DE60033785T2

DE60033785T2 - Rfid etikettenleser mit frequenzsuchlauf und automatischer abstimmung

Info

Publication number: DE60033785T2
Application number: DE60033785T
Authority: DE
Inventors: Randy Chatsworth WATKINS
Original assignee: Soundcraft Inc
Current assignee: Soundcraft Inc
Priority date: 1999-01-12
Filing date: 2000-01-03
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2020-01-04
Also published as: DE60041726D1; EP1145203A1; CN100416586C; CN1696956A; HK1048551B; AU2404700A; ES2326186T3; JP4401575B2; HK1048551A1; ES2283286T3; AU758293B2; CA2360298A1; ATE424597T1; JP2002535860A; EP1145203B1; US6317027B1; HK1083259A1; ATE356393T1; DE60033785D1; EP1145203A4

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft das Gebiet der Hochfrequenzidentifizierungssysteme (Radio Frequency Identification Systems – RFID) und betrifft insbesondere Verbesserungen an RFID-Nahlesegeräten.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Hochfrequenzidentifizierungssysteme (RFID-Systeme) beinhalten passive Systeme, bei denen die Kennmarkenschaltkreise mit Energie betrieben werden, die durch das Lesegerät abgestrahlt wird, und aktive Marken, die eine Batterie tragen. Systeme mit passiven Kennmarken haben im Allgemeinen eine kürzere Betriebsreichweite, weil das Auslösen der Kennmarken eine ausreichende HF-Feldstärke von dem Lesegerät erfordert. Typische passive Nahlesegeräte haben eine relativ geringe Betriebsreichweite, etwa zwei Fuß oder weniger, zwischen dem Lesegerät und der Kennmarke. Die Betriebsreichweite ist oft ein wichtiges Kriterium bei der Auswahl eines Nahsystems, und es ist allgemein wünschenswert, Kennmarken in einem etwas größeren Abstand, wie zum Beispiel fünf Fuß Entfernung, zu detektieren, um mehr Flexibilität bei der Positionierung des Lesegerätes zu haben oder um einen breiteren Bereich mit einem einzigen Lesegerät zu erfassen.
Das Lesegerät in einem System mit passiven Kennmarken hat einen HF-Frequenzgenerator und einen Antennenresonanzkreis, die ein Hochfrequenzfeld nahe dem Lesegerät aufbauen. Die passiven Kennmarken haben keinen Frequenzgenerator und kommunizieren statt dessen mit dem Lesegerät durch Herunterladen des abgestrahlten Feldes des Lesegerätes in einem Muster, das durch das Lesegerät detektiert und als Kennmarkendaten decodiert wird. Die Kennmarke enthält einen integrierten Transponderschaltkreis, der durch Energie betrieben wird, die aus dem HF-Feld des Lesegerätes bezogen wird. Die Energie, die von dem Markentransponder benötigt wird, wird mit Hilfe eines Markenantennenkreises empfangen, der auf eine Spitzenresonanz auf der Sendefrequenz des Lesegerätes abgestimmt ist. Die effektive Betriebsreichweite des Lesegerät-Kennmarken-Systems wird zum Teil durch die Effizienz bestimmt, mit der die HF-Energie durch das Lesegerät abgestrahlt und durch die Marke empfangen wird. Dies erfordert eine genaue Abstimmung der Antennenresonanzkreise sowohl der Marke als auch des Lesegerätes. In der Praxis jedoch führen Umgebungsfaktoren und Fertigungstoleranzen zu einem Abweichen von diesem Ideal.
In bestehenden passiven Nahidentifizierungssystemen sind sowohl das Lesegerät als auch die Identifikationsmarken darauf ausgelegt, auf einer einzelnen gemeinsamen Hochfrequenz, in der Regel 125 kHz, zu arbeiten. Metallische und dielektrische Materialien in der Nähe des Lesegerätes und Änderungen bei Temperatur und Feuchtigkeit können allesamt das Abstimmen der Antennenkreise in dem Lesegerät beeinträchtigen, was zu einer schlechteren Abstrahlung des HF-Feldes und zu einer geringeren Energieübertragung von dem Lesegerät zu den Marken führt. Das heißt, im Fall von Kennmarken einer bestimmten Empfindlichkeit muss die Marke näher an das Lesegerät herangeführt werden, bevor der Markentransponder durch die geschwächte Übertragung des Lesegerätes ausgelöst wird. Der Antennenresonanzkreis der Marken wird gleichermaßen durch Umgebungsfaktoren und auch durch Fertigungstoleranzen beeinflusst, was beides das Leistungsverhalten der Marke verschlechtern kann, indem die Spitzenresonanz der Marke von der Betriebsfrequenz des Lesegerätes weg verschoben wird. Wenn die Markenabstimmung frequenzverschoben ist, so wird die Betriebsreichweite des Nahsystems wiederum aufgrund einer verringerten Markenempfindlichkeit und eines verringerten Ladens des HF-Feldes des Lesegerätes verringert. Das Leistungsverhalten der Marke kann durch Einsatz von Hochpräzisionskomponenten verbessert werden, aber eine solche Präzision ist teuer. Teile mit fünf Prozent Toleranz sind viel billiger als Teile mit einem Prozent Toleranz, und Teile mit zehn Prozent Toleranz sind noch billiger. Da Kennmarken oft in großen Stückzahlen eingesetzt werden, ist es wünschenswert, die Stückkosten der Marken so gering wie möglich zu halten.
Um eine Frequenzabdrift sowohl in dem Nahlesegerät als auch in den Kennmarken zu berücksichtigen, ist es derzeitige Praxis, Antennenkreise mit niedrigem Q-Wert in dem Lesegerät zu verwenden. Parallelresonanzkreise mit niedrigem Q-Wert haben einen breiteren Frequenzgang, aber um den Preis einer geringeren Empfindlichkeit auf der Mittenfrequenz der Antennenkreise. Der breitere Frequenzgang ermöglicht dem Lesegerät das Detektieren frequenzverschobener Marken, aber auf einem geringeren Systemleistungsniveau, das heißt, mit geringerer Empfindlichkeit, so dass sich die Marken näher an dem Lesegerät befinden müssen, bevor sie detektiert werden.
Es besteht ein fortgesetzter Bedarf an effektiveren Nahlesegeräten, die in der Lage sind, passive Kennmarken in einer größeren Entfernung zu detektieren und insbesondere frequenzverschobene Kennmarken zuverlässiger zu detektieren.
Das Dokument US 5786763 offenbart ein Markenerregungssignal, das durch eine Reihe diskreter Frequenzen hindurch angehoben wird.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Nahlesegerät nach Anspruch 1 bereit.
Das Lesegerät kann die Merkmale eines oder mehrerer der abhängigen Ansprüche 2 bis 27 enthalten.
Diese Erfindung nimmt sich des oben angesprochenen Bedarfs an, indem sie ein verbessertes Nahlesegerät mit automatischer Abstimmfähigkeit zum Negieren von Umgebungseinflüssen auf die Abstimmung des Lesegerätantennenkreises und mit Frequenzabtastungsfähigkeit für eine verbesserte Detektierung frequenzverschobener Kennmarken bereitstellt. Das verbesserte Lesegerät kann Antennenkreise mit hohem Q-Wert für eine größere Empfindlichkeit verwenden, ohne frequenzverschobene Marken auszuschließen. Ein relativ weiter Frequenzbereich kann mit höherer Empfindlichkeit über den abgetasteten Bereich hinweg abgetastet werden, als es mit Breitband-Antennenkreisen mit niedrigem Q-Wert möglich war, was zu einer deutlich verbesserten Systemgesamtleistung führt.
Gemäß dieser Erfindung hat ein Nahlesegerät für ein Hochfrequenzidentifizierungssystem einen Frequenzgenerator zum Erzeugen einer Mittenfrequenz und einer Anzahl von Seitenfrequenzen, einen Antennenkreis, der angeschlossen ist, um die Mittenfrequenz und die Seitenfrequenzen abzustrahlen, um Transpondermarken abzufragen, einen Mikroprozessor, der mit dem Antennenkreis verbunden ist, zum Empfangen und Decodieren von Transpondermarkeninformationen, einen Antennenresonanzabstimmkreis, der eine wählbare Abstimmimpedanz in dem Antennenkreis enthält, und ein Abstimmprogramm, das dazu dient, Werte der Abstimmimpedanz auszuwählen, um die Reaktanz des Antennenkreises bei jeder der Mitten- und Seitenfrequenzen wesentlich zu optimieren. Die ausgewählten Werte werden im Speicher zur Nutzung durch ein Frequenzabtastprogramm gespeichert. Die wählbare Impedanz kann eine Anzahl binär gewichteter Kapazitanzen enthalten, die durch den Mikroprozessor adressiert werden können, und die Impedanzwerte können als eine Tabelle mit Adressen gespeichert werden, auf die der Mikroprozessor unter der Steuerung des Abtastprogramms zugreifen kann, um die ausgewählten Kapazitanzen in den Antennenkreis hineinzuschalten. Vorzugsweise wird das Abstimmprogramm beim ersten Einschalten des Lesegerätes und danach in gewissen Abständen ausgeführt, um jegliche Änderungen bei der Spitzenresonanz des Antennenkreises infolge von Umweltfaktoren regelmäßig zu erfassen und auszugleichen.
Das Frequenzabtastprogramm ist so konfiguriert, dass es eine Frequenzabtastsequenz ausführt, die beinhaltet, den Frequenzgenerator nacheinander durch jede der Seiten- und Mittenfrequenzen hindurchzuschalten, um dadurch den Abfragebereich von frequenzverschobenen Transpondermarken zu verbessern. Die Seitenfrequenzen werden auf beiden Seiten der Mittenfrequenz über einen Bereich von Frequenzen ausgewählt, der ausreicht, um frequenzverschobene Kennmarken zu enthalten, die ein Ziel des Nahidentifikationssystems bilden. Das Abtastprogramm ist des Weiteren so konfiguriert, dass es die Frequenzabtastsequenz unterbricht, wenn der Mikroprozessor eine Antwort von einer Transpondermarke detektiert, und dass es die Abtastsequenz bei Vollendung der Antwort wieder aufnimmt.
In einer Form der Erfindung ist der Frequenzgenerator ein Frequenzsynthesizer, der auf dem kristallgesteuerten Takt im Inneren des Mikroprozessors basiert und einen Taktfrequenzteiler, der durch das Abstimmprogrammmittel gesteuert wird, zum Einstellen der gewünschten Mitten- und Seitenfre quenzen enthält. In dieser Ausführungsform stellen das Abstimmprogramm und das Abtastprogramm die gewünschten Betriebsfrequenzen durch Steuern der Frequenzsynthese durch den Mikroprozessor ein. Die Impedanz des Antennenkreises wird so justiert, dass eine Resonanzspitze auf jeder gewünschten Betriebsfrequenz, und jede gewünschte Frequenz wird in Verbindung mit dem Antennenimpedanzwert, der zum Erreichen der Spitzenresonanz benötigt wird, im Speicher gespeichert.
In einer weiteren Form der Erfindung umfasst der Antennenresonanzabstimmkreis eine Spitzendetektorschaltung, die dazu dient, eine Ausgangsfrequenz des Frequenzgenerators so zu ändern, dass eine Spitzenresonanz des Antennenkreises erreicht wird, und das Abstimmprogramm dient dazu, einen Wert der wählbaren Impedanz auszuwählen, der dafür geeignet ist, die Ausgangsfrequenz auf eine gewünschte Frequenz zu bringen, dergestalt, dass die Reaktanz des Antennenkreises auf der gewünschten Frequenz optimiert wird. In dieser Ausführungsform dienen der Mikroprozessor und das Abstimmprogramm zum Messen der Ausgangsfrequenz und zum Speichern eines Impedanzwertes, welcher der gewünschten Frequenz zugeordnet ist. Die gewünschte Frequenz kann mehrere Frequenzen enthalten, wobei in diesem Fall das Abstimmprogramm dafür konfiguriert ist, eine Tabelle von Impedanzwerten, wie zum Beispiel Kapazitanzwerten, in Form von Schaltadressen zu speichern, die jeder der mehreren Frequenzen entsprechen. Die mehreren Frequenzen beinhalten die Mittenfrequenz und die Seitenfrequenzen des Lesegerätes. Der Frequenzgenerator und der Spitzendetektor können sich auf einem gemeinsamen integrierten Schaltungsbaustein außerhalb des Mikroprozessors befinden.
Obgleich es wünschenswert ist, dass das Merkmal der automatischen Abstimmung und das Frequenzabtastmerkmal dieser Erfindung beide in einem bestimmten Nahlesegerät implementiert sind, wird ebenfalls in Betracht gezogen, dass jedes dieser Merkmale separat implementiert sein kann, da jedes auf getrennte Weise zur Leistung des Lesegerätes beitragen kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockschaubild, das einen ersten Aufbau des verbesserten Lesegerätes zeigt.
2 ist ein Flussdiagramm, das die automatische Abstimm- und die Frequenzabtastsequenz enthält.
3 ist ein Blockschaubild, das einen zweiten Aufbau des verbesserten Lesegerätes zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wenden wir uns den Zeichnungen zu. 1 ist ein schematisches Blockschaubild eines Nahlesegerätes, das gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung verbessert ist. Das Lesegerät, allgemein mit der Zahl 10 bezeichnet, enthält einen digitalen Prozessor 12, eine Antennenspule 14, einen Hauptabstimmkondensator 16, der parallel zu der Antennenspule angeschlossen ist, so dass ein Antennenresonanzkreis entsteht, einen Frequenzgenerator, der einen Antennenoszillator 18 enthält, und eine Spitzendetektorschaltung 20. Die Funkfrequenz wird durch den Prozessor 12 synthetisiert, indem die kristallgesteuerte Taktfrequenz, zum Beispiel 1 MHz, des Prozessors herabdividiert wird. Dieses synthetisierte Frequenzausgangssignal wird über die Frequenzsteuerleitung 24 zum Ansteuern des Oszillators 18, der als ein Puffer fungiert, eingekoppelt. Das Ausgangssignal des Oszillators 18 steuert den Antennenanodenschwingkreis. Der Spitzendetektor 20 enthält einen Analog-Digital-Wandler, der die Spitzen-HF-Spannung in dem Antennenkreis in ein digitales Eingangssignal 26 zum Prozessor 12 wandelt. Die HF-Ausgangsfrequenz wird durch Software bestimmt, die auf dem Prozessor 12 läuft, und kann unter Softwaresteuerung nach Bedarf verschoben werden.
Eine Kondensatorleiter 22 enthält vier Zusatzkondensatoren C1-C4. Jeder Kondensator kann parallel zu dem Hauptabstimmkondensator 16 mittels entsprechender Schalter S1-S4 hinzugeschaltet werden, die einzeln durch den Prozessor 12 adressierbar sind. Die Werte der Kondensatoren C1-C4 werden binär gewichtet, zum Beispiel in Anteilen von 1, 2, 4, 8, so dass ein Zusatzkapazitanzwert von 0 bis 15C_x für insgesamt sechzehn verschiedene Kapazitanzwerte, die in Inkrementen von C_x wählbar sind, parallel zu dem Antennenresonanzkreis hinzugefügt werden kann, indem eine entsprechende Kombination von Schaltern S1-S4 geschlossen wird.
Der Prozessor 12 arbeitet unter der Steuerung gespeicherter Programmbefehle, einschließlich eines automatischen Abstimm- oder Tunerprogramms und eines Frequenzabtastprogramms, die durch das Flussdiagramm von 2 veranschaulicht sind. Das automatische Abstimmprogramm wird beim Einschalten ausgeführt und enthält ein primäres Kalibrierungsverfahren, mit dem der Antennenresonanzkreis auf eine Spitzenresonanz auf der gewünschten Hauptbetriebsfrequenz des Lesegerätes abgestimmt wird. In dieser Sequenz wird der Antennenkreis auf der gewünschten Betriebs-HF-Frequenz, zum Beispiel 125 kHz, auf Resonanz abgestimmt.
Dies ist ein aufeinanderfolgender Näherungsprozess, bei dem die Kapazitanz so justiert wird, dass eine Resonanzspitze auf der aktuellen Frequenz, zum Beispiel 125 kHz, erreicht wird. Die ursprünglichen Werte der Antennenspule und des Hauptabstimmkondensators werden so gewählt, dass in einem Ausgangszustand des Schaltkreises mit geöffneten Schaltern S1-S4 die Spitzenresonanzfrequenz des Antennenanodenschwingkreises über der gewünschten Betriebsfrequenz liegt. Indem dann die Parallelkapazitanz in dem Anodenschwingkreis erhöht wird, wird die Spitzenresonanzfrequenz auf die gewünschte Frequenz gesenkt. Dies wird bewerkstelligt, indem man geeignete Kombinationen von Schaltern S1-S4 unter Softwaresteuerung durch den Prozessor 12 in einer Reihe von Wiederholungen schließt und zunehmende Kapazitanzbeträge hinzufügt, bis eine HF-Spannungsspitze auf der gewünschten Frequenz detektiert wird.
Die Resonanzspitze detektiert man durch Softwareüberwachung des digitalen Ausgangssignals des A/D-Wandlers der Spitzendetektorschaltung 20. Die Spitze kann durch Messen einer zunehmenden HF-Spannung detektiert werden, während Kapazitanz allmählich hinzugefügt wird, gefolgt von einer Verringerung. Wenn die Verringerung detektiert wird, so wird der Betrag der Kapazitanz, der in dem letzten Schritt vor der Verringerung hinzugefügt wurde, abgezogen, d. h. es wird praktisch ein Schritt zurückgegangen, um den Antennenkreis auf der Spitzenspannung wiederherzustellen. Der Antennenkreis ist nun für eine Resonanz auf der Haupt- oder Mittenbetriebsfrequenz kalibriert, wodurch die Stärke des HF-Feldes des Lesegerätes auf der gewünschten Frequenz maximiert wird.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung sucht Ungenauigkeiten im Frequenzgang der Kennmarken, die durch das Lesegerät 10 detektiert werden sollen, zu kompensieren. Wie zuvor erklärt, haben Kennmarken Antennenresonanzkreise, die im Interesse einer optimalen Systemleistung eine Spitzenresonanz auf der Betriebsfrequenz des Lesegerätes haben sollten. Ein frequenzverschobener Betrieb von Kennmarken kann durch transiente Umgebungseinflüsse, wie zum Beispiel Temperaturänderungen oder die Nähe zu metallischen Objekten, vorübergehend verursacht werden oder kann das dauerhafte Ergebnis eines Toleranzfehlers in den Komponenten, die zur Herstellung der Kennmarken verwendet werden, sein. Frequenzverschobene Marken haben in der Regel eine Spitze auf einer Frequenz, die nur geringfügig von der vorgesehenen Betriebsfrequenz des Systems abweicht, und können gewöhnlich immer noch durch das Nahlesegerät, das auf der vorgesehenen Betriebsfrequenz arbeitet, detektiert werden. Allerdings ist die Detektierungsreichweite, mit der solche Marken gelesen werden können, verringert, weil der Antennenkreis der Marke auf einer anderen Frequenz als der Sendefrequenz des Lesegerätes schwingt. Dies erfordert, dass die Marke näher an die Lesegerätantenne herangeführt wird, bevor eine ausreichende HF-Feldstärke erreicht ist, um den Markentransponder auszulösen.
Um dieses Problem zu lösen, ist ein Frequenzabtastprogramm zur Ausführung durch den Prozessor 12 gespeichert. Die Implementierung des Abtastmerkmals beinhaltet die Auswahl einer Anzahl von Seitenfrequenzen, die normalerweise in Intervallen über und unter der Mittenbetriebsfrequenz des Lesegerätes liegen. Die Seitenfrequenzen werden so gewählt, dass sie einen ausreichenden Frequenzbereich abdecken, der die wahrscheinlichen Spitzenfrequenzen von frequenzverschobenen Kennmarken enthält. Die Spitzenfrequenzen einer Markenpopulation folgen in der Regel einer glockenförmigen statistischen Verteilungskurve. Die meisten Marken gruppieren sich in der Nähe der vorgesehenen Betriebsfrequenz, während eine abnehmende Anzahl von Marken in einen Bereich fällt, der weiter von dieser Frequenz entfernt liegt. So können für eine Standardmittenfrequenz von 125 kHz Seitenfrequenzen von 121 kHz und 123 kHz unterhalb der Mittenfrequenz und Seitenfrequenzen von 127 kHz und 129 kHz oberhalb der Mittenfrequenz für einen abgetasteten Frequenzbereich von 8 kHz gewählt werden. Marken, die auf ein wenig unterhalb 121 kHz und oberhalb 129 kHz abgestimmt sind, können auch mit verringerter Empfindlichkeit gelesen werden, aber mit weit besserer Empfindlichkeit, als es mit einem herkömmlichen Nahlesegerät der Fall wäre, der auf der einzelnen Frequenz von 125 kHz arbeitet. Diese Frequenzen sind lediglich beispielhaft genannt, und andere Frequenzen sowie eine größere oder kleinere Anzahl von Seitenfrequenzen können ebenfalls gewählt werden.
Das Lesegerät könnte auf mehreren Frequenzen ohne entsprechende Justierung auf die Abstimmung des Lesegerätantennenkreises betrieben werden, zum Beispiel durch Verwendung eines Antennenkreises mit niedrigem Q-Wert. Eine solche Implementierung ist beim Detektieren frequenzverschobener Marken immer noch besser als herkömmliche Einzelfrequenzlesegeräte, weil der Abtastprozess die Marken auf mehreren Frequenzen zu erfassen sucht, um die Frequenz zu finden, auf die jede einzelne Marke am besten anspricht. Ungeachtet dessen würde diese Implementierung zu einer schlechteren HF-Sendestärke auf einigen dieser Frequenzen führen, die von der Spitzenresonanzfrequenz des Antennenkreises entfernt liegen. Um dieses Problem zu überwinden, wird die automatische Abstimmsequenz so erweitert, dass sie eine Bestimmung der Zusatzkapazitanzwerte enthält, die benötigt werden, um den Antennenkreis auf eine Spitzenresonanz auf jeder der abzutastenden Frequenzen, d. h. auf den Mitten- und Seitenfrequenzen, zu bringen. Für diesen Zweck werden die Frequenzen als Teil der automatischen Abstimmprogrammbefehle gespeichert, und eine automatische Abstimmsequenz wird für jede der Frequenzen ausgeführt. Das Ergebnis des kompletten Abstimmverfahrens sowohl auf der Mitten- als auch auf den Seitenfrequenzen ist eine Datentabelle von Kapazitanzwerten, die an jede der Frequenzen angepasst sind. Diese Tabelle ist im Prozessorspeicher gespeichert und wird durch das Abtastprogramm adressiert, um die Antennenresonanz während der Abtastsequenz beizubehalten.
Die Frequenzabtastsequenz beinhaltet das aufeinanderfolgende Abfragen von Marken auf jeder der Mitten- und ausgewählten Seitenfrequenzen anstelle des herkömmlichen Abfragens auf einer einzelnen Lesegerätbetriebsfrequenz. Eine Abtastung wird auf jeder der Frequenzen vorgenommen. Jede Abtastung erfolgt durch Synthetisieren der konkreten Frequenz und Schließen der entsprechenden Kombination von Schaltern, die aus der gespeicherten Datentabelle abgerufen wird, Abwarten eines kurzen Zeitraums, bis sich die Frequenz stabilisiert hat, und Lauschen auf eine Antwort von einer Kennmarke. Wenn innerhalb eines geeigneten Abhörfensters eine Markenantwort durch den Prozessor 12 verifiziert wird, so wird die Abtastsequenz angehalten, bis die Markenantwort vollendet ist. Eine Markenantwort kann als vollendet angesehen werden, wenn nach einem voreingestellten Zeitintervall noch kein gültiges Signal durch den Prozessor 12 empfangen und decodiert wurde. Wenn innerhalb des zugewiesenen Abhörfensters keine gültige Markenantwort empfangen wird, oder nach Vollendung einer gültigen Markenantwort, wird eine weitere Abtastung auf der nächsten Frequenz in der gespeicherten Datentabelle vorgenommen. Während des normalen Betriebes des Lesegerätes 10 werden aufeinanderfolgende Abtastungen ausgeführt, bei denen kontinuierlich alle Seiten- und Mittenfrequenzen in der Tabelle durchlaufen werden, lediglich unterbrochen von einer periodischen Neuabstimmung des Antennenkreises.
In der bevorzugten Form dieser Erfindung wird die Mittenfrequenzantennenkalibrierungssequenz periodisch während des Betriebes des Lesegerätes wiederholt, zum Beispiel alle zehn Sekunden, um Änderungen in der Umgebung des Lesegerätes zu kompensieren, welche die Abstimmung des Antennenkreises des Lesegerätes beeinträchtigen könnten. Während der Neukalibrierung wird der Wert der Zusatzkapazitanz, der während der letzten vorangegangenen Kalibrierung benötigt wurde, mit der Zusatzkapazitanz verglichen, die von der augenblicklichen Kalibrierung benötigt wird. Wenn diese Werte die gleichen sind, so wird geschlussfolgert, dass keine Umgebungsveränderungen stattgefunden haben, welche die Antennenabstimmung beeinträchtigen, und die Neukalibrierungssequenz endet an diesem Punkt. Wenn hingegen festgestellt wird, dass die Werte der Zusatzkapazitanz sich verändert haben, so wird die Neukalibrierungssequenz fort gesetzt, um ebenfalls auf eine Spitzenantennenresonanz für jede der abzutastenden Seitenfrequenzen neu abzustimmen.
Die Neukalibrierungssequenz wird in einer sehr kurzen Zeit durch den Prozessor 12 ausgeführt, zum Beispiel 10 Millisekunden, und stört normalerweise nicht die Kennmarkendetektierung, da sich die Marke normalerweise viel länger im Nahfeld des Lesegerätes befindet, als die Kalibrierung dauert. Infolge dessen wird die abgestrahlte Signalstärke des Lesegerätes auf einer gewünschten Betriebsfrequenz wesentlich maximiert, und zwar ungeachtet Änderungen in der Umgebung des Lesegerätes, einschließlich relativ kurzzeitiger Änderungen, die nur einige Sekunden dauern, wie zum Beispiel Personen oder Fahrzeuge, die sich in der Nähe des Lesegerätes vorbeibewegen, sowie längerfristiger Änderungen, wie zum Beispiel Wetterveränderungen.
Während der Ausführung der Frequenzabtastsequenz erreicht man eine Frequenzabtastung einfach durch sequenzielles Schalten jedes gespeicherten Kapazitanzwertes in den Antennenkreis durch Betätigung der Schalter S1-S4 und Einstellen der entsprechenden Ausgangsfrequenz. Das Einstellen der entsprechenden Ausgangsfrequenz erfolgt sehr rasch und führt zu keiner nennenswerten Verzögerung in der Abtastsequenz. In der Regel wird jede Frequenz in etwa 5-10 Millisekunden abgetastet. Ein kompletter Frequenzabtastungszyklus über alle ausgewählten Frequenzen wird in einem viel kürzeren Zeitraum bewerkstelligt als der typischen Verweildauer einer Kennmarke im Erfassungsfeld des Nahlesegerätes, so dass normalerweise keine Kennmarkenmessungen aufgrund des Abtastprozesses verloren gehen.
In der Ausführungsform von 1 wird der digitale Prozessor 12 aufgerufen, die Ausgangsfrequenz des Lesegerätes zu synthetisieren, eine Spitzendetektierung auszuführen und alle übrige Datenverarbeitung auszuführen, die mit dem Codieren des Lesegerät-Ausgangssignals in einer herkömm lichen Weise verbunden ist, um die Kennmarken abzufragen und Daten von den Markenantworten zu decodieren. Aufgrund der relativ hohen Verarbeitungslast wird ein Hochleistungs-Mikroprozessor zur Verwendung als Prozessor 12 gewählt. Ein derzeit bevorzugter Baustein ist ein RISK-Prozessor AT90S4414.
3 ist ein Blockschaubild einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung. Das Lesegerät 30 nutzt einen handelsüblichen integrierten Schaltkreis TEMEC U2270. Dieser IC kombiniert einen Funkfrequenzoszillator mit einer Spitzendetektorschaltung und justiert automatisch seine Ausgangsfrequenz auf die Spitzenresonanzfrequenz des Antennenkreises. Es gibt keine externe Kontrolle über den Frequenzausgang, und aus diesem Grund sind der Frequenzgenerator und der Spitzendetektor in 3 als ein einzelner Block 32 gezeigt. Der IC 32 hat einen Hochfrequenzausgang 34, der zum Ansteuern des Antennenkreises verbunden ist, und einen HF-Spannungserfassungseingang 36, der ebenfalls an den Antennenkreis angeschlossen ist, zum Messen der HF-Signalamplitude in dem Antennenanodenschwingkreis. Der IC 32 hat auch eine Frequenzrückkopplungsleitung 38, die mit einem Zeitgeber des digitalen Prozessors 40 verbunden ist, der die Ausgangsfrequenz des IC 32 durch Zeitmessung der Ausgabewellenform von Flanke zu Flanke misst.
Die Verwendung des IC 32 und insbesondere des Bausteins TEMEC U2270 ist in Nahlesegeräten üblich, aber in herkömmlichen Lesegeräten wird die Ausgangsfrequenz anfänglich durch den Hersteller eingestellt, indem eine variable Antennenspule oder ein Stellkondensator justiert wird, um eine Abstimmung auf die Frequenz vorzunehmen, auf die die Kennmarken abgestimmt sind. Anschließend jedoch wirken auf das Lesegerät Umgebungseinflüsse ein, die bewirken können, dass es von seinen ursprünglichen Frequenzeinstellungen wegdriftet. Wenn zum Beispiel das Lesegerät neben einer großen metallischen Masse montiert ist, so wird die Reso nanzfrequenz des Antennenkreises verändert. Dies bewirkt, dass der IC 32 seine Ausgangsfrequenz verschiebt, um sich an die neue Resonanzfrequenz des Antennenkreises anzupassen, und das herkömmliche Lesegerät fährt fort, auf dieser neuen Frequenz zu arbeiten, die von der Kennmarkenfrequenz entfernt ist. Das Ergebnis ist eine deutlich verminderte Lesegerätempfindlichkeit und eine schlechte Systemleistung.
In dem neuartigen Lesegerät 30 von 3 hingegen behält der Prozessor 40 eine positive Kontrolle über die Ausgangsfrequenz des IC 32 bei. Dies erfolgt durch Messen der Ausgangsfrequenz, wie gerade erklärt, und Veranlassen des IC 32, seine Ausgangsfrequenz durch Steuern der Spitzenresonanzfrequenz des Antennenkreises zu justieren. Diese letzte Aufgabe erreicht man durch Hinzufügen einer entsprechenden Zusatzparallelkapazitanz zu dem Antennenkreis durch Betätigen der Schalter S1-S4 der Kapazitanzleiter 22. Wie in der zuerst beschriebenen Ausführungsform wird der Antennenkreis anfänglich auf eine Resonanz bei einer höheren Frequenz eingestellt, und Zusatzkapazitanz wird durch Schließen entsprechender Schalter S1-S4 hinzugefügt, bis die Spitzenresonanz des Antennenkreises zu der gewünschten Frequenz verschoben ist. Dies wird durch den Prozessor 40 detektiert, der den Frequenzausgang des IC 32 misst, welcher der Spitzenresonanzfrequenz des Antennenkreises folgt. Das heißt, die Ausgangsfrequenz des IC 32 wird indirekt durch Verschieben der Resonanzfrequenz des Antennenkreises gesteuert.
In dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung können sowohl die Antennenspitzenresonanz als auch die Ausgangsfrequenz auf eine gewünschte Frequenz eingestellt werden, indem man einfach einen entsprechenden Zusatzkapazitanzwert mit Hilfe der Schalter S1-S4 auswählt. Folglich wird das Lesegerät 30 vollständig auf eine bestimmte Frequenz abgestimmt, indem die entsprechende Kombination dieser Schalter geschlossen wird. Die primäre Kalibrierung des Lesegerätes 30 beinhaltet das Finden des Wertes der Zusatzkapazitanz, die den IC 32 veranlasst, die gewünschte Betriebsfrequenz des Lesegerätes auszugeben, und dies erfolgt unter der Kontrolle einer geeigneten Programmierung des Prozessors 40. Gleichermaßen kann das Lesegerät auf eine Anzahl zusätzlicher abzutastender Seitenfrequenzen kalibriert werden, um nach frequenzverschobenen Kennmarken zu suchen. Die Seitenfrequenzkalibrierung ähnelt der Mittenfrequenzkalibrierung. Die Zusatzkapazitanzwerte, die jeder dieser Frequenzen entsprechen, in der Form von Schaltadressen sind in einer Tabelle gespeichert, auf die ein Abtastprogramm zugreifen kann, das den gleichen Zweck erfüllt wie das Frequenzabtastprogramm, das in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Das Frequenzabtastprogramm in dieser zweiten Ausführungsform entspricht im Wesentlichen dem, das oben in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, außer dass die Frequenzen einfach durch Einstellen von Schaltern S1-S4 gemäß der gespeicherten Tabelle eingestellt werden und keine anderen Frequenzdaten gespeichert zu werden brauchen.
In dieser Ausführungsform wird ein Großteil der HF-Erzeugung und -Verarbeitung durch den IC 32 abgewickelt, wodurch es möglich ist, einen weniger leistungsstarken Mikroprozessorbaustein als Prozessor 40 zu verwenden. Ein derzeit bevorzugter Mikroprozessor ist ein Baustein ATMEL 89C55, der eine Variante des Mikroprozessors 8051 ist. Andere eng verwandte Varianten desselben Bausteins sind von verschiedenen anderen Halbleiterherstellern erhältlich.
Die genaue Implementierung der Programme des Antennenkreises zum automatischen Abstimmen und zur Frequenzabtastung in jeder der zwei beschriebenen Ausführungsformen kann erheblich abweichen, während immer noch die oben dargelegten Ziele erreicht werden. Eine detaillierte Programminformation oder -auflistung ist hier nicht erforder lich, weil eine solche Programmierung nicht mehr als durchschnittliche Fähigkeiten erfordert, wie Personen sie besitzen, die auf dem Gebiet der herkömmlichen Programmierung von Mikroprozessoren, die in bestehenden Nahlesegerätesystemen verwendet werden, kompetent und bewandert sind.
Konkrete Ausführungsformen der Erfindung wurden lediglich zum Zweck der Verdeutlichung und als Beispiel beschrieben und veranschaulicht. Dem Durchschnittsfachmann fallen viele Änderungen, Ersetzungen und Modifizierungen an den beschriebenen Ausführungsformen ein, ohne dadurch vom Geltungsbereich dieser Erfindung, wie er durch die folgenden Ansprüche definiert ist, abzuweichen.

Claims

Nahlesegerät (10) für ein Hochfrequenzidentifizierungssystem zur Verwendung mit passiven Hochfrequenzidentifizierungsmarken (RFID tags) des Typs, der dazu dient, mit einem Markenlesegerät auf einer einzigen gemeinsamen Hochfrequenz zu arbeiten, und der auf eine bestimmte Abfragehochfrequenz dadurch reagiert, dass er codierte Markenidentifizierungsinformationen auf der bestimmten Abfrage-hochfrequenz zurücksendet, wobei das Lesegerät (10) aufweist: ein Frequenzgeneratormittel (18) zum Erzeugen einer Ausgangsfrequenz, einen Antennenkreis (14), der angeschlossen ist, um ein Hochfrequenzfeld auf der Ausgangsfrequenz abzustrahlen, und Leseschaltungen (12) zum Empfangen und Decodieren einer transpondermarkencodierten Antwort, die durch Herunterladen des Hochfrequenzfeldes auf der Ausgangsfrequenz übermittelt wird, und einen Mikroprozessor (12), der an den Antennenkreis (14) angeschlossen ist, zum Empfangen und Decodieren der codierten Transpondermarkeninformationen, und ein Abtastmittel (12) zur Frequenzabtastung durch Schalten der Ausgangsfrequenz durch mehrere Frequenzen, wobei eine Abtastung auf jeder der Frequenzen vorgenommen wird, indem die bestimmte Frequenz synthetisiert wird und auf eine Antwort von einer Kennmarke gelauscht wird, und wobei, wenn keine gültige Markenantwort innerhalb eines zugewiesenen Abhörfensters empfangen wird, oder nach Vollendung einer gültigen Markenantwort, eine weitere Abtastung auf einer nächsten der Frequenzen vorgenommen wird.
Nahlesegerät nach Anspruch 1, das des Weiteren umfasst: Antennenresonanzabstimmmittel (C1-C5), die eine wählbare Impedanz (C2-C5) in dem Antennenkreis enthalten, und ein Abstimmvorrichtungsprogrammmittel (12), das dem Auswählen und Speichern von Werten der Impedanz auf jeder der mehreren Frequenzen dient, und Mittel (S1-S4) zum Verbinden jedes der ausgewählten Impedanzwerte mit dem Antennenkreis (14) auf einer entsprechenden der Ausgangsfrequenzen, um dadurch wesentlich die Reaktanz des Antennenkreises zu optimieren und den Betriebsbereich des Senders auf jeder der diskreten Frequenzen zu maximieren.
Nahlesegerät nach Anspruch 2, wobei die wählbare Impedanz umfasst: eine adressierbare variable Abstimmkapazitanz (C2-C5) in dem Antennenkreis und ein Abstimmvorrichtungsprogrammmittel (12) zum Adressieren der Abstimmkapazitanz zum Detektieren einer Hochfrequenzsignalamplitude in dem Antennenkreis bei verschiedenen Kapazitanzwerten der Abstimmkapazitanz, um dadurch eine Tabelle aus Adressen aufzubauen, die für Kapazitanzwerte repräsentativ ist, die eine optimale Signalamplitude bei jeder Mittenfrequenz und jeder diskreten Seitenfrequenz erbringen, um dadurch den Betriebsbereich des Lesegerätes zu optimieren.
Lesegerät nach Anspruch 3, das des Weiteren eine Spitzendetektorschaltung (20) umfasst, die angeschlossen ist, um eine Hochfrequenzspannung an dem Antennenkreis (14) zu messen und ein Spitzendetektorausgangssignal (26) an den Mikroprozessor (12) zu übermitteln, wobei der Mikroprozessor eine Ausgangsfrequenz des Generators (18) modifiziert, um eine Spitzenresonanz des Antennenkreises zu erhalten, und wobei das Abstimmvorrichtungsprogrammmittel (12) einen Wert der Abstimmkapazitanz (C2-C5) auswählt, der in der Lage ist, die Ausgangsfrequenz auf eine der Mitten- oder Seitenfrequenzen zu bringen, dergestalt, dass die Reaktanz des Antennenkreises (14) auf diesen Frequenzen optimiert wird.
Lesegerät nach Anspruch 4, wobei der Mikroprozessor (12) und das Abstimmvorrichtungsprogrammmittel (12) eine Zeitsteuerung der Zyklen der Ausgangsfrequenz vornehmen, um dadurch die Ausgangsfrequenz zu messen, und eine Tabelle mit Werten der Abstimmkapazitanz (C2-C5) speichern, die einer Ausgangsfrequenz zugeordnet sind, die gleich jeder der Mitten- und Seitenfrequenzen ist.
Lesegerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei es sich bei der wählbaren Impedanz um mehrere Kapazitanzen (C2-C5) handelt, die durch den Mikroprozessor (12) adressiert werden können, und die Impedanzwerte als eine Tabelle aus Adressen gespeichert werden, die für die Kapazitanzen repräsentativ sind.
Lesegerät nach Anspruch 6, wobei die Kapazitanzen (C2-C5) binär gewichtet werden.
Lesegerät nach einem der Ansprüche 3, 4 und 5, wobei das Abstimmvorrichtungsprogrammmittel (12) beim anfänglichen Einschalten des Lesegerätes (10) ausgeführt wird, um die Umgebungseinflüsse auf die Resonanz des Antennenkreises (14, 16) auszugleichen.
Lesegerät nach einem der Ansprüche 3, 4, 5 und 8, wobei das Abstimmvorrichtungsprogrammmittel (12) in periodischen Intervallen während des Betriebes des Lesegerätes (10) ausgeführt wird, so dass die Reaktanz des Antennenkreises so umgestimmt wird, dass Änderungen bei den Umgebungseinflüssen auf die Resonanz des Antennenkreises (14) während des Betriebes des Lesegerätes ausgeglichen werden.
Lesegerät nach Anspruch 1, wobei das Abtastvorrichtungsprogrammmittel (12) des Weiteren die Abtastsequenz unterbricht, wenn der Mikroprozessor (12) eine Antwort von einer Transpondermarke detektiert, und die Abtastsequenz wieder aufnimmt, wenn die Antwort vollendet ist.
Lesegerät nach Anspruch 2, wobei das Antennenresonanzabstimmmittel eine Spitzendetektorschaltung (20) umfasst, die angeschlossen ist, um eine Hochfrequenzspannung an dem Antennenkreis (14) zu messen und ein Spitzendetektorausgangssignal (26) an den Mikroprozessor (12) zu übermitteln, wobei der Mikroprozessor eine Ausgangsfrequenz des Generators (18) modifiziert, um eine Spitzenresonanz des Antennenkreises (14, 16) zu erhalten, und wobei das Abstimmvorrichtungsprogrammmittel (12) einen Wert der Impedanz (C2-C5) auswählt, der in der Lage ist, die Ausgangsfrequenz auf eine gewünschte Frequenz zu bringen, dergestalt, dass die Reaktanz des Antennenkreises (14) auf der Frequenz optimiert wird.
Lesegerät nach Anspruch 11, wobei der Mikroprozessor (12) und das Abstimmvorrichtungsprogrammmittel (12) die Ausgangsfrequenz messen und einen Wert der Impedanz speichern, welcher der gewünschten Frequenz zugeordnet ist.
Lesegerät nach Anspruch 12, wobei die gewünschte Frequenz mehrere diskrete Frequenzen enthält und das Abstimmvorrichtungsprogrammmittel eine Tabelle mit Impedanzwerten speichert, die den mehreren diskreten Frequenzen entsprechen.
Lesegerät nach Anspruch 13, wobei die mehreren Frequenzen eine Mittenfrequenz und mehrere Seitenfrequenzen umfassen.
Lesegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Frequenzgenerator (18) außerhalb des Mikroprozessors angeordnet ist und die Spitzendetektorschaltung (20) auf einem gemeinsamen integrierten Schaltungsbaustein (32) enthält.
Lesegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Frequenzgenerator (18) innerhalb des Mikroprozessors (12) angeordnet ist und einen kristallgesteuerten Taktgeber und einen Taktfrequenzteiler umfasst, der durch das Abstimmvorrichtungsprogrammmittel (12) zum Einstellen der Mittenfrequenz und der Seitenfrequenzen gesteuert wird.
Nahlesegerät (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die passiven Hochfrequenzidentifizierungsmarken auf die Abfrage reagieren, indem sie das Hochfrequenzfeld auf der bestimmten Abfragehochfrequenz in einem Muster, das für Markenidentifizierungsdaten indikativ ist, zum Decodieren durch das Lesegerät herunterladen.
Nahlesegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Frequenzabtastung das Abfragen von Marken jeweils auf einer Mittenfrequenz und ausgewählten Seitenfrequenzen umfasst.
Nahlesegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Abtastung auf jeder der Frequenzen vorgenommen wird, wobei jede Abtastung umfasst, dass die bestimmte Frequenz synthetisiert wird und dass auf eine Antwort einer Marke gelauscht wird und dass, wenn eine Antwort einer Marke innerhalb eines Abhörfensters verifiziert wird, die Abtastsequenz angehalten wird, bis die Antwort der Marke vollendet ist.
Nahlesegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Antwort einer Marke als vollendet angesehen wird, wenn nach einem voreingestellten Zeitintervall kein gültiges Signal mehr empfangen oder decodiert wird.
Nahlesegerät nach den Ansprüchen 18 und 19, wobei, wenn keine gültige Antwort einer Marke innerhalb eines zugewiesenen Abhörfensters empfangen wird, oder nach Vollendung einer gültigen Antwort einer Marke, eine weitere Abtastung auf einer anderen Frequenz vorgenommen wird.
Nahlesegerät nach den Ansprüchen 18, 19 und 20, wobei aufeinanderfolgende Abtastungen vorgenommen werden, während denen die Mittenfrequenz und die Seitenfrequenzen kontinuierlich zyklisch durchlaufen werden.
Nahlesegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, das des Weiteren eine Automatikabstimmsequenz umfasst, die gespeicherte Impedanzwerte in den Antennenkreis hineinschaltet, um die Antenne auf eine Spitzenresonanz auf jeder der Frequenzen zu bringen.
Nahlesegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Automatikabstimmsequenz eine Antennenkalibrierungssequenz umfasst, die während des Betriebes des Lesegerätes eine periodische Umstimmung auf eine Spitzenantennenresonanz vornimmt.
Nahlesegerät nach Anspruch 24, wobei die Antennenkalibrierungssequenz so ausgeführt wird, das die Stärke des abgestrahlten Signals des Lesegerätes auf einer gewünschten Betriebsfrequenz maximiert wird, und zwar ungeachtet kurzzeitig andauernder Änderungen in der Umgebung des Lesegerätes, wie zum Beispiel Personen oder Fahrzeuge, die sich nahe dem Lesegerät vorbeibewegen, und auch ungeachtet länger andauernder Änderungen, wie zum Beispiel Änderungen der Wetterverhältnisse.
Nahlesegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Frequenzabtastung ausgeführt wird, indem Kapazitanzwerte in den Antennenkreis hineingeschaltet werden.
Nahlesegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jede Frequenz in 5 bis 10 Millisekunden abgetastet wird.