DE102009037168A1

DE102009037168A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Detektierung der Anwesenheit eines RFID-Tags oder eines Handgeräts mit einer Antenne

Info

Publication number: DE102009037168A1
Application number: DE200910037168
Authority: DE
Inventors: Florian Schenk
Original assignee: Convexis GmbH
Current assignee: Rescuetrack GmbH
Priority date: 2009-08-03
Filing date: 2009-08-03
Publication date: 2011-02-10
Anticipated expiration: 2029-08-04
Also published as: DE102009037168B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines RFID-Lesegeräts 1 beschrieben, das einen sehr energiesparenden Stand-by-Modus ermöglicht, so dass auch mit einer kleinen Batterie 7 und einer Kapazität von beispielsweise 1 Ah die Lebensdauer der Batterie bis zu zehn Jahre betragen kann.

Description

Stand der Technik
RFID-Tags sind aus vielen Anwendungen bekannt, die zur Identifizierung von Personen, Waren, Zugangsberechtigungen und anderem mehr eingesetzt werden. Diese RFID-Tags sind passive Systeme, die eine Antenne aufweisen. Wenn sich diese Antenne in dem Sendebereich eines RFID-Lesegeräts befindet, entzieht die Antenne des RFID-Tags dem elektromagnetischen Feld ausreichend Energie, um im RFID-Tag Funktionen auszuführen beziehungsweise Informationen zu an das RFID-Lesegerät senden.
Diese Informationen werden von dem RFID-Lesegerät empfangen und werden von dem RFID-Lesegerät erkannt und weiterverarbeitet werden. Beispielsweise kann auf diese Weise die Zugangsberechtigung einer Person zu einem Raum oder einem Werkzeugschrank überprüft und gegebenenfalls das zugehörige Schloss geöffnet werden. Des Weiteren ist es beispielsweise auch möglich, die Anwesenheit eines Mitarbeiters einer Wach- und Schließgesellschaft an bestimmten Kontrollpunkten zu erfassen und zu protokollieren, wenn an jedem Kontrollpunkt ein Lesegerät vorhanden ist. Die Anwesenheit der Person wird von dem Lesegerät dann festgestellt, wenn ein dieser Person zugeordnetes RFID-Tag in die Nähe des Lesegeräts gebracht wird. Der Sendebereich eines Lesegeräts beträgt typischerweise weniger als 10 Zentimeter. Die Anwesenheit dieser Person kann beispielsweise zusammen mit der Uhrzeit in dem Lesegerät abgespeichert wird. Des Weiteren werden RFID-Tags auch zur Warenverfolgung bei Logistikketten und zum Schutz sicherheitsrelevanter Bauteile vor Fälschungen eingesetzt.
Die Lesegeräte können auch Bestandteil von Schließanlagen sein, mit deren Hilfe Türen, Schränke und andere mit Schlössern versehenen Dinge entriegelt beziehungsweise verschlossen werden können. Die Lesegeräte müssen eine eigene elektrische Energieversorgung haben. Dies ist immer dann völlig unproblematisch, wenn die Lesegeräte beispielsweise an das elektrische Netz eines Gebäudes angeschlossen werden können. Problematisch wird es dann, wenn ein elektrisches Netz nicht verfügbar ist und daher eine Batterie zur Energieversorgung erforderlich ist. Diese Batterien haben eine begrenzte Speicherkapazität und werden durch den Energieverbrauch des RFID-Lesegeräts kontinuierlich entladen. Bei vielen Anwendungen von RFID-Lesegeräten, für die nur ein kleiner Bauraum zur Verfügung steht, steht auch nur eine kleine Batterie mit einer entsprechend kleinen Kapazität zur Verfügung. Wenn zum Beispiel ein solches RFID-Lesegeräts Teil eines elektronischen Schließsystems ist, welches zum Öffnen von Türen oder Werkzeugschränken und anderem mehr eingesetzt wird, dann muss die Funktionsfähigkeit der RFID-Lesegeräte für eine lange Zeit, in aller Regel mehrere Jahre, gewährleistet sein.
Die am Markt verfügbaren Systeme von RFID-Lesegeräten werden oft mit Lithium-Batterien mit einer Ausgangsspannung von 3,6 V und einer Kapazität von circa einer Amperestunde (1 Ah) mit Energie versorgt. Dabei reicht die Kapazität der Batterien für eine Betriebsdauer von etwa 6 bis 12 Monaten. Danach ist die Batterie entleert und in Folge dessen das Lesegerät nicht mehr funktionsfähig. Um dies zu vermeiden muss man rechtzeitig, das heißt etwa alle sechs Monate, die Batterie wechseln. Allerdings ist dies aus Kostengründen nicht akzeptabel.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dessen Hilfe es möglich ist, den Energieverbrauch des Lesegeräts, ohne Einschränkungen in der Funktionalität, deutlich zu verringern, so dass die Speicherkapazität der Batterie für mehrere Jahre, idealer Weise für mehr als 5 Jahre und bis zu 10 Jahre ausreicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Detektieren der Anwesenheit eines RFID-Tags oder eines Handgeräts mit einer Antenne in der Nähe eines RFID-Lesegeräts gelöst, bei dem zu diskreten Zeitpunkten T1, T_i+1, T_i+2 ... T_i+n ein elektrischer Schwingkreis aktiviert und anschließend deaktiviert wird, und bei dem nach dem Deaktivieren des Schwingkreises der zeitliche Verlauf einer in dem Schwingkreis herrschenden elektrischen Spannung ausgewertet wird und aus dem Verlauf, der in dem Schwingkreis herrschenden elektrischen Spannung auf die Anwesenheit eines RFID-Tags oder eines Handgeräts mit einer Antenne in der Nähe des RFID-Lesegeräts geschlossen wird.
Wenn sich kein RFID-Tag und kein Handgerät im Sendebereich des Lesegeräts befinden, dann bleibt das Lesegerät weitestgehend deaktiviert und verbraucht dadurch fast keine elektrische Energie. Zu einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise 2 s später, wird der Vorgang wiederholt und erst, wenn sich ein RFID-Tag oder ein Handgerät im Sendebereich des Lesegeräts befindet, wird das Lesegerät vollständig aktiviert.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist gewissermaßen der üblichen Funktion eines RFID-Lesegeräts vorgelagert und erlaubt es, das RFID-Lesegerät in seiner vollen Funktionalität nur dann zu betreiben, wenn sich überhaupt ein RFID-Tag oder ein Handgerät mit einer Antenne, welches zum Ein- oder Auslesen bestimmter Parameter in oder aus dem RFID-Lesegerät vorgesehen ist, in dem Sendebereich des RFID-Lesegeräts befindet. Wenn sich nämlich kein RFID-Tag oder kein Handgerät mit einer Antenne in der Nähe des RFID-Lesegeräts befindet, ist es nicht erforderlich, dass das RFID-Lesegerät in Funktion ist und Energie verbraucht. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nur zu diskreten Zeitpunkten T_i, T_i+1, ... für eine sehr kurze Zeit, nämlich beispielsweise für eine Dauer von weniger als 20 Millisekunden (ms), ein elektrischer Schwingkreis bestehend aus einer Spule und einer Kapazität aktiviert und nach Ablauf dieser sehr kurzen Zeit wieder deaktiviert. Danach baut sich die elektrische Spannung in dem elektrischen Schwingkreis ab. Dieser zeitliche Verlauf der elektrischen Spannung nach dem Deaktivieren des elektrischen Schwingkreises wird erfindungsgemäß ausgewertet und aus dem Verlauf auf die Anwesenheit eines RFID-Tags oder eines Handgeräts mit einer Antenne, welches zum Ein- und/oder Auslesen von Daten oder Parametern aus dem RFID-Lesegerät geeignet ist, geschlossen. Nur wenn diese Prüfung positiv ist, dann braucht das RFID-Lesegerät überhaupt in Betrieb sein und es kann dann für die Dauer der Datenübertragung zwischen dem RFID-Lesegerät und dem RFID-Tag beziehungsweise dem Handgerät aktiv sein. Danach kann das RFID-Lesegerät wieder ausgeschaltet beziehungsweise wesentliche Teile des RFID-Lesegeräts abgeschaltet werden, so dass nur noch die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderliche Funktionalität bereitgestellt wird und infolgedessen der Energieverbrauch drastisch reduziert wird.
Bei einer realisierten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Schwingkreis für etwa 4 Perioden angeregt, was bei einer Frequenz von 125 kHz, etwa 32 μs dauert. Inklusive der nachfolgenden Auswertung beträgt die Gesamtdauer der Erkennung etwa 100 μs.
Es hat sich bei praktischen Versuchen herausgestellt, dass beispielsweise bei einem elektronischen Schließsystem durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens die Lebensdauer einer Batterie von durchschnittlich 8 bis 9 Monaten auf etwa 10 Jahre erhöht hat, vorausgesetzt, man belastet die Batterie in dieser Zeit nicht mit anderen Verbrauchern, wie zum Beispiel der elektrisch betätigten Verriegelung und Entriegelung eines Schlosses.
Dies bedeutet, dass sich der durchschnittliche Energieverbrauch des RFID-Lesegeräts auf weniger als 10% reduziert hat, ohne dass dem Anwender oder Nutzer des RFID-Lesegeräts ein Nachteil hinsichtlich Komfort und Funktionalität entstanden wäre. Bei einer Lebensdauer von 10 Jahren für die Batterie ist ein Auswechseln der Batterie in vielen Fällen nicht erforderlich.
Es hat sich bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung als zielführend herausgestellt, wenn der zeitliche Abstand ΔT zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, zu denen der Schwingkreis aktiviert wird, größer als 0,5 s und kleiner als 5 s ist.
Grundsätzlich gilt: Je größer der zeitliche Abstand ΔT zwischen zwei Aktivierungen des elektrischen Schwingkreises ist, desto größer ist die erzielbare Energieeinsparung. Andererseits ist es natürlich auch so, dass der Nutzer beispielsweise eines Schließsystems, der einen Schrank mit Hilfe eines RFID-Tags öffnen will, nicht lange warten will, bis das Lesegerät aktiv wird und das Schloss öffnet. Daher ist dieser zeitliche Abstand ΔT ein Kompromiss zwischen dem Aspekt der Energieeinsparung und dem Anspruch des Nutzers an eine prompte Reaktion des RFID-Lesegeräts. Selbstverständlich hängt ein optimaler zeitlicher Abstand auch vom Einsatzort beziehungsweise von der Art der Anwendung ab.
Es hat sich ein weiterer wichtiger Parameter zur Reduktion des Energieverbrauchs im ”Standby-Betriebs” ist die sogenannte Aktivierungsdauer, das heißt der Zeitspanne zwischen dem Aktivieren und dem Deaktivieren des Schwingkreises. Es hat sich als zielführend erwiesen, wenn die Aktivierungsdauer weniger als 20 ms beträgt. Bevorzugt ist jedoch eine Aktivierungsdauer von weniger als 100 μs und besonders bevorzugt von 32 μs oder weniger. Bei einer Eigenfrequenz des Schwingkreises von 125 KHz ist es möglich, beispielsweise nach vier Perioden den Schwingkreis wieder zu deaktivieren, was einer Aktivierungsdauer von etwa 32 μs entspricht. Nach diesen vier Perioden ist die Schwingung in dem Schwingkreis ausreichend stabil und es kann dann nach dem Deaktivieren mit ausreichender Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der zeitliche Verlauf der elektrischen Spannung in dem Schwingkreis analysiert werden.
Wenn man beispielsweise unterstellt, dass der zeitliche Abstand ΔT zwischen zwei aufeinanderfolgenden Aktivierungen des Schwingkreises zwei Sekunden beträgt und die Aktivierungsdauer 32 μs entspricht, dann wird durch den Vergleich dieser beiden Zeiträume deutlich, dass der Schwingkreis nur einen Bruchteil der Zeit aktiviert sein muss. In dem übrigen Zeitraum verbraucht das RFID-Lesegerät nahezu keine Energie. Es ist lediglich eine gewisse Energie erforderlich, um einen Mikroprozessor so zu betreiben, dass er nach zwei Sekunden wieder den Schwingkreis aktiviert und nach Ablauf der Aktivierungsdauer wieder deaktiviert. Danach muss der Mikroprozessor noch die Auswertung des spannungszeitlichen Verlaufs der elektrischen Spannung im Schwingkreis ausführen. Alles in allem führt das erfindungsgemäße Verfahren in vielen Anwendungen zu einer Reduktion des durchschnittlichen Energiebedarfs um den Faktor 40, was sich in einer ersten Nehrung in einer entsprechenden Verlängerung der Lebensdauer der Batterie niederschlägt.
Um eine Aussage machen zu können, ob sich im Sendebereich des RFID-Lesegeräts ein RFID-Tag oder ein Handgerät befindet, wird die Entladung des Schwingkreises, der gleichzeitig die Sendeantenne des Lesegeräts darstellt, nach dem Deaktivieren mit einer Referenzentladung verglichen.
Dabei ist es in aller Regel so, dass die Referenzentladung erfasst wird, wenn sich kein RFID-Tag und auch kein Handgerät mit einer Antenne im Sendebereich des RFID-Lesegeräts befinden. Dann baut sich die Spannung im Schwingkreis vergleichsweise langsam ab, da nur die Ohmschen Widerstände zum Spannungsabbau beitragen. Wenn sich jedoch nach dem Deaktivieren des Schwingkreises im Einflussbereich des RFID-Lesegeräts die Antenne eines Handgeräts oder ein RFID-Tag, das auch eine Antenne aufweist, befindet, nehmen diese Antennen einen Teil der von dem Schwingkreis ausgesandten in Form elektromagnetischer Wellen emittierten Energie auf und beschleunigen dadurch den Spannungsabfall in dem elektrischen Schwingkreis.
Durch den Vergleich des Spannungsabfalls nach dem Deaktivieren des RFID-Lesegeräts mit einer Referenzentladung ist es daher möglich, die Anwesenheit eines RFID-Tags oder der Antenne eines Handgeräts zu detektieren. Es ist selbstverständlich auch möglich, die Referenzentladung dann vorzunehmen, wenn sich ein RFID-Tag oder die Antenne eines Handgeräts im Einflussbereich eines RFID-Lesegeräts befindet.
Des weiteren ist auch möglich, da in der Regel die Antenne eines RFID-Tags und die Antenne eines Handgeräts unterschiedlich groß sind und infolgedessen unterschiedlich viel Energie aufnehmen, zu erkennen, ob sich ein RFID-Tag oder ein Handgerät im Sendeberich des Lesegeräts befindet. In Abhängigkeit dieser Unterscheidung kann dann in einen entsprechenden Zweig eines nachgelagerten Computer-Programms verzweigt werden, so dass die gewünschten Funktionalitäten in Abhängigkeit bereitgestellt werden können.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der zeitliche Verlauf der Entladung des Schwingkreises nach dem Deaktivieren des Schwingkreises in einem Analog/Digital-Wandler eines Mikroprozessors vorgenommen wird. Viele am Markt befindliche Mikroprozessoren verfügen über einen solchen A/D-Wandlereingang, so dass es lediglich erforderlich ist, zwischen dem Schwingkreis und dem AD-Wandlereingang des Mikroprozessors einen Ohmschen Widerstand R2 anzuordnen und in dem Mikroprozessor nach dem Deaktivieren des Schwingkreises die am AD-Wandlereingang anliegenden Spannungssignale auszuwerten und aus dem zeitlichen Verlauf dieser Signale auf das Vorhandensein eines RFID-Tags oder eines Handgeräts mit Antenne zu schließen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine vom A/D-Wandler erfasste und ausgewertete Entladung des Schwingkreises als Referenz-Entladung abgespeichert, wenn einer oder mehrere Bedingungen erfüllt sind:
Unmittelbar nach dem Einsetzen der Batterie oder dem Einschalten des RFID-Lesegeräts, wird der erste vom A/D-Wandler ausgewertete zeitliche Verlauf der Spannung U(t) als Referenz-Entladung abgespeichert.
Zusätzlich können auch in vorgegebenen zeitlichen Abständen oder wenn bestimmte Ereignisse eintreten, der dann aktuell erfasste und ausgewertete zeitliche Verlauf der elektrischen Spannung U(t) als Referenz-Entladung abgespeichert werden. Ein Beispiel für eine solche ereignisgesteuerte Abspeicherung einer Referenz-Entladung ist folgende Situation:
Wenn nach dem erfindungsgemäßen Verfahren – das heißt durch den Vergleich der aktuellen Entladung mit der Referenz-Entladung – die Anwesenheit eines RFID-Tags detektiert wurde und in der daran anschließenden Einlese-Routine keine Daten eingelesen werden konnten, dann wird die aktuelle Entladung als neue Referenz-Entladung abgespeichert, weil man davon ausgeht, dass sich kein RFID-Tag im Sendebereich des RFID-Lesegeräts befindet (sonst hätten ja Daten eingelesen werden können) und die Änderung des zeitlichen Verlaufs der Entladung eine andere Ursache hat. Beispielsweise könnte ein metallischer Gegenstand im Sendebereich des RFID-Lesegeräts abgestellt worden sein, der den zeitlichen Verlauf der elektrischen Spannung des Schwingkreises beeinflusst.
Ein anderes Ereignis, welches das erneute Abspeichern der Referenz-Entladung auslöst, könnte sein, dass die aktuelle Entladung langsamer als die Referenz-Entladung erfolgt. Eine solche Situation tritt dann ein, wenn der oben erwähnte metallische Gegenstand wieder aus dem Sendebereich des RFID-Lesegeräts entfernt wird.
Die eingangs genannte Aufgabe wird ebenfalls durch ein Softwareprogramm und ein RFID-Lesegerät, welche nach einem der erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet, gelöst.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Zeichnung
Es zeigen
1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen RFID Lesegeräts;
2 bis 4 die elektrische Spannung im Schwingkreis während der Aktivierung desselben und nach der Deaktivierung
5 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen RFID-Lesegeräts 1, das beispielsweise in einem elektronischen Türschloss eines Werkzeugschranks oder eines Gebäudes untergebracht ist und eine Tür verschlossen hält oder öffnet, sobald ein RFID-Tag (nicht dargestellt) mit einer Zugangsberechtigung in den Sendebereich des RFID-Lesegeräts 1 gelangt.
Die beiden größten Baugruppen des RFID-Lesegeräts sind ein Mikroprozessor 3 und ein Lesechip 5. Der Mikroprozessor 3 ist ebenso wie der Lesechip 5 ein auf dem Markt verfügbares Produkt. Dabei können sehr viele am Markt erhältliche Mikroprozessoren eingesetzt werden; man wird jedoch bevorzugt einen Mikroprozessor auswählen, der einen möglichst geringen Energieverbrauch im Sleep-Modus hat.
Das entsprechende gilt für den Lesechip 5. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Lesechip vom Typ HTRC110 des Herstellers NXP handeln.
Der Mikroprozessor weist neben verschiedenen digitalen Ein- und Ausgängen einen Analog/Digital-Wandlereingang AD auf. Der Lesechip 5 ist ebenfalls, wie bereits erwähnt, ein handelsübliches Bauteil und kann in die Unterbaugruppen Control Unit 9, Modulator 11, Antennentreiber 13 und Demodulator 15 unterteilt werden. Die Stromversorgung des Mikroprozessors 3 und des Lesechips 5 erfolgt über eine Batterie 7.
Die Kontrolleinheit 9 des Lesechips 5 verfügt ebenfalls über digitale Eingänge und Ausgänge und ist über diese digitalen Ein- und Ausgänge mit dem Mikroprozessor 3 gekoppelt. In dem Lesechip 5 ist ein Modulator vorhanden 11, der bei Bedarf den Antennentreiber 13 aktiviert, so dass über die Ausgänge Tx1 und Tx2 des an den Antennentreibers 13 der Schwingkreis umfassend eine Kapazität C und eine Induktivität L mit einem Rechteckigsignal angesteuert wird. Diese Funktionalität wird im Normalbetreib des Lesegeräts dazu verwendet, um Signale an ein RFID-Chip zu senden. Im Normalbetrieb des RFID-Lesegeräts 1 wird die Spannung in dem Schwingkreis C, L abgegriffen, über einen ersten Widerstand R1 an einen Eingang Rx des Demodulators 15 weitergeleitet, um Signale zu empfangen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, das dem Normalbetrieb vorgeschaltet ist, wird der Schwingkreises C, L über den Modulator 11 und den Antennentreiber 13 für eine sehr kurze Zeitspanne, nämlich die Aktivierungsdauer, angeregt, was ebenfalls zum Aussenden elektromagnetischer Wellen führt, welche die Kommunikation mit einem möglicherweise im Sendebereich vorhandenen RFID-Tag oder einem Handgerät mit Antenne ermöglichen.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, einen zweiten Widerstand R2 zwischen dem Schwingkreis C, L und dem Eingang AD des A/D-Converters des Mikroprozessors 3 anzuordnen. Der zweite Widerstand R2 dient dazu, die hohe elektrische Spannung des Schwingkreises C, L auf ein für den A/D-Wandler geeignete Spannung zu verringern. Dadurch ist es möglich, den Verlauf der elektrischen Spannung nach dem Deaktivieren des Schwingkreises C, L auszuwerten und aus dem zeitlichen Verlauf der elektrischen Spannung nach dem Deaktivieren des Schwingkreises C, L auf das Vorhandensein eines RFID-Tags oder eines Handgeräts mit Antenne in unmittelbarer Nähe des RFID-Lesegeräts 1 zu schließen. Dabei muss lediglich der Mikroprozessor 3 aktiv sein. Der Lesechip 5 kann mit Ausnahme des kurzen Aktivierungszeitraums von weniger als 25 Mikrosekunden (25 μs) deaktiviert sein und benötigt daher nahezu keine elektrische Energie.
In 1 ist der Spannungsverlauf am Eingang AD des AD-Converters während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bildlich dargestellt.
In 2 ist dieser Spannungsverlauf am Eingang AD des Mikroprozessors 3 beziehungsweise des zugehörigen AD-Converters stark vergrößert dargestellt. Wenn man den Zeitpunkt einer Aktivierung des elektrischen Schwingkreises C, L als Ti bezeichnet, dann wird in dem Diagramm gemäß 2 der Schwingkreis C, L so lange aktiviert, bis die Spannung vier (4) Maxima aufweist. Dies ist zum Zeitpunkt TI zuzüglich der Aktivierungsdauer AD der Fall. Danach wird der Schwingkreis C, L deaktiviert, indem der Antennentreiber 13 ausgeschaltet wird. Danach klingt die elektrische Spannung in dem Schwingkreis C, L ab. Die Abnahme der elektrischen Spannung U zu Zeiten > Ti + AD wird wesentlich von dem zweiten Widerstand R2 beeinflusst.
Wenn sich in den Zeiten > Ti + AD kein RFID-Tag oder kein Handgerät mit Antenne in dem Einflussbereich des Schwingkreises C, L befindet, klingt die Spannung am Eingang AD gemäß der erste Linie 21 ab.
Wenn sich nun ein RFID-Tag, das ja eine eigene Antenne aufweist, im Sendebereich des Schwingkreises C, L befindet, der nur wenige Zentimeter oder sogar nur einige Millimeter beträgt, befindet, dann nimmt die Spannung im Schwingkreis schneller ab, da die Antenne des RFID-Tags Energie aus den vom Lesegerät 1 gesendeten elektromagnetischen Wellen aufnimmt. Es ergibt sich dann ein Spannungsverlauf gemäß der zweiten Linie 23.
Wenn sich zu Zeiten größer Ti + AD ein Handgerät mit einer Antenne, welches beispielsweise zum Ein- oder Auslesen von Daten gedacht ist, und über eine größere Antenne als ein RFID-Tag verfügt, im Sendebereich des Lesegeräts 1 befindet, dann sinkt die Spannung U noch schneller ab (siehe die dritte Linie 25 in 2).
Durch die erfindungsgemäße Auswertung des Spannungsverlaufs am Eingang des Mikroprozessors 3 ist es also möglich, zu erkennen, ob sich im Sendebereich des RFID-Lesegeräts 1 keine Antenne befindet (Linie 21), die Antenne eines RFID-Tags befindet (siehe Linie 23) oder die Antenne eines Handgeräts (siehe Linie 25) befindet.
Wenn sich keine Antenne in der unmittelbaren Nähe des RFID-Lesegeräts 1 befindet, dann ist es nicht erforderlich, den Lesechip 5 zu aktivieren und es kann weiterhin nur der Mikroprozessor 3 aktiv sein. Nach dem Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer ΔT von beispielsweise 2 Sekunden, stößt der Mikroprozessor 3 über die Schnittstellen mit dem Lesechip 5 wieder eine Deaktivierung des Schwingkreises C, L über den Modulator 11 beziehungsweise den Antennentreiber 13 an, wobei diese Aktivierung wiederum nur für beispielsweise 32 Mikrosekunden erfolgt und ausreicht, um etwa 4 Schwingungen des Schwingkreises stabil auszuführen.
Wenn jedoch das erfindungsgemäße Verfahren zu dem Ergebnis kommt, dass entweder ein RFID-Tag (siehe Linie 23) oder ein Handgerät mit Antenne (siehe 25) sich in der Nähe des RFID-Lesegeräts befindet, wird der Lesechip 5 vollständig aktiviert und es beginnt die Kommunikation zwischen dem RFID-Lesegerät 1 und dem RFID-Tag beziehungsweise dem Handgerät mit Antenne in an sich bekannter Weise.
In den 3 und 4 sind Auswertungen eines Oszillographen der Spannung am Eingang AD dargestellt. In der 3 ist ein Spannungsverlauf dargestellt, bei dem kein RFID-Tag in der Nähe ist. Während in der 4 der Spannungsverlauf dargestellt ist, wenn sich ein RFID-Tag in der unmittelbaren Nähe des Lesegeräts befindet. Der wesentliche Unterschied beider Linien ist in den Zeiten > TI + AD.
In der 5 ist ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In einem ersten Funktionsblock 31 wird gewartet, bis ein zeitlicher Abstand ΔT von 2 Sekunden verstrichen ist. Danach wird in einem zweiten Funktionsblock 33 das erfindungsgemäße Verfahren umfassend die Aktivierung des Schwingkreises C, L mit anschließender Deaktivierung des Schwingkreises und Auswertung der elektrischen Spannung am Eingang AD des Mikroprozessors 3 durchgeführt.
Wenn in dem anschließenden Abfrage-Block 35 keine Schwächung des elektrischen Feldes durch die Anwesenheit einer Antenne eines RFID-Tags oder eines Handgeräts stattgefunden hat, dann verzweigt das Programm wieder in den ersten Funktionsblock 31 und wartet erneut 2 Sekunden.
Wenn das Abklingverhalten der elektrischen Spannung des Schwingkreises auf das Vorhandensein eines RFID-Tags (siehe Linie 23 in 2) oder einer Antenne eines Handgeräts (siehe Linie 25 in 2) hindeutet, wird in einem dritten Funktionsblock 37 der Inhalt des RFID-Tags eingelesen. Danach wird in einem Abfrage-Block 39 abgefragt, ob eine von dem RFID-Tag eingelesene Prüfziffer in Ordnung ist. Wenn dies nicht der Fall ist, verzweigt das Programm wieder in den ersten Funktionsblock 31 und wartet erneut 2 Sekunden. Wenn die Prüfziffer in Ordnung ist, dann wird in einem weiteren Abfrage-Block 41 abgefragt, ob ein Benutzer erkannt wird. Ein Benutzer wird dann erkannt, wenn es sich um ein RFID-Tag handelt. Falls diese Abfrage positiv ist, schreibt das RFID-Lesegerät in einem vierten Funktionsblock 43 einen entsprechenden Eintrag in ein Logbuch, zeigt an einem Display in einem fünften Funktionsblock 45 den Benutzernamen an und öffnet ein Türschloss in einem sechsten Funktionsblock 47. Danach verzweigt das Programm wieder an den ersten Funktionsblock.
Wenn in dem Abfrage-Block 41 kein Benutzer erkannt wird, dann wird in einer weiteren Abfrage 49 abgefragt, ob es sich um ein Programmiert-Tag handelt, welches zum Programmieren eingerichtet ist. Falls diese Abfrage positiv ist, wird in einem siebten Funktionsblock 51 der Inhalt des RFID-Tags eingelesen. Anschließend wird in einem Abfrage-Block 53 erneut abgefragt, ob es sich um ein Programmiertag handelt. Falls die Abfrage positiv ist, wird an den siebten Funktionsblock 51 zurückverzweigt und das Tag eingelesen. Andernfalls wird in einem weiteren achten Funktionsblock 55 ein Logbuch-Eintrag geschrieben. In einer weiteren Abfrage 57 wird abgefragt, ob ein Benutzer erkannt wurde. Falls dies der Fall ist, wird in einem neunten Funktionsblock 59 der Benutzer gelöscht.
Andernfalls wird in einem zehnten Funktionsblock 61 ein neuer Benutzer angelegt. In beiden Fällen verzweigt das Programm anschließend wieder in den ersten Funktionsblock 31.
Wenn sich bei der Überprüfung im Abfrage-Block 49 herausstellt, dass es sich nicht um ein Programmier-Tag handelt, wird in einem weiteren Abfrage-Block 63 abgefragt, ob es sich ein Handgerät mit Antenne handelt. Falls die Abfrage positiv ist, wird in einem elften Funktionsblock 65 die Synchronisierung der Daten zwischen dem Handgerät und dem RFID-Lesegerät 1 durchgeführt und anschließend verzweigt das Programm wieder zum ersten Funktionsblock 31.

Claims

Verfahren zum Detektieren der Anwesenheit eines RFID-Tags oder eines Handgeräts mit einer Antenne in der Nähe eines RFID-Lesegeräts (1) bei dem zu diskreten Zeitpunkten (T₁, T₂, ... T_i, T_i+1, .... T_n) ein elektrischer Schwingkreis () aktiviert und anschließend deaktiviert wird, wird und bei dem nach dem Deaktivieren des Schwingkreises (C, L) der zeitliche Verlauf einer in dem Schwingkreis (C, L) herrschenden elektrischen Spannung (U(t)) ausgewertet wird und aus dem Verlauf der in dem Schwingkreis (C, L) herrschenden elektrischen Spannung (U(t)) auf die Anwesenheit eines RFID-Tags geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Abstand (ΔT) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten (T_i, T_i+1) größer als 0,5 Sekunden (0,5 s) und kleiner als 5 Sekunden (5 s) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingkreis (C, L) nach Ablauf einer Aktivierungsdauer von weniger als 20 Millisekunden (20 ms), bevorzugt von weniger als 100 Mikrosekunden (100 μs) und besonders bevorzugt von etwa 32 Mikrosekunden (32 μs) oder weniger, deaktiviert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladung des Schwingkreises (C, L) nach dem Deaktivieren mit einer Referenz-Entladung (21) des Schwingkreises (C, L) verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich während der Ermittlung der Referenz-Entladung (21) des Schwingkreises (C, L) kein RFID-Tag und kein Handgerät mit Antenne im Sendebereich des RFID-Lesegeräts (1) befinden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anwesenheit eines RFID-Tags detektiert wird, wenn die Entladung des Schwingkreises (C, L) nach dem Deaktivieren rascher (23, 25) als bei der Referenz-Entladung (21) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufs der Entladung des Schwingkreises (C, L) die Anwesenheit eines RFID-Tags oder eines Handgeräts detektiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Erfassung und/oder Auswertung des zeitlichen Verlaufs der Spannung (U(t)) beziehungsweise der Entladung des Schwingkreises (C, L) nach dem Deaktivieren des Schwingkreises (C, L) in einem A/D-Wandler eines Mikroprozessors (3) vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einlese-Routine für ein RFID-Tag abgearbeitet wird, wenn die Anwesenheit eines RFID-Tags in der Nähe des RFID-Lesegeräts (1) detektiert wurde.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Routine für die Kommunikation mit einem Handgerät mit Antenne abgearbeitet wird, wenn die Anwesenheit eines Handgeräts mit Antenne in der Nähe des RFID-Lesegeräts (1) detektiert wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zuletzt ermittelte zeitliche Verlauf der elektrischen Spannung U(t)) als Referenz-Entladung (21') abgespeichert wird, wenn auf der Basis der zuvor abgespeicherten Referenz-Entladung (21) die Anwesenheit eines RFID-Tags oder eines Handgeräts mit Antenne detektiert wurde, und anschließend mit der Einlese-Routine für ein RFID-Tag keine Daten eingelesen werden konnten oder anschließend keine Kommunikation mit einem Handgerät mit Antenne hergestellt werden konnte.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar nach der Inbetriebnahme (T₁) des RFID-Lesegeräts (1) der Schwingkreis (C, L) aktiviert und anschließend (C, L) der zeitliche Verlauf der in dem Schwingkreis (C, L) herrschenden elektrischen Spannung (U(t)) als Referenz-Entladung (21) abgespeichert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in regelmäßigen zeitlichen Abständen oder ereignisgesteuert eine neue Referenz-Entladung (21) abgespeichert wird.
Softwareprogramm zur Erkennung der Anwesenheit eines RFID-Tags () in der Nähe eines RFID-Lesegeräts (1), dadurch gekennzeichnet, dass es nach einem der vorhergehenden Verfahren arbeitet.
Softwareprogramm nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es auf einem Speichermedium abgespeichert ist.
RFID-Lesegerät (1), dadurch gekennzeichnet, dass es nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 arbeitet.
RFID-Lesegerät (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das RFID-Lesegerät (1) einen Lese-Chip (5), einen Mikro-Prozessor (3) und einen Schwingkreis (C, L) umfasst.
RFID-Lesegerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Lese-Chip (5), einen Modulator (11) und einen Antennentreiber (13) sowie zwei Ausgänge (Tx1, Tx2) umfasst, und dass der Schwingkreis (C, L) mit den Ausgängen (Tx1, Tx2) verbunden ist.
RFID-Lesegerät nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikro-Prozessor (3) einen Eingang (AD) für einen A/D-Converter aufweist, und dass zwischen dem Schwingkreis (C, L) und dem Eingang (AD) für einen A/D-Converter ein Widerstand, insbesondere ein Ohmscher Widerstand (R2), angeordnet ist.