CN1144151C - 通过电磁连接在阅读器和移动对象之间传送数据的过程,系统和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通过电磁连接在通用阅读器(1)和具有不同通信协议的标记(7)之间传送数据的方法，系统和设备。通用阅读器(1)通过发射一个调制模式扫描信号搜寻(2，11，12，17，18，19)移动对象(7)。各个移动对象在接收到扫描信号时根据其本身的具体协议产生(8，31，32，33，35)一个回应信号。通用阅读器(1)分析(11，12)各个回应信号并且据此推导出移动对象(7)使用的具体协议(35)。通用阅读器(1)以和上述具体协议一致的方式把要发送的消息插(11，12)到移动对象(7)能够解释的阅读器帧中。
Description
本发明涉及允许通过短距离电磁连接在多个移动对象和阅读器之间传送数据的过程，系统和设备，其中，移动对象(尤其是卡或标记(badge))具有不同技术馈送特征和通信装置，尤其是具有不同调制方法和/或通信协议。在下面的描述中通过“移动对象”表示任何类型的便携数据介质。
这些过程，系统，设备和卡通常被称作“非接触式”。
当前“非接触式”市场的特点是非接触式卡非常多样，从中使用的技术也非常多样。这种多样性来自于几种实现移动对象的远程功率馈送的方法和几种与这些对象交换数据的方法。
选择的技术影响卡的费用。
在这种移动环境提供商，尤其是通信公司中，由于担心选择错误的“未来标准”，正在缓慢地接受优先于其它技术的“非接触式”技术。并且，选择一种技术会马上把这些提供商与一种卡，有线逻辑卡或微处理器卡捆绑在一起。在一种情况下，如果选择有线逻辑卡，则会丧失开发与电子现金卡兼容的电子售票系统的机会。另一方面，选择微处理器卡会使卡费用较高。
因而这种技术方案的多样性产生了一个需要解决的问题。其中隐含的价格因素是显著的。迫切期望通信公司开发出能够实现通用阅读器基础设施的“非接触式”技术，其中这种通用阅读器允许处理所有类型的非接触式卡。
采用ISO标准是一种途径。事实上有一个目的是制定非接触式卡的标准的标准化委员会。尽管如此，但是这个委员会的工作进展很慢，其中承受着企业家不同利益的冲突。并且，市场上可能会出现新的技术。这些情况注定会中断这种标准化工作。在研究连接距离非常短的标签(label)或卡时尤其会出现这种情况。
在关于一个系统的专利申请EP 0 768 540 A1中提供了有关的描述，该系统包含一个阅读器，这个阅读器发射各种对应于不同协议的触发信号，其中上述协议被用来和移动对象交换数据。换言之，阅读器逐个发射不同的协议信号并且完全执行对应于正在与之通信的移动对象的协议。一个这样的阅读器至少提供部分的问题解决方案，但也具有缺点。
在专利申请EP 0 282 992 A2中也有所描述，其中一个过程以特定于所使用的通信协议的识别码作为移动对象的特征。移动对象向与之通信的阅读器发送其协议的识别码。阅读器通过使用所识别的协议可以进行数据交换。这样一个过程预示一个标准化组织已经通过为移动对象中使用的各个协议分配一个特定的识别码建立了一组不同的协议，其中识别码具有针对所有经营商均是统一的数值。
这种阅读器至少提供一部分问题解决方案。但也具有缺点。实际上，这样一个过程预示一个标准化组织已经建立了一组在移动对象中使用的不同协议。其中通过为各个协议分配一个特定的识别码来建立这组协议，而识别码具有针对所有经营商均是统一的数值。
本发明的目标是解决上述问题并避免使用专用于各种标记的阅读器，其中不具有现有系统的缺点。
基于本发明的过程允许使用单个的通用阅读器读取具有不同技术特征的标记。基于本发明的过程包含以下步骤：
-(a)通用阅读器通过发送一个扫描不同调制模式的信号寻找在其检测范围内的移动对象；
-(b)移动对象在接收到来自通用阅读器的扫描信号时根据其本身的协议产生一个回应信号，
-(c)通用阅读器分析上述回应信号并且根据该信号推导出移动对象使用的具体协议，
-(d)通用阅读器根据上述具体协议把要发射的消息插到可以被有关的移动对象解释的阅读器帧中；
-(e)通用阅读器向移动对象发送一个根据上述阅读器帧进行调制的电磁信号。
换言之，通用阅读器分两个阶段确定有关移动对象的具体协议。在第一个阶段期间，通用阅读器发送一个信号扫描不同的调制模式。这个扫描信号导致移动对象方面的反应(根据未知的移动对象协议发送一个回应信号)。在第二个阶段，通用阅读器分析来自移动对象的回应信号并且根据该信号推导出移动对象所实现的协议。在第三阶段，通用阅读器使用所确定的协议与有关的移动对象交换数据。
因而基于本发明的过程不同于基于现有技术(EP 0 768 540 A1或EP 0282 992 A2)的过程。上述专利申请没有公开一个分几个阶段，并且包括通用阅读器分析移动对象的输出信号以确定移动对象使用的协议的分析阶段的过程。
基于本发明的过程最好还包括以下步骤：
-(f)移动对象根据上述具体的协议把要发送的消息插到对象帧中
-(g)移动对象根据上述对象帧调制一个电磁信号；
-(h)通用阅读器通过抽取插到上述对象帧中的消息解调上述电磁信号；
-(i)通用阅读器根据移动对象使用的，涉及产生对象帧的方法的逆向方法对插到对象帧中的消息进行解码。
为了使优点突出，移动对象通过远程传输接收被认为足够提供与通用阅读器通信的能量值。也可以包括一个诸如电池或可充电电池的电源。
由于这种装置组合，移动对象可以读出输出帧的内容并且可以向通用阅读器传送针对该阅读器的帧。因而基于本发明的方案具有允许通信公司接近不同的卡制造商并且使其相互竞争的优点。
本发明还涉及一个通过近距离电磁连接在多个移动对象和通用阅读器之间传送数据的系统，移动对象具有不同技术馈送特征和通信装置，尤其是不同调制方法和/或通信协议，通用阅读器无论移动对象的特征如何均能够被使用。上述系统是这样的：
-(a)通用阅读器包括寻找在其检测范围内的移动对象的搜寻装置；上述搜寻装置发送一个扫描不同调制模式的信号；
-(b)移动对象包括信号发生装置，在被上述调制模式扫描信号激活后，上述信号发生装置根据移动对象的具体协议产生一个回应信号；
-(c)通用阅读器包括分析上述回应信号并且根据该信号推导出移动对象使用的具体协议的分析装置；
-(d)通用阅读器包括根据上述具体协议把要发射的消息插到可以被有关的移动对象解释的阅读器帧中的插入装置；
-(e)通用阅读器包括向移动对象发送一个根据上述阅读器帧进行调制的电磁信号的发送装置。
基于本发明的系统最好还包括以下步骤：
-(f)通用阅读器包括根据上述具体的协议把要发送的消息插到对象帧中的插入装置；
-(g)移动对象包括根据上述对象帧调制一个电磁信号的调制装置；
-(h)通用阅读器包括解调上述电磁信号的解调装置和抽取插到上述对象帧中的消息的抽取装置；
-(i)通用阅读器包括根据移动对象使用的，涉及产生对象帧的方法的逆向方法对插到对象帧中的消息进行解码的解码装置。
本发明还涉及一个通用阅读器设备，用于通过近距离电磁连接与多个具有不同技术馈送特征和通信装置，尤其是不同调制方法和/或通信协议的移动对象交换数据。上述通用阅读器设备包括：
-(a)寻找在其检测范围内的移动对象的搜寻装置；上述搜寻装置发送一个扫描不同调制模式的信号；上述扫描信号触发移动对象产生一个基于移动对象的具体协议的回应信号；
-(b)分析上述回应信号并且根据该信号推导出移动对象使用的具体协议的分析装置；
-(c)根据上述具体协议把要发射的消息插到可以被有关的移动对象解释的阅读器帧中的插入装置；
-(d)向移动对象发送一个根据上述阅读器帧进行调制的电磁信号的发送装置。
在移动对象包括
-根据上述具体协议把要发送的消息插到对象帧中的插入装置和，
-根据上述对象帧调制一个电磁信号的调制装置，
的情况下，通用阅读器最好还包括：
-(e)解调上述电磁信号的解调装置，
-(f)从解调的电磁信号中抽取插到上述对象帧中的消息的抽取装置，
-(g)根据移动对象使用的，涉及产生对象帧的方法的逆向方法对插到对象帧中的消息进行解码的解码装置。
通过下面对本发明用作图解和非限制性例子的实施例变形的描述可以发现本发明的其它特征和优点，其中：
-图1示出了基于本发明的系统的一个实施例变形的透视图；
-图2以模块图的形式示出了通用阅读器的一个实施例变形；
-图3以模块图的形式示出了标记的一个实施例变形；
现在参照图1，2和3描述在通用阅读器1已经确定移动对象7的通信协议时通用阅读器1和移动对象7如何能够交换数据。接着描述通用阅读器1如何确定通信协议。
图1示出了基于本发明的系统的一个实施例变形的示意图。该系统包括至少一个通用阅读器1和多个移动对象7。通用阅读器设备1包含一个天线2。通过馈线3向通用阅读器设备1供电。通用阅读器设备1通过天线2发射电磁检测或扫描电场4。一个携带移动对象7的用户5穿过电磁检测或扫描电场4。
值得注意的是，本发明不对允许携带移动对象7的装置的性质作出限制。允许携带移动对象7的装置可以是一个袋子，钱包，装有贴上移动对象的消费品的超市手推车，铁路上的货物集装箱，等等。类似地，移动对象7可以由一个标记，一个监视器，一个标签，一个有线逻辑卡，一个微处理器卡构成。
图2中的模块图示出了通用阅读器的操作。一个振荡器提供一个基准频率，该频率被用作通用阅读器的时钟10。专用可编程电路(FPGA)11(通过乘法，除法等)产生通用阅读器需要的所有频率(尤其是发射频率等等)。
在一个微处理器12中产生从通用阅读器1发送到标记7的消息并且把消息插到阅读器帧中。通过使用预先确定的通信协议在微处理器12或专用可编程电路(FPGA)11中产生阅读器帧。接着根据这些阅读器帧在专用可编程电路(FPGA)11中产生一个调制信号。专用可编程电路(FPGA)11向发射放大器14发送调制信号和发射信号。发射放大器14把调制信号传递到发射信号。也可以在专用可编程电路(FPGA)11中进行这种传递。发射放大器14放大所产生的信号以便其达到在电磁场4中出现的标记7可以接收并处理的电平。一个发射滤波器15消除施加在发射信号上，可能阻碍通用阅读器1和标记7之间的通信的干扰信号。天线2一方面从通用阅读器1向标记7发送发射信号，并且另一方面选择传递标记7产生的对象帧的电磁场4的调制信号(如下所述)。
一个混合器17接收由标记7调制并且包含标记7根据其具体协议产生的对象帧的信号。为了抽取调制信号，混合器通过连接20利用一部分被用作混合操作中的基准的发射信号把上述信号转换成低频信号。接着可以通过解调标记产生的对象帧直接抽取，也可以抽取包含标记7使用前面确定的协议产生的帧的副载波。在抽取副载波的情况下，可以通过专用可编程电路(FPGA)11进行对象帧抽取。接收放大器18放大来自混合器17的接收信号以便这些信号达到足够的电平并且能够被专用可编程电路(FPGA)11处理。
一个接收滤波器19消除可能阻碍接收的干扰信号。专用可编程电路(FPGA)11或微处理器12从接收的对象帧中抽取出消息。由于刚描述的装置组合，通用阅读器1可以解调移动对象7的通信装置调制的电磁信号，并且可以抽取移动对象7插到电磁信号中的对象帧。由于描述的装置组合，通用阅读器1也可以使用移动对象7用来产生对象帧的方法的逆向方法对插到来自移动对象7的对象帧中的消息进行解码。
现在针对图3进行描述，其中以模块图的形式示出了标记7的一个实施例变形。通用阅读器1通过其放大器14和天线2发射一个电磁场4。在通用阅读器1的电场中出现的标记7的天线8拾取这个电场。在上述实施例变形的情况下，通过提供足够标记7操作的能量的调整和馈送电路30把通过标记7的天线8接收的一部分信号转换成能量。也可以使用电池或可充电电池提供必需的电能。这个调整和馈送电路30向时钟产生电路36，调制电路38，解调电路37和处理电路31或逻辑电路馈电。时钟产生电路36根据通用阅读器1的输出信号产生允许通用阅读器和标记协同操作的频率基准。
由通用阅读器1发射并且被标记7的天线8接收的阅读器帧中包含的消息被解调电路37抽取并且被逻辑电路31处理。
为了产生通用阅读器1的天线2可以拾取的二进制消息(对象帧)，标记7包括通信装置，尤其是一个配有调制电路38的逻辑电路31。标记7的逻辑电路31和调制电路38根据一个通信协议和特定的调制方法通过电子开关32切换标记7的天线电路33中的一个部件(例如天线8的负载电阻或调谐电容34)。因而根据逻辑电路产生的帧标记7的天线电路33的行为可以在不同状态之间变化。由通用阅读器1检测标记7这种在电磁场4中的行为变化。通用阅读器1在与标记7的逻辑电路31产生的帧相关的不同状态之间检测其天线2的终端上的阻抗变化。通过一种根据标记7的逻辑电路31产生的对象帧对电信号频率进行的调制来表示通用阅读器1的天线2的终端上的这种阻抗变化。通过解调前面参照图2描述的电信号，抽取出标记产生的对象帧。因而通用阅读器1在一个位置上解释标记7产生的二进制消息。
标记的逻辑电路31包含一个存储器部分35。这个存储器部分35包含诸如协议规则，标记标识，密码和访问授权的必要数据。
现在描述通用阅读器1如何扫描移动对象的不同调制模式以及如何确定有关的移动对象的通信协议。
通用阅读器1试图与在其检测范围4内的移动对象7建立对话。为此，阅读器以规则间隔发送对应于不同的已知调制模式的信号。
在其调制模式确实对应于拾取的扫描信号的情况下，在检测范围4内出现的一个标记7会通过根据其自身的协议发射一个回应信号来作出响应。
对这个回应信号的处理允许通用阅读器1识别移动对象7检测的特征。这种处理有必要包含一个在数据库中识别对应于接收的回应信号的协议的阶段。
电磁输出信号的特征，尤其是其频率，功率和调制模式将对应于所检测并识别的移动对象7等待的特定电磁信号的特征。接着通用阅读器1将能够根据确定的通信协议把一个阅读器帧插到输出电磁场4中。移动对象7可以解释这个阅读器帧。
Claims (7)
1.一个通过短距离电磁连接在多个移动对象(7)和至少一个通用阅读器(1)之间传送数据的过程，其中移动对象(7)具有不同技术馈送特征和通信装置，尤其是具有不同调制方法和/或通信协议，通用阅读器(1)无论移动对象(7)的特征如何均能够使用，
上述过程包含以下步骤：
-上述通用阅读器(1)通过发送一个扫描不同调制模式信号寻找在其检测范围(4)内的移动对象(7)，
-各个移动对象在接收到来自上述通用阅读器(1)的扫描信号时根据其本身的协议产生一个回应信号，
-上述通用阅读器(1)分析各个回应信号并且根据该信号推导出识别的移动对象(7)使用的具体协议(35)，
-上述通用阅读器(1)根据上述具体协议把要发射的消息插到可以被识别的移动对象(7)解释的阅读器帧中；
-上述通用阅读器(1)向识别的移动对象(7)发送一个根据上述阅读器帧进行调制的电磁信号(4)。
2.如权利要求1所述的过程，其中还包含以下步骤中的至少一个步骤：
-识别的移动对象(7)根据上述具体的协议把要发送的消息插到对象帧中，
-识别的移动对象(7)根据上述对象帧调制一个电磁信号，
-上述通用阅读器(1)通过抽取插到上述对象帧中的消息解调上述电磁信号；
-上述通用阅读器(1)根据识别的移动对象(7)用来产生对象帧的方法的逆向方法对插到对象帧中的消息进行解码。
3.如权利要求1或2中任何一个所述，使得通用阅读器(1)通过远程传输为移动对象(7)提供与通用阅读器(1)通信所需的能量的过程。
4.一个通过短距离电磁连接在多个移动对象(7)和至少一个通用阅读器(1)之间传送数据的系统，其中移动对象(7)具有不同技术馈送特征和通信装置(8，31，32，33，35)，尤其是具有不同调制方法和/或通信协议，通用阅读器(1)无论移动对象(7)的特征如何均能够使用
上述系统是这样的：
-上述通用阅读器(1)包括寻找在其检测范围(4)内的移动对象(7)的搜寻装置；上述搜寻装置发送一个扫描不同调制模式的信号；
-各个移动对象(7)包括信号发生装置；在被上述调制模式扫描信号激活后，上述信号发生装置根据有关的移动对象(7)的具体协议产生一个回应信号；
-上述通用阅读器(1)包括分析上述回应信号并且根据该信号推导出移动对象(7)使用的具体协议的分析装置；
-上述通用阅读器(1)包括根据上述具体协议把要发射的消息插到可以被识别的移动对象(7)解释的阅读器帧中的插入装置；
-上述通用阅读器(1)包括向识别的移动对象(7)发送一个根据上述阅读器帧进行调制的电磁信号的发送装置。
5.如权利要求4所述的系统，该系统是这样的：
-识别的移动对象(7)包括根据上述具体的协议把要发送的消息插到对象帧中的插入装置；
-识别的移动对象(7)包括根据上述对象帧调制一个电磁信号的调制装置；
-上述通用阅读器(1)包括解调上述电磁信号的解调装置和抽取插到上述对象帧中的消息的抽取装置；
-上述通用阅读器(1)包括根据识别的移动对象(7)用来产生对象帧的方法的逆向方法对插到对象帧中的消息进行解码的解码装置。
6.一个被用来通过近距离电磁连接与多个具有不同技术馈送特征和通信装置，尤其是具有不同调制方法和/或通信协议的移动对象(7)交换数据的通用阅读器设备(1)；
上述通用阅读器设备(1)包括：
-寻找在其检测范围(4)内的移动对象(7)的搜寻装置；上述搜寻装置发送一个扫描不同调制模式的信号；上述扫描信号触发移动对象(7)产生一个基于移动对象(7)的具体协议的回应信号，
-分析上述回应信号并且根据该信号推导出移动对象(7)使用的具体协议的分析装置；
-根据上述具体协议把要发射的消息插到可以被识别的移动对象(7)解释的阅读器帧中的插入装置；
-向识别的移动对象(7)发送一个根据上述阅读器帧进行调制的电磁信号(4)的发送装置。
7.如权利要求6所述的通用阅读器设备(1)，在移动对象(7)包括：
-根据上述具体协议把要发送的消息插到对象帧中的插入装置和，
-根据上述对象帧调制一个电磁信号的调制装置的情况下，上述通用阅读器(1)包括：
-解调上述电磁信号(4)的解调装置，
-从解调电磁信号中抽取插到上述对象帧中的消息的抽取装置，
-根据识别的移动对象(7)用来产生对象帧的方法的逆向方法对插到对象帧中的消息进行解码的解码装置。
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