ES2284497T3 - Lector de identificacion de radiofracuencia de bajo consumo de energia. - Google Patents
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Abstract
Un sistema de lector de proximidad de radiofrecuencia de bajo consumo de energía que comprende: un lector (12) de etiquetas que funciona para detectar etiquetas de identificación mediante la evocación de una respuesta de identificación de etiquetas de identificación que se encuentren presentes dentro de un campo de detección de dicho lector; un detector secundario (20) que funciona como un detector de movimiento para detectar la entrada de un objeto, incluyendo el movimiento de ondulación de una mano por delante del lector de etiquetas, e incluyendo sin carácter limitativo la entrada de etiquetas de identificación en dicho campo de detección por medios distintos a la evocación de una respuesta de radiofrecuencia desde dicho objeto y para obtener una señal de control de habilitación en respuesta a dicha detección; unos medios (14) de fuente de alimentación de energía para suministrar energía de funcionamiento a dicho lector de etiquetas y a dicho detector secundario, cuyo detector y cuyo lector de etiquetas tienen cada uno un requisito de energía media de funcionamiento, seleccionándose dicho detector para tener un requisito de energía media de funcionamiento sustancialmente menor que dicho lector de etiquetas; y un conmutador (16) de control de energía caracterizado porque el conmutador (16) de control de energía normalmente mantiene desconectada a dicho lector de etiquetas, y funciona para activar dicho lector de etiquetas con el fin de transmitir señales de radiofrecuencia destinadas a evocar una respuesta de radiofrecuencia de etiquetas de identificación solamente durante un período limitado de tiempo suficiente para detectar una etiqueta de identificación si está presente en dicho campo de detección en respuesta a dicha señal de control de habilitación; de tal manera que se conserva energía de funcionamiento mediante la activación del lector de etiquetas solamente tras la entrada del objeto en el campo de detección del lector de etiquetas.
Description
Lector de identificación de radiofrecuencia de
bajo consumo de energía.
Este invento se refiere a lectores de
identificación de radiofrecuencia utilizados conjuntamente con
etiquetas de identificación en sistemas de acceso controlado, y
dirigido más particularmente a lectores de proximidad de bajo
consumo de energía adecuadas para funcionamiento alimentado por
batería.
Los sistemas de identificación de
radiofrecuencia (en adelante sistemas de RFID) han llegado a
alcanzar una utilización muy amplia e incluyen generalmente un
lector, instalado típicamente en un lugar fijo, y una población de
etiquetas portátiles de identificación (en adelante ID). Cada
etiqueta de ID contiene una unidad de transpondedor que devuelve
una respuesta codificada cuando se le interroga mediante una
transmisión de radiofrecuencia desde el lector. El lector envía
periódicamente una transmisión destinada a evocar una respuesta de
radiofrecuencia desde cualquier de las etiquetas de ID dentro del
alcance del lector. La respuesta de etiqueta incluye datos de
identificación codificados basada en los cuales el lector toma una
decisión para autorizar o denegar el acceso a las instalaciones
controladas. Los sistemas de RFID podrían usar etiquetas activas que
lleven su propia fuente de alimentación de energía eléctrica tal
como una batería, o etiquetas pasivas que no contienen fuente de
alimentación y que en su lugar se basan por completo en la energía
radiada por la unidad lectora. Los lectores de etiquetas pasivas
exploran continua o periódicamente la presencia de etiquetas pasivas
en las proximidades del lector mediante la transmisión de energía
que active cualquier etiqueta presente. Una etiqueta pasiva no
anuncia su presencia a no ser que sea activada por el lector.
Además, la etiqueta de ID pasiva requiere que se reciba suficiente
energía de radiofrecuencia que, cuando se convierta mediante la
etiqueta en una intensidad de corriente eléctrica, soporte el
funcionamiento de los circuitos electrónicos de la etiqueta. Por
consiguiente, el intervalo de funcionamiento del sistema
lector/etiqueta viene determinado en gran parte por la energía
transmitida por el lector, y la etiqueta de ID debe llegar a una
proximidad suficiente al lector para que se active la etiqueta. Por
esta razón a los lectores de etiquetas pasivas se les conoce también
como lectores de proximidad. Las etiquetas de proximidad
típicamente tienen unos requisitos de energía de funcionamiento
sustancialmente mayores que los lectores de etiquetas activas de
RFID de intervalo comparable, y el desarrollo de lectores de
proximidad portátiles alimentadas por batería se ha dificultado por
un excesivo consumo de energía en las baterías.
Existe una necesidad continua de lectores de
RDIF de menores requisitos de potencia de funcionamiento y, en
particular, de un lector de proximidad de baja potencia que se pueda
alimentar adecuadamente por baterías para uso portátil.
Se acusa recibo del documento
US-A-3859624 en el preámbulo de la
reivindicación 1.
El invento se especifica en las reivindicaciones
1 y 7.
El presente invento satisface la necesidad antes
mencionada mediante la provisión de un sistema de lector de
identificación de radiofrecuencia de bajo consumo de energía que
incluye un lector de etiquetas de RFID que funciona para detectar y
verificar la presencia de etiquetas de identificación presentes
dentro de un campo de detección del lector mediante la evocación de
una respuesta de radiofrecuencia de las etiquetas de
identificación, y un detector secundario que funciona para detectar
un cambio en el campo de detección del lector de etiquetas de RFID
que indique la entrada posible de una tarjeta de identificación en
el campo de detección del lector y obtener una señal de
habilitación que responda a dicho cambio. Mediante la detección de
tales cambios, el detector secundario sirve para detectar la entrada
de un objeto en el campo de detección, pero por otros medios
distintos que la evocación de una respuesta de radiofrecuencia desde
dicho objeto.
Se ha provisto una fuente de alimentación de
energía eléctrica para suministrar energía de funcionamiento para
el lector de etiquetas de RFID y para el detector secundario. El
detector y el lector tienen cada uno un requisito de energía media
de funcionamiento, y el detector secundario se selecciona de manera
que tenga un requisito de energía media de funcionamiento
sustancialmente menor que el lector. Un circuito de conmutación de
energía limita o corta normalmente la energía procedente de la
fuente de alimentación al lector de etiquetas de RFID mientras
alimenta al detector secundario. La máxima energía de funcionamiento
para el lector de etiquetas del RFID se habilita mediante el
circuito de conmutación de energía durante un período de tiempo
limitado en respuesta a la señal de habilitación con el fin de
verificar la presencia de una etiqueta de ID y, si es así, de
permitir el acceso a las instalaciones controladas. Como resultado,
el lector de RFID se relega a un ciclo de bajo servicio relativo al
detector secundario y la energía máxima o media de funcionamiento
del sistema de lector se conserva sólo haciendo funcionar brevemente
el lector de etiquetas de RFID tras la detección de un cambio
físico tal como un movimiento en el campo de detección del lector
que indique la presencia posible de una etiqueta de ID.
Aunque el sistema de lector de etiquetas de RFID
de baja energía de este invento no está limitado a cualquier tipo
particular de lector de RFID, se ha averiguado que resulta de
utilidad máxima con los lectores de etiquetas de proximidad o
pasivas, debido a sus requisitos de energía de funcionamiento
relativamente elevada. Por esta razón, en una forma preferida del
invento, el lector de RFID es un lector de proximidad destinado a
detectar la presencia de etiquetas de identificación pasivas.
El detector secundario no está limitado a
ninguna tecnología de detección en particular. Más bien, el
detector secundario debería elegirse de manera que consuma poca
energía en comparación con el lector de RFID con el fin de que se
puedan lograr significativos ahorros de energía mediante la
reducción del ciclo de trabajo del lector de RFID y fiándose en su
lugar del detector secundario la mayor parte del tiempo. El detector
secundario podría, a título de ejemplo y sin carácter limitativo,
seleccionarse del grupo comprendido por detectores pasivos por
infrarrojos, inductivos, capacitivos, por microondas o por
ultrasonidos. En general, el detector secundario funciona como un
detector de movimiento, dado que los cambios a los que responde se
ocasionan normalmente por el movimiento de objetos que no son
necesariamente etiquetas de ID. Un detector secundario preferido en
la actualidad es un detector pasivo por infrarrojos diseñado para
detectar cambios en el fondo de infrarrojos del campo de detección
del lector.
Se podrían optimizar ahorros de energía mediante
la limitación del funcionamiento del lector de RFID aproximadamente
al período de tiempo requerido para verificar la presencia de una
etiqueta de ID, es decir, para transmitir una señal de
interrogación de radiofrecuencia, recibir y descodificar una
respuesta de una etiqueta de ID si ésta se encuentra presente en el
campo de detección y, si se detecta una etiqueta de ID, ejecutar una
función de control de acceso tal como desenclavar una puerta y
luego volver a enclavarla. Tras la terminación de la función de
lectura de etiqueta o de la función de control de acceso, el lector
de etiquetas entrega como salida una señal de control de
inhabilitación o de desconexión al conmutador de control de energía
para devolver al lector de etiquetas al estado de espera de energía
limitada.
El invento se extiende también a un método de
hacer funcionar a un lector de etiquetas de identificación que
tiene un campo de detección, que comprende las etapas de situar al
lector de etiquetas de identificación en un estado de espera o
estado de reposo, detectar la introducción de un objeto en el campo
de detección, activar o despertar al lector de radiofrecuencia
durante un período de tiempo relativamente corto que al menos sea
suficiente para evocar una respuesta de una etiqueta de
identificación si está presente en el campo de detección, y
devolver al lector de proximidad de radiofrecuencia al estado de
espera o modo de reposo. La etapa de detectar podría incluir
detectar un cambio en una característica física dentro del campo de
detección tal como un cambio en la posición de un objeto que no
necesariamente sea una etiqueta de ID dentro del campo de detección
del lector de RFID. El cambio de posición podría hacerse mediante
una detección por infrarrojos, inductiva, capacitiva, por
ultrasonidos o por microondas.
La Figura 1 es un diagrama de bloques de un
sistema de identificación de radiofrecuencia de bajo consumo de
energía de acuerdo con este invento.
La Figura 2 presenta un sistema de lector de
RFID de bajo consumo de energía de acuerdo con este invento que se
caracteriza por un detector pasivo secundario de infrarrojos; y
La Figura 3 es un diagrama de una vista en
planta del sistema de lector de RFID de bajo consumo de energía de
la Figura 2, que ilustra el campo de detección de RFID y el campo
visual superpuesto pasivo de infrarrojos.
Con referencia al dibujo adjunto, la Figura 1
muestra en forma de un diagrama de bloques un sistema de etiquetas
de identificación de bajo consumo de energía designado en general
con números. El sistema de lector 10 incluye un lector 12 de
etiquetas de radiofrecuencia que podría ser cualquier tipo de lector
de radiofrecuencia, pero, por razones indicadas anteriormente en la
presente memoria, este invento es particularmente útil con lectores
de etiquetas de RFID de proximidad o pasivas debido a su mayor
consumo de energía en funcionamiento. El sistema de lector 1 se
alimenta con energía eléctrica para el funcionamiento mediante una
fuente de alimentación de energía eléctrica 14 conectada al lector
a través de un circuito o conmutador de control de energía 16. La
fuente de alimentación de energía 14 podría ser energía de una línea
de corriente alterna (en adelante c.a.), pero normalmente será una
fuente de alimentación por batería, puesto que el principal objeto
de este invento es habilitar el funcionamiento práctico por batería
del sistema de lector 10.
El lector 12 de etiquetas tiene una antena de
radiofrecuencia 18, dibujada con líneas transparentes en la Figura
2, que emite una señal de interrogación diseñada para evocar una
respuesta de las etiquetas de ID en suficiente proximidad al lector
12, y para recibir una señal de respuesta de radiofrecuencia
procedente de cualquiera de dichas etiquetas de ID. La antena o
sistema de antena del lector 12 de etiquetas tiene un campo de
detección S, representado por los arcos concéntricos en la Figura 3,
dentro del cual el lector de ID es capaz de evocar una respuesta de
las etiquetas de ID y también recibir la señal de respuesta de las
etiquetas. En el exterior del campo de detección, la intensidad de
la señal de interrogación podría ser insuficiente para evocar una
respuesta, o, si se evoca una respuesta, la intensidad de la señal
de respuesta en la antena 18 es demasiado débil para ser leída por
el lector 12. El alcance del lector 12 de etiquetas no sólo es
limitado en cuanto a la distancia de la antena, sino que el alcance
podría variar también con la dirección desde la antena, es decir,
la antena podría tener un diagrama direccional con máxima
sensibilidad en una dirección particular y sensibilidad decreciente
al alejarse de esa dirección. La direccionalidad del lector de
etiquetas se podría determinar adicionalmente no sólo mediante el
diagrama de radiación de la antena, sino también por el entorno
físico alrededor del lector. Si el sistema 10 del lector está
montado sobre una pared W como en la Figura 3, entonces el campo de
detección efectivo S está limitado al área por delante de esa pared,
porque las etiquetas de ID estarán presentes solamente en dicha
área y no detrás de la pared, incluso aunque el campo de
radiofrecuencia del lector de tarjetas pudiera de hecho extenderse a
través y detrás de la pared. Por consiguiente, el campo de
detección del lector 12 de etiquetas está limitado en alcance y
dirección por los diagramas de radiación y de recepción de señales
de radiofrecuencia y por el entorno físico alrededor del sistema 10
de lector como en las Figuras 2 y 3.
De acuerdo con este invento, se provee un
detector secundario 20 que tiene un campo visual W que generalmente
se solapa con el campo de detección S del lector 12 de etiquetas de
RFID. El detector secundario 20 actualmente preferido es un
detector de movimiento por infrarrojos (en adelante detector de PIR)
pasivo del tipo comúnmente utilizado en los sistemas de seguridad
de los hogares para encender la luz en respuesta a cambios en el
fondo de infrarrojos en el campo visual del detector, tal como el
movimiento del cuerpo de una persona por delante del detector de
PIR. La detección de este tipo se encuentra hoy disponible
comercialmente a un coste bajo. En las aplicaciones convencionales,
el detector de PIR obtiene una señal de salida que típicamente se
usa para disparar una alarma de seguridad o para conmutar
luces.
Cuando se realiza de acuerdo con este invento
como el detector secundario 20, un detector de PIR se dispone y
sitúa como en las Figuras 2 y 3 con respecto al lector 12 de RFID
con el fin de detectar, por ejemplo, la presencia de una mano que
haga ondular a una etiqueta de ID por delante del lector 12 de
etiquetas de RDIF. La señal de salida del detector secundario se
conecta como una señal de control de CONEXIÓN al circuito 16 de
conmutación de control de energía.
En un estado inicial de espera del lector 12 de
etiquetas, el conmutador 16 de control de energía está desconectado
para inactivar el lector 12 de RFID. Cuando un objeto que se mueve,
tal como la mano del portador de una etiqueta de ID, es detectado
por el detector secundario 20 de PIR, la señal resultante de control
de CONEXIÓN del detector secundario activa el conmutador 16 de
energía para suministrar energía eléctrica al lector 12 de RFID de
la fuente de alimentación 14, activando de ese modo al lector de
RFID. En este estado ahora activo, el lector 12 de etiquetas
funciona de una manera convencional y transmite una señal de
radiofrecuencia diseñada para evocar una respuesta de
radiofrecuencia de cualesquiera etiquetas de ID situadas dentro del
alcance del lector, y escucha cualquier respuesta de
radiofrecuencia procedente de las etiquetas de ID. Típicamente, el
lector 12 de etiquetas permanece conectada solamente durante la
duración necesaria para leer una etiqueta de ID. Si, transcurrido
un tiempo apropiado, la transmisión del lector no ha evocado ninguna
respuesta de etiqueta de ID, el lector entrega como salida una
señal de control de DESCONEXIÓN al conmutador de control de
energía, cortando de ese modo el suministro de energía y devolviendo
al lector a un estado de espera. Si el detector secundario ha
detectado realmente la entrada de la etiqueta de ID en el campo de
detección S, el lector 12 de etiquetas entonces ejecuta una función
de control de acceso para habilitar el acceso a la instalación
protegida, por ejemplo abriendo un enclavamiento eléctrico de puerta
y devolviendo a la instalación a una condición enclavada. Tras la
terminación del ciclo de control de acceso, el lector entrega como
salida la señal de control de DESCONEXIÓN al conmutador de control
de energía y se vuelve a un estado de espera. El lector 12 de
etiquetas funciona típicamente bajo el control de un
microprocesador, y la salida de la señal de control de DESCONEXIÓN
en el tiempo apropiado se lleva a cabo mediante la programación
adecuada del microprocesador.
El conmutador 16 de control de energía podría
funcionar para suspender solamente algunas funciones del lector de
RFID en lugar de desconectar completamente la alimentación al lector
de etiquetas. Podría no ser conveniente desconectar por completo el
lector 12 de etiquetas debido a que ciertas funciones de
inicialización del microprocesador requerirían reejecución tras
cada subida de energía. Por esta razón, la señal de control de
CONEXIÓN podría operar en su lugar para solicitar ciertas funciones
y subrutinas del microprocesador necesarias para detectar
activamente y leer las etiquetas de ID, manteniendo al mismo tiempo
al microprocesador en un estado de bajo consumo de energía en el
estado de espera del lector de etiquetas. Es decir, el estado de
espera del lector 12 de etiquetas es cualquier estado en el que el
consumo de energía del lector de etiquetas está limitado a menos de
sus requisitos de funcionamiento normal para detectar y leer
etiquetas de ID.
El tiempo de conexión del lector de RFID por
etiqueta de ID podría ser bastante corto, o del orden de unos pocos
segundos, dependiendo del tipo de acceso que se esté controlando.
Mediante la limitación del tiempo de conexión del lector de RFID en
esta modalidad, el ciclo de servicio del lector de RFID, es decir,
el tiempo de conexión del lector 12 de RFID con respecto al tiempo
de funcionamiento del sistema 10 de lector, se puede hacer muy
pequeño, reduciendo de ese modo enormemente el consumo de energía
del sistema combinado 10 de RFID/PIR y realizando un funcionamiento
práctico con batería de dichos lectores combinados. El lector
combinada 10 se podría empaquetar para cualquier aplicación
portátil o estacionaria, en cualquier alojamiento que pudiese
convenir a consideraciones prácticas y estéticas.
Los detectores pasivos de infrarrojos consumen
poca energía comparados con los detectores pasivos de RFID porque
el detector de PIR no emite una señal, sino que más bien responde a
la presencia de radiación emitida por un objeto o cuerpo cálido.
Sin embargo, la elección de un detector secundario no se limita a
los detectores de infrarrojos. Se dispone de otras tecnologías de
detección de movimiento que podrían adaptarse para los fines de
este invento. Por ejemplo, los detectores del tipo inductivo o
capacitivo se podrían implementar como el detector secundario 16
para detectar la entrada de un objeto en el campo de detección del
lector de RFID mediante la detección de cambios en la inductancia o
capacitancia en el ambiente próximo al lector. Similarmente, hay
disponibles detectores por ultrasonidos y microondas y pueden
sustituir al detector pasivo por infrarrojos 16. En general,
normalmente se preferirá una tecnología de detección pasiva tal como
una inductiva o capacitiva a una tecnología activa tal como la
detección de movimiento por ultrasonidos o microondas, porque
típicamente los detectores pasivos consumen menos energía
eléctrica. Para conseguir una sensibilidad y una fiabilidad
mayores, se podrían instalar múltiples detectores secundarios 16 y
conectarse en una lógica de puerta "O" de tal manera que el
lector de RFID se conecte si se activa cualquiera de los múltiples
detectores secundarios. Se podrían conectar también múltiples
detectores secundarios en una lógica de puerta "Y" de tal
manera que el lector de RFID se conecte solamente si todos los
detectores secundarios se activan para reducir falsas activaciones
del lector.
Aunque se ha descrito e ilustrado una
realización actualmente preferida del invento a título de ejemplo y
para mayor claridad, debe entenderse que a los expertos en la
técnica les resultarán evidentes muchos cambios, sustituciones y
modificaciones del mismo sin apartarse del alcance del presente
invento según se ha definido por las reivindicaciones
siguientes.
Claims (9)
1. Un sistema de lector de proximidad de
radiofrecuencia de bajo consumo de energía que comprende:
un lector (12) de etiquetas que funciona para
detectar etiquetas de identificación mediante la evocación de una
respuesta de identificación de etiquetas de identificación que se
encuentren presentes dentro de un campo de detección de dicho
lector;
un detector secundario (20) que funciona como un
detector de movimiento para detectar la entrada de un objeto,
incluyendo el movimiento de ondulación de una mano por delante del
lector de etiquetas, e incluyendo sin carácter limitativo la
entrada de etiquetas de identificación en dicho campo de detección
por medios distintos a la evocación de una respuesta de
radiofrecuencia desde dicho objeto y para obtener una señal de
control de habilitación en respuesta a dicha detección;
unos medios (14) de fuente de alimentación de
energía para suministrar energía de funcionamiento a dicho lector
de etiquetas y a dicho detector secundario, cuyo detector y cuyo
lector de etiquetas tienen cada uno un requisito de energía media
de funcionamiento, seleccionándose dicho detector para tener un
requisito de energía media de funcionamiento sustancialmente menor
que dicho lector de etiquetas; y
un conmutador (16) de control de energía
caracterizado porque el conmutador (16) de control de energía
normalmente mantiene desconectada a dicho lector de etiquetas, y
funciona para activar dicho lector de etiquetas con el fin de
transmitir señales de radiofrecuencia destinadas a evocar una
respuesta de radiofrecuencia de etiquetas de identificación
solamente durante un período limitado de tiempo suficiente para
detectar una etiqueta de identificación si está presente en dicho
campo de detección en respuesta a dicha señal de control de
habilitación;
de tal manera que se conserva energía de
funcionamiento mediante la activación del lector de etiquetas
solamente tras la entrada del objeto en el campo de detección del
lector de etiquetas.
2. El sistema de lector de la Reivindicación 1,
en el que dicho lector de etiquetas tiene un circuito transmisor y
un circuito receptor conectados a una antena para transmitir una
señal de interrogación de radiofrecuencia y descodificar una
respuesta devuelta por etiquetas de identificación que se encuentren
dentro de dicho campo de detección del lector de etiquetas.
3. El sistema de lector de la Reivindicación 1,
en el que dicho detector secundario es un detector pasivo por
infrarrojos.
4. El sistema de lector de la Reivindicación 1,
en el que dicho detector secundario se selecciona del grupo
comprendido por detectores por infrarrojos, inductivos,
electrostáticos, por microondas y por ultrasonidos.
5. El sistema de lector de la Reivindicación 1,
en el que dicho período limitado de tiempo es aproximadamente el
período de tiempo requerido para transmitir una señal de
interrogación de radiofrecuencia y recibir y descodificar una
respuesta de una etiqueta de identificación presente en dicho campo
de detección, y ejecutar una función de control de acceso por dicho
lector de etiquetas.
6. El sistema de lector de la Reivindicación 1,
en el que dicho lector de etiquetas provee una señal de control de
desconexión a dicho conmutador para devolver dicho lector de
etiquetas a un estado de energía limitada.
7. Un método de hacer funcionar un lector (12)
de proximidad de radiofrecuencia que tiene un campo de detección,
cuyo método comprende:
mantener en un estado de espera a dicho lector
de proximidad de radiofrecuencia;
detectar (20) el movimiento dentro de un campo
visual que generalmente se solapa con dicho campo de detección de
dicho lector de etiquetas; y caracterizado por;
mantener a dicho lector de proximidad de
radiofrecuencia en un estado de espera en el que dicho lector de
etiquetas está inhabilitado de efectuar emisiones de
radiofrecuencia;
activar dicho lector de radiofrecuencia en
respuesta a dicho movimiento para transmitir señales de
radiofrecuencia sólo durante un período de tiempo generalmente
suficiente para evocar una respuesta de una etiqueta de
identificación si ésta se encuentra presente en dicho campo de
detección; y
devolver a dicho estado de espera a dicho lector
de proximidad de radiofrecuencia.
8. El método de la Reivindicación 7, en el que
dicha etapa de detectar comprende detectar un cambio en una
característica de dicho campo de detección seleccionada de un grupo
que comprende un fondo de infrarrojos, reflectividad por
microondas, reflectividad por ultrasonidos, inductancia y
capacitancia.
9. El sistema de lector de cualquiera de las
Reivindicaciones 1 a 6, en el que el detector secundario (20)
funciona para detectar movimiento dentro de un campo visual que
generalmente se solapa con el campo de detección del lector (12) de
etiquetas.
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