CN105512586B - 用于识别rfid系统的应答器是否位于边界区域的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于识别包括读取器件和应答器的RFID系统的应答器是否位于边界区域的方法，其中，执行与至少一个阈值的比较。根据本发明，由应答器与读取器件之间传送的信号确定误比特率，并且至少一个阈值包括在应答器与读取器件之间传送的信号中的预定的误比特率。此外，本发明包括RFID系统和安全开关。

Description

用于识别RFID系统的应答器是否位于边界区域的方法
技术领域
本发明涉及用于识别包括读取器件和应答器的RFID系统的应答器是否位于边界区域的方法。此外，本发明包括RFID系统和安全开关。
背景技术
RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)系统用于在发送器/接收器系统中利用无线电波来自动地且无接触地识别和/或定位目标。典型地，RFID系统首先包括应答器(也被称“标签”或“无线电标签”)，其包括天线并且位于目标上或目标中。该应答器通常包括特征码，RFID系统的读取器件(也被成为“收发机”)可以经由天线来应答该特征码。为此，收发机同样包括天线和用于读出该应答器识别码的收发机电路。为了读出应答器识别码，读取器件典型地产生交变磁场，以便向应答器传输信号。应答器构造用于的是，在获得读取器件的相应的信号之后向读取器件回送包括数据，尤其是识别码的信号作为回应，该读取器件将该信号向系统(例如计算机系统)转送用于进一步使用，或者可以借助本身的微控制器评估该信号。当应答器设计用于影响读取器件的磁场而本身不产生磁场时，在这里也可以使用回送的概念。这种影响随后由读取器件探测到。
在小有效距离(典型地是20mm有效距离)的RFID系统中，读取器件产生交变磁场，这些交变磁场不仅设置用于传输数据，而且往往也用于向应答器供应能量。
该有效距离首先依赖于周围环境，读取器件在其中使用。当读取器件例如安装在金属的载体上时，该金属载体可能对读取器件与标签之间的耦合产生影响，从而减小了有效距离。
此外，(例如在白天不同的时刻的)温度差别可能对有效距离产生影响。如果应答器位于该有效距离的边缘处，虽然应答器继续发出由读取器件接收到的信号，但是该信号可能是错误的。特别是在危险的机器上，例如当应防止进入时允许入内或应允许进入时禁止入内时，可能由此出现危险的情况。其结果是，出于安全原因关掉机器进入安全状态。对可用性的这种影响是不期望的。
为了区分传输的信号是否有足够好的品质，例如在无线通讯应用中存在所谓的接收的信号强度指示(Received Signal Strength Indicator，RSSI)作为用于无线通讯应用的接收场强的指示器。RSSI没有固定的单位，从而必须依赖于相应的应用来阐明作比较的值。在此，较高的值对应于较好的接收。RSSI在工作在中频(ZF)区域中的通讯应用中由放大和解调来确定。然而，在工作在低频区域中(例如125kHz)的RFID系统仅具有简单的电路，从而在这里不能简单地执行RSSI确定。
此外，接收到的信号强度在小于等于20mm的检测区域的情况下非常小，从而在信号强度中最小的波动可能产生不利影响。由于在不同的外界环境中接收到的信号强度很小，RSSI可能急剧改变，从而该RSSI尤其在例如以125kHz运行的RFID系统中太不准确。
发明内容
因此，本发明的任务在于，给出一种方法，利用其能可靠地识别出，RFID系统是否位于边界区域中，在该边界区域中，不再确保应答器与读取器件之间(或反向的)的数据传输有足够的品质。
根据本发明，检验至少一个阈值，其包括在应答器与读取器件之间转送的信号中的预定的最大的误比特率(每单位时间的错误的位)。为此，误比特率要么由在应答器上接收到的信号来确定，要么由在读取器件上接收到的信号确定，并且与阈值进行比较。
对应答器是否位于边界区域中的识别允许的是，识别出如下区域，在这些区域中必须担心错误的信号。当识别出这种区域时，可以例如通过光学或声学的报警信号向使用者显示出的是，应重复检测到存储在应答器中的识别码，这是因为例如读取器件与应答器之间的间距过大。也可以设置的是，给出电报警信号到开关输出端或数据输出端，该电报警信号触发由此产生的动作，例如切断机器。也可以直接地要么作为使用者的请求而使用另外设计的报警信号，以便告知使用者到达边界区域，但是接收到的数据信号不够好并且是安全的，以便开始原本以该信号出发的动作。
误比特率是用于识别码应答的可信度的安全的度量。误比特率在RFID系统的低运行频率下也可以轻松确定，这是因为无需复杂的评估电路，它们恰好在具有低运行频率的系统中通常不使用。
就这点而言，尤其在低运行频率下，也就是说，尤其当RFID系统以如下方式设计，即，发送和接收在100kHz至150kHz，尤其是120kHz至135kHz的频率范围内的信号时，示出了根据本发明的方法的特别的优点。
优选地，读取器件向应答器提供能量。因此应答器充电，以便可以实现传输包含在其中的识别码。
在传输应答器与读取器件之间的信号时的误比特率于是只要依赖于，应答器通过由读取器件传送的能量进行何种程度的充电。系统运行在其中的外界环境的改变对读取器件与应答器之间的磁耦合产生影响，从而应答器以由读取器件传送的能量的充电的程度不同。就这方面来说，实施这种方式设计的方法的RFID系统可以无需在现场的特别的校准而使用在不同的外界环境中，因为无需考虑实际的外界环境而选择阈值，并且该阈值仅与传送或接收到的数据的实际品质有关。
优选地，误比特率通过共同接收到的检验信息与预定的理论信息的比较来执行。该理论信息例如可以是专门共同发送的检验信息。另一方面，相反例如也可以对接收到的有效数据执行评估的是，它们是否符合预期的信息。在该情况下，检验信息由有效数据形成。为此，例如可以使用存储在应答器中且对于读取器件来说已知的识别码。
优选地，在预定的时间窗内确定误比特率，其中，预定的时间窗优选具有在50ms至200ms的范围内的长度。具有这样长度的时间窗足够识别出例如智能卡或密钥，其包括应答器密钥或仅在阅读器件之前保持很短的时间，并且足够执行检验智能卡或密钥是否是允许的。
在另一方面，本发明涉及一种RFID系统，其构造用于执行根据本发明的方法。
RFID系统的优点对应于已经与根据本发明的方法相结合地阐述的优点。
在另一方面，本发明涉及一种具有根据本发明的RFID系统的安全开关。这样的安全开关的优点由已经与根据本发明的方法相结合地阐述的优点而得到。
这样的安全开关例如优选用于监控两个能彼此运动的部件的关闭位置。例如在安全门中，这样的两个能彼此运动的部件使用在线性移动轴、转动台或类似位置上，以便防止接近危险的机械或防止危险的运动。
安全开关可以使用在要求很高的操作保护的应用中。为此，安全开关中的制动器的存储在应答器中的代码与期望的代码进行比较。安全开关可以特别小地构造并且例如经由二进制的输出端转送来自提到的比较部的结果，或例如利用开关柜中的中央的评估单元来通讯。
附图说明
下面，结合实施例和附图详细阐述本发明。在示意性的附图中：
图1示出RFID系统；
图2a和图2b以相对于应答器的间距的误比特率的示意图示出在不同的外界环境中的相同类型的RFID系统的不同的边界区域；
图3示出根据本发明的安全开关的应用。
附图标记列表
10 RFID系统
12 读取器件
14 应答器
16 建筑物
18 防护门
20 安全开关
22 LED
S 安全区域
G 边界区域
U 区域，在其中无法实现通讯
BER 误比特率
x 间距
具体实施方式
图1示出具有读取器件12和应答器14的RFID系统10的示意图。读取器件12(收发机)构造用于借助至少一个无线电单元以公知的方式与包含特征码的应答器14通讯。应答器14可以布置在目标中或目标上(未示出)。
在RFID系统10运行中，读取器件12以公知的方式产生交变磁场，以便对应答器14的数据进行应答。读取器件12为此包括收发机电路，借助该收发机电路产生磁场。
磁场具有有效距离，在该有效距离之内，发送第一信号用于与应答器14的通讯。应答器14向读取器件12发送第二信号作为对第一信号的答复。为了评估第二信号，读取器件12例如与微控制器通讯。第一信号可以包括如下数据，这些数据例如请求应答器14传送在那里存储的识别码。第二信号于是包括含有识别码的数据。信号例如以曼彻斯特32格式(Manchester 32Format)在应答器14与读取器件12之间发送。
应答器也可以如下地设计，即，其影响读取器件的磁场而本身不产生磁场。在回送的信号的意义下，该影响随后由读取器件探测到。
此外，读取器件12构造用于向应答器14供应能量，从而该第二信号可以向读取器件12发送或可以引起由读取器件产生的磁场的操纵。依赖于读取器件12与应答器14之间的间距，应答器14经历不同的充电状态，它们依赖于向应答器14供应了多少能量。这些充电状态尤其包括“完全充电”、“部分充电”和“未充电”。根据充电状态，应答器14可以多少良好且安全地接收和传输信号，从而可能出现错误的传送。
在边界区域G中，应答器通过由在读取器件中产生的磁场传输的能量仅部分地充电。在边界区域G中，虽然信号也在应答器14与读取器件12之间传输，但是这些信号可能是错误的，这是因为例如应答器14与读取器件12之间的间距过大或出于其他原因不再确保应答器14的能量供应。
图1被视为如下的情况，在其中，信号传输必要时由于可能的过大的间距不再安全地运转。如图1中示出的那样，应答器14于是位于安全区域S与在其中几乎不再可以实现通讯的区域U之间的边界区域G中。在安全区域S中，可以信任在读取器件与应答器之间进行的通讯。在区域U中，不再能进行读取器件12与应答器14之间进行的通讯。
在根据本发明的在这里描述的方法中，确定了传输的信号的误比特率并且将其与预定的阈值进行比较。为此检验的信号例如是识别码，其应该信号的要求而由应答器14向读取器件12传送。这例如以曼彻斯特32格式传送，从而当信号例如不再对应于该格式时，可以确认信号是否是错误的。对于因此要确定的误比特率来说，确认了阈值。
在此，通过阈值设置的是，自哪个误比特率起由应答器14转送的数据仍是可信任的以及哪个错误率对于RFID系统10来说是不可接受的。
在此，在RFID系统10中可能出现以下的情况：
1.应答器放置在安全区域S中。在这里，应答器14完全由读取器件12来提供能量。在应答器14与读取器件12之间之间发送的数据具有低于预知的误比特率。可以信任读取器件2与应答器14之间的通讯。
2.应答器14与读取器件12之间的间距较大，从而应答器14位于边界区域G中。在这里，应答器14仅部分地充电，并且从应答器14向读取器件12发送的信号可能包含错误的数据。由于应答器不再完全充电，数据可能不再能无差错地传输，从而也增大了误比特率。在超过预定的阈值时，给出报警信号，其告知使用者应答器14位于边界区域中，在该边界区域中，不再能完全信任通讯。
3.如果应答器14与读取器件12之间的间距变得更大(区域U)，应答器14不再由读取器件12来提供能量或无论如何不再由其充分地提供能量，从而不再有数据可以在应答器14与读取器件12之间传送。
在根据本发明的另一方法指导中，由应答器共同发送的检验信号与存储在读取器件中的参考信号进行比较，以便确定误比特率。替选地，读取器件以用于传送特征码的向应答器的请求向应答器发送特定的信号，该应答器随后回送该信号，以便使读取器件可以实现比较。
应答器通常以如下方式设计，从而持续传输其信号。于是，这尤其是如下情况，即，应答器通过由读取器件产生的磁场的影响传输该应答器的信号。
信号在预定的例如100ms的时间窗内由读取器件来测量并且确定误比特率。当错误的位的数量超过阈值时，在读取器件12上送出光学的报警信号。这例如可以通过闪烁的LED(图3)来展现。最大的错误数量例如可以选择位在预定的时间窗内的10个错误位，从而在100ms的时间窗内最大误比特率确认为100bps((bits per second，比特每秒)。如果错误率小于临界值，那么这就可以例如通过连续点亮的LED显示出。如果当应答器14离得太远而完全不再接收信号时，那么这就可以例如通过不点亮LED来显示出。
图2a和图2b示例性地示出，当RFID系统10使用在不同的外界环境中时，区域S、G和U可以如何改变。以相对于应答器14与读取器件12的间距x的误比特率BER(Bit ErrorRate)的示意图示出在不同的外界环境中的相同类型的RFID系统的对应的边界区域。
读取器件12和/或应答器14在图2a中例如紧固在塑料物体上，相反地在图2b中例如紧固在金属物体上。图2b的金属物体影响应答器14与读取器件12之间的磁耦合(并且进而是应答器通过读取器件的磁场进行的充电)，从而图2b的安全区域S小于在图2a中的该安全区域。
也可以预定两个或更多的阈值，它们配属于不同的状态，这些状态配属于不同的通讯可信度。它们可以随后通过不同的报警信号显示出。
图3示出具有RFID系统10的安全开关20，其控制对建筑物16的访问。根据图3的安全开关安装在防护门18上。
为了打开通过安全开关20保护的防护门18，必须使用应答器14，其包含匹配的访问代码。只要在读取器件12的有效距离内以正确的访问代码识别出应答器14，安全开关20并且因此是防护门16就可以打开。在使用根据本发明的方法的情况下执行该代码的识别。
LED22配属于读取器件12，当应答器14位于在其中不能信任应答器与读取器件之间的通讯的边界区域G中时，该LED给出光学信号。于是防护门无法打开。但是告知使用者的不是使用了错误的应答器而是通讯不畅。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (14)

1.一种用于识别包括读取器件(12)和应答器(14)的RFID系统的应答器(14)是否位于边界区域的方法，所述方法包括以下步骤：
使用所述读取器件(12)向所述应答器(14)供应能量；
检测所述应答器(14)的充电状态，其中所述应答器(14)的充电状态包括以下充电状态之一：完全充电、部分充电和未充电，其中部分充电的充电状态指示所述应答器(14)在所述边界区域中；
检测所述充电状态包括以下步骤：
确定所述应答器(14)与读取器件(12)之间传送的信号的误比特率；
将所确定的误比特率与至少一个阈值进行比较以确定所述应答器(14)位于所述边界区域中，所述边界区域包括其中所述应答器(14)未通过所述读取器件(12)传输的能量进行充分充电的区域，其中至少一个阈值包括在应答器(14)与读取器件(12)之间传送的信号中的预定的最大的误比特率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，边界区域(G)对应于如下区域，在该区域中，在所述读取器件(12)和/或所述应答器(14)之间发送和接收的信号包括错误的信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，RFID系统(10)以如下方式设计，即，传送和接收在100kHz至150kHz的频率范围内的信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，RFID系统(10)以如下方式设计，即，传送和接收在120kHz至135kHz的频率范围内的信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，误比特率的确定包括预定的信号与接收到的信号之间的比较。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，信号包括由所述RFID系统传送/接收到的有效数据。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，误比特率通过共同接收到的检验信息与预定的理论信息的比较来确定。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由在预定的时间窗内错误的信号的数量确定误比特率，其中，预定的时间窗具有在50ms至200ms的范围内的长度。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在识别所述应答器(14)是否位于所述边界区域(G)中时，送出报警信号。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述报警信号包括光学或声学的信号。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述报警信号包括电报警信号，所述电报警信号用于触发安全动作。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述报警信号给出的是，虽然由所述应答器接收到信号，但是该信号不是足够安全的。
13.一种具有读取器件(12)和应答器(14)的RFID系统(10)，其特征在于，所述RFID系统构造用于实施根据上述权利要求中任一项所述的方法。
14.一种具有权利要求13所述的RFID系统(10)的安全开关(20)。
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