DE19801124B4

DE19801124B4 - System zum Datentransfer zwischen einem bewegten und einem festen Objekt

Info

Publication number: DE19801124B4
Application number: DE1998101124
Authority: DE
Inventors: Thilo Lenhard; Wolfgang Weidmann
Original assignee: Whitaker LLC
Current assignee: Whitaker LLC
Priority date: 1998-01-14
Filing date: 1998-01-14
Publication date: 2010-01-14
Anticipated expiration: 2018-01-15
Also published as: JPH11355862A; DE19801124A1

Abstract

System zum Datentransfer zwischen einem bewegten Objekt mit einem Schlüsselmodul und einem festen Objekt mit einem Türmodul,
– wobei das Türmodul einen Bewegungsmelder aufweist mit einem Oszillator zum Aussenden von getakteten Signalen zur Überwachung eines begrenzten Bereiches in der Umgebung des festen Objektes,
– das Türmodul weist einen ersten Sender umfassend den Oszillator auf, der ein erstes unmoduliertes Signal abgibt, wenn ein bewegtes Objekt im begrenzten Bereich vom Bewegungsmelder erkannt wird,
– das Schlüsselmodul weist einen ersten Überlagerungsempfänger auf, mit dem das erste Signal erkannt wird,
– das Schlüsselmodul weist einen zweiten Sender auf, mit dem ein zweites moduliertes Signal gesendet wird, wenn der Überlagerungsempfänger das erste Signal erkannt hat,
– das Türmodul weist einen zweiten Überlagerungsempfänger auf, mit dem das zweite Signal empfangen wird,
– das Türmodul weist eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung des zweiten Signals und zur Auslösung einer Aktion am festen Objekt...

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Datentransfer zwischen einem bewegten Objekt mit einem Schlüsselmodul und einem festen Objekt mit einem Türmodul zum Auslösen einer Aktion durch das Türmodul, falls eine entsprechende Identifizierung des bewegten Objektes vorliegt. Weiter betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren und eine Verwendung des Systems zum Öffnen einer automatischen Tür oder Betätigen einer Türverriegelung an einem parkenden Fahrzeug mittels des Schlüsselmoduls.
Es ist bekannt, die Zugangskontrolle bei automatischen Türen mittels Magnetstreifenlesern oder Nummerncodeschlössern durchzuführen. Die eintretende Person, die die Tür öffnen möchte, muss dabei aktiv werden, um sich auszuweisen.
In der Automobiltechnik sind weiter schlüssellose Türöffnungssysteme an Fahrzeugen bekannt. Diese Systeme verwenden eine drahtlose Datenübertragung bei 433 MHz. Der Fahrer aktiviert beim Herantreten an das Fahrzeug bewusst durch Knopfdruck einen in seinem Schlüsselmodul befindlichen Sender, der ein Datensignal mit dem Identifizierungscode an einen Empfänger im Fahrzeug abgibt. Ein entsprechendes Modul im Fahrzeug überprüft dann den Code und öffnet bei Übereinstimmung die Schlösser der Türen. Auch hierbei ist es notwendig, dass der Fahrer aktiv den Sender einschaltet und diesen dazu seiner Tasche entnimmt. Es erfolgt eine einseitige Kommunikation vom Schlüsselmodul zum entsprechenden Modul im Fahrzeug, wobei das Schlüsselmodul sein Signal unter allen möglichen Winkeln abgibt, das heisst, es wird kein gerichtetes Startsignal ausgesendet. Dies ist in vielen Anwendungsfällen nicht erwünscht.
Es ist weiterhin bekannt, zur Fahrzeugerkennung, beispielsweise in automatischen Gebührenabbuchungsanlagen, einen automatischen Datentransfer zwischen einem Modul im Fahrzeug und einem Modul in einer Bake durchzuführen. Hierbei ist es auch bekannt, dass zunächst die Bake ein Aufwecksignal aussendet, mit dem das im Fahrzeug befindliche Modul aktiviert wird. Eine solche Anordnung ist beispielsweise aus der DE 41 07 803 A1 bekannt.
In DE 195 16 316 A1 ist eine Sicherheitseinrichtung an einem Kraftfahrzeug beschrieben, welche einen am Kraftfahrzeug installierten stationären Transponder zum Erzeugen eines Fragecodesignals sowie einen tragbaren Transponder zum Empfangen des Fragecodesignals sowie zum Aussenden eines Antwortcodesignals aufweist. Die Erzeugung eines Schaltsignals zur Aktivierung des stationären Transponders wird aus einem Infrarotbewegungsmelder mit Detektor bewerkstelligt, welcher im Bereich des Türgriffes der zu öffnenden Tür angeordnet ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein kompaktes System zum Datentransfer zwischen einem bewegten und einem festen Objekt anzugeben, bei dem keine Aktion am bewegten Objekt vorausgesetzt wird, um eine Identifizierung einzuleiten. Ausserdem ist es Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Verfahren und eine Verwendung des Systems anzugeben.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein System mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 10 und Verwendungen mit den Merkmalen der Patentansprüche 13 und 14. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils in den Unteransprüchen angegeben.
Bei dem System zum Datentransfer zwischen einem bewegten Objekt und einem festen Objekt, kann es sich bei dem bewegten Objekt um eine Person oder ein Fahrzeug und bei dem festen Objekt beispielsweise um ein Gebäude mit einer automatischen Tür oder um ein Fahrzeug handeln. Das Türmodul ist fest am Fahrzeug befestigt, beziehungsweise am Gebäude im Bereich der automatischen Tür. Von dem Türmodul kann nun beispielsweise die Aktion ”Aufschliessen” ausgelöst werden oder die Aktion ”Öffnen der Tür”, es ist aber grundsätzlich auch möglich, dass nach der Identifizierung andere Aktionen ausgelöst werden. Sowohl das Türmodul, als auch das Schlüsselmodul weisen einen Sender und einen Empfänger auf. Es wird vorgeschlagen als Sendefrequenz das 24 GHz-Band zu verwenden, da dieses ein für industrielle, wissenschaftliche und für medizinische Zwecke zugelassener Frequenzbereich (ISM-Bereich) ist und bei dieser Frequenz unter Beibehaltung kleiner Abmessungen eine gerichtete Übertragung möglich ist. Die Empfänger von Türmodul und Schlüsselmodul arbeiten als Überlagerungsempfänger. Das Türmodul weist ausserdem einen Bewegungsmelder auf, zur Überwachung eines begrenzten Bereiches in der Umgebung des festen Objektes. Es können verschiedene Arbeitsphasen der Module unterschieden werden:
Phase 1: Ruhemodus:
Im Ruhemodus arbeitet das Türmodul als Bewegungsmelder. Der Schlüsselmodul arbeitet als Überlagerungsempfänger.
Phase 2: Aufweckmodus:
Wenn das Türmodul ein bewegtes Objekt, beispielsweise eine Person erkannt hat, die sich auf das Türmodul zu bewegt, so wird vom Türmodul ein erstes unmoduliertes Signal abgegeben. Das Türmodul arbeitet als Sender. Das Schlüsselmodul, das als Überlagerungsempfänger arbeitet, wird das gesendete Signal detektieren und geht dann in einen aktiven Zustand über.
Phase 3: Datentransfer:
Das Schlüsselmodul befindet sich im aktiven Zustand und sendet nun ein moduliertes Signal ab, das die Identifikation des Schlüsselmoduls enthält. Das Türmodul arbeitet als Überlagerungsempfänger und wertet das empfangene Signal zur Identifizierung aus.
Mit einem solchen System ist es möglich, dass beispielsweise zum Öffnen der Türen eines Fahrzeuges der Fahrer ein Schlüsselmodul bei sich trägt. Sobald er sich der Fahrertür in einem bestimmten Winkel nähert, findet die Identifizierung des Schlüsselmoduls durch das Türmodul statt und die Tür wird automatisch geöffnet ohne eine Aktivität des Fahrers vorauszusetzen. Neben dem Öffnen der Türschlösser können auch weitere Aktionen ausgelöst werden.
Es ist von besonderem Vorteil, wenn sich die Sendefrequenzen des Senders des Schlüsselmoduls und des Türmoduls um eine Zwischenfrequenz unterscheiden. Dadurch wird eine bidirektionale Sende-Empfangsstrecke mit Überlagerungsprinzip möglich, wodurch die Detektion von Signalen mit sehr kleiner Empfangsleistung möglich wird.
Eine Übertragung im 24 GHz-Band ist besonders vorteilhaft, da bei dieser Frequenz unter Beibehaltung kleiner Abmessungen eine gerichtete Übertragung möglich ist.
Es ist weiter von besonderem Vorteil, als Bewegungsmelder einen Dopplersensor vorzusehen, da dies einen sehr einfachen Aufbau des Türmoduls ermöglicht.
Weiter ist es von besonderem Vorteil, dass der Bewegungsmelder getaktet betrieben wird. Dadurch kann der Stromverbrauch des Türmoduls reduziert werden. Zum gleichen Zweck wird auch das Schlüsselmodul im Ruhezustand mit einem sehr kleinen Tastverhältnis beispielsweise 1:10000 getaktet.
Es ist weiter besonders vorteilhaft, dass der Sender des Türmoduls das erste Signal für eine vorgegebene Zeitspanne im Dauerbetrieb sendet, nachdem der Bewegungsmelder ein bewegtes Objekt erkannt hat. Dadurch wird sichergestellt, dass das Schlüsselmodul, das vom Türmodul ausgesendete Signal erkennt und in den aktiven Zustand übergeht.
Es ist weiter besonders vorteilhaft, dass das Türmodul eine Antenne zur gerichteten Übertragung, beispielsweise eine Patchantenne, aufweist. Der Einsatz eines Antennenfeldes mit einer geeigneten Richtcharakteristik ermöglicht die Einschränkung des räumlichen Wirkungsbereiches des Systems.
Für das Schlüsselmodul wird vorteilhafterweise eine Antenne mit omnidirektionaler Charakteristik, beispielsweise ein Dipol eingesetzt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nun anhand der Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen:
1 und 2 jeweils ein Blockschaltbild eines Schlüsselmoduls und eines Türmoduls in einer beispielhaften Ausführung.
1 zeigt ein Blockschaltbild eines Schlüsselmoduls. In 2 ist das Blockschaltbild des Türmoduls dargestellt. Wie leicht zu erkennen ist, sind die beiden Module sehr ähnlich aufgebaut. Beide Module weisen einen Sender mit einem Oszillator S₁ bzw. S₂ und einer Antenne A₁ bzw. A₂ auf. Ein wesentlicher Unterschied besteht darin, dass die Oszillatorfrequenzen um die Zwischenfrequenz des Systems, in unserem Beispiel 50 MHz gegeneinander versetzt sind. Während der Oszillator S₂ des Türmoduls mit einer Frequenz von 24,120 GHz arbeitet, arbeitet der Oszillator S₁ des Schlüsselmoduls mit einer Frequenz von 24,070 GHz. Auch die Antennen A₁ und A₂ unterscheiden sich insofern, als im Schlüsselmodul eine Dipolantenne A₁ mit einer omnidirektionalen Charakteristik eingesetzt ist und im Türmodul eine Patchantenne A₂ mit Richtcharakteristik vorgesehen ist. Sowohl das Schlüsselmodul als auch das Türmodul weisen einen Mischer im M₁ bzw. M₂ auf, in dem ein empfangenes Signal mit dem Oszillatorsignal multipliziert wird. Das gemischte Signal wird dann einem Verstärker V₁ bzw. V₂ zugeführt. Der Verstärker V₁ bzw. V₂ dient zur Verstärkung der Zwischenfrequenz. Durch den Frequenzversatz der beiden Oszillatoren ergibt sich beim Überlagerungsempfang eine Zwischenfrequenz von 50 MHz, die in den Verstärkern V₁, V₂ um typischerweise 70 dB verstärkt wird mit einer Bandbreite von 20 MHz, um Temperaturdriften der Oszillatoren zu berücksichtigen. Durch den Einsatz des Oberlagerungsprinzipes wird eine Detektion von Signalen mit sehr kleiner Empfangsleistung, typischerweise –100 dBM möglich. Das Oszillatorsignal wird dabei mit einer Leistung von ungefähr 5 mW über die Antennen A₁ bzw. A₂ ausgestrahlt, wobei gleichzeitig ein Teil der Leistung ausgekoppelt wird und als Lokaloszillatorsignal für den Mischer M₁ bzw. M₂ dient. Das verstärkte Zwischenfrequenzsignal wird dann in einem Videodetektor VD₁ bzw. VD₂ gleichgerichtet und einem Begrenzerverstärker L₁ bzw. L₂ zugeführt, der CMOS-kompatible Ausgangspulse liefert. Diese Ausgangspulse werden dann einem Mikroprozessor μP₁ bzw. μP₂ zur Auswertung zugeführt. Der Mikroprozessor μP₁ liefert ebenfalls ein Taktsignal mit dem der Sender S₁ und alle weiteren Hochfrequenzkomponenten, der Verstärker V₁, und der Begrenzerverstärker L₁ über die Versorgungsleitung getaktet werden. Im Ruhezustand des Schlüsselmoduls beträgt das Tastverhältnis ungefähr 1:10000 und die Hochfrequenzkomponenten sind jeweils nur für 10 Mikrosekunden aktiv.
Neben den soeben beschriebenen Elementen weist das Türmodul noch die für den Bewegungsmelder nötigen Komponenten auf. Bei dem Bewegungsmelder handelt es sich um einen Dopplerbewegungsmelder der Dopplersignale auswertet. Dazu sendet der Sender des Türmoduls mit dem Oszillator S₂ und der Antenne A₂ getaktet Signale aus. Trifft das Signal auf ein Objekt, so wird es von diesem reflektiert. Handelt es sich bei dem Objekt um ein bewegtes Objekt, so unterscheidet sich das reflektierte Signal vom Oszillatorsignal in seiner Frequenz. Das reflektierte Signal wird von der Antenne A₂ empfangen. Im Mischer M₂ wird das Oszillatorsignal mit dem empfangenen reflektierten Signal gemischt. Es ergibt sich ein niederfrequentes Ausgangssignal, das in einem Verstärker DV verstärkt und einem Vergleicher zugeführt wird. Es werden Dopplersignale im Bereich von 10 Hz bis 300 Hz ausgewertet. Das so bearbeitete Signal wird dem Mikroprozessor μP₂ zugeführt. Wird mittels des Dopplersignales ein bewegtes Objekt erkannt, so steuert der Mikroprozessor den Oszillator S₂ derart, dass er für gewisse Zeit, beispielsweise einige 100 ms im Dauerbetrieb sendet.
Es sollen nun nochmals die drei Phasen der Module erläutert werden.
Phase 1: Ruhephase:
Türmodul: Das Türmodul arbeitet in der Ruhephase als Dopplersensor.
Schlüsselmodul: In der Ruhephase darf der Stromverbrauch nur wenige Mikroampère betragen, da das Modul aus einer Batteriezelle gespeist wird. Trotzdem muss die Detektion des vom Türmodul kommenden 24 GHz-Signals möglich sein. Das Schlüsselmodul wird als Überlagerungsempfänger betrieben mit einem kleinen Tastverhältnis.
Phase 2: Aufweckphase:
Türmodul: Nachdem das Dopplersignal detektiert wurde steuert der Mikroprozessor den Oszillator derart an, dass dieser für eine gewisse Zeit im Dauerbetrieb sendet. Dadurch wird die mittlere Leistung erhöht und dem Schlüsselmodul ein höherer Signalpegel zur Verfügung gestellt.
Schlüsselmodul: Wenn der Mikroprozessor das vom Türmodul ausgesendete Signal erkennt, führt er das Schlüsselmodul vom Ruhezustand in den aktiven Zustand über.
Phase 3:
Schlüsselmodul: Das Schlüsselmodul arbeitet nun als Sender. Über die Versorgungsleitung wird nun die Modulation mit dem Identifikationscode auf das Oszillatorsignal eingeprägt. Es kann sich dabei sowohl um eine Pulsamplituden als auch um eine Pulslängenmodulation handeln. Das so modulierte Signal wird nun dem Türmodul zugesandt.
Türmodul: In Phase 3 arbeitet das Türmodul als Überlagerungsempfänger. Das vom Schlüsselmodul ausgesendete Datensignal wird verstärkt und demoduliert und dann im Mikroprozessor μP₂ ausgewertet. Entspricht der Identifizierungscode der benötigten Identifizierung, so wird vom Mikroprozessor eine entsprechende Aktion ausgelöst. Diese Aktion kann beispielsweise das Öffnen oder das Entriegeln einer Tür sein.

Claims

System zum Datentransfer zwischen einem bewegten Objekt mit einem Schlüsselmodul und einem festen Objekt mit einem Türmodul, – wobei das Türmodul einen Bewegungsmelder aufweist mit einem Oszillator zum Aussenden von getakteten Signalen zur Überwachung eines begrenzten Bereiches in der Umgebung des festen Objektes, – das Türmodul weist einen ersten Sender umfassend den Oszillator auf, der ein erstes unmoduliertes Signal abgibt, wenn ein bewegtes Objekt im begrenzten Bereich vom Bewegungsmelder erkannt wird, – das Schlüsselmodul weist einen ersten Überlagerungsempfänger auf, mit dem das erste Signal erkannt wird, – das Schlüsselmodul weist einen zweiten Sender auf, mit dem ein zweites moduliertes Signal gesendet wird, wenn der Überlagerungsempfänger das erste Signal erkannt hat, – das Türmodul weist einen zweiten Überlagerungsempfänger auf, mit dem das zweite Signal empfangen wird, – das Türmodul weist eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung des zweiten Signals und zur Auslösung einer Aktion am festen Objekt aus, falls die Auswertung eine entsprechende Identifizierung des bewegten Objektes ergibt.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendefrequenzen des ersten und zweiten Senders um eine Zwischenfrequenz zueinander versetzt sind.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenfrequenz im VHF/UHF-Bereich liegt und die Sendefrequenzen im 24 GHz-Band liegen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungsmelder ein Dopplersensor ist.
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungsmelder getaktet betrieben ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sender das erste Signal für eine vorgegebene Zeitspanne im Dauerbetrieb sendet, nachdem der Bewegungsmelder ein bewegtes Objekt erkannt hat.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Überlagerungsempfänger getaktet aktiv ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Türmodul eine Antenne zur gerichteten Übertragung aufweist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlüsselmodul eine Antenne mit omnidirektionaler Charakteristik aufweist.
Verfahren zum Datentransfer zwischen einem bewegten Objekt und einem festen Objekt zum Auslösen einer Aktion am festen Objekt, falls eine entsprechende Identifizierung des bewegten Objektes vorliegt, – wobei am festen Objekt ein Türmodul vorgesehen ist mit einem Bewegungsmelder umfassend einen Oszillator, von dem getaktet ein Signal zur Überwachung eines begrenzten Bereiches in der Umgebung des festen Objektes ausgesendet wird, – wobei von dem Oszillator in einem ersten Sender im Türmodul ein unmoduliertes erstes Signal ausgesendet wird, falls der Bewegungsmelder ein bewegtes Objekt erkannt hat, – mit einem ersten Überlagerungsempfänger wird im Schlüsselmodul das erste Signal empfangen, – wenn im Schlüsselmodul das erste Signal erkannt wurde, wird von einem zweiten Sender im Schlüsselmodul ein zweites moduliertes Signal ausgesendet, das die Identifizierungssequenz enthält, – das zweite Signal wird von einem Überlagerungsempfänger im Türmodul empfangen, einer Auswerteeinrichtung zugeführt und dort ausgewertet, – eine Aktion am festen Objekt wird ausgelöst, falls die Auswertung eine entsprechende Identifizierung des bewegten Objektes ergibt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungsmelder ein Oszillatorsignal aussendet, das an einem bewegten Objekt reflektiert wird, das reflektierte Signal wird vom Bewegungsmelder empfangen und mit dem gesendeten Signal verglichen, um über das Dopplersignal Auskunft über das Vorhandensein eines bewegten Objektes zu erhalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite modulierte Signal eine Identifikation enthält, die vom Türmodul erkannt wird.
Verwendung eines Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 9, zum Öffnen einer Tür am festen Objekt mittels des Schlüsselmoduls am bewegten Objekt.
Verwendung eines Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Öffnen einer Türverriegelung an einem parkenden Fahrzeug mittels des Schlüsselmoduls.