CN103376880A - 具有触摸传感器和rfid标签读取器的电池电源节电系统 - Google Patents

Abstract

一种结合RFID标签读取器电路和触摸传感器的系统和方法，其中，该系统和方法通过使用低功率消耗触摸传感器来检测RFID标签的存在而不是通过使用高功率RFID标签检测和读取电路来扫描RFID标签，在触摸传感器已检测到RFID标签存在时控制RFID标签检测和读取电路的激活和关闭，并且重构传感器电极以使得电极可以按需形成触摸传感器或天线，从而可以降低电池供电系统的功率消耗。

Description

具有触摸传感器和RFID标签读取器的电池电源节电系统

技术领域

本发明主要涉及包括触摸板和触摸屏的触摸传感器。更加具体地，本发明是一种用于节省结合了触摸传感器和RFID传感电路的系统中的电力的方法。

背景技术

对于电容敏感触摸传感器，存在多种设计。为了更好地理解如何修改任何电容敏感触摸传感器从而与本发明一起使用，检测基础技术是很有用的。

公司的触摸板是一种互电容传感装置，并且在图1的框图中阐释了其示例。在该触摸板10中，使用X（12）和Y（14）的电极网格以及传感电极16来限定触摸板的触摸敏感区域18。典型地，当存在空间限制时，触摸板10是近似16×12个电极或者8×6个电极的矩形网格。与这些X（12）和Y（14）(或者行列)电极交错的是单个传感电极16。通过该传感电极16进行所有位置的测量。

公司的触摸板10测量传感线16上的电荷失衡。当触摸板10上或其附近不存在指向对象时，触摸板电路20处于平衡状态，并且在传感线16上不存在电荷失衡。当有指向对象靠近或接触触摸表面（触摸板10的传感区域18）时，该指向对象由于电容耦合而产生失衡，此时在电极12、14上会发生电容变化。所测量的是电容的变化，而不是电极12、14上的绝对电容值。通过测量重新建立或重新获取传感线上的电荷平衡所需注入到传感线上的电荷量，触摸板10可确定电容的变化。

上述系统用于以如下方式确定在触摸板10上或其附近的指状物的位置。该示例描述了行电极12，并且对于列电极14以相同方式重复。通过从行列电极测量获取的数值来确定在触摸板10上或其附近的指向对象的质心交点。

在第一步骤中，利用来自P、N发生器22的第一信号驱动第一组行电极12，并且利用来自P、N发生器的第二信号驱动不同但相邻的第二组行电极。触摸板电路20使用互电容测量装置26从传感线16获取一值，该值指示哪个行电极离指向对象最近。然而，在某些微型控制器28控制下的触摸板电路20还不能确定指向对象位于行电极的哪一侧，触摸板电路20也不能确定指向对象距离电极有多远。因此，系统移动待被驱动的电极12的组中的一个电极。换句话说，增加电极组一侧上的电极，同时不再驱动在电极组相对侧上的电极。然后通过P、N发生器22驱动新的电极组，并且进行对传感线16的第二次测量。

通过这两次测量，有可能确定指向对象位于行电极的哪一侧，以及位于多远处。然后使用比较所测量的两个信号大小的方程式来确定指向对象的位置。

公司的触摸板的灵敏度或分辨率远高于16×12行列电极的网格的灵敏度或分辨率。分辨率典型地是每英寸960个的量级，或更大。通过元件的灵敏度、在同一行和列上的电极12、14之间的间距以及没有成为本发明内容的其它因素来确定精确的分辨率。

使用P、N发生器24，对于Y或列电极14重复上述过程。

尽管上述

触摸板使用了X和Y电极12、14的网格以及分开的单个传感电极16，但通过使用多路复用技术，传感电极实际上可以是X或Y电极12、14。

本发明结合了触摸传感器和无线射频识别（RFID）技术。当激活RFID传感器以确定RFID卡或标签是否存在时，目前的近场通信（NFC）/RFID系统消耗相当数量的电力。现有技术使用例如定期轮询的方法来帮助降低在确定RFID卡或标签是否存在时所消耗的电量，但是该方法具有较大的延迟，因此仍然需要相当数量的电流来充分激励待被供电的标签足够长的时间从而获取响应。因此，对于现有技术来说，提供降低由RFID电路消耗的电力并因此为复合系统省电的复合触摸传感器/RFID系统是有利的。

发明内容

在优选实施方式中，本发明是结合了RFID标签读取器电路和触摸传感器的系统和方法，其中，该系统和方法通过使用低功率消耗触摸传感器来检测RFID标签的存在而不是通过使用高功率RFID标签检测和读取电路来扫描RFID标签，在触摸传感器检测到RFID标签存在时控制RFID标签检测和读取电路的激活和关闭，并且重构传感器电极以使得电极按需形成触摸传感器或天线，从而可以降低电池供电系统的功率消耗。

结合附图，通过下述详细说明，本发明的这些和其它目标、特征优点和可选方面对于本领域技术人员来说是显而易见的。

附图说明

图1是由

公司制造的电容敏感式触摸板元件的框图，其可根据本发明的理论操作。

图2是显示了为了减少电力消耗而共享装置功能的方法的流程图。

图3是显示了触摸传感器电路40以及RFID标签检测和读取电路50可共享一些相同电极的框图。

图4是触摸传感器电路和RFID标签检测和读取电路没有共享相同电极的框图。

图5是可以形成触摸板传感器和RF天线的、可动态重构的电极网格。

图6是可由多个垂直导电部分形成的（例如）单个垂直电极的一部分的闭环俯视图。

图7显示了如何选择水平电极和垂直电极的特定导电部分并使用晶体管电耦合该特定导电部分。

图8是水平触摸传感器电极和RF天线的俯视图。

图9是垂直触摸传感器电极和RF天线的俯视图。

具体实施方式

现在参考附图讨论本发明从而使得本领域技术人员能够制造和使用本发明，其中本发明的各种元件被赋予附图标记。应该理解的是，下述说明仅是本发明原理的典型示例，不应被视为缩小了随附的权利要求的范围。

应该理解的是，贯穿本申请所使用的术语“触摸传感器”包括任何电容触摸传感器装置并包括近接和触摸传感能力，电容触摸传感器装置包括触摸板、触摸屏以及触控面板。

本发明的第一实施方式是使用触摸传感器和非接触式卡或标签读取器的方法，在本申请中其还被称为RFID标签检测和读取电路。非接触式读取器被定义为使用无线射频识别（RFID）或近场通信技术（NFC）来无线地读取数据。RFID是以无线非接触的方式使用射频电磁场传输数据，从而自动识别并追踪一般被附着到物体上的标签。贯穿本申请的是可交换地使用卡或标签。因此，本发明使用RFID技术或触摸传感器技术来读取RFID标签。RFID标签读取器可包括RFID天线以及RFID标签检测和读取电路。

第一实施方式旨在一种使用方法。现有技术教导了触摸传感器被用于检测物体的存在从而在例如触摸板或触摸屏的装置上提供输入。现有技术还教导了RFID标签读取器旨在执行从非接触式标签读取数据的功能。第一实施方式结合了这些功能从而降低了包括触摸传感器和RFID标签读取器的装置的电力消耗。

图2是显示了共享功能从而降低电力消耗的方法的流程图。在第一步骤100中，触摸传感器被用于近接检测和触摸检测这两种检测。在指状物或其它指向对象与触摸传感器发生接触的情况中，触摸检测被激活。近接检测被激活，并且可以被用于检测非接触式标签。因为触摸传感器正在执行触摸以及近接检测功能，不必打开或被激活非接触式标签电路来执行定期轮询以便试探并检测标签的存在。

应该理解的是，当检测到触摸时，通过触摸传感器执行的功能不是本发明的一部分，而是本领域技术人员所熟知的。

触摸传感器使用触摸传感器电路，该电路使用的电力比RFID检测和读取电路更少。因此，触摸传感器能够以检测模式连续操作，并且与以定期轮询模式操作的RFID标签检测和读取电路相比，其消耗较少电力；在定期轮询模式中，为了检测非接触式标签，其采取定期测量。因此，触摸传感器能够以触摸和近接传感模式操作，在这种模式中，可以在离触摸传感器一定距离处进行对非接触式标签的检测。该距离大约是几英寸，这对于非接触式标签的检测来说是普通的，可更远或更近。

触摸传感器不用于从RFID标签读取数据，而仅是检测其存在。一旦RFID标签被触摸传感器检测到，下一步骤102可能是激活消耗更多电力的RFID标签检测和读取电路。触摸传感器与RFID标签检测和读取电路可以彼此干涉或彼此不干涉。如果干涉是可能的，则期望在关闭触摸传感器的同时激活RFID标签检测和读取电路并读取数据。因此，与触摸传感器以及RFID标签检测和读取电路进行通信的处理器可以关闭触摸传感器并同时读取数据，然后在读取数据后重新激活触摸传感器。可使用硬件或软件形式的任何类型的处理器来控制RFID标签检测和读取电路的关闭和重新激活。

然后，下一步骤104可以是从非接触式标签读取数据。一旦读取到数据，下一步骤106可以是关闭RFID标签检测和读取电路来省电。在完成该最后步骤以后，算法返回第一步骤104，该步骤中，触摸传感器以触摸和近接传感模式操作从而检测指向对象或非接触式标签的存在。

当检测到非接触式标签时，也许需要或也许不需要在RFID标签检测和读取电路读取数据的同时关闭触摸传感器。如果触摸传感器的操作与RFID标签检测和读取电路发生干涉，则关闭触摸传感器直到已经从标签读取到数据，并且可关闭RFID标签检测和读取电路。

在第二实施方式中，本发明使得触摸传感器电路与RFID标签检测和读取电路能够共享例如触摸传感器的触摸传感器元件（形成触摸传感器的电极网格）。在第二实施方式中，触摸传感器电路以及RFID标签检测和读取电路可如图3所示操作。

图3是框图，其显示了触摸传感器电路40与RFID标签检测和读取电路50可以共享某些相同电极，该相同电极形成触摸传感器42以及RF或近场通信（NFC）天线52（下文中称为RF天线）。

在图4显示的第三实施方式中，触摸传感器电路40与RFID标签检测和读取电路50可不共享相同电极来形成触摸传感器42和RF天线52。触摸传感器42和RF天线52可被设置成彼此足够接近，使得当触摸传感器电路40使用触摸传感器42检测到非接触式标签时，RF天线52会与非接触式标签足够接近从而读取数据。然而，如果在为了读取数据而激活RFID标签检测和读取电路之前使用触摸传感器电路40来检测RFID标签，仍然可获得本发明的优点。

再次参考图3，其中触摸传感器42和RF天线52可共享一些相同电极，提供下述信息以用于构造这种装置。

本发明的第二实施方式可以是触摸传感器42（电极网格），例如图1中所示并由

公司销售的

非接触式触摸板。本发明的第二实施方式可以是图5中显示的动态重构的电极网格。当动态重构的电极网格被构成如图5所示的多个平行的水平电极30和多个平行的垂直电极32时，其可用作触摸传感器42。多个水平电极30处于同一平面中，但可如上述现有技术中那样与多个垂直电极32基本正交。通过现有技术中技术人员所知的任何方式将多个水平电极30与多个垂直电极32分开。例如，电极30、32可以位于基板的相对侧上，或者位于基板的同一侧上但通过介电材料层分开。

需要注意的是，水平和垂直电极30、32的数量和长度仅仅是用于阐释的目的，并且电极的实际数量和长度可以发生变化。出于阐释目的，总共示出了8个水平和垂直电极30、32。

形成触摸传感器42的水平和垂直电极30、32的电极可以不是连续设置的，而是可相反地形成为多个导电部分，该多个导电部分以期望的布局连接从而形成电极30、32。

图6是由多个垂直导电部分34形成的（例如）单个垂直电极32的一部分的闭环俯视图。该多个导电部分34可由位于该多个导电部分中的一个或多个上的开关控制。例如，晶体管36可以控制与多个导电部分34中的每个部分的连接。通过向晶体管36提供信号，导电部分34可允许信号从多个导电部分34中的一个传输至另一个。晶体管36控制信号沿着水平电极30流动的这种示例不应被认为是对现有技术中技术人员已知的任何其它方法的限制。

应该注意的是，仅是为了阐释目的而放大了各部分34之间的距离。

从图6习得的重要内容是可以控制多个水平电极30和垂直电极32的导电性。这是非常重要的，其不仅能够使多个水平电极30和垂直电极32携载期望的信号，而且其能够使电极形成不同结构，这是因为能够控制水平和垂直结构的各部分从而创建不同且有用的结构，下面将对其进行解释。

当需要将电极网格用作触摸传感器42时，多个水平电极30和垂直电极32需要被配置为形成图5的电极网格结构。因此，为了创建期望的电极网格，需要激活例如晶体管36的任何开关。

然而，当需要将电极网格用作RF天线52时，需要被激活的晶体管36可以被改变从而获取所期望的电极网格结构。例如，图7显示了如何选择并电连接水平电极30和垂直电极32的某些导电部分34从而创建RFID标签检测和读取电路的操作所需的天线形状。RF天线52被显示为水平电极30和垂直电极32顶部上的一系列粗线。当需要创建从水平电极30至垂直电极32的连接时，这可以通过使用从一个电极层到另一个电极层的电极完成，并且再次通过例如晶体管36的开关控制。

应该理解的是，图7中显示的特殊天线形状不应被认为是限制性的。使用上述过程，存在多种不同的天线形状或设计。天线形状包括多个环，如经常在RF和NFC应用中使用的。

在另一个实施方式中，触摸传感器42和RF天线52不共享任何电极，而仅共享放置有它们的基板。

图8是印刷电路板60的俯视图，其包括用于形成在触摸传感器42中使用的多个水平电极30的电极。这些水平电极30可被动态重构以用作RF标签检测和读取电路50的RF天线52。

图9是印刷电路板62的俯视图，其包括用于在触摸传感器42中使用的多个垂直电极32的电路。这些垂直电极32还可被动态重构以用作RF标签检测和读取电路50的RF天线52。

在本发明的另一个实施方式中，不同的RF天线可以被重构从而用于从不同卡或标签读取数据，或者可被优化从而用于检测在天线附近的特定位置中的卡或标签。

如果将触摸传感器42及其关联的触摸传感器电路40与RF天线52及其关联的RF标签检测和读取电路50用在通过电池提供电源的装置中，那么通过在激活RFID标签检测和读取电路52以从RFID标签扫描数据之前首先使用触摸传感器42的电容近接传感性能检测RFID标签的存在，可以节省可观的电池寿命。只要尽可能地通过消除使用RF标签检测和读取电路50检测RF标签的需要来保持RF标签检测和读取电路50的关闭，能够节省重要的电力。当触摸传感器执行其正常触摸传感器操作时，其还可以通过同时使用近接传感性能来扫描RFID标签的存在。尽管由于触摸传感器消耗的功率较低，这些性能在准确度和距离方面受限，但对RFID标签的检测仍然是可能的。一旦由触摸传感器及其电路检测到RFID卡或标签，RFID标签检测和读取电路52可以被激活，其然后使用其消耗较高功率的电路来读取RFID标签。一旦读取到信息，RFID标签检测和读取电路52可以被关闭或返回至低功率操作模式，在该模式中其不会主动地扫描RFID标签。

实现本发明的另一种方式是使装置以低功率模式操作，直到检测到RFID标签。一旦检测到RFID标签，装置就转换至高功率模式从而扫描RFID标签数据，然后返回至较低功率的操作模式，直到检测到另一个RFID标签。

在本发明的可选实施例中，修改该方法以提供使用电容近接传感来扫描触摸传感器42上方不同区域的能力，从而识别“标签区域”并且然后确定如何构建优化的RF天线52以用于在标签区域内进行扫描。还能够构建“备用”的RF天线52，并且然后通过改变触摸传感器42的电极或触摸传感器的其他结构的功能，使该“备用”的RF天线52与标签区域相关联，从而形成RF天线的天线元件。

简而言之，不提供专用的RF天线52，而是可以改变触摸传感器42的电极的功能。通过使用将各种电极电连接在一起的开关来简单地创建连接，可将电极30、32的各单独部分34动态地配置成预期的形状或模式，从而创建连续RF天线设计。该RF天线52可以使用来自触摸传感器42各个层中的任何层的任何电极来创建预期的RF天线形状。

应该理解的是，触摸传感器42可以是例如触摸板的独立装置，或者可以是设置在LCD显示器前面的触摸屏。应该理解的是，RF标签可以嵌入玩具、智能手机或其它物体中。

应该理解的是，上述布置仅仅用于阐释本发明原理的应用。在不偏离本发明的精神和范围的情况下，本领域的技术人员可以设计多种修改和可选布置。随附权利要求旨在覆盖这些修改和布置。

Claims (20)

1.一种用于节省包括射频识别（RFID）标签读取器和触摸传感器的电池供电设备中的电力的方法，所述方法包括：

1）提供能够执行近接和触摸传感的触摸传感器；

2）提供用于从RFID标签读取数据的射频识别（RFID）标签读取器；

3）使用所述触摸传感器的近接传感来检测RFID标签；

4）激活所述RFID标签读取器；

5）读取所述RFID标签；以及

6）关闭所述RFID标签读取器从而节省所述电池供电设备中的电力。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：当所述RFID标签读取器被激活时，关闭所述触摸传感器；以及当所述RFID标签读取器被关闭时，重新激活所述触摸传感器。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：当激活所述RFID标签读取器时，激活RFID标签检测和读取电路。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：提供用作传感器的电极网格，以用于所述触摸传感器。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述方法还包括：动态配置所述电极网格，使得其还可以用作所述RFID标签读取器的RFID天线，从而共享所述电极网格。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述方法还包括：由多个导电部分形成所述电极网格，所述多个导电部分的连接是可控制的从而创建期望的传感器或天线。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：

1）提供电极网格，以用作所述触摸传感器的传感器；以及

2）提供用于所述RFID标签读取器的RFID天线，其中，所述电极网格和所述RFID天线彼此邻近地设置，使得通过所述触摸传感器检测到的RFID标签可由所述RFID天线读取而不需要移动所述RFID天线。

8.一种包括射频识别标签读取器和触摸传感器的电池供电系统，所述系统包括：

触摸传感器，其能够执行近接和触摸传感，其中所述触摸传感器可使用近接传感来检测RFID标签；

射频识别（RFID）标签读取器，其用于从所述RFID标签读取数据；以及

处理器，其用于在所述触摸传感器检测到所述RFID标签时激活所述RFID标签读取器，以及用于在已经从所述RFID标签读取到数据后关闭所述RFID标签读取器，由此不使用所述RFID标签读取器来检测所述RFID标签的存在，从而节省所述电池供电系统的电力。

9.如权利要求8所述的系统，其中，所述系统还包括处理器，其用于在所述RFID标签读取器被激活时关闭所述触摸传感器，并且用于在所述RFID标签读取器已经完成从所述RFID标签读取数据时激活所述触摸传感器。

10.如权利要求8所述的系统，其中，所述RFID标签读取器还包括RFID标签检测和读取电路以及RFID天线。

11.如权利要求8所述的系统，其中，所述系统还包括电极网格，以用作所述触摸传感器的传感器。

12.如权利要求11所述的系统，其中，所述系统还包括由多个导电部分形成所述电极网格，所述多个导电部分的连接是可控制的从而创建预期的传感器或RFID天线。

13.如权利要求8所述的系统，其中，所述系统还包括：

电极网格，其用作所述触摸传感器的传感器；以及

用于所述RFID标签读取器的RFID天线，其中，所述电极网格和所述RFID天线彼此邻近地设置，使得通过所述触摸传感器检测到的RFID标签可由所述RFID天线读取而不需要移动所述RFID天线。

14.一种用于节省包括射频识别（RFID）标签读取器和触摸传感器的电池供电设备中的电力的方法，所述方法包括：

1）提供能够执行近接和触摸传感的触摸传感器；

2）提供用于从RFID标签读取数据的射频识别（RFID）标签读取器；

3）使用所述触摸传感器的近接传感来检测RFID标签；

4）提供用于激活所述RFID标签读取器和关闭所述触摸传感器的处理器；

5）读取所述RFID标签；以及

6）重新激活所述触摸传感器并且关闭所述RFID标签读取器，从而节省所述电池供电系统中的电力。

15.如权利要求14所述的方法，其中，所述方法还包括：当激活所述RFID标签读取器时，激活RFID标签检测和读取电路。

16.如权利要求14所述的方法，其中，所述方法还包括：提供电极网格以用作所述触摸传感器的传感器。

17.如权利要求16所述的方法，其中，所述方法还包括：动态配置所述电极网格，使得其还可以用作所述RFID标签读取器的RFID天线，从而共享所述电极网格。

18.如权利要求17所述的方法，其中，所述方法还包括：由多个导电部分形成所述电极网格，所述多个导电部分的连接是可控制的，从而创建期望的传感器或天线。

19.如权利要求18所述的方法，其中，所述方法还包括：使用多个晶体管，从而控制所述多个导电部分之间的连接。

20.如权利要求14所述的方法，其中，所述方法还包括：

1）提供电极网格，以用作所述触摸传感器的传感器；以及

2）提供用于所述RFID标签读取器的RFID天线，其中，所述电极网格和所述RFID天线彼此邻近地设置，使得通过所述触摸传感器检测到的RFID标签可由所述RFID天线读取而不需要移动所述RFID天线。

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