CN202455348U - 近距离通讯发送、接收及收发装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种近距离通讯发送、接收及收发装置，发送装置包括发射电路和发射线圈；所述发射线圈与所述发射电路相连接；所述发射电路将根据预设的协议产生带有传输信息的交变控制信号发送到所述发射线圈，所述发射线圈在所述交变控制信号的控制下发射载有传输信息的交变磁场。接收装置包括接收电路和接收线圈；所述接收线圈与所述接收电路相连接；所述接收线圈将从交变磁场中获取的带有传输信息的感应信号传递给所述接收电路；所述接收电路根据预设的协议从所述感应信号中得到传输信息。本实用新型对于发射和接收线圈面积尺寸没有严格的限制性要求，在一定范围内可灵活变化。此外，本实用新型的通讯双方还可以通过灵活配置实现单向通讯或双向通讯。
Description
技术领域
本实用新型涉及近距离无线通讯领域，尤其涉及一种近距离通过磁场进行信息传输的技术。
背景技术
目前，基于13.56M频段的NFC(Near Field Communication)方案技术已经较为广泛地应用。NFC技术实现近距离无线通讯的根本点在于采用13.56MHz的磁场传送信号和能量，但是NFC技术存在如下几点问题：
1.极易受到金属环境的干扰，当NFC通讯终端两方中的其中任何一方靠近金属或者其它导电物体时，发射天线发出的13.56M磁场在金属或其它导体上形成涡流，同时金属影响天线的谐振，导致通讯效果质量严重变差，造成通讯盲区和通讯成功率下降等现象。
2.在13.56MHz频点下，发起方和响应方之间采用电感线圈耦合的方式交互信号及传送能量，发起方到响应方的方向需要同时传递能量和13.56MHz调幅信号，对响应方的电路功耗及接收线圈的尺寸面积均有较高要求；响应方到发起方的方向，响应方通过短路和开路响应方电感线圈的负载调制方式而不是依靠外部能量直接发送场强的方式向发起方传递信息，由于负载调制信号要求响应方线圈和发起方线圈的耦合系数越高，越利于发起方解码响应方传送的信息，这种方式进一步提高了对通信双方电感线圈和周围环境的要求。
3.存在兼容性问题，发起方和响应方的电感线圈和调谐匹配电路没有严格统一的标准，由于双方通讯要求电感线圈耦合系数高，所以不同厂商设计制造的设备的差异性导致它们之间存在兼容性问题。
实用新型内容
本实用新型解决的技术问题是提出一种近距离通讯发送、接收及收发装置，提升信号传输过程抗干扰能力以及降低对收发端的硬件设计要求。
本实用新型提出了一种近距离通讯发送装置，包括：发射电路和发射线圈；所述发射线圈与所述发射电路相连接；所述发射电路将根据预设的协议产生带有传输信息的交变控制信号发送到所述发射线圈；所述发射线圈在所述交变控制信号的控制下发射载有传输信息的交变磁场。
进一步的，所述发射电路将传输信息进行封装、编码和调制处理得到带有传输信息的电压信号，并向所述发射线圈输出该信号；所述发射线圈在所述电压信号的驱动下产生交变磁场。
进一步的，所述交变磁场的交变频率范围为30Hz至300KHz之间。
本实用新型还提出了一种近距离通讯接收装置，包括：接收电路和接收线圈；所述接收线圈与所述接收电路相连接；所述接收线圈将从交变磁场中获取的带有传输信息的感应信号传递给所述接收电路；所述接收电路根据预设的协议从所述感应信号中得到传输信息。
进一步的，所述接收线圈从交变磁场中获取的感应信号为带有传输信息的感应电压信号，并向所述接收电路输出带有传输信息的所述感应电压信号；所述接收电路对所述感应电压信号进行解调、解码和解封装处理得到所述传输信息。
进一步的，所述交变磁场的交变频率范围为30Hz至300KHz之间。
本实用新型又提出了一种近距离通讯收发装置，包括：上述的发送装置和上述的接收装置；所述发送装置与所述接收装置为单工或半双工通讯机制。
本实用新型通过交变磁场实现近距离无线通讯，而由于交变磁场具有很强的鲁棒性，因此通讯过程不受金属环境的影响。由于交变磁场的场强随着接收线圈和发射线圈之间距离的增大而急剧下降，使得本实用新型适合于近距离通讯环境。本实用新型对于发射和接收线圈面积尺寸没有严格的限制性要求，在一定范围内可灵活变化。此外，本实用新型的通讯双方还可以通过灵活配置实现单向通讯或双向通讯。
附图说明
图1所示为本实用新型实施例一中发送端和接收端的工作原理图；
图2所示为本实用新型实施例二中通讯双方通过交变磁场传输信息的流程图；图3所示为本实用新型实施例二中所采用的数据包格式的示意图；
图4所示为本实用新型实施例二中所采用的数据帧格式的示意图；
图5所示为本实用新型实施例二中所采用的差分曼切斯特编码示意图；
图6所示为本实用新型实施例二中磁场场强变换率调制的示意图
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型。
实施例一
如图1所示，本实用新型提出近距离通讯系统包括：至少一个发送装置和接收装置。其中发射装置包括：至少一个发射线圈101和发射电路102。接收装置包括：至少一个接收线圈103和接收电路104。发射线圈101与发射电路102相连接，发射电路102根据预设的协议产生带有传输信息的交变控制信号，该通讯协议为发送装置和接收装置双方预先确定的通讯协议。发射线圈101在该交变控制信号的控制下发射载有传输信息的交变磁场。接收线圈103和接收电路104相连接，接收线圈103从交变磁场中获取感应电压并传递给接收电路104，该感应电压中带有传输信息，接收电路104依据双方的通讯协议从感应电压得到传输信息。
在一种实施例中，发射电路102对于传输信息的处理包括：封装、编码，并调制得到交变电压信号，用该交变电压驱动发射线圈101可以产生交变磁场，交变磁场发送的信号带有传输信息。接收电路104对于感应信号的处理包括：解调、解码并解封装得到传输信息。
由于本实用新型采用的交变磁场为准静态磁场，实验证明如果交变磁场的频率范围控制在30Hz-300KHz，将具有很强的鲁棒性，传输信息过程不受金属的影响，避免了金属干扰造成的存在通讯盲区和通讯质量变差。同时，由于所述交变磁场的磁场强度快速衰减的特性，限定了双方的通讯为近距离通讯。
另外，本实用新型采用的发送线圈101和接收端线圈103的尺寸面积可以灵活变化，避免了因接收线圈103受限导致无法集成于某些终端(例如SIM卡)。
实施例二
下面结合图2说明本实用新型中通讯双方通过交变磁场传输信息的流程：
步骤201，发送端将待传输数据封装成单个或多个数据包。
步骤202，发送端将数据包进一步封装成数据帧。步骤201、202中发送端封装数据包和数据帧时遵循通讯双方设定的协议，封装后信息为特定格式的二进制比特流信息。
步骤203，发送端对数据帧进行编码，生成符号序列。发送端编码时遵循通讯双方设定的编码方式，对比特流信息进行编码，生成有利于传输的符号序列。
步骤204，发送端对符号序列进行磁场场强变化率调制，生成与符号序列相对应的电压信号。调制处理中，发送端遵循通讯双方设定的磁场场强变化率调制方式，对符号序列进行磁场场强变化率调制，然后发送端根据发射线圈中的电流与其激发的交变磁场场强的对应关系，将符号序列调制为相应的模拟电压信号。
步骤205，发送端的发射线圈在电压信号的驱动下，产生交变磁场。
步骤206，交变磁场传播信息与能量。
步骤207，接收端的接收线圈耦合到交变磁场，交变的磁场在接收线圈上产生变化的感应电压。
步骤208，接收端对感应电压进行磁场场强变化率解调。解调时，接收端遵循通讯双方设定的磁场场强变化率调制方式，并根据感应电压与交变磁场场强的对应关系，对感应电压进行磁场场强变化率解调，解调后得到符号序列。
步骤209，接收端对解调后的信息进行解码，获得步骤203所述符号序列。
步骤210，接收端将符号序列还原成步骤202所述的数据帧。
步骤211，接收端将数据帧还原成步骤201所述的数据包，得到传输的数据。
其中，步骤201和步骤211相互对应为互逆过程，步骤202和步骤210相互对应为互逆过程，步骤203和步骤209相互对应为互逆过程，步骤204和步骤208相互对应为互逆过程。步骤205和步骤207互相对应。
以下结合图3说明本实施例中采用的数据包格式：
步骤201和步骤211所述数据包的包格式包括包头301和数据302。包头301包括保留域和包的标识，保留域用作以后的功能扩展，包的标识为传输的数据包编号以利于传输，当所传输的数据量较大时可拆分成多个包进行传输。
进一步的，步骤201和步骤211中所述包格式包括但不仅限于图3所示的包格式，包格式可以是其它多种包格式的一种，例如包头可以增加包长度等其它信息，可以在包的数据后增加包尾，如数据的校验等。
以下结合图4说明本实施例中采用的数据帧格式：
步骤202和步骤210所述数据帧的帧格式包括帧起始401、帧控制域402、帧数据403和帧校验404。帧起始401表示一个新的数据帧的开始，帧控制域402包括但不仅限于帧的类型和长度等信息，帧数据403为步骤201和步骤211中所述的一个或多个数据包。帧校验404为对数据帧进行循环冗余校验。步骤202和步骤210所述数据帧的帧格式包括但不仅限于图4所示帧格式。帧格式可以是其它多种帧格式的一种，例如：在数据帧的尾部增加帧的停止位等。帧起始401包括但不仅限于：单个数据位(1或0)或者多个数据位组成的位序列(例如，11111111)。帧校验包括但不仅限制于循环冗余校验，还可以是奇偶校验等。
以下结合图5说明本实施例中采用的差分曼切斯特编解码：
步骤203和步骤209中所述编解码方式为差分曼切斯特编解码。如图5所示，一段数据位序列501编码后形成符号序列502，每个数据位编码后的符号序列必须为“10”或“01”。数据位“1”的符号序列与前1位符号序列相反，数据位“0”的符号序列与前1位符号序列相同。解码的过程与编码相互可逆。步骤203和步骤209中所述编解码方式包括但不仅限于差分曼切斯特编码，还可以是曼切斯特编码或不归零编码等其它编码方式。
以下结合图6说明本实施例中采用的磁场场强变化率调制与解调：
步骤204和步骤208中所述磁场场强变化率调制是指用磁场强度变化率的正负分别定义符号0和1，符号‘1’的场强变化率与符号‘0’的场强变化率应为相反关系，可以用正的变化率定义1、负的变化率定义0或者用负的变化率定义0、正的变化率定义1。磁场场强变化与发射线圈上的电压变化一致，电压增大则磁场场强增加，电压减小则磁场场强减小。
图6所示为交变磁场频率为2KHz时的调制解调，磁场强度变化率调制采用正的变化率定义1、负的变化率定义0，发送端的符号序列601被磁场场强变化率调制后为发送电压波形602，接收端感应电压波形603解调后恢复出符号序列602。若采用相反的磁场场强变化率调整方式，采用正的变化率定义0、负的变化率定义1，则发送端的符号序列601对应的发送电压波形与602相反，同时接收端将感应电压反相后为解调出的符号序列。步骤205、206和207中所述交变磁场的频率范围为30Hz-300KHz，交变磁场频率越高，信息传输速度越快。交变磁场频率等于数据位的传输速率，是符号序列的传输速率两倍。
以上所述实施例，仅为本实用新型的较佳实例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种近距离通讯发送装置，其特征在于，所述发送装置包括：发射电路和发射线圈；所述发射线圈与所述发射电路相连接；所述发射电路将根据预设的协议产生带有传输信息的交变控制信号发送到所述发射线圈，所述发射线圈在所述交变控制信号的控制下发射载有传输信息的交变磁场。
2.根据权利要求1所述的近距离通讯发送装置，其特征在于，所述发射电路将传输信息进行封装、编码和调制处理得到带有传输信息的电压信号，并向所述发射线圈输出该信号；所述发射线圈在所述电压信号的驱动下产生交变磁场。
3.根据权利要求1或2所述的近距离通讯发送装置，其特征在于，所述交变磁场的交变频率范围为30Hz至300KHz之间。
4.一种近距离通讯接收装置，其特征在于，所述接收装置包括：接收电路和接收线圈；所述接收线圈与所述接收电路相连接；所述接收线圈将从交变磁场中获取的带有传输信息的感应信号传递给所述接收电路；所述接收电路根据预设的协议从所述感应信号中得到传输信息。
5.根据权利要求4所述的近距离通讯接收装置，其特征在于，所述接收线圈从交变磁场中获取的感应信号为带有传输信息的感应电压信号，并向所述接收电路输出带有传输信息的所述感应电压信号；所述接收电路对所述感应电压信号进行解调、解码和解封装处理得到所述传输信息。
6.根据权利要求4或5所述的近距离通讯接收装置，其特征在于，所述交变磁场的交变频率范围为30Hz至300KHz之间。
7.一种近距离通讯收发装置，其特征在于，包括：如权利要求1-3任一项所述的发送装置、如权利要求4-6任一项所述的接收装置；所述发送装置与所述接收装置为单工或半双工通讯机制。
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