DE3686850T2

DE3686850T2 - Identifizierungssystem.

Info

Publication number: DE3686850T2
Application number: DE8686901171T
Authority: DE
Inventors: D Geiszler; W Mongeon; P Sidlauskas
Original assignee: Indala Corp
Current assignee: HID Global Corp
Priority date: 1985-01-11
Filing date: 1986-01-10
Publication date: 1993-02-25
Anticipated expiration: 2006-01-11
Also published as: WO1986004171A1; EP0209588B1; CA1253591A; EP0209588A4; US4818855A; EP0209588A1; DE3686850D1; AU5399386A; KR870700162A; ATE81221T1; KR910007756B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Identifizierungssystem, welches sich zusammensetzt aus einer durch Annäherung mit Energie gespeisten und codierten tragbaren Einheit und einer entsprechenden Erregungs- und Abfrageeinrichtung, die eine ortsfeste Installierung aufweist. Die tragbare Einheit kann in Form eines Anhängers oder einer Karte vorliegen, sie wird hier zweckmäßigerweise als Anhänger bezeichnet. Allerdings kann die tragbare Einheit auch in einem Schild, einer Uhr, einem Ring oder einem anderen Artikel eingearbeitet sein.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich mithin auf ein System der im ersten Teil des Anspruchs 1 angegebenen Art, bei dem eine ortsfeste entfernte Einrichtung Energie aussendet, um ein ansprechendes Gerät zu aktivieren, welches üblicherweise von einer Person getragen wird, und das so erregte Gerät ein codiertes Signal aussendet, welches von einem Empfänger aufgenommen wird, der seinerseits irgendein System aktivieren würde, zum Beispiel die Funktion aufweist, Zutritt zu einem überwachten Bereich zu schaffen, um den Weg der Person zu verfolgen oder ähnliche Aufgaben zu erfüllen.
In einigen bekannten Systemen des obigen Typs wird Energie mittels magnetischer Kupplung bereitgestellt, und die codierte Information wird über den selben Weg zurückgeführt. Typische bislang vorgeschlagene Verfahren für die Codierung beinhalten das Umschalten des Q-Werts der Empfangsschleife des codierten Anhängers, indem dessen Frequenz umgeschaltet wird, Oberwellen der Grundfrequenz eingeführt werden, und weitere ähnliche Codierverfahren. Diese Verfahren haben sich in der Praxis als schwierig erwiesen aufgrund der direkten oder harmonischen Beziehung zwischen dem sehr starken Leistungssignal und dem viel schwächeren Informationssignal.
Zusätzlich zu dem oben erläuterten Stand der Technik offenbart die US-A-4 277 837 eine einen Speicher enthaltende Karte, die körperlich in einen Kartenleser eingeführt wird, so daß von dem Kartenregister über ein Magnetfeld Energie in die Karte eingespeichert werden kann und Daten zu und von dem Speicher in der Karte übertragen werden können. Für die Energieübertragung wird die induktive Kopplung eines Wechselstromsignals eingesetzt. Für die Datenübertragung zwischen der Karte und dem Lesegerät wird eine kapazitive Kopplung über Luft eines modulierten Trägersignals verwendet, und es sind an dem Kartenleser kapazitive Platten vorgesehen, die in der Nähe der entsprechenden kapazitiven Platten an der Karte gelegen sind, wenn die Karte richtig in den Kartenleser eingeführt ist.
Die GB-A-2 137 781 zeigt eine interaktive Speicherkarte, bei der Energie von einer Station über eine kapazitive Schnittstelle auf die Karte übertragen wird, wobei die Speicherkarte einen EEPROM-Speicher aufweist und aus dem Energiesignal ein Taktsignal ableitet.
Die FR-A- 2 542 792 offenbart eine Verriegelungsanordnung mit einem Schlüssel in Form einer Karte, die eine Schaltung trägt, welche einen EEPROM enthält, und die induktiv durch eine Schaltung des Schlosses erregt wird, bei dem der Schlüssel verwendet wird.
Die US-A-4 114 151 offenbart ein tragbares Element entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Beschränkungen der herkömmlichen Systeme zu überwinden, indem die codierte Information von dem Anhänger in einer Weise übertragen wird, die sich vollständig von derjenigen unterscheidet, die zum Übertragen von Leistung in den Anhänger verwendet wird.
Dementsprechend schafft die vorliegende Erfindung ein tragbares Element, welches zur Erregung durch ein von einer entfernten Einrichtung empfangenes Signal und zur Übertragung eines Signals zu der entfernten Einrichtung als Antwort auf das empfangene Signal ausgebildet ist und aufweist: einen Nur-Lese-Speicher zum Speichern von codierter Information; eine erste, auf ein Signal einer ersten vorgegebenen Frequenz ansprechende Kopplungseinrichtung, die eine als Empfangsantenne arbeitende Spule enthält, um ein Signal der ersten vorbestimmten Frequenz zu empfangen, welches von der entfernten Einrichtung über ein Magnetfeld übertragen wird; eine an den Ausgang der ersten Kopplungseinrichtung angeschlossene Energieversorgungseinrichtung zum Ableiten von Betriebsenergie für die Schaltung des tragbaren Elements aus dem empfangenen Signal; eine Leseeinrichtung, die auf den Erhalt der ersten vorbestimmten Frequenz anspricht, um die codierte Information aus dem Nur-Lese-Speicher auszulesen; eine Trägersignaleinrichtung zum Erzeugen eines Trägersignals einer zweiten, von der ersten Frequenz verschiedenen vorbestimmten Frequenz; eine Moduliereinrichtung zum Modulieren des Trägersignals mit der aus dem Speicher ausgelesen codierten Information; und eine zweite Kopplungseinrichtung, die an den Ausgang der Moduliereinrichtung angeschlossen ist, um das modulierte Trägersignal zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kopplungseinrichtung eine elektrische Induktionsfeldübertragungsantenne aufweist zum Verbreiten des modulierten Trägersignals als ein elektrisches Induktionsfeld, welches in unterschiedlichen Abständen und Richtungen von der entfernt angeordneten Einrichtung erfaßt werden kann.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nun Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Identifizierungssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei diejenigen Teile der Zeichnung auf der linken Seite Teil einer ortsfesten Einrichtung sind, während die Teile auf der rechten Seite zu einer tragbaren Einheit gehören, beispielsweise zu einer von einer Person getragenen Karte oder einem Anhänger;
Fig. 2 Eine vergrößerte Draufsicht auf einen von einem Benutzer des Systems getragenen Anhänger;
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Doppelantenne für eine ortsfeste Einrichtung, beinhaltend eine Energieübertragungsantenne, die innerhalb einer Faraday-Folienabschirmung eingeschlossen ist, zusammen mit einer konzentrischen elektrischen Induktionsfeld-Empfangsantenne;
Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie 4-4 in Fig. 3;
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Modifizierung des in Fig. 1, gezeigten Anhängers;
Fig. 6a und 6b ein Blockschaltbild einer weiteren Modifizierung des in Fig. 1 gezeigten Anhängers;
Fig. 7 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Identifiziersystems;
Fig. 8 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Identifiziersystems;
Fig. 9 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Identifizierungssystems.

BESCHREIBUNG

DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Bezugnehmend auf die Zeichnungen ist in Fig. 1 ein System gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. In dieser Figur ist eine allgemein mit 5 bezeichnete ortsfeste Einrichtung an einer geeigneten Wand oder einem Fenster 7 montiert. Der Rest des in der Zeichnung dargestellten Materials, allgemein mit 9 bezeichnet, ist in einer Karte oder einem Anhänger enthalten und wird von einer Person getragen.
Die Energieversorgung besteht aus einem Oszillator 11, der Leistung mit einer geeigneten Frequenz von beispielsweise 400 KHz ausgibt. Dieser ist an eine Spulenantenne 13 angeschlossen, die mittels eines Kondensators 15 auf die Resonanzfrequenz abgestimmt ist. Die Spule 13 sendet ein starkes Magnetfeld aus und, wie unten näher erläutert ist, ist vorzugsweise mit einer Faraday-Abschirmung versehen, um eine kapazitive oder eine elektrostatische Kopplung zu dem Anhänger-Empfänger zu vermeiden.
Der Anhänger 9 enthält eine Spule 17 und einen Kondensator 19, die eine abgestimmte LC-Resonanzschaltung bezüglich der Spule 13 bilden, um eine Energieversorgung ebenso wie ein Taktsignal der Frequenz f0 für die Anhänger-Schaltungen zu bilden. Ein Vollweggleichrichter 21 und ein Filterkondensator 23, die zu der Spule 17 und dem Kondensator 19 parallel geschaltet sind, liefern Energie für die codierten Senderschaltungen der Anhänger über Leitungen 25 und 27, wobei die Verbindungen zwecks Vereinfachungen nicht dargestellt sind. Das Taktsignal wird über eine Leitung 29 zu einem frequenzteilenden Zähler 31 geleitet, um ein HF-Signal der Frequenz f0/2 auf der Leitung 33 und Adressensignale auf mehreren Speicherauswahlleitungen zu erzeugen, von denen lediglich zwei bei 35 und 37 dargestellt sind, und die zum Aktivieren eines programmierbaren Nur-Lese-Speichers 39 dienen, der über eine Leitung 41 mehrere codierte Impulse liefert. Die Leitungen 33 und 41 führen zu einem UND-Glied 43, welches auf einer Leitung 45 Ausgangsimpulse erzeugt, die zu einer elektrischen Induktionsfeldantenne 47 geführt werden. Die codierten Impulse auf der Leitung 41 weisen eine viel geringere Rate auf als das Signal der Frequenz f0/2 auf der Leitung 33. Der Effekt des UND-Glieds 43 besteht darin, das Signal auf der Leitung 33 mit dem codierten Impulszug auf der Leitung 41 zu einer Rechteckwelle zu modulieren, so daß auf der Leitung 45 ein rechteckwellen-moduliertes Signal erzeugt wird.
Die Impulse von der elektrischen Antenne 47 werden an der ortsfesten Einrichtung mittels einer Metallplatten-Empfangsantenne 49 aufgenommen, die mittels einer Spule 51 und einem Kondensator 53 abgestimmt ist, werden über einen Verstärker 55 geleitet und werden von einem RC- Amplitudendemodulator und -filter 57 demoduliert, um zu einem Decoder 59 geleitet zu werden, wo sie in an sich bekannter Weise einer Gültigkeitsprüfung unterzogen werden. Angenommen, das richtige Signal wurde abgegeben, so wird dadurch ein Betriebsgerät 61 ausgelöst. Das Betriebsgerät 61 kann viele Formen aufweisen, beispielsweise kann es eine Sicherheitseinrichtung sein, die jemandem Zutritt zu einem Sicherheitsbereich erlaubt, oder es kann ein Gerät zum Aufzeichnen der Stelle sein, an der sich die das Schild oder dergleichen tragende Person befindet.
Fig. 2 zeigt einen typischen Anhänger 62, der verwendet werden könnte. Der Anhänger 62 enthält ein Trägerelement 63, welches eine abgeflachte Drahtspule 65 haltert, welche der Spule 17 in Fig. 1 entspricht, und eine flache elektrische Antenne 67 haltert, welche der Antenne 47 in Fig. 1 entspricht. Der Anhänger 62 enthält außerdem einen programmierbaren Nur-Lese-Speicher (PROM) 68, der programmiert werden kann, indem elektrische Verbindungen hergestellt oder unterbrochen werden. Außer den beiden Antennen und dem PROM ist die übrige innerhalb der gestrichelten Linie mit dem Bezugszeichen 9 in Fig. 1 dargestellte Schaltung in einem Chip 69 ausgebildet. Der gesamte Anhänger 62 hat etwa eine Größe von 1''·1,4'' oder weniger. Es sei angemerkt, daß die Antennen 65 und 67 in Fig. 2 koplanar und konzentrisch sind.
In Fig. 3 sind die zwei Antennen 13 und 49 dargestellt, die Teil der festen Einrichtung sind, die in Fig. 1 mit 5 bezeichnet ist. Hier besteht die Sendeantenne 71, die der Spule 13 in Fig. 1 entspricht, aus vielen Drahtwindungen 73, die innerhalb einer auf einer Unterlage 76 montierten Faraday-Abschirmung 75 eingeschlossen ist. Die Faraday-Abschirmung 75 ist lediglich eine Aluminiumfolie oder ein anderes nicht-magnetisches Metall, welches mit einem Quer-Spalt um die Spule herumgewickelt ist. Natürlich ermöglicht dies ein Entweichen des magnetischen Flusses, verhindert jedoch eine elektrostatische Kopplung. Die elektrische Antenne 77 besteht aus einer Metallplatte 79 (siehe Fig. 4) mit Schlitzen 81, die verhindern, daß die Platte eine kurzgeschlossene Wicklung wird. Auch hier erkennt man wieder, daß die Sende- und Empfangsantennen coplanar und coaxial sind.
Man beachte, daß in Fig. 1 die Antennenpaare 13, 49 und 17, 47 koplanar sind, jedoch Seite an Seite liegen. Wichtig ist, daß die zwei Antennen jedes Paares in etwa koplanar sind. Es ist nicht notwendig, daß die beiden Antennen coaxial sind oder daß sie exakt in derselben Ebene liegen.
Fig. 5 zeigt eine Modifizierung der Schaltung in dem Anhänger (in Fig. mit 9 bezeichnet), bei der anstelle der Verwendung des RF-Signals von der Leitung 33 ein separater lokaler, freilaufender Oszillator 85 verwendet wird, um ein Trägersignal der Frequenz f1 bereitzustellen, welches durch die aus dem Nur-Lese-Speicher 39 ausgelesenen Daten auf der Leitung 41 moduliert wird. Vorzugsweise ist die Frequenz f1 um mindestens eine Größenordnung höher als die Frequenz f0. Durch Erhöhen der Frequenz des der elektrischen Antenne 47 zugeführten modulierten Trägersignals hat das über das elektrische Feld ausgesendete Signal eine erhöhte Leistung und ist über eine größere Entfernung wirksam. Dies ist besonders nützlich in Anwendungsfallen, bei denen der Artikel von der ortsfesten Einrichtung so weit beabstandet ist, daß das über das Magnetfeld gesendete Signal den Anhänger mit verringerter Leistung erreicht und eine Betriebsspannung VCC erzeugt, deren Stärke nicht ausreicht für das Senden der codierten Information. Wenn der Abstand zwischen dem Anhänger und der ortsfesten Anlage zunimmt und die Betriebsspannung VCC mithin abnimmt, reduziert sich die Spannungsstärke des modulierten Trägers, der die elektrische Antenne 47 erreicht, bis zu einem derartigen Pegel, daß die in dem übertragenen Signal enthaltene Leistung nicht ausreicht, um ein nutzbares Signal am empfängerseitigen Ende der ortsfesten Anlage bereitzustellen. Die Verringerung des Spannungspegels des Trägersignals läßt sich teilweise dadurch kompensieren, daß man die Frequenz des Trägers durch die Verwendung des in Fig. 5 gezeigten lokalen Oszillators heraufsetzt.
Fig. 6a zeigt eine weitere Modifizierung der Schaltung des Anhängers nach Fig. 1, die eine alternative Lösung des Problems der verringerten Betriebsspannung VCC darstellt. In Fig. 6a sind eine Spule 87 und ein Kondensator 88 in Reihe zwischen dem UND-Glied 43 und Masse geschaltet, wobei der Verbindungspunkt zwischen den zwei Bauelementen an die elektrische Antenne 47 angeschlossen ist. Die Induktivität und die Kapazität der Spule 87 bzw. des Kondensators 88 sind so gewählt, daß eine auf die Frequenz f0/2 abgestimmte LC-Schaltung gebildet wird, die einen solchen Q-Wert aufweist, daß sie im wesentlichen einen Spannungsvervielfacher zum Heraufsetzen der Stärke der Spannungsimpulse auf der Leitung 45 darstellt. Durch Erhöhen der Spannung der die elektrische Antenne 47 erreichenden Impulse wird die Leistung des über das elektrische Feld gesendeten Signals erhöht und versetzt die durch eine Zunahme des Abstands zwischen dem Anhänger und der ortsfesten Anlage verursachte Verringerung der Betriebsspannung VCC.
Als Alternative zu der sich aus der Spule 87 und dem Kondensator 88 zusammensetzenden abgestimmten LC-Schaltung kann gemäß Fig. 6b ein Autotransformator verwendet werden, der eine Spule 89 mit einem Abgriff 90 aufweist, um eine ähnliche Erhöhung der Spannung des modulierten Trägers auf der Leitung 45 zu erreichen. Der modulierte Träger auf der Leitung 45 wird auf den Abgriff 90 geführt. Ein Ende der Spule 89 ist auf Masse gelegt, das andere Ende ist mittels der elektrischen Antenne 47 verbunden. Wird das Signal über den Abgriff 90 auf Masse gelegt, so induziert die Wirkung des Transformators eine Spannung in dem restlichen Abschnitt der Spule 89. Diese Spannung addiert sich zu der angelegten Spannung, was dazu führt, daß an die Antenne 47 ein höheres Spannungssignal gelegt wird.
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der der Nur-Lese-Speicher elektrisch änderbar ist und die in dem Nur-Lese- Speicher enthaltenen Daten durch ein Signal programmiert werden, welches über die Magnetfeldkopplung zwischen der ortsfesten Anlage und dem Anhänger übertragen wird. Zusätzlich wird bei der Ausführungsform nach Fig. 7 das von dem Anhänger über das elektrische Feld gesendete Signal einer Phasenmodulation (PM) unterzogen, im Gegensatz zu der Amplitudenmodulation (AM) im Fall der Schaltung nach Fig. 1. Die in Fig. 7 vorhandenen Bauelemente, die denjenigen in Fig. 1 entsprechen, tragen die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1.
In Fig. 7 ist der Anregungsoszillator in einem Serienresonanzkreis enthalten, der aus der Spule 13 und dem Kondensator 15 besteht. Die Spule 13 ist in Schleifenform mit einer solchen Größe gewickelt, daß ein signifikantes Magnetfeld innerhalb des erwünschten Anhänger-Betriebsbereichs erzeugt wird. Der Kondensator 15 wird derart gewählt, daß die Schaltung auf die Frequenz f0 des Oszillators 11 abgestimmt ist.
In dem Anhänger 9 ist die Spule 17 parallel zu dem Kondensator 19 geschaltet. Der Kondensator 17 ist so gewählt, daß er einen Resonanzkreis bei der Frequenz f0 des Oszillators 11 bildet. Die Spule 17 ist außerdem an den Brückengleichrichter 21 angeschlossen. Das Ausgangssignal des Brückengleichrichters wird auf den Filterkondensator 23 gegeben, von dem ein Belag an die Masse 25 der Anhängerschaltung angeschlossen ist und der andere Belag an die Anhänger-Stromversorgungsschaltung 27 angeschlossen ist.
Das von der sich aus dem Kondensator 19 und der Spule 17 zusammensetzenden abgestimmten LC-Schaltung kommende Spannungssignal gelangt außerdem an den Eingang 29 des frequenzteilenden Zählers 31.
Das Ausgangssignal der ersten durch zwei teilenden Stufe dieses Zählers 31 ist an einen Eingang eines Exclusiv-ODER-Gliedes 91 angeschlossen, so daß das Exclusiv-ODER-Glied 91 an diesem Eingang ein Signal der Frequenz f0/2 empfangt. Die Ausgänge 35 bis 37 nachfolgender Stufen des Zählers 31 sind als Adressenauswahlleitungen eines elektrisch änderbaren Nur-Lese-Speichers (EAROM) 93 angeschlossen. Die Teilerverhältnisse des frequenzteilenden Zählers 31 sind so beschaffen, daß die Ausgänge 35 bis 37 ihren Zustand in Bezug auf das Taktsignal auf der Eingangsleitung 29 relativ langsam ändern, wobei ein typischer Wert eine Zustandsänderung bei jeweils zehn Taktzyklen ist. Das Datenausgangssignal auf der Leitung 41 des EAROM 93 ist mit einem zweiten Eingang des Exclusiv-ODER-Glieds 91 verbunden. Der Ausgang auf der Leitung 45 des Exclusiv-ODER-Glieds 91 ist an die elektrische Antenne 47 gelegt.
Das Signal von der sich aus dem Kondensator 19 und der Spule zusammensetzenden LC-Schaltung ist außerdem an den Eingang 107 des Programmier-Codedetektors 107 gelegt. Die Datenausgangsleitung 109 des Programmier-Codedetektors 107 ist an den Programmier-Dateneingang des EAROM 93 gelegt. Ein zweiter Ausgang 121 des Programmier- Codetektors 107 ist an den Programm-Freigabeeingang des EAROM 93 angeschlossen. Ein dritter Ausgang 120 des Programmier-Codedetektors 107 ist an den Zählerstand-Rücksetzeingang des frequenzteilenden Zählers 31 angeschlossen.
Wie bei der Schaltung nach Fig. 1 ist die Empfangsantenne 49 der ortsfesten Anlage mit einer Parallel-Resonanzabstimm- und -filterschaltung verbunden, die aus dem Kondensator 53 und der Spule 51 besteht. Der Wert dieser zwei Bauelemente ist so gewählt, daß eine Resonanzschaltung bei der Frequenz des von der elektrischen Antenne 47 erwarteten Signals gebildet ist. Das Signal von der Antenne 49 wird auch an den Eingang eines Verstärkers 55 gelegt. Der Ausgang des Verstärkers 55 ist an eine Signalleitung 131 angeschlossen, die zu einem Eingang eines Phasendetektors 95 führt. Ein Referenzsignal mit der Frequenz f0 wird von dem Oszillator 11 erhalten und über eine Leitung 133 zu einem durch zwei teilenden Frequenzteiler 97 geführt. Der Ausgang des Frequenzteilers 47 ist über eine Signalleitung 132 an einen Referenzeingang des Phasendetektors 95 angeschlossen. Der Ausgang des Phasendetektors 95 ist an den Eingang des Decoders 59 angeschlossen, dessen Ausgang seinerseits an das Betriebsgerät 61 angeschlossen ist.
Der Ausgang des Phasendetektors 95 ist auch über eine Leitung 111 zu einer Computer-Schnittstelle 99 geführt. Die Computer-Schnittstelle 99 ihrerseits ist mit einem Steuercomputer 97 verbunden. Ein Ausgangssignal der Computer-Schnittstelle 99 ist über eine Leitung 134 an den Modulations-Steuereingang eines Modulators 133 gelegt. Ein Schalter 105 ist an den Freigabeeingang des Modulators 103 angeschlossen. Der Ausgang des Modulators 103 wiederum ist an einen Steuereingang des Oszillators 11 angeschlossen. Der Modulator 103 kann vom Amplituden-, Phasen- oder Frequenztyp sein, was im Rahmen des Grundgedankens dieser Erfindung liegt.
Im Betrieb kann das System nach Fig. 7 in zwei unterschiedlichen Betriebsarten funktionieren, einer Normalbetriebsart und einer Programmierbetriebsart. In der Normalbetriebsart wird der Schalter 105 in die Sperrstellung geschaltet, wodurch der Modulator 103 deaktiviert wird. Dies verhindert, daß das Ausgangssignal des Modulators 103 den Oszillator 11 veranlaßt, in Bereitschaftszustand zu arbeiten, ohne daß eine Modulation seines Signals erfolgt. In dieser Betriebsart werden der Computer 97 und die Computer-Schnittstelle 99 nicht gebraucht.
Wie bei der Schaltung nach Fig. 1 erregt der Oszillator 11 den Resonanzkreis aus dem Kondensator 15 und der Spule 13, um einen starken Resonanzstrom in der Spule 13 und mithin ein starkes Magnetfeld im Bereich dieser Spule zu erzeugen. Wenn die Spule 17 des Anhängers 9 in dieses Feld eingebracht wird, wird durch die induktive Kopplung zwischen den Spulen 13 und 17 Energie übertragen, was eine starke oszillierende Spannung an dem Parallelresonanzkreis aus der Spule 17 und dem Kondensator 19 hervorruft. Diese Spannung wird von dem Gleichrichter 21 in eine Gleichspannung umgesetzt und von dem Kondensator 23 gefiltert. Die sich ergebende gefilterte Spannung, die auf der Leitung 27 erscheint, wird dazu verwendet, die übrigen Elemente der Schaltung des Anhängers 9 mit Energie zu versorgen.
Die in der Spule 17 induzierte oszillierende Spannung fungiert als Taktsignal für den frequenzteilenden Zähler 31. Die Speicherauswahl-Ausgangsleitungen 35 bis 37 des Frequenzteilers 31 ändern ihren Zustand in binärer Progression schrittweise mit dem Takt-Eingangssignal auf der Leitung 29, so daß aufeinanderfolgende Speicherzellen des EAROM 93 ausgewählt werden. Wenn die jeweilige Zelle ausgewählt wird, erscheint ein den Dateninhalt der ausgewählten Zelle repräsentierendes Signal am EAROM-Datenausgang auf der Leitung 41 und an einem Eingang des Exclusiv-ODER-Glieds 91. Der zweite Eingang des Exclusiv-ODER- Glieds empfängt ein Signal mit einer Frequenz f0/2. Wie oben beschrieben, ist der frequenzteilende Zähler 31 derart ausgelegt, daß die Frequenz der Zustandsänderung der Speicherzugriffsleitungen und mithin der Speicher-Datenausgangsleitung 41 viel kleiner ist als fo/2, typischerweise f0/10 oder weniger beträgt.
Wenn die Ausgangsdatenleitung 41 des EAROM 93 einen niedrigen Spannungszustand aufweist, entsprechend einem logischen Wert "0" der ausgewählten EAROM-Datenzelle, läßt das Exclusiv-ODER-Glied 91 das F0/2-Signal praktisch ohne Änderung zu seinem Ausgang durch. Befindet sich die Ausgangsleitung 41 des EAROM in einem Zustand hoher Spannung, entsprechend einem logischen Wert "1" der ausgewählten EAROM-Datenzelle, so invertiert das Exclusiv-ODER-Glied 91 die Amplitude des f0/2-Eingangssignals. Das heißt: Wenn das f0/2-Eingangssignal auf der Leitung 33 eine hohe Spannung besitzt, wird das Ausgangssignal auf der Leitung 45 zu einer niedrigen Spannung, und umgekehrt. Dies entspricht einer Phasenverschiebung um 180º des f0/2- Signals. Man sieht also, daß das Ausgangssignal des Exclusiv-ODER- Glieds 91 das Signal der Frequenz f0/2 ist, welches in der Phase entweder um 0º oder um 180º verschoben ist, abhängig vom Zustand des EAROM-Ausgangssignals auf der Leitung 41.
Das Ausgangssignal des Exclusiv-ODER-Glieds 91 erregt die elektrischen Antennen 47 und 49 in der gleichen Weise, wie es für die Schaltung nach Fig. 1 beschrieben wurde. Die in der Antenne 49 induzierte Spannung wird von dem Verstärker 55 verstärkt und von dem Phasendetektor 95 demoduliert. Da das Referenzsignal auf der zu dem Phasendetektor 95 führenden Leitung 132 f0/2 beträgt, ist das Ausgangssignal des Phasendetektors 35 in dem einen Zustand (zum Beispiel niedrig), wenn das Signal auf der Leitung 131 in Phase mit dem Referenzsignal auf der Leitung 132 ist, und ist in dem anderen Zustand (zum Beispiel hoch), wenn das Referenzsignal auf der Leitung 132 und das Eingangssignal auf der Leitung 131 außer Phase sind. Folglich verfolgt das Ausgangssignal des Phasendetektors 95 das Ausgangssignal auf der Leitung 41 des EAROM 93 und steht zu diesem in logischer Entsprechung. Das Ausgangssignal des Phasendetektors 95 wird dann von dem Demodulator 59 und dem Betriebsgerät 61 in derselben Weise verarbeitet, wie es für die Schaltung nach Fig. 1 erläutert wurde.
Die Verwendung der Phasen- anstelle der Amplitudenmodulation hat den Vorteil, daß Signale äußerer Störeinflüsse, die einen beträchtlichen Effekt auf die Amplitude des Empfangssignals, jedoch lediglich einen geringen Effekt auf dessen Phase haben können, überwunden werden.
Die zweite Betriebsart der Schaltung nach Fig. 7 ist die Programmierbetriebsart, die verwendet wird, um den Zustand des EAROM 93 einzustellen oder zu ändern. In dieser Betriebsweise wird der Schalter 105 auf die Deaktivier-Stellung eingestellt, was dem Modulator 103 ermöglicht, in Abhängigkeit der Signale von dem Computer 97, die dem Modulator über die Computer-Schnittstelle 99 zugeführt werden, zu arbeiten. Das Signal von dem Computer 97 wäre typischerweise ein serieller Strom digitaler Daten, bestehend aus einer geeigneten Sequenz von Start-, Daten- und Fehlerprüfbits. Dieses Signal veranlaßt den Modulator 103, das Ausgangssignal des Oszillators 11 zu modulieren. Dieses modulierte Signal wird in der gleichen Weise wie zuvor in die induktive Schaltung 17 des Anhängers 9 eingekoppelt. In diesem Fall jedoch wird auch das Taktsignal 29 mit dem von dem Computer 97 erzeugten Datenstrom moduliert.
Das modulierte Taktsignal erscheint am Eingang des Programmier-Codedetektors 107. Ansprechend auf den Erhalt des Synchronisierabschnitts des modulierenden Signals aktiviert der Programmier-Codedetektor 107 seinen Zähler-Rücksetzausgang 120, was die Adressenauswahlleitungen des frequenzteilenden Zählers 31 veranlaßt, auf eine bekannte Startadresse zurückgesetzt zu werden.
Ansprechend auf den Datenabschnitt des modulierenden Signals stellt der Programmier-Codedetektor 107 seine Datenausgangsleitung 109 auf den Zustand ein, der durch den Datenabschnitt des modulierenden Signals vorgegeben wird und aktiviert außerdem das EAROM-Programmiersteuersignal auf der Leitung 121. Dies bewirkt, daß der Zustand der Datenausgangsleitung 109 in die ausgewählte Speicherzelle des EAROM eingeschrieben wird. Dieser Vorgang des Empfangs eines Datenbits von dem modulierten Signal und des Einschreibens des Signals in den EAROM wird für sämtliche zu programmierenden Zellen des EAROM wiederholt.
Ist einmal der Programmierzyklus in der oben beschriebenen Weise abgeschlossen, wird das modulierende Signal von dem Computer 97 abgeschaltet, und die Schaltung nach Fig. 7 funktioniert in der für den Normalbetrieb beschriebenen Weise. Als Folge dieses Betriebs wird ein der Programmierung des EAROM 93 des Anhängers 9 entsprechendes Signal am Ausgang des Phasendetektors 95 erzeugt und über die Leitung 111 zu der Computer-Schnittstelle übertragen. Der Computer 97 bestimmt, ob dieses Signal in Einklang steht mit dem gewünschten Programm für das EAROM 93. Falls ja, ist die Programmierfunktion abgeschlossen. Falls nein, wird die Programmierfunktion wiederholt.
Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung ähnlich Fig. 1, mit der Ausnahme, daß das UND-Glied 43, welches in der Ausführungsform nach Fig. 1 eine AM-Modulation bewirkt, ersetzt ist durch einen frequenzmodulierten Oszillator 113. Der frequenzmodulierte Oszillator 113 erzeugt mithin ein Signal auf der Leitung 45, dessen Frequenz nach Maßgabe der aus dem EAROM 93 ausgelesenen Daten auf der Leitung 41 moduliert ist. Das frequenzmodulierte Signal wird dann über das elektrische Feld gesendet. In der ortsfesten Anlage ersetzt den AM- Demodulator 57 in Fig. 1 ein FM-Demodulator 115, der das frequenzmodulierte Signal demoduliert, welches im übrigen in der gleichen Weise, wie es in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde, empfangen und ausgewertet wird.
Fig. 9 veranschaulicht die Verwendung eines freilaufenden Oszillators in dem Anhänger für die lokale Bereitstellung des Trägersignals im Fall der Phasenmodulation und Frequenzmodulation. Ein solcher freilaufender Oszillator hat die gleiche Aufgabe wie der lokale Oszillator 85 in Fig. 5, das heißt, dem Bereich zwischen dem Anhänger und der ortsfesten Anlage, in welchem die ortsfeste Anlage noch das von dem Anhänger über die Kopplung des elektrischen Feldes gesendete modulierte Signal erfassen kann, zu vergrößern. In Fig. 9 sind zum Zwecke der Vereinfachung die FM- und PM-Modulatoren alternativ in schematischer Form innerhalb des gleichen Kästchens 117 wie der freilaufende Oszillator dargestellt. Für den FM-Betrieb werden die Daten auf der Leitung 51 dazu verwendet, die Schwingungsfrequenz zwischen einer Frequenz f1 und einer Frequenz f2 zu ändern, wobei f1 gesendet wird, wenn auf der Leitung 41 ein Datenbit "1" vorhanden ist, und f2 gesendet wird, wenn auf der Leitung 41 ein Datenbit "0" vorhanden ist. Im Fall des FM-Betriebs kann der Modulator Teil der Oszillatorschaltung sein.
Für die Phasenmodulation werden die Daten auf der Leitung 41 dazu verwendet, die Frequenz des lokalen Oszillators über ein Exclusiv- ODER-Glied in der Phase zu modulieren, wie dies in Verbindung mit Fig. 7 beschrieben ist, um ein phasenmoduliertes Signal zu erhalten, welches eine erste Phase besitzt, wenn auf der Leitung 41 ein Datenbit "1" vorhanden ist, und eine zweite Phase besitzt, wenn auf der Leitung 41 ein Datenbit "0" vorhanden ist.
Die FM- und PM-Empfänger in der ortsfesten Anlage besitzen die geeigneten Frequenz- bzw. Phasen-Demodulatoren, wie es in Verbindung mit Fig. 7 und 8 beschrieben ist, um die Daten aus den Trägern zu extrahieren. Nach dem Demodulieren werden die Daten in derselben Weise verarbeitet, wie es in Verbindung mit dem AM-Modulations- System nach Fig. 1 beschrieben ist.
Der Fachmann versteht, daß viele Änderungen an den hier offenbarten Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Es ist beispielsweise möglich, die Funktionen der magnetischen und elektrischen Feldkopplungen zu ändern, wodurch die Leistung von der ortsfesten Anlage zu dem Anhänger über ein elektrisches Feld übertragen wird und das Datenwort von dem Anhänger zu der festen Anlage über ein Magnetfeld übertragen wird.
Ferner ist es möglich, das Leistungssignal über eine der Kopplungen zu übertragen, beispielsweise die Magnetfeldkopplung, während das Neuprogrammier-Signal für den EAROM in Fig. 7 über eine andere (kapazitive) Kopplung übertragen wird. In diesem Fall würde der Detektor innerhalb des Programmier-Codedetektors 107 nach Fig. 7 an die elektrostatische Antenne 47 angeschlossen werden und in geeigneter Weise zum Demodulieren des über diese Antenne empfangenen Neuprogrammier-Signals ausgebildet sein.
In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, einen batteriegespeisten Lokaloszillator in dem Anhänger zu verwenden, entweder als Stützenergiequelle für die passive Versorgungsschaltung in dem Anhänger, oder an deren Stelle.
Der Fachmann versteht, daß die obige Beschreibung der vorliegenden Erfindung verschiedenen weiteren Modifizierungen, Änderungen und Anpassungen zugänglich ist, wobei diese im Bedeutungsbereich und Äquivalenzbereich der beigefügten Ansprüche zu verstehen sind.

Claims

1. Tragbares Element, das zur Erregung durch ein von einer entfernten Einrichtung empfangenes Signal und zur Übertragung eines Signals zu der entfernten Einrichtung in Antwort auf das empfangene Signal eingerichtet ist, mit: einem Nurlesespeicher (39 oder 93) zum Speichern von kodierter Information; ersten, auf ein Signal einer ersten vorgegebenen Frequenz ansprechenden Kupplungsmitteln (17), und mit einer Spule, die als Empfangsantenne wirkt zum Empfangen eines von der entfernten Einrichtung über ein magnetisches Feld übermittelten Signals der ersten vorgegebenen Frequenz; Leistungsmittel (21), die mit dem Ausgang des ersten Kupplungsmittel verbunden sind zum Gewinnen einer Betriebsleistung für die Schaltung des beweglichen Elements aus den empfangenen Signal; Lesemitteln (31), die auf den Empfang der ersten vorgegebenen Frequenz ansprechen zum Lesen der kodierten Information aus dem Nurlesespeicher (39 oder 93); Trägersignalmitteln (31, 35, 113 oder 117) zum Erzeugen eines Trägersignals einer zweiten von der ersten Frequenz unterschiedlichen vorgegebenen Frequenz; Modulationsmittel (43, 91, 113 oder 111) zum Modulieren des Trägersignals mit der aus dem Speicher (39 oder 93) ausgelesenen kodierten Information; und zweiten Kupplungsmitteln (47), die mit dem Ausgang der Modulationsmittel (43, 91, 113 oder 117) verbunden sind zum Übertragen des modulierten Trägersignals, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kupplungsmittel (47) eine elektrische Induktionsfeldübertragungsantenne zum Verbreiten des modulierten Trägersignals als ein elektrisches Induktionsfeld, das in unterschiedlichen Abständen und Richtungen von der entferntangeordneten Einrichtung erkannt werden kann, aufweist.

2. Tragbares Element nach Anspruch 1, wobei der Nurlesespeicher ein programmierbarer Nurlesespeicher (39 oder 93) zum Speichern kodierter Information ist.

3. Tragbares Element nach Anspruch 2, wobei der tragbare Nurlesespeicher ein elektrisch veränderbarer Nurlesespeicher (93) ist, das magnetische Feldsignal der ersten vorgegebenen Frequenz ein moduliertes Trägersignal ist, das Programmierinformation enthält, und ein Programmiermittel (107) mit dem Ausgang des ersten Kupplungsmittel (17) verbunden ist zum Erkennen des modulierten empfangenen Signals, wobei das Programmiermittel (107) mit dem elektrisch veränderbaren Nurlesespeicher (93) zum Programmieren des Speichers in Übereinstimmung mit der Programmierinformation verbunden ist.

4. Tragbarer Speicher nach einem der Ansprüche 1-3, wobei das Modulationsmittel ein Amplitudenmodulator (43) aufweist.

5. Tragbares Element nach einem der Ansprüche 1-3, wobei das Modulationsmittel einen Phasenmodulator (91 oder 117) aufweist.

6. Tragbares Element nach einem der Ansprüche 1-3, wobei das Modulationsmittel einen Frequenzmodulator (117) aufweist.

7. Tragbares Element nach einem vorangehenden Ansprüche, wobei das Lesemittel (11) mit dem Ausgang des ersten Kupplungsmittels (17) verbunden ist und die erste vorgegebene Frequenz (f0) des empfangenen Signals als Taktsignal verwendet zur Zeitvorgabe und zum Auslesen der kodierten Information aus dem Nurlesespeicher (3 oder 93).

8. Tragbares Element nach Anspruch 7, wobei das Lesemittel (31) einen Frequenzteiler aufweist, der von dem Taktsignal (f0) getaktet wird und eine Mehrzahl von Ausgängen (35, 37) aufweist, die nur mit den Addressleitungen des Nurlesespeichers (39 oder 93) verbunden sind.

9. Tragbares Element nach Anspruch 8, wobei, das Modulationsmittel ein logisches Gatter (43, 91) mit einem ersten, mit dem Ausgang des Nurlesespeichers (39) verbundenen ist der Eingang, einen mit dem Tragerfrequenzmittel (31, 95) verbundenen Zeitausgang und einen mit der ein elektrophatisches Feld übertragenden Antenne (47) verbundenen Ausgang.

10. Tragbares Element nach Anspruch 9, wobei das logische Gatter ein exklusiv OR-Gatter (91) ist und das Trägersignal phasenmoduliert ist.

11. Tragbares Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Trägersignalmittel (31 oder 85) ein Trägersignal mit einer Frequenz erzeugt, die ein Bruchteil (f0/2 oder f1) der ersten vorgegebenen Frequenz ist.

12. Tragbares Element nach einem der Ansprüche 8-10, wobei das Frequenzteilermittel (31) auch als Trägersignalmittel dient und einen weiteren Ausgang (33) aufweist zum Versorgen des Trägersignals mit einer Frequenz (f0/2), die ein Bruchteil der ersten vorgegebenen Frequenz (f0) ist.

13. Tragbares Element nach einem der Ansprüche 1-10, wobei das Trägersignalmittel einen lokalen Oszillator (84) zum Erzeugen eines Trägersignals aufweist, das eine Frequenz (f1) hat, die unabhängig von der ersten vorgegebenen Frequenz (f0) erzeugt ward.

14. Tragbares Element nach Anspruch 13, wobei der lokale Oszillator (85) ein Trägersignal erzeugt mit einer Frequenz (f1), die wesentlich höher als die erste vorgegebene Frequenz (f0) ist.

15. Tragbares Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit Spannungsteilermitteln (87, 80 oder 89, 90), die zwischen dem Modulationsmittel (43) und dem zweiten Kupplungsmittel (47) verbunden sind zum Erhöhen der Spannungshöhe des modulierten Trägersignals.

16. Tragbares Element nach Anspruch 15, wobei das Spannungsteilermittel (87, 88 oder 89, 90) passiv ist.

17. Tragbares Element nach Anspruch 16, wobei das Spannungsteilerelement einen LC-Schaltkreis aufweist, der auf die Trägerfrequenz eingestimmt ist und zwischen Masse und einem gemeinsamen mit dem zweiten Kupplungsmittel (47) verbundenen Verbindungspunkt eine Reihenschaltung von Spule (87) und Kondensator (88) aufweist.

18. Tragbares Element nach Anspruch 15, wobei der Spannungsteiler einen Autotransformator (89, 90) mit einem mit dem Ausgang des Modulationsmittels (43) verbundenen Abgriff (90) und einer zwischen dem zweiten Kupplungsmittel (47) und Masse verbundenen Spule aufweist.

19. Tragbares Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Spule (17) und die elektrische Induktionsfeldantenne (47) im wesentlichen coplanar miteinander montiert sind.

20. Tragbares Element nach Anspruch 19, wobei die Spule (17) und die elektrische Induktionsfeldantenne (47) koaxial relativ zueinander positioniert sind.

21. Tragbares Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Element (9) in Form einer Marke, einer Karte, eines Abzeichens, eines Rings, einer Uhr oder eines ähnlichen tragbaren Gegenstands ist.