CN114391226A

CN114391226A - 公设备、电子标签和近场通信系统

Info

Publication number: CN114391226A
Application number: CN202080063459.XA
Authority: CN
Inventors: R·帕尔马德; L·汉尼诺特; F·邦尼
Original assignee: St Lock Co
Current assignee: St Lock Co
Priority date: 2019-09-10
Filing date: 2020-09-08
Publication date: 2022-04-22
Also published as: FR3100674B1; US20220302961A1; EP4029149A1; WO2021048151A1; FR3100674A1

Abstract

本发明涉及一种公设备(1)，其包括细长部(100)和天线(120)。细长部(100)在第一端部(101)和第二端部(102)之间的一个方向上延伸，并且该细长部(100)用于通过从第一端部穿行以接收至少一个母设备。近场通信天线(120)放置在细长部的内部并且包括至少一个导电匝，该导电匝包括在第二端部处的两个连接端子，两个连接端子用于连接到读取器电路，该导电匝定位成当天线被读取器电路产生的电流穿过时产生至少一个磁场，该磁场产生垂直于穿行方向穿过细长部的通量。

Description

公设备、电子标签和近场通信系统

技术领域

本发明涉及公设备、母设备和近场通信系统。

背景技术

给定区域中的自动对象跟踪可以以不同的方式进行。关于电子防盗，已知的是将电磁终端定位在商店出口处，并为产品装配防盗设备，该防盗设备包括调谐到所述终端的电磁场频率的谐振电路。一旦将防盗设备放置在由电磁终端产生的场中，该设备就会开始发生共振并在电磁场中产生显着的干扰。这种干扰是很容易检测到的，并且可以定位到预定区域中存在的防盗设备。然而，这种跟踪方法不能准确地识别与所述设备相关联的对象。

最近的两项技术使得更准确的对象识别成为可能。RFID(射频识别)和 NFC(近场通信)技术使用耦合到天线的电子芯片，这使得能够在使用读取器产生的电场或磁场为电子芯片供电的同时与读取器进行通信。这两种技术使得一旦识别对象位于读取器的通信场中，就可以向读取器发送通常唯一的标识符，从而可以准确地识别在预定区域中的对象，而无需对象或其识别设备具有内在电源。RFID技术使用电场，可以与几米外的一个或多个识别设备进行通信，而无需准确定位对象。NFC技术使用磁场，可以在距离读取器几厘米的地方进行通信。

在对象定位的应用中，存在要求定位和识别对象的高精度水平的特殊需求。例如，在交互式游戏领域中，需要在游戏板上跟踪游戏块。在商业领域，需要跟踪和识别货架展示上的产品，以便能够快速盘点并定位呈现给客户的产品。

于2019年8月29日提交，编号为19-09528，标题为“近场通信台及在所述台上定位的方法(plateau de communication en champ proche et procédéde localisation suledit plateau)”的法国专利申请公开了使用NFC技术的通信表面，这可以准确定位在通信表面上配备有电子标签的物体。所述专利申请提出了一种既可用于游戏领域又可用于货架单元或商店展示架上的对象跟踪的解决方案。上述表面提出了一种解决方案，当展示架是空的或者产品没有放置在正确的展示架上时，可以通知店主，从而可以分别补货或整理展示架。

销售货架展示不限于托盘中产品的展示架。事实上，还有带挂钩的壁挂展示架。这种类型的挂钩展示架特别适用于具有包括悬挂孔的塑料或卡片包装的小尺寸产品。带挂钩的壁挂展示架可以以有序的方式展示产品的不同版本。举例来说，展示架的每个挂钩可以专用于呈现给顾客的特定尺寸或大小的产品。为此，将产品正确布置在挂钩上很重要，以便客户更容易选择。

使用垂直定位并配备挂钩的通信表面可以在产品放置在挂钩上时跟踪配备有识别设备的产品的位置。然而，这样的解决方案并不令人满意。使用NFC技术进行准确定位仅限于距离小于10厘米的通信。展示架的挂钩的长度可达40厘米。因此需要在挂钩展示架中进行跟踪。

发明内容

本发明旨在解决带挂钩的展示架上的产品定位问题。为此，本发明提出了一种解决方案，其中公部件集成了NFC读取天线，并且包括孔的母部件集成了其天线围绕所述孔的NFC识别设备。因此，NFC读取器的天线位于NFC识别设备的天线内部。

根据第一实施例，本发明提出一种近场通信系统的公设备，其包括细长部和至少一个近场通信天线。细长部在第一端部和第二端部之间的穿行方向上延伸，并且该细长部用于通过从第一端部穿行以围绕细长部接收至少一个母设备。至少一个近场通信天线放置在细长部的内部并且包括至少一个导电匝，该导电匝包括在第二端部处的两个连接端子，两个连接端子用于连接到读取器电路，该导电匝定位成当天线被读取器电路产生的电流穿过时产生至少一个磁场，该磁场产生垂直于穿行方向穿过细长部的通量。

出于紧凑和易于使用的原因，公设备可以包括与第二端部一体的安装基座，所述基座包括连接到所述至少一个天线的连接端子的读取器电路。

为了改进通信，可以使用数个天线。本发明可以包括在第一端部和第二端部之间延伸的穿行方向上并列并对齐的多个天线，每个天线包括至少一个匝。

优选地，为了简化制造，多个天线中的天线可以制造在绝缘基板上并且可以是共面的。

根据第一检测改进，天线可以并联耦合在一起，两个相邻的天线可以相反地极化，这样磁场的方向在两个相邻的天线之间是相反的。

根据第二检测改进，多个天线中的每个天线可以包括在第二端部的至少两个连接端子，其用于连接到读取器电路。

根据第二检测改进，读取器电路可以配置为一次激活多个天线中的单个天线，以便确定母设备在细长部上的位置。

根据第二实施例，本发明提出一种近场通信系统的电子标签，其包括孔、近场通信天线和集成电路。该孔用于接收至少一个公设备。近场通信天线包括具有两个连接端子的至少一个导电匝，所述匝围绕所述孔，所述天线将磁场转换为电流。集成电路连接到连接端子以便由天线供电。

为了改进通信，电子标签可以包括用于相对于公设备定向天线的定向装置。

根据第三实施例，本发明提出了一种近场通信系统，包括公设备和如前定义的一个或多个电子标签。公设备的细长部是一个展示架挂钩，电子标签构成穿入到公设备上的母设备，电子标签的孔是产品或产品包装的悬挂孔，集成电路包括用于识别与其相关联的产品的唯一标识符。

附图说明

通过阅读由说明性和非限制性示例给出的本发明的特定实施例的以下描述并参考附图，将更好地理解本发明，并且本发明的其他特征和优点将变得更清楚，其中：

[图1]示出了根据本发明的通信系统的公设备的第一实施例的示例，

[图2]示出了根据本发明的母通信设备的第一实施例的示例，

[图3]示出了图1的公设备与图2的母设备的操作，

[图4]示出了根据本发明的母通信设备的第二实施例的示例，

[图5]示出了图4的母设备的改进示例，

[图6]示出了根据本发明的通信系统的公设备的第二实施例的示例，

[图7]示出图6的公设备与图2的母设备的操作，

[图8]示出了根据本发明的通信系统的公设备的第三实施例的示例，

[图9]从相反的视图示出了图8的公装置，

[图10]示出了图8和图9的公设备与图2的母设备的操作，

[图11]示出了图8和图9的公装置与图2的母装置的操作，

[图12]示出了图8和图9的公装置与图2的母装置的操作。

具体实施方式

在本文中，“近场通信”指的是限于几厘米的NFC技术，并且使用由导电回路而制成的天线，该导电回路在读取器侧和电子标签侧形成半变压器。以这种方式产生的通信是通过耦合读取器的发射天线和电子标签的能量收集天线的磁场来实现的。

在本文中，“电子标签”指的是一种识别装置，其包括耦合到天线的电子芯片，该电子芯片形成线圈并通过读取器产生的磁场为其自身供电。这种识别装置通常采用标签的形式，该标签可以容易地固定在多种类型的包装或产品上。然而，本发明不限于“标签”类型的形状因数，并且可以例如包括任何其他形式的电子设备。

在详细解释定位标签的操作之前，首先应该回顾一下读取器和电子标签之间的近场通信的操作。读取器包括天线，该天线具有一个或多个匝并且调谐到对应于所发射的磁场的频率的谐振频率，例如13.56兆赫。流经读取器天线匝的电流产生磁场，该磁场在天线附近辐射。电子标签包括天线，其具有一个或多个匝并且调谐到由读取器发射的磁场。当电子标签处于读取器的磁场中时，电子标签的天线开始谐振并转换其接收到的磁场。如果磁场足够大，电子标签的天线可以为所述标签的芯片供电。读取器和电子标签之间的通信是通过磁场的调制来实现的。在读取器侧，场的调制是通过调制发送到天线的电流来实现的，从而调制发射的场。在电子标签侧，调制是通过产生磁场的调制扰动来调谐和解谐电子标签的天线来实现的，这也称为逆调制 (retro-modulation)。磁场的调制扰动转化为读取器的天线中循环电流的调制，后者可以进行解调。对于进一步的细节，本领域技术人员可以参考定义近场通信操作的 ISO标准14443。

为了在读取器和电子标签之间建立通信，电子标签必须接收足够功率的磁场来为电子标签的芯片供电。使得读取器和电子标签之间的通信成为可能的距离取决于读取器的天线和电子标签的天线的尺寸，还取决于读取器的发射功率。在读取器侧使用低发射功率，只有在电子标签非常靠近发射天线时，电子标签才能被检测到。此外，读取器的天线和电子标签的天线之间的耦合可以随着天线相对于彼此的相对位置的函数而变化。

图1示出了根据本发明的形成公设备的展示架挂钩1的第一实施例的示例。图1a示出了展示架挂钩1的俯视图，图1b示出了其侧视图，图1c示出了其沿图1a中所示的轴线A-A的截面图。展示架挂钩1包括细长部100和安装基座110。该细长部在第一端部101和第二端部102之间的方向上延伸。细长部100具有锥形形状和例如平坦截面，以便能够通过穿行以从第一端部101接收配备有悬挂孔的产品或产品包装。第二端部102固定到安装基座110。安装基座110配备有未示出的悬挂装置，以便例如可拆卸地固定到用于接收展示架挂钩1的展示架的壁上(未示出)。

天线120放置在细长部100的内部。天线120是由一匝或多匝导电材料构成的近场通信天线。天线120包括在用于连接到读取器电路的第二端部102处形成连接端子的两个端部。在优选的示例中，读取器电路放置在安装基座110内。在一个变型中，安装基座110仅包括连接元件，该连接元件用于将天线120电连接到读取器电路，该读取器电路放置在将其固定于其上的展示架的壁中。无论实施例如何，读取器电路例如是符合ISO标准14443的标准电路。

在该第一实施例的示例中，细长部100是例如使用两个壳体半部制成的，两个壳体半部由塑料模制而成，并形成“O”形，该“O”形内部是细长且中空的，以便接收例如使用形成一匝或多匝的绝缘导线产生的天线120。以这种方式生产的组件形成细长部100，其基本上是扁平的并且可以用作钩子。天线120的配置形成从第一端部101到第二端部102的回路，使得构成天线的导线产生磁场，该磁场的磁通量垂直于“O”形的中心部，即垂直于第一端部101至第二端部102的方向且垂直于平坦部。

为了与图1的公设备配合，应该限定母设备，例如，如图2所示的产品标记的电子标签2。图2a示出了第一面上的标签，图2b示出了沿图2a所示的截面B-B 的标签的侧视图，图2c示出了与第一面相对的第二面上的标签。该标签包括绝缘基板200和天线220，绝缘基板200用作放置在第一面上的电子芯片210的支撑，和用作天线220放置在第二面上的支撑。芯片210通过在电子芯片210和天线220的接触区域中形成的两个孔230连接到天线220。基板200优选是柔性绝缘基板，例如纸、卡片、聚酰亚胺、聚酯、环氧树脂或任何其他材料。天线220的制造可以通过导电材料的印刷、银的丝网印刷、与基板一体的铜层蚀刻、铜线的沉积或缝合，或者用于生产印刷电路的任何其他技术。芯片210是识别和近场通信芯片。

电子标签2与传统电子标签的区别在于其中心存在孔240，而天线220围绕孔240。孔240用于接收公通信装置，例如前述的挂钩1。

图3示出了图1的公设备与图2的母设备的操作。包括电子标签2的母设备20、21和22沿着图1的设备的细长部100放置。母设备20、21和22的定位是通过从第一端部101穿行来实现的。当置于安装基座110中的读取器为置于细长部100 中的天线120供电时，产生磁场，所述磁场由多个场线310和320组成。

在该图3中，可以看出位于细长部100的中心部的场线310垂直于所述部 100延伸。场线310的这种布置可能具有一些缺点。垂直于细长部100放置的母设备 21的孔240不被场线310穿过，因此不能与公设备的读取器通信。另一方面，同样相对于细长部100垂直放置但靠近一个端部101或102的母设备20被场线320穿过，场线320在该位置弯曲。当母设备22相对于细长部倾斜，甚至是轻微倾斜时，该母设备22也被场线310穿过。

为了改进图1的挂钩1和母通信装置之间的耦合，应该考虑将电子标签2 放置在产品包装上。图4示出了包括固定在产品包装的突出部400上的电子标签2的母通信设备4的实施例的示例。图4a示出了对应于突出部400的母通信装置4的局部视图，该突出部400使得可以悬挂产品的包装，并且图4b示出了沿图4a所示的轴线C-C的截面图。为了简化附图，图4中并未将电子标签2的所有细节都表示出来。

突出部400包括悬挂槽410。电子标签2通过将悬挂槽410定位于孔240 处的方式固定在突出部400上。标签2在突出部400上的固定可以通过粘合或任何其他使得标签2与突出部400成为一体的方式来实现。

图5示出了两个包装500和550，当包装悬挂在展示架挂钩的细长部100 上时，这两个包装的突出部400定位成使电子标签2倾斜。

包装500在所述包装500的垂直侧的延伸部中具有突出部400。突出部400 的这种设置使得包装500自然倾斜，以便在重力520的作用下使悬挂槽410与包装 500的重心510对齐。大量的包装使用这种悬挂突出部的定位，因此本发明对这种包装的适应性保持最小，并且可以使用图1中描述的展示架挂钩。

包装550是一种包装类型，其具有在重力570的方向上与重心560基本对齐的悬挂突出部400。对于这种类型的包装，最好使用相对于包装550倾斜的突出部 400。

根据未示出的变体，可以使用足够厚的突出部400，使得悬挂槽410能够确保细长部100的引导。在这种情况下，电子标签2在突出部400的该厚度下以倾斜的方式放置。

根据图1中描述的示例的展示架挂钩使得可以检测悬挂在那里的产品的存在。然而，如前所述，电子标签必须具有一定的倾斜度，以便能够在公元件的细长部100的中心部上被检测到。虽然对于具有一定厚度的包装500和550很容易获得电子标签2的倾斜，但对于非常薄的包装来说这更为困难。

为了能够检测垂直定位在展示架挂钩的细长部的整个长度上的电子标签 2，在图6的辅助下详细描述第二实施例的示例。在图6中，展示架挂钩6包括具有细长形状的公元件600，该公元件600沿从第一端部601到第二端部602的方向延伸。第二端部602连接到安装基座610，该安装基座610用于将挂钩6固定到竖直的展示架的壁上，这未示出。

公元件600包括多个天线620，多个天线620在穿过第一端部601和第二端部602的方向上并列排列。每个天线620包括一个或多个匝。将两个相邻的天线 620反向极化，使得磁场的方向在两个相邻的天线620之间反转。天线620并联耦合在一起，并且连接到放置在展示架的壁或安装基座610中的读取器电路。优选地，天线620以共面方式制造并且例如根据用于制造印刷电路的已知技术蚀刻在绝缘基板上。然后将印刷电路包覆成型在塑料材料中，以使其硬化以用作展示架挂钩。

以这种方式连接的天线620使得可以在细长部600的整个长度上交变磁场。图7示出了图6的挂钩6的场线700。所有的场线700都垂直于细长部的表面，但它们弯曲以穿过相邻的天线620。由于天线620的这种布置，无论电子标签2沿着细长部的位置如何，场线700都穿过它，从而可以检测到所有穿行到挂钩6的细长部 600上的电子标签2。

通过挂钩6，可以检测存在什么产品。特别是，可以检测到产品存在于挂钩上，但无法知道其确切位置。图8和图9示出了根据本发明的通信系统的公设备的第三实施例的示例，其使得可以跟踪电子标签在展示架挂钩8上的位置。

图8示出了挂钩8的俯视图，图9示出了挂钩8的仰视图。展示架挂钩8 包括公元件800，其具有从第一端部801到第二端部802的方向延伸的细长形状。第二端部802连接到安装基座810，该安装基座810用于将挂钩8固定到竖直的展示架壁上，这未示出。

公元件800包括多个天线820，其在从第一端部801到第二端部802的方向上并列并对齐。每个天线820包括一个或多个匝并且包括至少两个连接端子，该连接端子被带到第二端部802的水平高度以便连接到读取器电路。在这个实施例中，天线802单独地连接到读取器电路以便能够被读取器电路一一使用。

优选地，天线820以共面方式制造并且例如根据用于生产双面型印刷电路的已知技术蚀刻在绝缘基板上。然后将印刷电路包覆成型在塑料材料中，以使其硬化以用作展示架挂钩。

读取器电路优选地包含在安装基座810中。所使用的读取器电路类型例如根据在2019年8月29日提交的，编号为19-09528的法国专利申请中公开的读取器电路。这样的读取器电路逐一地使用天线820来检测存在于细长部800上的标签。

图10、图11和图12示出了三个天线820相对于放置在细长部800上的两个母设备25和26的连续操作。图10示出了由有源天线820产生的磁场线1000。图11示出了由与图10中的有源天线820相邻的有源天线820产生的磁场线1100。图 12示出了由随后的有源天线820产生的磁场线1200。母设备25和26配备有符合根据图2描述的那些电子标签的电子标签2。

在图10中，场线1000穿过母设备26但不穿过太远的母设备25。因此读取设备只能检测到母设备26。

在图11中，场线1100不穿过母设备25并且几乎不穿过设备26。设备26 位于有源天线820的中心位置。设备25离有源天线820很远，这个距离意味着检测是非自动的。读取设备因此可以检测到母设备25远离所述有源天线820。

在图12中，场线1200穿过母设备25和26。读取设备因此可以检测这两个母设备25和26。读取器电路还可以检测到母设备26比母设备25距离更远。

然后，读取设备可以通过交叉参考由每个天线820执行的检测来更准确地确定母设备25和26的位置。由于两个天线820已经检测到母设备26，而位于该两个天线之间的天线820没有检测到母设备26，读取器电路可以推断出母设备26的位置位于没有检测到它的天线820的中心。对于母设备25，两个相邻的天线820已经检测到它，一个从比另一个更远的地方检测到它；检测距离的三角测量可以准确地获知位置。

可以使用多种位置检测技术来获得准确的位置。作为实施例的示例，本领域技术人员可以参考在2019年8月29日提交的编号为19-09528的法国专利申请中公开的定位技术以获取更多详细信息。

本发明针对展示架挂钩进行了描述。然而，本发明不限于展示架挂钩。举例来说，本发明可用于儿童教育游戏，该游戏包括杆和堆叠在杆上的元件，该杆形成对应于钩子的公元件，而堆叠元件形成电子标签类型的母元件。游戏可以包括给孩子一个指令，例如“堆叠所有红色元件”。当所有请求的元件都堆放在杆上时，可以发送消息说“干得好！你做到了”。另一方面，如果堆叠了颜色错误的元件，则消息可能是“小心！这个元件不是红色的，它是绿色的”。根据图8和图9的示例的更具教育意义的版本可以使得按特定顺序堆叠元件成为可能。

在儿童教育游戏的情况下，要堆叠的块可以具有一定的厚度。因此，这些块可以具有确保在公设备上引导母设备的孔。母设备的天线可以有利地相对于公设备的方向倾斜，以便改进母设备和公设备之间的耦合。

Claims

1.近场通信系统的公设备(1、6、8)，包括：

-细长部(100、600、800)，其在第一端部(101、601、801)和第二端部(102、602、802)之间的穿行方向上延伸，所述细长部用于通过从第一端部穿行，以接收围绕细长部的至少一个母设备(2、20、21、22、25、26、400)，

-至少一个近场通信天线(120、620、820)，其放置在细长部的内部并且包括至少一个导电匝，所述导电匝包括在第二端部处的两个连接端子，两个连接端子用于连接到读取器电路，所述导电匝定位成当天线被读取器电路产生的电流穿过时，产生至少一个磁场，所述磁场产生垂直于穿行方向穿过细长部的通量。

2.根据权利要求1所述的公设备，包括与第二端部一体的安装基座(110、610、810)，所述基座包括连接到至少一个天线的连接端子的读取器电路。

3.根据权利要求1或2所述的公设备，包括多个天线(620、820)，所述多个天线在第一端部和第二端部之间延伸的穿行方向上并列并对齐，每个天线包括至少一个匝。

4.根据权利要求3所述的公设备，其中多个天线中的天线(620、820)制造在绝缘基板上并且是共面的。

5.根据权利要求4所述的公设备，其中天线(620)并联耦合在一起，并且两个相邻的天线(620)相反地极化，使得两个相邻的天线之间的磁场方向是相反的。

6.根据权利要求3或4所述的公设备，其中多个天线中的每个天线(620、820)包括在第二端部的至少两个连接端子，其用于连接到读取器电路。

7.根据权利要求5所述的公设备，其中，当所述公设备从属于权利要求2时，读取器电路配置为一次激活多个天线中的单个天线(820)，以便确定母设备在细长部上的位置。

8.近场通信系统的电子标签(2、20、21、22、25、26、400)，包括：

-孔(240、410)，所述孔用于接收至少一个公设备，

-近场通信天线(220)，其包括具有两个连接端子的至少一个导电匝，所述匝围绕所述孔(240、410)，所述天线将磁场转换为电流，

-集成电路(210)，其连接到连接端子以便由天线(220)供电。

9.根据权利要求8所述的电子标签，包括用于相对于公设备定向天线的定向装置(400、510)。

10.近场通信系统，包括根据权利要求1至7中任一项所述的公设备和一个或多个根据权利要求8或9所述的电子标签，其中所述公设备的细长部(100、600、800)是展示架挂钩，其中电子标签构成穿入到公设备上的母设备，并且其中电子标签的孔(410)是产品或产品包装(500、550)的悬挂孔，集成电路(210)包括用于识别与其相关联的产品的唯一标识符。