EP0983639A1 - Systeme de communication sans contact au moyen d'un procede a induction entre une borne et des objets portatifs, comprenant des moyens de test fonctionnel de la borne - Google Patents
Systeme de communication sans contact au moyen d'un procede a induction entre une borne et des objets portatifs, comprenant des moyens de test fonctionnel de la borneInfo
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Abstract
Dans ce système, une communication bidirectionelle non galvanique est établie par couplage inductif entre une borne (10) formant terminal d'émission-réception de données et un ou plusieurs objets portatifs (14) présents dans le champ d'action de cette borne. Le système comprend, associé à la borne, un module d'essai (20) comportant un circuit apte à coopérer avec la borne par couplage inductif de manière à émuler une communication avec un objet portatif situé dans ledit champ d'action, et la borne comprend des moyens de test fonctionnel, aptes à discriminer une communication avec le module d'essai, à détecter une bonne communication ou une communication défectueuse avec le module d'essai et à produire un signal de défaut en cas de communication défectueuse. Le module d'essai peut, avantageusement, être structurellement semblable à un objet portatif et téléalimenté par la borne.
Description
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Système de communication sans contact au moyen d'un procédé à induction entre une borne et des objets portatifs, comprenant des moyens de test fonctionnel de la borne
c L'invention concerne les techniques de communication sans contact entre un objet portatif et une borne ("borne" sera le terme utilisé dans la présente description pour désigner un terminal émetteur/récepteur de données apte à coopérer avec des objets portatifs).
L'échange de données sans contact est bien connu ; parmi les appli¬
10 cations de cette technique, on trouve — de façon non limitative — le contrôle d'accès, le paiement électronique (applications du type "porte- monnaie électronique") et le télépéage, par exemple pour l'accès et le péage des transports en commun.
Dans ce dernier exemple, chaque usager est muni d'un objet porta-
-^5 tif du type "carte sans contact" ou "badge sans contact", qui est un objet susceptible d'échanger les informations avec une borne fixe (ou éventuellement mobile) en approchant le badge de cette dernière de manière à permettre un couplage mutuel non galvanique.
Dans la technique connue sous le nom de "procédé par induction",
20 ce couplage est réalisé en faisant varier un champ magnétique produit par une bobine d'induction. La borne comporte à cet effet un circuit inductif excité par un signal alternatif qui produit dans l'espace environnant un champ magnétique alternatif. L'objet portatif se trouvant dans cet espace détecte ce champ et module en retour la charge de l'objet
25 portatif couplé à la borne ; cette variation est détectée par la borne, établissant ainsi la communication bidirectionnelle recherchée.
Le EP-A-0 565 469, au nom de la demanderesse, décrit la manière dont est opéré un tel échange de données, et l'on pourra se référer à ce document pour plus de précisions concernant notamment la gestion des
30 échanges d'informations entre objet portatif et borne ainsi que les divers protocoles de communication utilisés.
Les avantages de cette technologie par induction sont bien connus, notamment la très bonne définition de la zone dans laquelle il peut y avoir échange d'informations et le coût très bas de la fonction communi-
35 cation, qui la font généralement préférer au couplage radioélectrique,
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plus coûteux et plus sensible aux variations de portée.
Toutefois, en pratique, les équipements qui utilisent cette technique sont pour la plupart isolés et autonomes, c'est-à-dire loin d'un opérateur. En cas de défaut de la borne, notamment si la bobine d'induc- tion de cette dernière est défectueuse, le système qui pilote la borne n'est pas toujours capable de détecter un état de panne, dans la mesure où il n'est pas possible de différencier une panne de bobine (qui empêche l'émission du champ magnétique dans l'espace environnant) de l'absence d'objet portatif dans cet espace environnant (le champ est bien émis, mais il n'est perturbé par la présence d'aucun objet portatif). Les équipements actuels se contentent généralement de vérifier que l'antenne, qui est en général montée sur un capot séparé de l'électronique de traitement, est bien connectée, par exemple par un test de continuité électrique sur une borne spécifique du connecteur d'antenne. II s'agit cependant là d'un test purement électrique, qui signale l'enfi- chage ou le non-enfichage du connecteur de la bobine, mais qui n'est pas capable de détecter une panne fonctionnelle, par exemple en cas de défaillance d'un composant, gêne au dialogue du fait de la présence d'une masse métallique extérieure, etc. L'un des buts de l'invention est de remédier à cette limitation, en proposant d'intégrer au système d'échange de données des moyens de test susceptibles de vérifier de vérifier le fonctionnement correct de la borne et de produire en réponse un signal de statut, par exemple à destination d'un central de maintenance, indiquant si la borne est foncti- onnelle ou non.
Outre le point de savoir si la borne est ou non fonctionnelle, un autre but de l'invention est de permettre l'auto-ajustement d'un ou de plusieurs paramètres de réglage de la borne, concernant notamment les circuits d'émission et la bobine d'induction, ceci afin d'adapter de façon optimale cette borne à son environnement électromagnétique propre et permettre éventuellement un réajustement automatique du réglage en cas de changement de cet environnement.
Le système d'échange de données de l'invention est du type connu précité, c'est-à-dire dans lequel une communication bidirectionnelle non galvanique est établie par couplage inductif entre une borne formant
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terminal d'émission-réception de données et un ou plusieurs objets portatifs présents dans le champ d'action de cette borne.
Selon l'invention, le système comprend, associé à la borne, un module d'essai comportant un circuit apte à coopérer avec la borne par couplage inductif de manière à émuler une communication avec un objet portatif situé dans ledit champ d'action, et la borne comprend des moyens de test fonctionnel, aptes à discriminer une communication avec le module d'essai, à détecter une bonne communication ou une communication défectueuse avec le module d'essai et à produire un si- gnal de défaut en cas de communication défectueuse.
La communication peut notamment être établie par émission de messages d'interrogation par la borne, réponse des objets portatifs à ces messages d'interrogation, et réception de cette réponse par la borne ; dans ce cas, les moyens de test fonctionnel discriminent une réponse re- çue en provenance du module d'essai, détectent la réponse ou la non- réponse correcte du module d'essai à un message d'interrogation et produisent le signal de défaut en cas de non-réponse.
Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, dans lequel la borne comprend des moyens de réglage d'au moins un para- mètre propre à influer sur ledit couplage inductif, les moyens de test fonctionnel comprennent des moyens de mesure aptes à évaluer qualitativement, en cas de réponse du module d'essai, le couplage entre la borne et le module d'essai, ainsi que des moyens de commande des moyens de réglage, opérant en réaction à des indications données par les moyens de mesure.
Le circuit du module d'essai peut être structurellement semblable au circuit correspondant d'un objet portatif, notamment un circuit téléalimenté par la borne, le module d'essai pouvant même être structurellement semblable à un objet portatif. Avantageusement, les moyens de test fonctionnel sont activés de manière itérative et/ou inhibés en cas de détection d'une réponse d'un objet portatif à un message d'interrogation de la borne, ou en cas de détection de collision entre de telles réponses.
La discrimination opérée par les moyens de test fonctionnel peut en particulier être obtenue par émission d'un message d'interrogation pro-
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pre par la borne, reconnaissable par le module d'essai et non par les objets portatifs.
Le signal de défaut peut être tout particulièrement utilisé comme signal de téléalarme transmis à un site distant.
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D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture détaillée ci-dessous d'un exemple de mise en oeuvre du système de l'invention, en référence aux dessins annexés.
La figure 1 est un synoptique montrant, dans un système d'échange de données sans contact selon l'invention, un ensemble constitué d'une borne, de son module d'essai associé et d'un objet portatif situé dans le champ environnant. La figure 2 est un synoptique du module d'essai du système de la figure 1.
La figure 3 est un organigramme montrant les différentes étapes du test fonctionnel automatique du système selon l'invention.
La figure 4 est un organigramme montrant les différentes étapes du réglage automatique des paramètres d'émission de la borne.
0
Sur la figure 1, la référence 10 désigne une borne pour l'échange de données sans contact par induction au moyen d'une bobine 12 émettant un champ électromagnétique alternatif à destination d'objets portatifs ou "badges" tels que 14, susceptibles d'entrer dans l'espace où est rayonné le champ de la bobine 12.
La borne comporte, de façon en elle-même connue, un circuit modu- lateur/démodulateur 16 produisant un signal alternatif d'excitation de la bobine 12 et détectant les modifications de ce champ créées par une modulation de charge opérée à l'intérieur d'un objet portatif 14. Le circuit 16 est relié à une unité centrale de traitement 18 assurant notamment la gestion des divers protocoles de communication, et relié à un site distant à des fins de compte rendu et d'envoi de message de sta-
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tut sur l'état de la borne.
De façon caractéristique de l'invention on prévoit à l'intérieur du boîtier de la borne un circuit spécifique 20, ci-après désigné "module d'essai", capable de simuler la présence d'un objet portatif dans le champ de la bobine 12.
En d'autres termes, le module d'essai 20 aura un comportement (détection du champ émis par la borne et envoi d'une réponse) semblable — aux différences près que l'on indiquera plus bas — à celui d'un objet portatif 14 qui viendrait à entrer dans ce même espace environ- nant.
La borne sera de cette manière capable de contrôler de façon autonome sa capacité à dialoguer avec un objet portatif présenté dans son champ, en vérifiant ainsi l'influence de l'émission sur la réception et garantissant le bon fonctionnement de la borne. Très avantageusement, le circuit du module d'essai peut être struc- turellement semblable à celui d'un objet portatif standard tel que 14. Dans ce cas, on peut avantageusement prévoir un circuit téléalimenté par le champ magnétique généré par la borne, le module de test étant alors un circuit totalement isolé qui ne requiert donc pas de connexion avec l'électronique de l'antenne.
Du point de vue de l'échange des signaux, le module doit être au moins capable de communiquer de manière analogue aux objets portatifs du point de vue de la couche physique du protocole de communication ; éventuellement, il peut être en outre capable de générer, dans la modulation de charge, des signaux de forme programmable utiles à diverses mesures et essais en vue d'un réglage automatique optimal des paramètres de la borne (voir plus bas).
La figure 2 donne un exemple de synoptique d'un tel module d'essai 20, dont la structure est comparable à celle d'un objet portatif tel que 14.
Essentiellement, le module d'essai comporte une bobine d'induction 22 (destinée à coopérer avec la bobine 12 de la borne), un circuit modulateur/démodulateur 24, un circuit 26 d'émission et de génération des signaux et un circuit 28 de réception des commandes envoyées par la borne, propre à agir sur le circuit 26 pour émettre vers la borne un
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message de réponse par modulation de charge du circuit accordé de la bobine 22. Dans la version téléalimentée, le module d'essai 20 comporte également un circuit de gestion de l'énergie 30 susceptible de produire une tension continue d'alimentation des différents composants du mo- dule, de manière à rendre celui-ci entièrement autonome.
En variante, on peut cependant prévoir une alimentation extérieure, par exemple une alimentation reliée à l'alimentation générale des circuits de la borne 10 (la liaison filaire, destinée à apporter l'énergie d'alimentation, étant alors la seule liaison galvanique entre le module d'essai et la borne associée).
On va maintenant expliciter l'interaction entre la borne 10 et son module d'essai associé 20.
De façon générale, dans un échange entre borne et objet portatif, la borne est maîtresse de la communication. Ceci signifie que, pour établir une communication avec une carte, la borne commence par émettre un message d'interrogation ou message d'appel, puis attend un court instant. Si un objet portatif reçoit ce message, il émet une réponse ; la borne reçoit cette réponse et poursuit alors le dialogue par l'envoi de commande vers l'objet portatif. Si, en revanche, la borne n'a pas reçu de réponse dans un délai imparti, elle réitère l'émission du message d'interrogation.
Ce processus est le même avec le module d'essai 20, c'est-à-dire que la borne est maîtresse de la communication et c'est elle qui initie le dialogue avec le module d'essai par émission d'un message d'interrogation. Pour empêcher que le message d'interrogation à destination du module d'essai ne soit capté par un objet portatif se trouvant dans la borne, ce message inclut par exemple un octet d'en-tête au début du protocole de communication indiquant s'il s'agit d'un message d'interrogation à destination d'un objet portatif normal ("condition de broad- cast") ou, au contraire, réservé au seul usage du module d'essai.
Si la borne reçoit bien une réponse du module d'essai, ceci signifie qu'elle est fonctionnelle, et le statut correspondant peut être envoyé au central de maintenance. Le statut peut être accompagné d'une signalisation "en service" indiquant à l'utilisateur qu'il a affaire à une borne effectivement fonctionnelle : une absence de réaction de la borne à une
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présentation d'un objet portatif par l'utilisateur proviendrait alors très vraisemblablement d'un défaut de cet objet portatif (défaut technique, péremption, mauvaise présentation, etc.), non de la borne.
En revanche, l'absence de réponse reçue du module d'essai indique un défaut fonctionnel, ce qui doit entraîner la production immédiate d'un signal de téléalarme vers le site distant et la désactivation de la borne, accompagnée par exemple d'une signalisation "hors service".
La réponse que renvoie le module d'essai peut être toujours dans un même format et limitée à la communication des informations mini- maies nécessaires à la communication avec la borne et à la surveillance de la liaison. Toutefois, certains types de défaut risquent d'être mal captés dans ce cas, en particulier lorsque le test fonctionnel tourne en permanence (une dizaine de fois par seconde) sur le module d'essai en l'absence d'un objet portatif. Afin d'éviter tout inconvénient lié à l'identité permanente entre les
"simili-objets portatifs" successivement testés (même seulement plusieurs dizaines ou centaines de fois par jour), une RAM propre à la borne peut stocker temporairement les données contenues par les cartes des voyageurs successifs, le module d'essai assumant une configuration cal- quée sur le dernier objet portatif présenté afin de changer son identité. Ainsi, le module d'essai sera en mesure de simuler continûment, non pas un objet portatif de préférence déterminé une fois pour toutes, mais une succession d'"objets portatifs" correspondant aux voyageurs ou autres usagers s'étant successivement présentés devant le valideur. Par souci de discrétion, il ne sera recopié dans cette RAM (puis dans l'EEPROM de la carte à puce) aucune donnée "sensible", c'est-à-dire aucune donnée confidentielle ou personnelle.
Le module d'essai ne s'arrête en définitive que lors de la détection de présence d'un véritable objet portatif d'usager : - détection de présence, par un moyen quelconque, ou
- détection de collision.
Enfin, un voyant lumineux affiche en permanence la mention "En Service", cette indication signifiant très exactement que l'appareil était en ordre de marche moins d'une seconde auparavant : soit une probabi- lité très faible de défaillance technique lors du passage d'un usager.
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Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse, non seulement le système de l'invention détecte le caractère fonctionnel ou non de la borne, mais il permet en outre l'adaptation des circuits d'émission/réception à l'environnement électromagnétique propre de la borne.
À cette fin, la borne 10 comporte un circuit 32 de réglage de divers paramètres tels que puissance d'émission du modulateur 16 et accord fin du circuit résonnant associé à la bobine 12.
Ce circuit 32 assure, en cas de réponse du module d'essai, une éva- luation qualitative du couplage inductif entre la bobine 12 de la borne et la bobine 22 du module d'essai 20, permettant ainsi de rechercher un couplage optimum en fonction de la situation particulière de la borne (on sait en particulier que les circuits à induction sont très sensibles aux masses métalliques environnantes), et un réajustement éventuel de ces réglages en cas de modification de l'environnement.
Pour rechercher ce couplage optimum, le module d'essai peut avantageusement inclure, dans son module de génération des signaux 26, des moyens pour faire varier le signal de réponse, par exemple la forme d'onde, le rapport cyclique d'un signal carré, etc., d'une manière utile aux mesures et aux tests. Le module d'essai peut également, par exemple, faire varier l'énergie qu'il absorbe, pour évaluer notamment la puissance d'émission nécessaire côté borne pour permettre un échange de données satisfaisant.
Les figures 3 et 4 sont des organigrammes explicitant de façon plus détaillée l'enchaînement des différentes étapes de test.
L'organigramme de la figure 3 illustre la détection du caractère fonctionnel ou non de la borne par le module d'essai.
Les étapes particulières de l'invention sont incorporées au processus classique, qui inclut l'émission d'un message d'interrogation à des- tination d'un objet portatif, ou "carte usager", éventuellement présent dans le champ d'action de la borne (étape 100).
Si un tel objet portatif est détecté, c'est-à-dire si la borne détecte une réponse en retour (étape 102), l'échange de données se poursuit avec l'objet portatif de manière à traiter les informations de la manière souhaitée (étape 104).
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Les étapes particulières de l'invention sont mises en oeuvre dans le cas contraire, lorsqu'aucune réponse n'est détectée en provenance d'un objet portatif environnant.
Généralement, l'absence de réponse tient au fait qu'aucun objet portatif ne se trouve dans le champ d'action de la borne ; exceptionnellement, cette absence de réponse peut être toutefois due à une panne des circuits d'émission/réception de la borne.
Les étapes de test fonctionnel sont mises en oeuvre après écoulement d'une temporisation (étapes 106, 108), par exemple de l'ordre d'une minute.
La borne émet alors (étape 110) un message d'interrogation à destination du module d'essai, ce message d'interrogation incluant le protocole spécifique (octet d'en-tête particulier) permettant au module d'essai de reconnaître qu'il s'agit d'un message d'interrogation qui lui est destiné et d'empêcher la reconnaissance de ce message d'interrogation par des objets portatifs environnants.
Si le test est correct (étape 112), c'est-à-dire si la borne détecte bien une réponse en retour en provenance du module d'essai, l'organigramme retourne à son point de départ, le cas échéant en indiquant une "fin de panne" au cas où, à l'itération précédente, le test n'aurait pas été correct (étapes 114, 116).
Si, en revanche, le test n'est pas correct, c'est-à-dire si la borne ne reçoit pas de réponse ou une réponse non conforme (signal dégradé par exemple), une alarme "début de panne" est donnée. Si le test précédent n'était pas non plus correct, l'organigramme boucle sur les étapes 110 et 112 d'exécution de test et d'analyse des résultats du test, jusqu'à obtenir un résultat satisfaisant ; cette dernière boucle évite toute tentative d'émission d'un message d'interrogation ou de traitement d'un objet portatif tant qu'il n'aura pas été remédié à la panne. L'organigramme de la figure 4 illustre le réglage automatique et adaptatif du circuit modulateur/démodulateur 16 de la borne.
La borne adresse tout d'abord au module d'essai une commande de génération d'un premier signal de forme particulière, par exemple un signal carré de rapport cyclique donné (étape 200). Le circuit 32 de la borne évalue ensuite de façon qualitative le cou-
10 plage pour ce signal particulier (étape 202) et, si la mesure obtenue n'est pas considérée comme satisfaisante, modifie l'un des réglages du modulateur/démodulateur 16 de la borne et du circuit accordé associé à la bobine 12 (étape 204). p- Si toutes les possibilités de réglage ont été épuisées (étape 206), ceci signifie que, malgré tous les réglages possibles, il n'est pas possible d'obtenir un couplage satisfaisant, et le lecteur est alors considéré comme non fonctionnel (étape 208). Il est alors immédiatement désactivé et une information de statut correspondant est émise vers le site distant i n pour requérir une maintenance.
Dans le cas contraire, la borne réitère au module d'essai sa commande de génération du signal particulier choisi (étape 200), et le processus se poursuit ainsi jusqu'à obtention d'un couplage satisfaisant, c'est-à-dire d'une mesure considérée comme correcte à l'étape 202.
^5 Ce processus est répété pour les autres réglages possibles du modulateur/démodulateur, dans des étapes 210 à 216 homologues des étapes 200 à 206 décrites plus haut. Si ces différents réglages ont permis d'obtenir in fine une mesure correcte (étape 212), c'est que le couplage est satisfaisant et optimisé, et le lecteur est alors considéré comme
20 fonctionnel (étape 18).
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Claims
1. Un système d'échange de données sans contact, dans lequel une communication bidirectionnelle non galvanique est établie par couplage inductif entre une borne (10) formant terminal d'émission-réception de données et un ou plusieurs objets portatifs (14) présents dans le champ d'action de cette borne, système caractérisé en ce qu'il comprend, associé à la borne, un module d'essai (20) comportant un circuit apte à coopérer avec la borne par couplage inductif de manière à émuler une communication avec un objet portatif situé dans ledit champ d'action, et en ce que la borne comprend des moyens de test fonctionnel, aptes à discriminer une communication avec le module d'essai, à détecter une bonne communication ou une communication défectueuse avec le module d'essai et à produire un signal de défaut en cas de communication défectueuse.
2. Le système de la revendication 1, dans lequel, la communication étant établie par émission de messages d'interrogation par la borne, réponse des objets portatifs à ces messages d'interrogation, et réception de cette réponse par la borne, les moyens de test fonctionnel discriminent une réponse reçue en provenance du module d'essai, détectent la réponse ou la non-réponse correcte du module d'essai à un message d'interrogation et produisent le signal de défaut en cas de non-réponse.
3. Le système de la revendication 1, dans lequel, la borne comprenant des moyens de réglage d'au moins un paramètre propre à influer sur ledit couplage inductif, les moyens de test fonctionnel comprennent des moyens (32) de mesure aptes à évaluer qualitativement, en cas de réponse du module d'essai, le couplage entre la borne et le module d'essai, ainsi que des moyens (32) de commande des moyens de réglage, opérant en réaction à des indications données par les moyens de mesure.
4. Le système de la revendication 1, dans lequel le circuit du modu-
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le d'essai est structurellement semblable au circuit correspondant d'un objet portatif.
5. Le système de la revendication 4, dans lequel le module d'essai est structurellement semblable à un objet portatif.
6. Le système de la revendication 4, dans lequel le circuit du module d'essai est un circuit téléalimenté par la borne.
7. Le système de la revendication 1, dans lequel les moyens de test fonctionnel sont activés de manière itérative.
8. Le système de la revendication 2, dans lequel les moyens de test fonctionnel sont inhibés en cas de détection d'une réponse d'un objet portatif à un message d'interrogation de la borne, ou en cas de détection de collision entre de telles réponses.
9. Le système de la revendication 2, dans lequel la discrimination opérée par les moyens de test fonctionnel est obtenue par émission d'un message d'interrogation propre par la borne, reconnaissable par le module d'essai et non par les objets portatifs.
10. Le système de la revendication 1, dans lequel le signal de défaut est un signal de téléalarme transmis à un site distant.
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