CN104166863B - 可悬浮读写的非接触式ic卡及读卡器 - Google Patents

Abstract

可悬浮读写的非接触式IC卡及读卡器，IC卡包括PVC片层、感应天线及芯片，PVC片层包括上、下电路印刷层、中间层及外覆膜层，中间层位于上、下电路印刷层之间，中间层设置有磁体容置槽，磁体容置槽内设置永磁体。读卡器包括壳体、读卡电路模块、读卡器永磁体、电磁铁控制电路及电源，方向控制电磁铁组包括至少四组间隔分布的电磁铁，方向控制电磁铁组的中心与读卡器永磁体的中心重合；电磁铁控制电路上设置有相互电连接的4位顺序驱动电路、驱动电源电路和时钟电路，电磁铁上的线圈与4位顺序驱动电路电连接。本发明在IC卡内设置嵌有永磁体的中间层，在读卡器上设置永磁体和方向控制电磁铁组，可使IC卡悬浮于读卡器上方进行信息读写。

Description

可悬浮读写的非接触式IC卡及读卡器

技术领域

本发明属于非接触式IC卡技术领域，更具体地说，涉及一种可悬浮于读卡器上方进行信息读写的非接触式IC卡以及与该卡片配套使用的读卡器。

背景技术

随着近年来智能卡技术的不断发展，IC智能卡已经广泛应用在金融、医疗、公共交通、安保系统、电话通信、社保等领域，卡片的外观也千变万化。现有IC卡主要分为两类：可通过与专用设备接触来写入和读出信息的接触式IC卡，以及仅通过靠近专用设备来写入和读出信息的非接触式IC卡。

RFID(Radio Frequency Identification)技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。采用无线射频识别技术的非接触式IC卡又称射频卡，主要由封装在PVC片材中的芯片和感应天线组成。卡片在一定距离范围靠近读卡器表面，即可通过无线电波的传递来完成数据的读写操作。目前，市面上开始大量涌现非接触式IC卡以及复合型卡，而且样式很多，卡片通过连接非接触式读卡器来进行交易，非接触读卡的应用改变了人们卡片使用方式，解放出读卡用的时间。现有的非接触式IC卡虽然可以不用接触读写设备即可读写操作，但是仍需手持或放在读写设备上，还没有可以自行悬浮于读写设备上方的IC卡，本发明人设计了一种可以悬浮读写的IC卡，只要卡片放在读卡器上就可以放开手，卡片悬浮在空中完成读卡和写卡过程，让读卡操作更轻松。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以悬浮读卡的非接触式IC卡及读卡器。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

可悬浮读写的非接触式IC卡，包括PVC片层、封装于所述PVC片层内的感应天线及芯片，所述感应天线与所述芯片电连接；所述PVC片层包括层压在一起的上电路印刷层、下电路印刷层、中间层及外覆膜层，所述中间层位于所述上电路印刷层和所述下电路印刷层之间，所述外覆膜层覆盖于所述上电路印刷层和下电路印刷层的外侧表面，所述中间层设置有磁体容置槽，所述磁体容置槽内设置有永磁体。

本发明更具体的技术方案为，所述感应天线为绕制于所述永磁体外围的感应线圈。

本发明更具体的技术方案为，所述永磁体为环形磁铁。

本发明更具体的技术方案为，所述永磁体为钕铁环。

本发明更具体的技术方案为，所述中间层两侧表面分别设置有透明PVC保护层。

可悬浮读写的非接触式IC卡的读卡器，包括：壳体；设置于所述壳体内的读卡电路模块，读卡电路模块中包含与IC卡感应天线对应的读卡感应线圈；设置于所述壳体内的读卡器永磁体，所述读卡器永磁体位于所述读卡电路模块下方；设置于所述壳体内的方向控制电磁铁组，所述方向控制电磁铁组包括至少四组沿圆周均匀间隔分布的电磁铁，所述方向控制电磁铁组的中心与所述读卡器永磁体的中心重合；设置于所述壳体内的电磁铁控制电路，所述电磁铁控制电路上设置有4位顺序驱动电路、驱动电源电路和时钟电路，所述4位顺序驱动电路分别与所述驱动电源电路和时钟电路相连，所述电磁铁上的线圈与所述4位顺序驱动电路电连接；为所述读卡电路模块及电磁铁控制电路供电的电源。

本发明更具体的技术方案为，所述读卡器永磁体为环形磁体，所述方向控制电磁铁组设置于所述读卡器永磁体环内。

本发明更具体的技术方案为，通入所述电磁铁线圈的交变电流的交变频率与读卡感应线圈的工作频率不同。

本发明更具体的技术方案为，通入所述电磁铁线圈的交变电流的交变频率为100～110HZ。

由以上技术方案可知，本发明在非接触式IC卡的PVC片层中设置一层中间层，在中间层内嵌射永磁体，同时在读卡器上设置对应的永磁体，根据磁体同性相斥的原理，IC卡和读卡器上的永磁体可以相互作用，当IC卡靠近读卡器时可以保持距离，读卡器中还设置有方向控制电磁铁组，通过顺序驱动电路控制电流按序通入方向控制电磁铁组中的各电磁铁，使电磁铁在4个方向上产生磁场，调节IC卡位置，使IC卡悬浮于读卡器的读卡区域，在悬浮过程中进行信息的读写。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例非接触式IC卡的分解结构示意图；

图2为本发明实施例非接触式IC卡磁环安装层的分解结构示意图；

图3为本发明实施例读卡器的分解结构示意图；

图4为本发明实施例读卡器去除读卡电路后的俯视图；

图5为本发明实施例读卡器电磁铁控制电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的附图会不依一般比例做局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。需要说明的是，附图采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。

参照图1和图2，本发明的非接触式IC卡包括PVC片层1、封装于PVC片层1内的感应天线2和芯片(未图示)，感应天线2通过印刷电路与芯片电连接。PVC片层1包括上电路印刷层1-1、下电路印刷层1-2、中间层1-3及外覆膜层(未图示)，感应天线2设置于中间层1-3上。在中间层1-3上设置有磁体容置槽1-3a，磁体容置槽1-3a内设置有永磁体4。本实施例的永磁体4为环形磁铁，永磁体4的几何中心与中间层1-3的几何中心重合，亦即磁环中心(圆心)与卡片的几何中心重合。优选的，该环形磁铁为采用钕铁制成的磁环，永磁体4磁力的大小决定卡片悬浮的力量及高度，可根据需要选择合适的材料及形状尺寸。中间层1-3位于上电路印刷层1-1和下电路印刷层1-2之间，外覆膜层分别设置于上电路印刷层1-1和下电路印刷层1-2外侧，用于保护电路印刷层上的电路图案。本发明的感应天线、芯片、电路印刷层及外覆膜层的结构与现有技术相同。

下面以一具体实施例对本发明的非接触式IC卡进行详细说明，该IC卡的制作步骤如下：

a.在中间层1-3上加工出磁体容置槽1-3a，将永磁体4放入磁体容置槽1-3a中，本实施例永磁体4及中间层1-3的厚度均为0.5mm；

b.在中间层1-3上设置感应天线2，本实施例的感应天线2为绕制于永磁体4外围的感应线圈，感应天线2通过电路印刷层上的电路与芯片电连接；

c.在中间层1-3两侧表面涂布粘合胶水并风干，以增加后续层压的粘结力；优选在中间层1-3两侧表面盖上一层薄的透明PVC保护层，厚度为0.05mm，用层压机将中间层和保护层进行预层压后再涂布胶水，预层压时要使磁环与PVC层压至平整且没有气泡；

d.将厚度均为0.15mm的上电路印刷层1-1和下电路印刷层1-2与中间层1-3对位装订好，并覆上外覆膜层进行层压，制成一张大卡；

e.将大卡冲切成标准卡片大小并封装上芯片，完成制作。

参照图3、图4及图5，本发明的读卡器包括壳体(未图示)以及设置壳体中的读卡电路模块10、读卡器永磁体11、方向控制电磁铁组12、电磁铁控制电路板13和电源(未图示)，电源为读卡电路模块10及电磁铁控制电路13供电。读卡电路模块中包含与IC卡感应天线对应的读卡感应线圈(未图示)，本发明的读卡电路模块10与现有技术中读卡器的读卡电路模块相同，可直接使用市场上销售的读卡电路模块，为常规技术，用于读写IC卡，此处不做赘叙。

读卡器永磁体11设置于读卡电路模块10的下方，为配合IC卡上的磁环，本实施例的读卡器永磁体11也为环形磁体，该环形磁体大于读卡感应线圈区域。方向控制电磁铁组12固定于电磁铁控制电路板13上，电磁铁控制电路板13设置于读卡器永磁体11下方，方向控制电磁铁组12包括4个沿圆周均匀间隔布置的电磁铁120，电磁铁120上绕制有线圈，方向控制电磁铁组12在通入交变电流后，4个电磁铁120产生磁场，可对IC卡形成4个方向的磁力。方向控制电磁铁组12的中心与读卡器永磁体11的中心重合，本例的方向控制电磁铁组12位于环形的读卡器永磁体11环内。

电磁铁控制电路板13上设置有4位顺序驱动电路、驱动电源电路和时钟电路，4位顺序驱动电路与驱动电源电路相连，从读卡器的电源取电，并与时钟电路相连。电磁铁120上的线圈与4位顺序驱动电路电连接。本发明的4位顺序驱动电路采用的是无刷电机上使用的4通道逻辑驱动电路。当电磁铁120产生磁场时，会与悬浮于读卡器上方的IC卡间产生相互的磁力作用，4位顺序驱动电路根据每个电磁铁与IC卡永磁体间磁力大小，使电流按序流经电磁铁。当IC卡放置于读卡器上方时，在电磁铁120产生的磁场的磁力作用下，IC卡中的永磁体4与方向控制电磁铁组12相互作用，可以使IC卡自动位于方向控制电磁铁组12中心，即在4位顺序驱动电路控制下，当放入的IC卡不处于读卡器永磁体11中心时，某个电磁铁与IC卡中永磁体间的作用力与其它电磁铁与IC卡中永磁体间的作用力不平衡，4位顺序驱动电路调节通入该电磁铁的电流，使磁场产生的力相应改变，在磁力作用下使IC卡移向读卡器永磁体11的中心位置，以达到磁平衡。

此外，为了避免电磁铁产生的磁场对读卡器读写信息造成干扰，通过电磁铁线圈的交变电流的交变频率要与读卡感应线圈的工作频率不同，一般普通的读卡设备的读卡感应线圈的工作频率为13.56MHZ～18.50MHZ，优选的将电磁铁控制电路13控制产生的交变电流的交变的频率设置为100～110HZ。

本发明通过在非接触式IC卡的PVC片层中增设嵌入了永磁体的中间层，同时在读卡器内设置与IC卡中永磁体对应的读卡器永磁体，当将IC卡放置于读卡器上方时，IC卡内的永磁体与读卡器内的永磁体在同性磁极相斥的作用力下，托起IC卡，使IC卡悬浮至与读卡器保持一定的距离，进行信息读写；同时配合读卡器内设置的方向控制电磁铁组，均匀间隔布置的电磁铁通电后产生对应方向的磁场，可以控制IC卡旋转悬浮于读卡器的读卡区域范围内。当读卡器竖直放置时，通过改变驱动电源的功率，调节各电磁铁通过的电流大小，达到各方向磁平衡，使电磁铁组产生的磁力克服IC卡的重力，令IC卡悬浮于读卡器前方的读卡区域范围内。本发明在说明书中描述的上方是相对的，指与读卡器的读卡区域，当读卡器平放时，读卡区域位于读卡器上方，当读卡器竖直放置时，读卡区域即是读卡器前方。

诚然，本发明的技术构思并不仅限于上述实施例，还可以依据本发明的构思得到许多不同的具体方案，例如，前述实施例中，IC卡及读卡器中的永磁体都是环形，永磁体也可以由多个沿圆周设置的永磁块组成，这些磁块连续或间隔排列形成环状；方向控制电磁铁组可以包括4N个电磁铁，4表示4个方向，每个方向上设置N个电磁铁，N＝1,2，3……，用于形成上、下、左、右4个方向的磁场，以控制IC卡位于读卡区域内；诸如此等改变以及等效变换均应包含在权利要求所述的范围之内。

Claims (9)

1.可悬浮读写的非接触式IC卡，包括PVC片层、封装于所述PVC片层内的感应天线及芯片，所述感应天线与所述芯片电连接；

其特征在于：

所述PVC片层包括层压在一起的上电路印刷层、下电路印刷层、中间层及外覆膜层，所述中间层位于所述上电路印刷层和所述下电路印刷层之间，所述外覆膜层覆盖于所述上电路印刷层和下电路印刷层的外侧表面，所述中间层设置有磁体容置槽，所述磁体容置槽内设置有永磁体，所述永磁体与读卡器上磁体相对的端部的极性相同。

2.根据权利要求1所述的可悬浮读写的非接触式IC卡，其特征在于：所述感应天线为绕制于所述永磁体外围的感应线圈。

3.根据权利要求1或2所述的可悬浮读写的非接触式IC卡，其特征在于：所述永磁体为环形磁铁。

4.根据权利要求3所述的可悬浮读写的非接触式IC卡，其特征在于：所述永磁体为钕铁环。

5.根据权利要求1所述的可悬浮读写的非接触式IC卡，其特征在于：所述中间层两侧表面分别设置有透明PVC保护层。

6.一种可悬浮读写非接触式IC卡的读卡器，其特征在于，包括：

壳体；

设置于所述壳体内的读卡电路模块，读卡电路模块中包含与IC卡感应天线对应的读卡感应线圈；

设置于所述壳体内的读卡器永磁体，所述读卡器永磁体位于所述读卡电路模块下方，所述读卡器永磁体与IC卡上磁体相对的端部的极性相同；

设置于所述壳体内的方向控制电磁铁组，所述方向控制电磁铁组包括至少四组沿圆周均匀间隔分布的电磁铁，所述方向控制电磁铁组的中心与所述读卡器永磁体的中心重合，所述方向控制电磁铁组包括4N个电磁铁，用于形成上、下、左、右4个方向的磁场；

设置于所述壳体内的电磁铁控制电路，所述电磁铁控制电路上设置有4位顺序驱动电路、驱动电源电路和时钟电路，所述4位顺序驱动电路分别与所述驱动电源电路和时钟电路相连，所述电磁铁上的线圈与所述4位顺序驱动电路电连接；

为所述读卡电路模块及电磁铁控制电路供电的电源。

7.根据权利要求6所述的读卡器，其特征在于：所述读卡器永磁体为环形磁体，所述方向控制电磁铁组设置于所述读卡器永磁体环内。

8.根据权利要求6所述的读卡器，其特征在于：通入所述电磁铁线圈的交变电流的交变频率与读卡感应线圈的工作频率不同。

9.根据权利要求6或8所述的读卡器，其特征在于：通入所述电磁铁线圈的交变电流的交变频率为100～110HZ。