CN104935088B - 利用非接触式读卡器充电的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用非接触式读卡器充电的方法，包括：读卡器向有源卡发送电磁波；有源卡对所述电磁波进行整流滤波，转化为直流电；有源卡通过直流电为电池充电，并发送充电信息给读卡器；读卡器根据所述充电信息，调整充电方式。通过上述方式，本发明可实现无线充电，解决了频繁更换有源卡电池的缺点。

Description

利用非接触式读卡器充电的方法

技术领域

本发明涉及无线电能传输领域，尤其涉及一种利用非接触式读卡器充电的方法。

背景技术

非接触式读卡器和非接触卡诞生于90年代初，它成功地将射频识别技术和IC卡技术结合起来。非接触式读卡器由控制芯片、匹配电路和发送线圈组成。非接触卡一般是无源卡，读卡器通过发送线圈向非接触卡发送电磁波，卡内线圈将此电磁波转为电能，并从中分离出电源与读取的指令信号。传统非接触读卡距离在10cm以内。

近几年来，蓝牙卡等有源卡得到广泛应用，它弥补了传统非接触卡读卡距离短的缺点，其10～80米的读卡距离使得其在停车场等门禁应用大受欢迎。卡片里面必须装有电池，是由卡片主动向读卡器发送数据，通长使用的频率一般为2.4G或3.8G。然而，电池寿命是制约其推广的一大短板。因此有源卡虽然使用便利，但需要定期更换电池。

所检索到专利《一种无线充电器》(申请号：201220480777.9，公开日期：2013年3月20日)公开的无线充电器仅仅具有无线充电功能，却不具备读卡功能，也无法给手机等数码产品充电。而现有其他非接读卡器仅仅作为读卡设备，并不具有充电功能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种利用非接触式读卡器充电的方法，可实现对有源卡接触式及非接触式充电。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种利用非接触式读卡器充电的方法，包括：

读卡器向有源卡发送电磁波；

有源卡对所述电磁波进行整流滤波，转化为直流电；

有源卡通过直流电为电池充电，并发送充电信息给读卡器；

读卡器根据所述充电信息，调整充电方式。

其中，读卡器向有源卡发送电磁波的步骤具体为：

在读卡器内设置控制芯片、滤波匹配电路及发送线圈；

所述控制芯片通过滤波匹配电路控制发送线圈发送电磁波。

其中，所述控制芯片通过滤波匹配电路控制发送线圈发送13.56MHz的电磁波。

其中，有源卡对所述电磁波进行整流滤波，转化成直流电的步骤具体为：

在有源卡内设置接收线圈、整流滤波电路；

将有源卡的接收线圈靠近读卡器的所述发送线圈；

所述接收线圈接收电磁波，通过整流滤波电路，转化为直流电。

其中，有源卡通过直流电为电池充电，并发送充电信息给读卡器的步骤具体为：

在有源卡内设置充电电路、控制电路，并安装有电池；

在转化为直流电后，有源卡通过所述充电电路对电池充电，并激活所述控制电路；

所述控制电路回传充电信息给读卡器的所述发送线圈。

其中，在激活所述控制电路后，所述控制电路监控充电信息，记录充电电流、充电电压、充电电量。

其中，所述控制电路回传充电信息给读卡器的所述发送线圈的步骤具体为：

在有源卡内设置AC调整电路；

改变有源卡的负载或电阻，在所接收的电磁波上叠加调制信号；

所述控制电路通过AC调整电路以副载波负载调制信号的方式回传充电信息给读卡器的所述发送线圈。

其中，读卡器根据所述充电信息，调整充电方式的步骤具体为：

在读卡器内设置数据接收电路；

所述数据接收电路接收回传信号，并解调、解码以获取充电信息；

读卡器根据所述充电信息，调整充电方式。

其中，在读卡器根据所述充电信息，调整充电方式的步骤之后，还包括：

在读卡器内设置显示模块：

所述显示模块显示所获取的充电信息。

其中，所述显示模块显示从至少一个有源卡获取的充电信息。

本发明的有益效果在于：非接触式读卡器通过电感耦合向有源卡的电池进行充电，同时，有源卡在充电时可发送充电信息给读卡器，进而读卡器调整充电方式。由于读卡器与有源卡之间以电感耦合传送电量及能量，两者之间不用电线连接，因此读卡器及有源卡都可以做到无导电接点外露，并解决了有源卡需要定期更换电池的缺点。

附图说明

图1为本发明实施例一的流程示意图；

图2为本发明实施例二的流程示意图；

图3为本发明非接触式读卡器内部结构框图；

图4为本发明有源卡内部结构框图；

图5为本发明中信息具体收发过程结构示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1，本发明实施例一提供一种利用非接触式读卡器充电的方法，包括如下步骤：

S110：读卡器向有源卡发送电磁波；

S120：有源卡对所述电磁波进行整流滤波，转化为直流电；

S130：有源卡通过直流电为电池充电，并发送充电信息给读卡器；

S140：读卡器根据所述充电信息，调整充电方式。

无线充电技术是源于无线电力输送技术。无线充电又称作感应充电、非接触式感应充电，是利用近场感应，由供电设备(如充电器)将能量传送至用电装置，用电装置使用接收到的能量对电池充电，并同时供其本身运作之用。由于充电器与用电装置之间以电感耦合传送能量，两者之间不用电线连接，因此充电器及用电装置都可以做到无导电接点外露。

在电子工程学中，由于电磁感应使一根导线中的电流变化引起电动势通过另一根导线的一端，这样配置的两个导体称为是电感耦合(Inductive coupling)，或称磁耦合，这种状态的电流变化是根据法拉第电磁感应定律产生感应电动势，这种状态也成互感耦合、磁耦合。如要加强两根导线的耦合，可将其绕成线圈并以同轴方式接近放置，这样一个线圈的磁场会穿过另一个线圈。

区别于现有技术，本发明实施例一中非接触式读卡器通过电感耦合向有源卡的电池进行充电，同时，有源卡在充电时可发送充电信息给读卡器，进而读卡器调整充电方式。由于读卡器与有源卡之间以电感耦合传送电量及能量，两者之间不用电线连接，因此读卡器及有源卡都可以做到无导电接点外露，并解决了有源卡需要定期更换电池的缺点。

如图2所示，在本发明实施例一的基础上，本发明实施例二在执行上述步骤时，可具体执行如下步骤：

S111：在读卡器内设置控制芯片、滤波匹配电路及发送线圈；

S112：所述控制芯片通过滤波匹配电路控制发送线圈发送电磁波。

其中，本发明实施例中的所述控制芯片通过滤波匹配电路控制发送线圈发送13.56MHz的电磁波。

如图3所示，图3为本发明实施例二非接触式读卡器的内部结构框图。其中控制芯片内部为半桥逆变器，逆变器是一种把直流变交流的电路结构设备，全桥和半桥是内部驱动电路的结构形式，一般地，全桥是由4个驱动管轮流工作于正弦波的各个波段，半桥是2个驱动管轮流工作于正弦波的各个波段，半桥逆变器经过滤波匹配电路以控制发送线圈产生以13.56MHZ的交流电流。交流电流在发送线圈内产生磁通量，并向外辐射。发送线圈的匹配电路使得线圈工作接近于谐振区，功率传输效率最大化。

其中，读卡器向有源卡的数据传输采用半双工的通讯形式。半双工通讯即Half-duplex Communication。这种通信方式可以实现双向的通信，但不能在两个方向上同时进行，必须轮流交替地进行。也就是说，通信信道的每一段都可以是发送端，也可以是接收端。但同一时刻里，信息只能有一个传输方向。半双工传输的协议是称为线路规程的过程的一部分，它是OSI模型的第二层，数据链路层所包含的一项功能。采用半双工方式时，通信系统每一端的发送器和接收器，通过收/发开关转接到通信线上，进行方向的切换，因此，会产生时间延迟。若要改变传输方向，需由开关进行切换。半双工方式要求收发两端都有发送装置和接收装置。由于这种方式要频繁变换信道方向，故效率低，但可以节约传输线路。半双工方式适用于终端与终端之间的会话式通信。

对应地，在执行步骤S120时，可以具体执行如下步骤：

S121：在有源卡内设置接收线圈、整流滤波电路；

S122：将有源卡的接收线圈靠近读卡器的所述发送线圈；

S123：所述接收线圈接收电磁波，通过整流滤波电路，转化为直流电。

如图4所示，被充电的有源卡的接收线圈靠近非接触式读卡器的发送线圈，在接收线圈产生感应电压，此电压为交流电压。交流电压经过整流滤波电路，转化成直流电压。在实际生活中，感应电压会随着读卡器天线和卡的距离不同而变化，距离越近，感应电压越高，相应的充电时间越短。

对应地，在执行步骤S130时，可以具体执行如下步骤：

S131：在有源卡内设置充电电路、控制电路，并安装有电池；

S132：在转化为直流电后，有源卡通过所述充电电路对电池充电，并激活所述控制电路；

S133：所述控制电路回传充电信息给读卡器的所述发送线圈。

其中当工作电压到达后，有源卡的控制电路将被激活。同时整流后的直流电压通过充电电路，给锂电池充电。在激活所述控制电路后，所述有源卡的控制电路实时监控充电信息，记录充电电流、充电电压、充电电量。

其中，所述控制电路在回传充电信息给读卡器的所述发送线圈时，有源卡内需要设置AC调整电路；所述控制电路通过AC调整电路以副载波负载调制信号的方式回传充电信息给读卡器的所述发送线圈。此时有源卡作为谐振电路消耗非接触式读卡器产生的能量。这个能量消耗有重新激活的效应，使读卡器端出现电压降。这个效应通过改变有源卡中控制电路的负载或电阻，在所接收的电磁波上叠加调制信号，将数据及副载波从有源卡发送回读卡器，如对包括充电电流、充电电压、充电电量等充电信息进行回传。

对应地，在执行步骤S140时，可以具体执行如下步骤：

S141：在读卡器内设置数据接收电路；

S142：所述数据接收电路接收回传信号，并解调、解码以获取充电信息；

S143：读卡器根据所述充电信息，调整充电方式。

如图3所示，在读卡器发送能量和数据给有源卡后，在有源卡进行充电时，可发送数据给读卡器。具体数据收发过程如图5所示，发送端(或读卡器)通过Q3/Q4/Q5/Q6组成的H桥，在读卡器线圈上产生13.56MHZ的交流电流，交流电流在线圈上产出电磁场。有源卡接收线圈同时收到13.56MHZ的载波。读卡器端通过导通和关闭Q2使得读卡器线圈上的负载变化，从而在13.56MHZ载波上叠加调制信号。接收端(或有源卡)的控制电路通过解调、解码得到发送端的数据。当接收端向读卡器端发送数据时，通过导通和关闭Q1使得读卡器接收线圈上的负载变化，从而在载波上叠加调制信号，读卡器端接收电路通过解调得到有源卡端的数据。

当闭合Q2时，发送端的发送线圈被短路，此时发送端无法产生磁通量，也无法发送载波。打开Q2时，发送线圈可产生13.56MHZ的交流电流，并发送载波。同理，当闭合Q1时，接收端的接收线圈被短路，此时也无法实现回传数据给发送端。只有打开Q1，才可实现发送载波(或称为副载波)，回传数据给发送端。定义有载波发送为1，无载波发送为0。最终，信息以0、1的数字信号传输于发送端与接收端。

其中，在步骤S140之后，本发明可执行如下步骤：

S151：在读卡器内设置显示模块；

S152：所述显示模块显示所获取的充电信息。

如图1所示，显示模块可具体为LCD显示界面或其他可实现显示的元件或设备。当发送线圈接收到非接触式读卡器截取线圈上的信号，经过解调、解码，获取充电信息。进而根据被充电设备的状态，调整充电方式。同时，非接触式读卡器将有源卡的充电信息显示在非接触式读卡器的LCD显示界面上。

当非接触式读卡器上同时给2张或多张有源卡充电时，非接触式读卡器的LCD显示界面上同时显示所有有源卡的充电信息，实现同时多充的功能。进一步地，在手机、PAD等数码产品上加装13.56MHZ匹配线圈和对应的电路时，也可实现对这些设备的充电。

由上述描述可知，本发明提供的非接触式读卡器由其控制芯片、滤波匹配电路、发送线圈、数据接收电路及显示模块有机配合，通过电感耦合发送13.56MHZ的载波向有源卡的电池进行充电，同时，有源卡通过控制电路、接收线圈及整流滤波电路将接收的交流电流转化为直流电，实现充电，并在充电时可发送充电信息给读卡器，进而读卡器调整充电方式，并向用户显示充电信息，及时向用户反馈充电过程的相关信息，实现智能化、人性化，同时由于读卡器与有源卡之间以电感耦合传送电量及能量，两者之间不用电线连接，因此读卡器及有源卡都可以做到无导电接点外露，并解决了有源卡需要定期更换电池的缺点。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种利用非接触式读卡器充电的方法，其特征在于，包括：

读卡器向有源卡发送电磁波；

有源卡对所述电磁波进行整流滤波，转化为直流电；

有源卡通过直流电为电池充电，并发送充电信息给读卡器；

读卡器根据所述充电信息，调整充电方式；

有源卡通过直流电为电池充电，并发送充电信息给读卡器的步骤具体为：

在有源卡内设置充电电路、控制电路，并安装有电池；

在转化为直流电后，有源卡通过所述充电电路对电池充电，并激活所述控制电路；

在激活所述控制电路后，所述控制电路实时监控充电信息，记录充电电流、充电电压、充电电量；

所述控制电路回传充电信息给读卡器的所述发送线圈；

所述控制电路回传充电信息给读卡器的所述发送线圈的步骤具体为：

在有源卡内设置AC调整电路；

改变有源卡的负载或电阻，在所接收的电磁波上叠加调制信号；

所述控制电路通过AC调整电路以副载波负载调制信号的方式回传充电信息给读卡器的所述发送线圈。

2.根据权利要求1所述利用非接触式读卡器充电的方法，其特征在于，读卡器向有源卡发送电磁波的步骤具体为：

在读卡器内设置控制芯片、滤波匹配电路及发送线圈；

所述控制芯片通过滤波匹配电路控制发送线圈发送电磁波。

3.根据权利要求2所述利用非接触式读卡器充电的方法，其特征在于，所述控制芯片通过滤波匹配电路控制发送线圈发送13.56MHz的电磁波。

4.根据权利要求1所述利用非接触式读卡器充电的方法，其特征在于，有源卡对所述电磁波进行整流滤波，转化成直流电的步骤具体为：

在有源卡内设置接收线圈、整流滤波电路；

将有源卡的接收线圈靠近读卡器的所述发送线圈；

所述接收线圈接收电磁波，通过整流滤波电路，转化为直流电。

5.根据权利要求1所述利用非接触式读卡器充电的方法，其特征在于，读卡器根据所述充电信息，调整充电方式的步骤具体为：

在读卡器内设置数据接收电路；

所述数据接收电路接收回传信号，并解调、解码以获取充电信息；

读卡器根据所述充电信息，调整充电方式。

6.根据权利要求5所述利用非接触式读卡器充电的方法，其特征在于，在读卡器根据所述充电信息，调整充电方式的步骤之后，还包括：

在读卡器内设置显示模块；

所述显示模块显示所获取的充电信息。

7.根据权利要求6所述利用非接触式读卡器充电的方法，其特征在于，所述显示模块显示从至少一个有源卡获取的充电信息。