DE3122923A1

DE3122923A1 - Elektronisches identifizierungssystem

Info

Publication number: DE3122923A1
Application number: DE19813122923
Authority: DE
Inventors: Hendrik Roelf 10380 British Columbia Kruger; David James 13697 Surrey Rayment
Original assignee: Computrol Systems Ltd
Current assignee: Computrol Systems Ltd
Priority date: 1980-06-20
Filing date: 1981-06-10
Publication date: 1982-04-08
Also published as: GB2079017A; GB2079017B; US4354099A; FR2485231A1; IT8122044A0; IT1137080B; CA1169968A; FR2485231B1; JPS5730082A

Description

Computrol Systems Limited, 2030 Yukon Street, Vancouver, British Columbia, Kanada V6B 4B6

Elektronis ches Identifiζ ierungs sys tem

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Identifizierungssystem.

Verschiedene Arten elektronischer Identifizierungssysteme sind bekannt. Optische Systeme weisen üblicherweise elektronische Einrichtungen zum optischen Lesen von Merkmalen auf, die in einem bestimmten Muster dargestellt sind (üblicherweise Löcher in einer gestanzten Karte), das einen von dem System erkennbaren Kenriungs-Code beinhaltet. Optische Systeme haben verschiedene Nachteile, einschließlich dem Umstand, daß sie häufig leicht zu umgehen sind, weil der optische Kennungs-Code leicht kopiert werden kann.

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' Büro Bremen / Bremen Office: Postfach/P. O.Box 10 7127 Hollerallee 32, D-2800 Bremen

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Weiter können optische Systeme den Nachteil einer nachlassenden Funktionsfähigkeit haben wegen Abnutzung des optischen Kennungs-Trägers und wegen Verschmutzung oder dergleichen entweder des optischen Kennungs-Lesers, des Kennungs-Trägers, oder beider.

Magnetisch codierte elektronische Identifizierungssysteme bieten im allgemeinen eine höhere Sicherheit als optisch codierte Systeme, weil der magnetische Code auf dem Kennungs-Träger unsichtbar ist (üblicherweise beinhaltet der Kennungs-Träger eine Fläche mit einem Streifen aus magnetischem Material, das nach einem vorbestimmten Muster magnetisiert ist, welches den Kennungs-Code angibt. Magnetische Systeme haben jedoch verschiedene Nachteile einschließlieh der Anfälligkeit für Abnutzung, (ein magnetischer Oxidstreifen auf einer Kenn-Karte kann z.B. abgetragen werden); der magnetische Code des Kennungs-Trägers kann versehentlich geändert oder gelöscht werden und Schmutz oder Fremdkörper, auf dem magnetischen Kennungs-Leser, dem Kennungs-Träger oder beiden, können die Funktionsfähigkeit des Systems durch Fehler bei dem Versuch, den Code zu lesen, herabsetzen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines elektronischen Identifizierungssystems, das eine Sicherheit -bietet, die mit denen bekannter Systeme gleich oder denen überlegen ist, das die aufgezeigten Nachteile jedoch nicht aufweist. Dabei soll ein elektronisches Identifizierungssystem geschaffen werden, dessen Kennungs-Leser auch im Freien eingesetzt werden kann. Das System soll keine bedeutenden Einschränkungen bezüglich Parametern wie eines erforderlichen Mindestabstandes zwischen Kennungs-Träger und Kennungs-Leser

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bei richtiger Ablesung des Kennungs-Codes, haben. Ein magnetisch codierter Kennungs-Träger darf z.B. typischerweise einen Abstand von höchstens 0,08 mm von dem magnetischen Kennungs-Leser aufweisen, damit der magnetische Code richtig gelesen werden kann. Erfindungsgemäß soll demgegenüber ein elektronisches Identifizierungssystem geschaffen werden, das einen Spalt zwischen dem Kennungsleser und dem Kennungsträger von etwa 1,2 mm erlaubt. Dabei soll das System auch dann funktionieren, wenn ein wesentlicher Teil des Spaltes zwischen dem Kennungs-Leser und dem Kennungs-Träger Schmutz oder andere Fremdkörper aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch Treibeinheiten zur Erzeugung eines ersten elektromagnetischen Feldes in einer ersten Zone; Detektoreinheiten zur Erzeugung eines Ausgangssignales bei Feststellung eines zweiten elektromagentischen Feldes in einer zweiten Zone, in der das erste elektromagnetische Feld eine zu vernachlässigende Wirkung auf die Detektoreinheiten hat; und Kennungs-Trägereinheiten zur Aufnahme des ersten elektromagnetischen Feldes und zur Erzeugung eines zweiten elektromagentischen Feldes aufgrund der Aufnahme des ersten elektromagnetischen Feldes, wobei die Kennungs-Trägereinheiten räumlich von den Treibereinheiten und den Detektoreinheiten trennbar sind.

Bei einer Ausfuhrungsform beinhaltet die Erfindung eine Vielzahl von Treibereinheiten, von denen jede, einzeln durch einen aufgebrachten Strom erregt, ein erstes elektromagnetisches Feld erzeugt ; eine Vielzahl von Detektoreinheiten, von denen jede,einzeln durch ein elektromagnetisches Feld erregt, ein Ausgangssignal erzeugt; und Kennungs-Trägereinheiten zur

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Aufnahme des ersten elektromagnetischen Feldes und zur Erzeugung des zweiten elektromagnetischen Feldes aufgrund der Aufnahme des ersten elektromagnetischen Feldes.

Vorzugsweise sind vorgesehen eine erste Fläche von Induktivitäten; Einrichtungen zur Aufbringung eines Stromes auf eine der Induktivitäten zur Erzeugung eines ersten elektromagnetischen Feldes; und Einrichtungen zum Abtasten jeder der Induktivitäten in der ersten Fläche zur Feststellung eines elektromagnetischen Feldes in einer anderen Induktivität der ersten Fläche.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild eines

elektronischen Identifizierungssystems mit zwei Induktivitäten in dem Kennungs-Leser und zwei Induktivitäten in dem Kennungs-Träger;

Fig. 2 ein elektronisches Schaltbild des Lesers mit 24 Induktivitäten;

Fig. 3 ein elektronisches Schaltbild eines der in Fig. 2 dargestellten Treiber;

Fig. 4 ein elektronisches Schaltbild eines der in Fig. 2 dargestellten Sensoren;

Fig. 5 die Draufsicht auf eine Seite der Induktivitätsfläche eines elektronischen Identifikationssystems mit 24 Induktivitäten, wie sie in dem Kennungs-Geber oder Kennungs-Leser gegeben ist; und

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Fig. 6 eine grafische Darstellung der Wellenformen zur Illustration der Abfolge der Verfahrensschritte des Kennungs-Lesers von Fig. 2.

Das zu beschreibende elektronische Identifizierungssystem weist einen Kennungs-Leser und einen separaten Kennungs-Geber auf. Ein solcher separater Kennungs-Träger ist für jedes einzelne Stück oder jede Ausrüstung oder dergleichen, die zu erkennen ist, vorzusehen. Der Kennungs-Leser behaltet einen elektronischen Schaltkreis für die Feststellung eines auf einem gegebenen Kennungs-Träger eingeprägten Codes.

Ks muß beachtet werden, daß der Kennungs-Leser von einer Steuereinheit (wie einem Computer) gesteuert wird, der in der Lage ist, den Kennungs-Leser zur Durchführung der verschiedenen beabsichtigten Funktionen zu veranlassen, die Ergebnisse der Lesung zu analysieren und, falls erforderlich, geeignete Schritte zu unternehmen in Abhängigkeit von der jeweiligen Aufgabenstellung. Die Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels geht von einer Möglichkeit der Kontrolle des Kennungs-Lesers durch die Steuereinheit aus. Die Konstruktion und die Arbeitsweise der Steuereinheit wird jedoch nicht als Teil der Erfindung angesehen. Entsprechend wird keine detaillierte Beschreibung der Steuereinheit gebracht. Entsprechend kann die Erfindung für einen weiten Bereiih von .Anwendungsfällen wie Zugangs-Kontroll-Systemen, Identitäts-überwachungs-Systemen, Ausweisung an Verkaufsstellen oder dergleichen angewandt werden. Abhängig von der jeweiligen Aufgabenstellung kann die Steuereinheit die Trägeszeit und den Code eines ihm präsentierten Kennungs-Trägers aufzeichnen. In manchen Anwendungsfällen kann

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die Vorlage eines bestimmten Kennungs-Trägers die Steuereinheit veranlassen, den Zugang zu einem kontrollierten Raum oder einer, kontrollierten Einrichtung möglich zu machen. Derartige Anwendungen werden beispielhaft beschrieben und sollen den Gedanken nach den vorliegenden Ansprüchen nicht begrenzen.

Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes elektronisches Identifizierungssystem, das das Prinzip der vorliegenden Erfindung illustriert. Der Kennungs-Leser .16 beinhaltet eine Induktivität A in einer ersten Position und eine Induktivität D in einer zweiten Position. Ein Treiber 12 . ist mit der Induktivität A verbunden, beide bilden eine Treibereinheit. Ein Sensor 14 ist mit einer Induktivität D verbunden und bildet mit dieser eine Detektoreinheit.

Der Kennungs-Träger 12 beinhaltet ein Paar von Induktivitäten B und C, die auf einem Gegenstand in derselben relativen Anordnung wie die Induktivitäten A und D positioniert sind. Wenn der Kennungs-Träger räumlich von dem Kennungs-Leser entfernt wird, kann er später wieder so ausgerichtet werden, daß seine Induktivitäten C und D mit den Induktivitäten A und B des Kennungs-Lesers benachbart und zentriert sind.

Wenn der Treiber 12 in Fig.1 gespeist wird und der Induktivität A einen Wechselstrom aufprägt (es wird davon ausgegangen, daß die Induktivitäten A und D einerseits und die Induktivitäten B und C andererseits ausreichend weit entfernt sind voneinander, so daß die Feldwirkungen zwischen den Induktivitäten vernachlässigbar ist) wird ,-^wird ein erstes elektromagnetisches Feld in dem Gebiet um die Induktivität A induziert.

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Wenn die Induktivität B ausreichend nahe zu der Induktivität A angeordnet ist, wird das elektromagnetische Feld um die Induktivität A eine Spannung in der Induktivität B induzieren. Wenn die Induktivität B mit der Induktivität C verbunden ist/ fließt ein Strom in der induktivität C, ein zweites elektromagnetisches Feld wird in dem Gebiet um die Induktivität C erzeugt. Die Induktivitäten B und C dienen so als Kennungs-Trägereinheiten zur Feststellung des ersten elektromagnetischen Feldes und zur Erzeugung eines zweiten elektromagnetischen Feldes in Antwort auf die Feststellung des ersten elektromagnetischen Feldes. Wenn die Induktivität D ausreichend nahe zu der Induktivität C angeordnet ist, wird das zweite elektromagnetische Feld einen Strom in der Spule D induzieren, der von der Detektoreinheit verwendet werden kann, um ein Ausgangssignal zur Feststellung durch die Steuereinheit zu erzeugen.

Die Induktivitäten B und C haben jede zwei Anschlüsse, die miteinander auf zwei verschiedene.Weisen parallel geschaltet werden können., (die einander entsprechenden Anschlüsse können miteinander verbunden werden, alternativ können die beiden Anschlüsse über Kreuz verbunden werden). Die Phase des induzierten Wechselstroms in der Induktivität D ist abhängig von der Art der Verbindung der Anschlüsse der Induktivitäten B und C miteinander.

Die Vorrichtung von Fig. 1 beinhaltet ein elektronisches Identifizierungssystem mit einem Kennungs-Träger, der einen von zwei möglichen Kennungs-Codes entsprechend der beiden möglichen Arten von Verbindungen der Induktivitäten B und C. Die Steuereinheit

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kann den Kennungs-Leser steuern durch die Aufbringung eines Wechselstromsignals auf den Treiber zur Induzierung eines elektromagnetischen Feldes in das Gebiet um die Induktivität A. Gleichzeitig kann die Steuereinheit den Ausgang der Detektoreinheit abfragen zur Feststellung eines in die Induktivität D induzierten Stromes in Antwort auf ein elektromagnetisches Feld um die Induktivität D. Wenn ein entsprechendes Ausgangssignal nicht festgestellt wird an dem Ausgang der Detektoreinheit sind verschiedene Interpretationen möglich:

(1) In der Nähe der Induktivitäten des Lesers befindet sich kein Kennungs-Träger; oder,

(2) die Induktivitäten des Kennungs-Trägers sind nicht über denen des Kennungs-Lesers zentriert (entsprechend wird das induzierte elektromagnetische Feld nicht in ausreichender Nähe zu den Induktivitäten entweder des Kennungs-Lesers oder des Kennungs-Träger s sein; oder

(3) die Induktivitäten des Kennungs-Trägers sind nicht miteinander verbunden (es fließt daher kein Strom in der Induktivität C). Das zweite elektromagnetische Feld ist daher nicht vorhanden, in die Induktivität D wird kein Strom induziert; oder,

(4) die elektrische Charakteristik der Spule des Kennungs-Trägers ist anders als die erwartete, dies führt zu der Erzeugung eines Ausgangssignales von unerwarteter Größe.

Wenn ein entsprechendes Ausgangssignal nicht festgestellt wird, wird die Steuereinheit einfach annehmen,

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daß ein Kennungs-Träger mit einem "gültigen" Kennungs-Code nicht festgestellt wurde. Wenn es die jeweilige Anwendung verlangt, z.B. bei einem Zugangskontroll-. system, wird die Steuereinheit den Zugang zu den kontrollierten Räumen oder Ausrüstungen u.s.w. verhindern und möglicherweise andere Maßnahmen wie die Aussendung eines Alarmsignales veranlassen.

Ein elektronisches Identifizierungssystem, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, hat natürlich einen großen praktischen Wert, weil die Anzahl der verschiedenen möglichen Kennungs-Codes sehr begrenzt ist. Vorzugsweise sollte ein elektronisches Identifizierungssystem eine große Anzahl von verschiedenen möglichen Kennungs-Codes vorsehen. Die Anzahl der möglichen Verbindungen von Induktivitäten zur Bildung verschiedener Kennungs-Codes steigt an, wenn mehr Induktivitäten vorgesehen sind.

Die Fig. 2 bis 6 zeigen ein praktisches elektronisches Identifizierungssystem mit 24 Induktivitäten in dem Kennungs-Leser und 24 Induktivitäten in dem Kennungs-Träger. 24 Induktivitäten wurden gewählt, weil diese, wie unten gezeigt wird, in einer relativ großen Anzahl von Möglichkeiten miteinander verbunden werden können, von denen jede einen anderen Kennungs-Code darstellt. Auch können 24 Induktivitäten von einer Größe mit einer geeigneten elektrischen Charakteristik bequem auf einer credit-card großen Fläche, die leicht von einer Person getragen werden kann, aufgebracht werden.

Um die Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels zu vereinfachen, werden eine Anzahl von An-

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nahmen gemacht. Zunächst wird angenommen, daß die
Induktivitäten auf dem Kennungs-Träger nur in Paaren verbunden sind, obwohl keine Einschränkung bezüglich der Gesamtzahl der verbunden Paare von Induktivitäten gemacht wird. D.h., daß von 1 bis 12 Paaren von verbundenen Induktivitäten auf dem Kennungs-Träger
gegeben sein können. (Wenn drei oder mehr Induktivitäten miteinander verbunden sind, kann die Größe des. von dem zweiten elektromagnetischen Feld induzierten Ausgangssignals geschwächt sein, was eine Veränderung des Kennungs-Lesers zur Erkennung auch von schwachen Signalen nötig machen kann). Auch werden die Phasendifferenzen des induzierten Ausgangssignals vernachlässigt, obwohl ein Induktivitätspaar auf zwei
verschiedene Weisen verbunden werden kann. D.h., daß angenommen wird, daß die Induktivitätspaare entweder verbunden oder nicht verbunden sind, ohne Rücksicht auf die Art der Verbindung. Auch wenn diese Vereinfachungen gemacht werden, können die 24 Induktivitäten

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des Erkennungs-Trägers in mehr als 3,78 χ 10 verschiedenen Arten miteinander verbunden werden. Es
ist jedoch darauf hinzuweisen, daß diese vereinfachenden Annahmen die Erfindung nach den Ansprüchen
nicht einschränken sollen. Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf eine Fläche mit 24 Induktivitäten, wie sie in dem Kennungs-Leser oder dem Kennungs-Träger zu
finden ist. Die Induktivitatsfläche des Kennungsträgers oder des Kennungs-Lesers kann auf einer
Seite einer credit-card-großen Fläche eines für Druckplatten üblichen Materials aufgebracht sein. Die üblichen Techniken für Druckplatten können verwendet
werden, um 24 Spiralen zu ätzen, von denen jede eine elektrische Induktivität bildet. Diese Technik ist
wünschenswert, weil die sich ergebende Fläche relativ

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flach hergestellt werden kann und der Kennungs-Träger so leicht ist und leicht von einer Person getragen werden kann. Die andere Seite der Platte (nicht ge-„ zeigt) sieht die Verbindungsanschlüsse für jede Induktivität vor. Es hat sich gezeigt, daß ein Muster von 24 Spiralen, von denen jede einen Gesamtdurchmesser von ungefähr 1,25 cm hat und jede acht Windungen eines Kupferleiters in einer Stärke von 0,4 mm χ 0,025 mm hat, in üblicher Weise auf einer creditcard-großen Fläche geätzt werden kann.

Vorzugsweise werden die Induktivitätsflächen sowohl für den Kennungs-Leser als auch für den Kennungs-Träger nach derselben Druckplatten-Technik hergestellt, so daß sichergestellt ist, daß die Induktivitäten des Kennungs-Lesers denselben Relativabstand haben wie die entsprechenden Induktivitäten des Kennungs-Trägers. Auf diese Weise kann die Induktivitätsfläche des Kennungs-Trägers mit jeder Kennungs-Induktivität über (oder unter, oder neben) einer entsprechenden Induktivität der Kennungs-Leser-Pläche ausgerichtet werden. Dies ist wichtig um sicherzustellen, daß ein elektromagnetisches Feld, das um eine Induktivität in der einen Fläche induziert wird eine entsprechende Induktivität in der anderen Fläche umgibt. Die Verwendung derselben Druckplattentechnik zur Herstellung der Induktivitätsflächen sowohl des Kennungs-Trägers, als auch des Kennungs-Lesers, sichert auch, daß die elektrische Charakteristik der verschiedenen Induktivitäten mehr oder weniger gleichmäßig -ist ·, so daß der Kennungs-Leser Unterschiede des Ausgangssignals aufgrund von Induktivitäten mit verschiedenen elektrischen Charakteristika nicht auszugleichen braucht

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(eine gewisse Toleranz ist jedoch akzeptabel, weil nur bestimmt werden muß, ob ein bestimmtes Induktivitätspaar des Kennungs-Trägers verbunden ist . - theoretisch soll jeder von einem elektromagnetischen Feld induzierte Strom anzeigen, daß ein Paar von verbundenen Induktivitäten vorliegt.) Die Herstellung einer Spulenfläche durch die Aufbringung verschiedener 'Spulenelernente auf einer Platte wäre möglich, würde aber wohl zu Problemen der Ausrichtung der Spülen zueinander führen, würde zu einem relativ umfangreichen Kennungs+.Träger führen und wohl auch ein relativ arbeitsaufwendiges Herstellungsverfahren erfordern und daher relativ teuer sein.

Ein Kennungs-Träger mit einem gegebenen Code kann durch die Verbindung eines oder mehrerer ausgewählter Paare von Induktivitäten in einem gegebenen Muster hergestellt werden. (Auf diese Weise kann eine Vielzahl von verschiedenen Kennungs-Codes geschaffen werden. Die Steuereinheit kann auf die Erkennung eines jeden solchen Codes programmiert und abhängig von der jeweiligen Aufgabe zur Durchführung entsprechender Maßnahmen bei Erkennung eines bestimmten Kennungs-Codes programmiert werden.) Die Oberfläche des Kennungs-Trägers kann dann mit einer Deckschicht, z.B. aus Epoxy belegt werden, um vor einer Zerstörung der Induktivitätsfläche und der visuellen Erkennung des Musters der Verbindungen der Induktivitäten geschützt zu werden. Die Induktivitäten der Fläche des Kennungs-Lesers sind nicht miteinander verbunden und brauchen nur vor Zerstörung geschützt zu werden.

Fig* 2 zeigt ein schematisches Schaltbild eines

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Kennungs-Lesers für ein elektronisches Identifizierungssystem mit 24 Induktivitäten. Zur Vereinfachung der Darstellung werden die 24 Induktivitäten .in der Fläche nebeneinander als L1 bis L24 dargestellt. Tatsächlich werden die Induktivitäten des Kennungs-Lesers genauso angeordnet wie die Induktivitäten des Kennungs-Trägers.

Der Kennungs-Leser beinhaltet weiter Treiber und Sensoren, die die unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Funktionen haben. Zur Vereinfachung des Lesens der Kennung werden die 24 Treiber in drei Gruppen von je acht Treibern angeordnet (die Gruppen bestehen aus den Treibern D1 bis D8, D9 bis D16 bzw. D17 bis D24). Die Multiplexer MUX1, MUX2 und MUX3 sind zur sequentiellen Aktivierung der Treiber vorgesehen, wie es im folgenden beschrieben wird. Wie in Fig. 2 gezeigt wird, ist der Ausgang des Treibers D1 elektrisch mit einem der Anschlüsse der mduktivität L1 zur. Bildung eine ersten Treibereinheit verbunden, der Ausgang des Treibers D2 mit einem der Anschlüsse der Induktivität■ L2 zur Bildung einer zweiten Treibereinheit, usw... Die zweiten Anschlüsse jeder der Induktivitäten L1 bis L24 sind an die Speisespannung angeschlossen. (Die Speisespannung für die Induktivitäten ist zu unterscheiden von der Speisespannung für den Leser. Bei dem Ausführungsbeispiel beträgt die Spannung 12V. Die Oszillatorspannung lag im Bereich zwischen O und 10 V. Die Speisespannung für die Induktivität betrug jedoch 5V, liegt also in der Mitte des Bereiches der Oszillatorspannung. Es ist zum Schutz der Multiplexer wichtig, daß die Speisespannung des Lesers größer ist als die Os zillatorspannung.

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Fig. 3 zeigt ein schematisches Schaltbild für die Treiber D1 bis D24. Ein Treibersignal (der Ausgang des unten beschriebenen Oszillators) kann über den KondensatorC. auf die Basis des Transistors Q₁ gelegt werden. Der Widerstand R- schafft die Vorspannung für O₁. Der Kondensator C„ paßt den Treiber zur Schaffung einer optimalen Energieübertragung an die Geometrie der Induktivitäten an. (Der Wert des Kondensators C^ kann experimentell bestimmt werden. Bei einem System mit einer spiralförmigen Induktivität von etwa 1,25 cm Gesamtdurchmesser und 8 Windungen aus einem Kupferleiter mit einer Stärke von 0,4 mm χ 0,025 mm auf einer Epoxy-Druckplatte und einer Oszillatorfrequenz von 10 MHz erwies sich ein Wert von 820 pF als für C. geeignet.) Das Ausgangssignal des Treibers erscheint an dem Kollektor des Transistors Q₁.

Der Kennungs-Leser beinhaltet weiter drei Sensoren ST, S2 und S3. Wie im folgenden beschrieben wird, kann der Eingang des Sensors S-, wahlweise mit einer der Induktivitäten L1 bis L8 zur Bildung einer ersten Detektoreinheit verbunden werden. Entsprechend können die Sensoren S2 wahlweise mit einer Induktivität L9 bis LT6 und der Sensor S3 wahlweise mit einer der Induktivitäten L17 bis L24 verbunden werden.

Fig. 4 zeigt ein schematisches Schaltbild für die Sensoren S1, S2 und S3. Wenn in die Induktivität, die mit dem Eingang des Sensors verbunden ist, kein Strom induziert wird, wird der Eingang des Sensors über die Induktivität auf die Speisespannung des Kennungs-Lesers gezogen, der Transistor Q₂ ist gesperrt, der Ausgang des Schmitt-Triggers (IC74C14)

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geht daher auf logisch "low" und sein Ausgang auf logisch "high". Wenn in die Induktivität, die mit dem Eingang des Sensors verbunden ist, Strom induziert .wird, öffnet der Transistor, zieht den Eingang des Schmitt-Triggers hoch und bewirkt ein logisch "low" des Ausgangs. Die Steuereinheit kann den Ausgang des Schmitt-Triggers daraufhin abfragen, ob ein Strom in der Induktivität, die mit dem Eingang des Sensors verbunden ist, fließt. Wenn der Ausgang des Schmitt-Triggers "high" ist, kann die Steuereinheit davon ausgehen, daß in der mit dem Eingang des Sensors verbundenen Induktivität Strom fließt. Wenn der Ausgang des Schmitt-Triggers "low" ist, kann davon ausgegangen werden, daß in der mit dem Sensor verbundenen Induktivität kein Strom fließt.

Die Steuereinheit kann, wie unten beschrieben wird, jede Induktivität in der Fläche des Kennungs-Lesers speisen und dann feststellen, ob in einer anderen Induktivität der Fläche des Kennungs-Leser Strom fließt. Auf diese Weise kann die Steuereinheit bestimmen, welche Paare von Spulen des Kennungs-TJrägers miteinander verbunden sind und so den Kennungs-Code "lesen".

Die Funktion des Kennungs-Lesers wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben, der typische Signalformen darstellt. Zunächst wird von der Steuereinheit ein geeigneter Impuls (Fig. 6A) auf den RESET-Eingang des Abtastzählers zur Rückstellung des Zählers auf Null aufgebracht. (Der Abtastzähler ist ein konventioneller Binärzähler und wird in Fig. 2 als IC 4040 bezeichnet). Die acht Ausgänge 0_ bis 0_ des Abtastzählers sind jetzt alle in dem Zustand logisch "low"

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(Fig. 6C). Die Steuereinheit bringt dann eine geeignete Impulsfolge oder ein CLOCK-Signal (Fig. 6B) auf den CLOCK-Eingang des Abtastzählers. Jeder Impuls, der auf den CLOCK-Eingang des Abtastzählers .kommt, zählt den Abtastzähler um eins auf. Der erste CLOCK-Impuls, der auf den Abtastzähler nach dem Rückstellimpuls aufgebracht wird, wird beispielsweise zu einem logisch "high" des Ausgangs O und logisch "low" der anderen Ausgänge O. bis 0_ des Abtastzählers zur Folge haben (Fig. 6C). Der nächste CLOCK-Impuls führt zu logisch "high" an dem Ausgang Ο., und logisch "low" an den Ausgängen O und O₉ bis 0_ des Abtastzählers (Fig. 6C) usw..

Die Ausgänge 0_, O- und O₂ des Abtastzählers sind mit den Eingängen A_, A₁ bzw. A» jeden der Multiplexer MUX4, MÜX5 und MÜX6 verbunden. Die "Einschalt"-Eingänge (mit "E" bezeichnet) jeden der Multiplexer MUX4, MUX5 und MUX6 sind geerdet. Da die Eingänge der "Einschalf'-Anschlüsse des bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gewählten Multiplexer-ICs automatisch invertiert werden, arbeiten die Multiplexer MUX4, MUX5 und MÜX6 dauernd. Da die Ausgänge 0_Q, O₁ und O₂ des Abtastzählers von "O" bis "7" aufzählen (nämlich in der Abfolge alle Ausgänge O , O. und O₂ auf "Low" bis alle auf "high") "wählt" jeder der Multiplexer MUX4, MÜX5 und MÜX6 einen öeiner acht Eingänge für die Verbindung mit dem Eingang des Sensors, der mit dem bestimmten Multiplexer verbunden ist. Der Multiplexer ML wird z.B. wenn die Ausgänge 0_Q, O₁ und O₂ des Abtastzählers in den Zustand "low" sind, die Induktivität L3 für die Verbindung mit dem Sensor SI "auswählen". Entsprechend "wählt" MUX5 die Spule L9 für die Verbindung mit dem Sensor S2 und MÜX6 "wählt"

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die Spule L17 für die Verbindung mit Sensor S3. Wenn der Abtastzähler erhöht wird, so daß der Ausgang O_n "high" ist und die Ausgänge O₁ und 0„ "low" . sind, "wählt" MUX4 die Induktivitäten L2 für die Verbindung mit dem Sensor S1, MÜX5 "wählt" die Induktivität L10 für die Verbindung mit Sensor S2 usw.. Der Abtastzähler, MÜX4, MUX5 und MUX6 bilden so eine Einheit zur Anwahl jeder der Abfrageeinheiten für die Induktivitäten.

Die Ausgänge des Abtastzählers O_g und O₇ sind mit den "Einschalt"-Eingängen der Multiplexer MUX1, MUX2 und MUX3 verbunden. Zwei logische Inverter und zwei logische"NAND"-Tore liegen zwischen den Ausgängen Og und O₇ des Abtastzählers und den Multiplexern MUX1, MÜX2 und MÜX3, so daß MUX1 "eingeschaltet" ist, wenn die Ausgänge 0_Q und O₇ "low" sind, MUX2 ist "eingeschaltet", wenn der Ausgang O_g "high" und der Ausgang 0- "low" ist, und MUX3 ist "eingeschaltet", wenn der Ausgang 0_ß "low" und der Ausgang O₇ "high" ist. Die Ausgänge 0.,, 0, und O₅ des Abtastzählers sind mit den "Auswahl"-Anschlüssen der Multiplexer MUX1, MUX2 und MUX3 verbunden. Wenn der Abtastzähler erhöht wird, wird das Ausgangssignal des Oszillators (Fig. 6D die Zeitskala ist in Fig. 6 für die Darstellung sehr gedehnt) nacheinander auf jede der 24 Induktivitäten über die zugehörigen Treiber auf gebracht. .UDer Abtastzähler, MUX1, MÜX2, MUX3 und die logischen Tore bilden so eine Einheit zur wahlweisen Aufbringung eines Stromes auf die Treiber-Einheiten der Induktivitäten.

Der Ausgang 0 des Abtastzählers stellt das ^gferingstwertige Bit dar (es ändert seinen Zustand mit jeder Erhöhung des Abtastzählers). Der Ausgang O₇ des

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Abtastzählers stellt das höchstwertige Bit dar (es ändert seinen Zustand am wenigsten schnell, wenn der Durchgangs zähler erhöht wird). Der Ausgang • 0, des Abtastzählers ändert seinen Zustand erst, wenn die Ausgänge 0 , O₁ und 0- des Abtastzählers sieben Zustandsänderungen durchlaufen haben. Der an jeden Sensor angeschlossene Eingang kann so siebenmal geändert werden, bevor einer der Multiplexer MUX1, MUX2 oder MUX3 aktiviert wird, um einen der verschiedenen Treiber "anzuwählen". Wenn einer der Multiplexer MUXl, MUX2 oder MUX3 aktiviert wird, um den nächsten Ausgang auszuwählen, werden die Ausgänge O₀, O^ und 0„ wieder sieben Änderungen des Zustande durchlaufen, bevor eine andere Treibereinheit von den Multiplexern MUX1, MUX2 oder MÜX3 angewählt wird. Das bedeutet, daß eine Induktivität dauernd gespeist wird, während die Multiplexer MUX4, MUX5 und MUX6 nacheinander acht Induktivitäten mit den Sensoren S1, S2 und S3 verbinden. Es können so alle 24 Spulen von der Steuereinheit "gelesen" werden, während eine einzige Spule · gespeist wird.

Bei "eingeschaltetem"¹ MUX1 und den Ausqängen O₃, O₄ und O₅ des Abtastzählers auf "low", "wählt" MUX1 den Treiber Dt an, auf den das Ausgangssignal des Oszillators ("OSC") gelegt ist (Fig, 6D). Das Ausgangssignal des Oszillators (es wurde ein 10 MHz-Oszillator-Ausgangssignal verwendet) wird verstärkt und mit der Induktivität L1 gekoppelt, wo es ein elektromagnetisches Feld um L1 verursacht. Während L1 gespeist wird, werden die Spulen L1 bis L8, L9 bis L16 und LI7 bis L24 nacheinander an die Sensoren S1, S2 bzw. S3 gekoppelt. Weil ST gespeist wird, soll ein Ausgangssignal festgestellt werden, wenn sie an

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den Sensor S1 gekoppelt ist (Fig. 6E). Die Steuereinheit kann dies nutzen, um die Funktionsfähigkeit des Kennungs-Lesers zu prüfen. Wenn ein Kennungs-Träger mit einer entsprechenden Induktivitätsfläche «nahe an die Fläche des Kennungs-Lesers gebracht wird, so daß die korrespondierenden Induktivitäten in jeder Fläche über-(unter-oder neben-)einander ausgerichtet werden (das Gehäuse des Kennungs-Lesers kann mit einem Führungsschlitz versehen werden, in den der Kennungs-Träger eingeschlossen wird zur genauen Positionierung in bezug auf die Induktivitätsfläche des Lesers) wird ein Ausgangssignal auch bei den Induktivitäten der Fläche des Kennungs-Lesers festgestellt werden, die den Induktivitäten des Kennungs-Trägers gegenüberliegen, die mit der Induktivtät verbunden ist, die der gespeisten Induktivität gegenüberliegt. Jeweils drei Induktivitäten werden durch die Sensoren S1, S2 und S3 gleichzeitig "abgefragt". Wenn die jeweils acht einem Sensor zugeordneten Induktivitäten "gelesen" sind, wird der Abtastzähler durch die Steuereinheit um 1 erhöht und das Oszillatorsignal wird über den Treiber D~ auf die Induktivität L„ gebracht. Alle 24 Induktivitäten werden erneut "gelesen", während L2 gespeist wird. (Die Steuereinheit sollte die verbundenen Paare von Induktivitäten "aufzeichnen" durch Speichern der Induktivitäten des Kennungs-Lesers, in denen ein Strom induziert wird, wenn eine bestimmte Induktivität des Kennungs-Lesers gespeist wird). Wenn alle Induktivitäten gespeist worden sind und alle anderen Induktivitäten einzeln "gelesen" worden sind, ist der Vorgang abgeschlossen. Die Steuereinheit kann die festgestellten verbundenen Paare von Induktivitäten vergleichen mit einem gegebenen Kennungs-Code (oder Codes) und für die jeweilige Anwendung geeignete

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Maßnahmen ergreifen.

Es ist zu bemerken, daß jedes Paar miteinander verbundener Induktivitäten zweimal festgestellt wird, weil jede der beiden Induktivitäten des Paares einzeln gespeist und ein induzierter Strom in der anderen Spule festgestellt werden wird. Dieses "Doppellesen" kann der Steuereinheit zur Fehlererkennung dienen.

Die folgende Aufstellung gibt bevorzugte Werte der Komponenten der Schaltung eines Kennungs-Lesers für ein elektronisches Identifizierungssystem mit 24 Spulen an, bei der die Induktivitäten als Spiralen in einer üblichen Epoxy-Platte ausgebildet waren. Jede Spirale hatte einen Durchmesser von etwa 1,25 cm und wies acht Windungen eines Kupferleiters mit einer Stärke von 0,25 mm χ 0,4 mm auf. Es wurde eine Oszillatorfrequenz von 10 MHz verwendet.

^C1	0,01 vfF
^R1	470 ü
^Q1	2N44O1
^C2	820 pF
R2	470 η
^Q2	2N44O3
^R3	10 ΚΩ
I₄- (Schmitt-
Trigger)	■74C14 (IC)
Abtastzähler	4040 (IC)
NAND-Tore	4011 (IC)
Invertierer	4069 (IC)
MUX1-MÜX6	4051 (IC)

Es hat sich gezeigt, daß ein solcher Kennungs-Leser

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auch dann erfolgreich arbeitet, wenn der Spalt zwischen den Induktivitäten des Kennungs-Lesers und den Induktivitäten des Kennungs-Trägers bis zu etwa 1,25 . ram breit ist. Auch werden Schmutz und Fremdstoffe, die sich in dem Bereich einer der Induktiv!tatsflächen angesammelt haben, die Funktionsfähigkeit des Systems nicht einschränken, weil beide Flächen durch die induzierten elektromagnetischen Felder aneinander "gekoppelt" sind, die die meisten Fremdstoffe, die sich unter normalen Bedingungen auf dem Kennungs-Leser oder dem Kennungs-Träger ansammeln können, durchdringen. Das System ist daher gut geeignet auch für die Verwendung im Freien (z.B. für Anwendungen, die einen Beobachtungs- oder Steuereingriff bei Ausrüstungen im Freien bedingen) womit einer relativ großen Ansammlung von Fremdkörpern gerechnet werden muß.

Dem Fachmann ist klar, daß durch geeignete Programmierung der Steuereinheit sehr ausgeklügelte elektronische Identifizierungssysteme geschaffen werden können. Die Steuereinheit kann z.B. den Code eines jeden Kennungs-Trägers, der ihm präsentiert wird, zusammen mit der ührzeit aufzeichnen. Eine Vielzähl von Lesern kann an verschiedenen Plätzen vorgesehen werden, so daß die Steuereinheit den Weg von Personen oder Ausrüstungen über die individuellen Kennungs-Träger aufzeichnen kann. Kennungs-Leser können auch bei "Verkaufsstellen" im Verkauf Verwendung finden. Kennungs-Träger mit einem einmaligen Code können einem bestimmten Kunden zur Präsentation bei der Verkaufsstelle wie eine übliche credit-card ausgehändigt werden. Beispielsweise kann auch ein Zugangssystem mit einer ausgezeichneten Zuverlässigkeit geschaffen

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werden, wenn die Steuereinheit so programmiert wird, daß sie einen bestimmten Kennungs-Code als "gültig" ansieht - bei Feststellung eines Kennungs-Trägers mit diesem Code kann die Steuereinheit den Zugang zu dem kontrollierten Gerät oder Raum freigeben, die Dauer des Zugangs bestimmen usw.. In manchen Anwendungsfällen können mehr als ein Kennungs-Gode zur Bildung einer Hierarchie von gültigen Kennungs-Codes als "gültig" definiert werden; geeignete Maßnahmen können von der Steuereinheit bei der Herstellung eines jedes dieser Codes veranlaßt werden. Ein Kennungs-Träger könnte auch jederzeit "ungültig " gemacht werden, indem einfach das Programm für die Steuereinheit geändert wird -falls erforderlich können ein oder mehrere "gültige" Kennungs-Codes in das Programm der Steuereinheit aufgenommen werden. Es ist jedoch zu bemerken, daß diese Ausgestaltung (im wesentlichen erreicht durch Computer-Programmierung) von der gewählten Steuereinheit abhängig sind, sie alle können mit dem beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel ausgeführt werden.

Me in der vorstehenden Beschreibung, der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

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^ CX 9

BEZUGSZEICHENLISTE

10	Kennungs-Träger
12	Treiber
14	Sensor
16	Leser
A	Induktivität
B	Induktivität
C	Induktivität
D	. Induktivität

J-:"~ L24 Induktivität J .· »- D24 Treiber MüX1 - MUX6 Multiplexer C1 - C2 Kondensatoren R1 - R3 Widerstände · Q1 - Q2 Transistoren 0_Q - Οη Ausgänge A₀ - A₂ Eingänge S1 - S3 Sensoren

Leerseite

Claims

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CX 926

ANSPRÜCHE

AJ Elektronisches Identifizierungssystem, gekennzeichnet durch

(a) Treibereinheiten zur Erzeugung eines ersten elektromagnetischen Feldes in einer ersten Zone;

(b) Detektoreinheiten zur Erzeugung eines Ausgangssignales bei Feststellung eines zweiten elektromagnetischen Feldes in einer zweiten Zone, in der das erste elektromagnetische Feld eine zu vernachlässigende Wirkung auf die Detektoreinheiten hat; und

(c) Kennungs-Trägereinheiten zur Aufnahme des ersten elektromagnetischen Feldes und zur Erzeugung eines zweiten elektromagnetischen Feldes aufgrund der Aufnahme des ersten elektromagnetischen Feldes, wobei die Kennungs-Trägereinheiten räumlich von den Treibereinheiten und den Detektoreinheiten trennbar sind.

2» Elektronisches Identifizierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibereinheiten eine erste elektrische Induktivität beinhalten, in der das erste elektrische Feld aufgrund des aufgege-

BOEHMERT & BOEHMERT . '-..^: ' ^:.,';■:-■' -

benen Stromes induziert wird.

3. Elektronisches Identifizierungssystem nach An-

• spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinheiten eine zweite elektrische Induktivität beinhalten, in der das Ausgangssignal erzeugt wird, wenn das zweite elektromagnetische Feld die zweite Induktivität umgibt.

4. Elektronisches Identifizierungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennungs-Trägereinheiten eine dritte elektrische Induktivität und eine vierte, mit der dritten parallel geschaltete Induktivität aufweisen.

5. Elektronisches Identifizierungssystem gekennzeichnet durch:

(a) eine Vielzahl von Treibereinheiten, von denen jede,einzeln durch einen aufgebrachten Strom erregt,ein erstes elektromagnetisches Feld erzeugt;

(b) eine Vielzahl von Detektoreinheiten, von denen jede,einzeln durch ein elektromagnetisches Feld erregt,ein Ausgangssignal erzeugt; und

(c) Kennungs-Trägereinheiten zur Aufnahme des ersten elektromagnetischen Feldes und zur Erzeugung des zweiten elektromagnetischen Feldes aufgrund der Aufnahme des ersten elektromagnetischen Feldes.

6. Elektronisches Identifizierungssystem, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur wahlweisen Aufbringung eines Stromes auf eine der Treibereinheiten, wodurch

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das erste elektromagnetische Feld erzeugt wird.

7. Elektronisches Identifizierungssystem nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Abtasten jeder der Detektoreinheiten zur Feststellung des ersten elektromagnetischen Feldes.

8. Elektronisches Identifizierungssystem nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennungs-Trägereinheiten räumlich von den Treibereinheiten und den Detektoreinheiten trennbar sind.

9. Elektronisches Identifizierungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennungsträgereinheiten Mittel zur Aufnahme des ersten elektrischen Feldes und zur Erzeugung des zweiten elektromagnetischen Feldes aufgrund der Aufnahme des ersten elektromagnetischen Feldes beinhalten.

TO. Elektronisches Identifizierungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Treibereinheiten eine elektrische Induktivität zur Erzeugung des ersten elektromagnetischen Feldes und jede der Detektoreinheiten eine elektrische Induktivität zur Aufnahme des zweiten elektromagnetischen Feldes beinhalten.

11. Elektronisches Identifizierungssystem nach Anspruch TO, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennungs-Trägereinheiten wenigstens zwei parallel geschaltete elektrische Induktivitäten aufweisen.

12. Elektronisches Identifizierungssystem nach An-

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spruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede der den Treibereinheiten zugehörigen Induktivitäten auch einer der Detektoreinheiten zugehörig ist.

13. Elektronisches Identifizierungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zu den Treibereinheiten und zu den Detektoreinheiten zugehörigen Induktivitäten in einer ersten Fläche angeordnet sind.

14. Elektronisches Identifizierungssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennungs-Trägereinheiten eine Vielzahl von elektrischen Induktivitäten in einer zweiten, der ersten im wesentlichen gleichen Fläche beinhalten.

15. Elektronisches Identifizierungssystem, gekennzeichnet durch

(a) eine erste Fläche von Induktivitäten;

(b) Einrichtungen zur Aufbringung eines Stromes auf eine der Induktivitäten zur Erzeugung eines ersten elektromagnetischen Feldes; und

(c) Einrichtungen zum Abtasten jeder der Induktivitäten in der ersten Fläche zur Feststellung eines elektromagnetischen Feldes in einer anderen Induktivität der ersten Fläche.

16. Elektronisches Identifizierungssystem nach Anspruch 15,gekennzeichnet durch Kennungs-Trägereinheiten mit einer zweiten, der ersten im wesentlichen gleichen Fläche elektrischer Induktivitäten.

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17. Elektronisches Identifizierungssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennungs-Trägereinheiten räumlich von den übrigen Komponenten des elektronischen Sicherungssystems trennbar sind.

18. Elektronisches Identifizierungssystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Induktivitäten der zweiten Flächen elektrisch miteinander verbunden sind, so daß bei einer Ausrichtung der Induktivitäten der zweiten Fläche mit den Induktivitäten der ersten Fläche und großer'Nähe beider zueinander ein auf die Induktivität der ersten Fläche aufgebrachter Strom das erste elektromagnetische Feld produziert, das einen Strom in einer benachbarten Induktivität der zweiten Fläche induziert, der wiederum in der anderen Spule der zweiten Fläche, die mit der benachbarten Induktivität elektrisch verbunden ist, das zweite elektromagnetische Feld produziert.

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