(3)中。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述安装支撑件(3)包括屏蔽件，所述屏蔽件被布置以限制在所述工作站(1)和所述电子标签(21)之间存在的对话区域。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其特征在于：所述安装支撑件(3)和所述工作站(1)被定位在壁(5)的每一侧上。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其特征在于：所述安装支撑件(3)包括板状件(30)，所述板状件(30)意在通过滑动接收几个人机对话装置(2)。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其特征在于：所述安装支撑件包括杆(41)，在所述杆(41)上，所述人机对话装置(2)被滑动。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其特征在于：所述系统包括组件(7)，所述组件(7)包括无线数据传输/接收装置和电子标签，所述组件能够被定位在所述安装支撑件(3)上。
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