ES2326186T3 - Lector de proximidad para escaneado de auto-sintetizacion. - Google Patents
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Abstract
Lector de proximidad (10) para un sistema de identificación de radiofrecuencia, teniendo el lector medios de generación de frecuencia (18) para generar una frecuencia de interrogación de etiquetas, un circuito de antena (14) conectado para emitir dicha frecuencia para interrogar a etiquetas de transpondedor, y un microprocesador (12) conectado a dicho circuito de antena para recibir y descodificar información de etiquetas de transpondedor, medios de sintonización de resonancia de antena (C1-C5) que comprenden una impedancia seleccionable (C2-C5) y un medio de programa de sintonización (12) que puede utilizarse para seleccionar valores de dicha impedancia y por tanto maximizar la señal emitida del transmisor en una frecuencia central y para almacenar dichos valores para referencia mediante dicho medio de programa de sintonización.
Description
Lector de proximidad para escaneado de
auto-sintetización.
Esta invención está relacionada con el campo de
los sistemas de identificación de radiofrecuencias (RFID) y en
particular se refiere a mejoras en los lectores de proximidad de los
RFID.
Los sistemas de identificación de
radiofrecuencias (RFID) incluyen sistemas pasivos en los cuales los
circuitos de identificación de las etiquetas son accionados
mediante energía irradiada por el lector, y etiquetas activas que
llevan una batería. Los sistemas pasivos de identificación tienden a
tener un rango de operación más corto debido a que la manipulación
de las etiquetas de identificación requiere de una potencia
suficiente del campo RF del lector. Los lectores de proximidad
pasivos típicos tienen un rango de operación relativamente corto,
de alrededor de dos pies o menos entre el lector y la etiqueta de
identificación. El rango de operación es, a menudo, un criterio
importante con respecto a la selección de un sistema de proximidad y
generalmente se desea detectar las etiquetas de identificación en
un rango algo mayor, tal como a cinco pies de distancia, para
alcanzar una mayor flexibilidad de posicionamiento de la unidad de
lectura o para cubrir un área más amplia con un solo lector.
El lector en un sistema pasivo de identificación
tiene un generador de frecuencia RF y un circuito sintonizado de
antena que establece un campo RF cercano al lector. Las etiquetas de
identificación pasivas carecen de un generador de frecuencia y en
su lugar, se comunican con el lector descargando el campo radiado
del lector según un patrón que es detectado por el lector y
decodificado en forma de datos de la etiqueta de identificación. La
etiqueta de identificación incluye un circuito transpondedor
integrado que se alimenta de la energía derivada del campo RF del
lector. La energía requerida por el transpondedor de la etiqueta se
recibe mediante un circuito de antena de la etiqueta sintonizado a
la resonancia pico de la frecuencia de transmisión del lector. El
rango efectivo de operación del sistema lector/etiqueta se
determina en parte por la eficiencia con la que la energía RF se
irradia por parte del lector y se recibe por la etiqueta. Esto exige
una sintonización adecuada de los circuitos resonantes de antena de
la etiqueta y del lector. En la práctica, sin embargo los factores
ambientales y las tolerancias de fabricación no permiten que se
alcance este ideal.
En los sistemas pasivos de identificación de
proximidad existentes tanto el lector como las etiquetas de
identificación se supone operen en una radiofrecuencia común única,
típicamente 125 kHz. Los materiales metálicos y dieléctricos en la
vecindad del lector y los cambios en la temperatura y humedad pueden
afectar la sintonización de los circuitos de antena en el lector,
resultando en una radiación no óptima del campo RF y una
transferencia reducida de la potencia del lector a las etiquetas.
Esto es, para etiquetas de identificación de una sensibilidad dada,
la etiqueta debe acercarse más al lector antes que se active el
transpondedor de la etiqueta debido a la transmisión debilitada del
lector. El circuito sintonizado de antena de las etiquetas se afecta
de manera similar por los factores ambientales y también por las
tolerancias de fabricación, las cuales pueden degradar el
comportamiento de la etiqueta desplazando la resonancia pico de la
etiqueta fuera de la correspondiente frecuencia de operación del
lector. Si la sintonización de la etiqueta está fuera de frecuencia,
el rango de operación del sistema de proximidad se reduce
nuevamente debido a una disminución de la sensibilidad de la
etiqueta y a una carga reducida del campo RF del lector. La
eficiencia de la etiqueta puede mejorarse al utilizar componentes de
alta precisión, pero tal precisión es costosa. Los componentes con
una tolerancia del 5% son menos costosos que los componentes del 1%
y los componentes con una tolerancia del 10% son todavía menos
costosos. Como las etiquetas de identificación se utilizan
frecuentemente en grandes cantidades, es preferible mantener los
costos unitarios de las etiquetas tan bajos como sea posible.
Para poder acomodar la variación de frecuencia
tanto en el lector de proximidad como en las etiquetas de
identificación, la práctica actual consiste en utilizar circuitos
de antena de baja Q (coeficiente de resonancia del circuito) en el
lector. Los circuitos resonantes (tanques) de baja Q tienen una
respuesta de frecuencia más amplia, pero a costas de una
sensibilidad reducida a la frecuencia central de los circuitos de
antena. La respuesta más amplia le permite al lector detectar las
etiquetas fuera de frecuencia pero en un nivel de eficiencia menor
del sistema, esto es, con una menor sensibilidad, de manera que las
etiquetas deben estar más próximas al lector antes de ser
detectadas. El documento US 5.371.490 revela un sistema de
prevención de robos que utiliza estas etiquetas.
Existe una necesidad permanente de mayor
efectividad con respecto a los lectores de proximidad, de manera
que éstos sean capaces de detectar las etiquetas de identificación
pasivas en un rango mayor y en particular de mayor fiabilidad en la
detección de etiquetas de identificación fuera de frecuencia.
La invención presente brinda un lector de
proximidad tal como se define en la Reivindicación 1.
El lector puede incluir las características de
una o más de las Reivindicaciones dependientes de la 2 a la 33.
Esta invención intenta satisfacer la necesidad
antes mencionada aportando un lector de proximidad mejorado con
capacidad de auto-sintonización, que ignore las
influencias ambientales sobre la sintonización del circuito de
antena del lector y que tenga la capacidad de escaneado de
frecuencia para mejorar la detección de etiquetas de identificación
fuera de frecuencia. El lector mejorado puede utilizar circuitos de
antena de alta Q para una mayor sensibilidad sin excluir las
etiquetas fuera de frecuencia. De esta forma se puede lograr el
escaneado de un rango de frecuencias relativamente amplio con una
mayor sensibilidad respecto al rango escaneado, en comparación con
la posibilidad de los circuitos de antena de banda ancha y baja Q;
esto trae como consecuencia una eficiencia global del sistema
marcadamente superior.
De acuerdo con esta invención un lector de
proximidad para un sistema de identificación de radiofrecuencia
tiene un generador de frecuencia para generar una frecuencia central
y un número de frecuencias laterales, un circuito de antena
conectado para la radiación de la frecuencia central y las laterales
para interrogar las etiquetas transpondedoras, un microprocesador
conectado al circuito de antena para recibir y decodificar
información de las etiquetas transpondedoras, un circuito de
sintonización de la resonancia de la antena que incluye una
impedancia de sintonización a elección en el circuito de antena y un
programa de sintonización para elegir los valores de la impedancia
de sintonización que permitan optimizar sustancialmente la
reactancia del circuito de antena tanto en la frecuencia del centro
como en las laterales. Los valores seleccionados se almacenan en
memoria para su referencia mediante un programa de escaneado de
frecuencias. La impedancia elegible puede incluir un número de
capacitancias equilibradas de forma binaria asequibles por parte del
microprocesador, y los valores de impedancia pueden ser almacenados
como una tabla de direcciones accesible por parte del
microprocesador bajo control del programa de escaneado para
conectar las capacitancias deseadas al circuito de antena.
Preferiblemente, el programa de sintonización se ejecuta al
encender inicialmente el lector y luego lo hace periódicamente para
evaluar regularmente y compensar cualquier cambio en la resonancia
pico del circuito de antena debido a factores ambientales.
El programa de escaneado de frecuencias es
viable para ejecutar una secuencia de escaneado de frecuencias que
incluye la conexión secuencial del generador de frecuencia a través
de cada una de la frecuencia central y las laterales, mejorando por
tanto el rango de interrogación de las etiquetas de transducción
fuera de frecuencia. Las frecuencias laterales se seleccionan en
cualquiera de los lados de la frecuencia central, en un rango de
frecuencias suficiente como para incluir las etiquetas de
identificación fuera de frecuencia, identificadas por el sistema de
identificación de proximidad. El programa de escaneado es además
viable para la interrupción de la secuencia de escaneado de
frecuencia al detectar, mediante el microprocesador, una respuesta
de la etiqueta transpondedora y para reanudar la secuencia de
escaneado una vez completada la respuesta.
En una forma de la invención el generador de
frecuencia es un sintetizador de frecuencia basado en el reloj
interno del microprocesador, controlado por cristales, y que incluye
un divisor de frecuencia de relojería controlado por los medios del
programa de sintonización para establecer tanto la frecuencia
central deseada como las laterales. En esta realización el programa
de sintonización y el programa de escaneado establecen las
frecuencias de operación deseadas mediante el control de síntesis de
frecuencia por parte del microprocesador. La impedancia del
circuito de antena se ajusta de manera que se pueda obtener un pico
resonante a cada frecuencia de operación deseada y cada frecuencia
deseada se almacena en memoria en asociación con el valor de la
impedancia de la antena requerido para alcanzar la resonancia
pico.
En otra forma de la invención el circuito de
sintonización de resonancia de la antena incluye un circuito
detector de pico operativo para modificar una frecuencia de salida
del generador de frecuencia y el programa de sintonización es
operativo para seleccionar un valor de la impedancia elegible
efectiva para llevar la frecuencia de salida a una frecuencia
deseada de manera tal que la reactancia del circuito de antena se
optimice a la frecuencia deseada. En esta realización, el
microprocesador y el programa de sintonización son operativos para
medir la frecuencia de salida y para almacenar un valor de
impedancia asociado con la frecuencia deseada. La frecuencia
deseada puede incluir múltiples frecuencias en cuyo caso, el
programa de sintonización es operativo para almacenar una tabla de
valores de impedancia tales como los valores de capacitancia en la
forma de direcciones de conmutación que se corresponden con cada
una de las frecuencias múltiples. Las frecuencias múltiples incluyen
la frecuencia central y las laterales del lector. El generador de
frecuencias y el detector del pico pueden estar colocados en un
dispositivo de circuito integrado común externo al
microprocesador.
Aunque lo apropiado es que la característica de
sintonización automática y la característica de escaneado de
frecuencia de esta invención puedan implementarse en un lector de
proximidad en particular, también se tiene en cuenta que cada una
de estas características puede ser implementada por separada, ya que
cada una puede constituir una contribución independiente al
comportamiento del lector.
La Figura 1 es un diagrama de bloques que
muestra un primer diseño del lector mejorado;
La Figura 2 es un diagrama de flujo que incluye
las secuencias de sintonización automática y de escaneado de
frecuencia; y
La Figura 3 es un diagrama de bloques que
muestra un segundo diseño del lector mejorado.
Con respecto a los dibujos, la Figura 1 es un
diagrama de bloques esquemático de un lector de proximidad mejorado
de acuerdo a una primera realización de esta invención. El lector
generalmente designado por el numeral 10 incluye un procesador
digital 12, una antena en espiral 14, a un capacitor principal de
sintonización 16 conectado en paralelo con la antena para formar un
circuito resonante de antena, un generador de frecuencia que incluye
el oscilador de antena 18 y un circuito detector de pico 20. La
radiofrecuencia se sintetiza con el procesador 12 dividiendo la
frecuencia del reloj controlado por cristales, por ejemplo, 1 Mz,
del procesador. Esta salida sintetizada de frecuencia se conecta
vía la línea de control de frecuencia 24 para guiar al oscilador 18
que opera como un búfer. La salida del oscilador 18 dirige el
circuito de la antena (tanque). El detector de pico 20 incluye un
convertidor analógico a digital que convierte el voltaje pico RF en
el circuito de antena a una entrada digital 26 al procesador 12. La
frecuencia RF de salida se determina mediante el software contenido
en el procesador 12 y puede cambiarse bajo control de este software
según se requiera.
El capacitor escalonado 22 incluye cuatro
capacitores suplementarios C1-C4 cada capacitor
puede añadirse en paralelo al capacitor principal de sintonización
16 mediante los interruptores correspondientes S1-S4
asequibles individualmente por parte del procesador 12. Los valores
de los capacitores C1-C4 se equilibran de forma
binaria, esto es, en proporción a 1,2,4,8 de manera que pueda
añadirse en paralelo al circuito resonante de antena, un valor
suplementario de capacitancia de 0 a 15C_{x}, para un total de 16
valores de capacitancia diferentes elegibles en incrementos iguales
a C_{x}, al cerrar una combinación apropiada de interruptores
S1-S4.
El procesador 12 corre bajo control de
instrucciones de un programa almacenado que incluye un programa de
sintonización o de sintonización automática y un programa de
escaneado de frecuencia, ilustrados mediante el diagrama de flujo
de la Figura 2. El programa de sintonización automática se ejecuta
previa activación e incluye un procedimiento previo de calibración
mediante el cual se sintoniza el circuito resonante de antena a la
resonancia pico y a la frecuencia principal deseada del lector. En
esta secuencia el circuito de antena se sintoniza para su
resonancia a la frecuencia deseada operacional RF, por ejemplo 125
kHz.
Este es un proceso de aproximación sucesiva en
el cual la capacitancia se ajusta para obtener un pico resonante a
la frecuencia actual, por ejemplo 125 kHz. Los valores originales de
la antena en espiral y del capacitor principal de sintonización se
eligen de manera tal que en una condición inicial del circuito con
los interruptores S1-S4 abiertos, la frecuencia
pico resonante del circuito de antena (tanque) esté por encima de la
frecuencia de operación deseada. Esto se logra cerrando las
combinaciones apropiadas de los interruptores S1-S4
por parte del procesador 12 controlado por software, en una serie
de iteraciones, añadiendo cantidades incrementadas de capacitancia
hasta que se detecte un pico RF de voltaje a la frecuencia
deseada.
El pico de resonancia se detecta monitoreando
mediante software la salida digital del convertidor A/D del
circuito 20 del detector de pico. El pico puede detectarse midiendo
el voltaje RF en aumento a medida que la capacitancia se añade
gradualmente seguido de una disminución. Cuando se detecta la
disminución, se sustrae la cantidad de capacitancia añadida en el
último paso antes de la disminución, dando un paso atrás en efecto,
para restaurar el circuito de antena al voltaje pico. El circuito de
antena se calibra ahora para su resonancia a la frecuencia de
operación principal o central, maximizando por tanto la potencia del
campo RF del lector a la frecuencia deseada.
Un segundo aspecto de la invención busca
compensar las inexactitudes de la respuesta de frecuencia de las
etiquetas de identificación a ser detectadas por el lector 10. Tal
como se explicó anteriormente, las etiquetas de identificación
tienen circuitos resonantes de antena que deben alcanzar la
resonancia pico a la frecuencia operacional de la unidad de lectura
para un comportamiento óptimo del sistema. La operación fuera de
frecuencia de las etiquetas de identificación puede ser causada
temporalmente por influencias ambientales transitorias, tales como
cambios de temperatura o la proximidad a objetos metálicos, o puede
ser el resultado permanente de errores de tolerancia en los
componentes utilizados en la fabricación de las etiquetas de
identificación. Las etiquetas fuera de frecuencia generalmente
alcanzan el pico a una frecuencia solo ligeramente desplazada de la
frecuencia operacional esperada del sistema, y usualmente son
detectables todavía por el lector de proximidad que funciona a la
frecuencia operacional esperada. Sin embargo, el rango de detección
al que tales etiquetas pueden ser leídas disminuye, debido a que el
circuito de antena de la etiqueta resuena a otra frecuencia
diferente de la correspondiente a la frecuencia de transmisión del
lector. Esto exige que la etiqueta se acerque a la antena del
lector antes de que se alcance una potencia suficiente del campo RF
para accionar el transpondedor de la etiqueta.
Para enfrentar este problema se almacena un
programa de escaneado de frecuencia para ejecutarse mediante el
procesador 12. La implementación de la característica de escaneado
conlleva la selección de un número de frecuencias laterales, que
normalmente residen en intervalos sobre y por debajo de la
frecuencia central de operación del lector. Las frecuencias
laterales se eligen de manera que cubran un rango suficiente de
frecuencias que incluya las posibles frecuencias pico de las
etiquetas de identificación fuera de frecuencia. Las frecuencias
pico de una población de etiquetas usualmente sigue una curva de
distribución de campana. La mayoría de las etiquetas se agrupan
cerca de su frecuencia esperada de operación mientras que un número
menor de etiquetas caerá fuera de esta frecuencia. Así que para una
frecuencia central estándar de 125 kHz, las frecuencias laterales
de 121 kHz y 123 Khz pueden elegirse por debajo de la frecuencia
central y las frecuencias laterales de 127 kHz y 129 kHz por encima
de la frecuencia central para un rango escaneado de frecuencias de 8
kHz. Las etiquetas sintonizadas algo por debajo de los 121 kHz y
por encima de los 129 kHz puede leerse también con una sensibilidad
disminuida, pero mucho mejor que la que se obtendría con un lector
de proximidad convencional que opere a la frecuencia única de 125
kHz. Estas frecuencias se presentan solamente como ejemplo por lo
que pueden elegirse frecuencias mayores o menores como frecuencias
laterales.
El lector podría operarse a frecuencias
múltiples sin el ajuste correspondiente a la sintonización del
circuito de antena del lector, por ejemplo utilizando un circuito
de antena de Q baja. Tal implementación es ventajosa aún sobre los
lectores convencionales de frecuencia única en la detección de
etiquetas fuera de frecuencia, porque el proceso de escaneado busca
las tarjetas a frecuencias múltiples para encontrar la frecuencia a
la cual cada etiqueta en particular tiene una mejor respuesta. No
obstante, esta implementación sería menor que la potencia óptima RF
de transmisión a algunas de estas frecuencias que son eliminadas de
la frecuencia de pico resonante del circuito de antena. Para
superar esto, la secuencia de sintonización automática se extiende
para incluir una determinación de los valores de capacitancia
suplementaria necesitados para lograr la resonancia pico del
circuito de antena a cada una de las frecuencias a escanear, esto es
a las frecuencias central y laterales. Con este objetivo, las
frecuencias son almacenadas como parte de las instrucciones del
programa de sintonización automática, ejecutándose una secuencia de
sintonización automática para cada una de las frecuencias. El
resultado del procedimiento completo de sintonización tanto a la
frecuencia central como a las laterales es una tabla (base) de
datos de valores de capacitancia equiparados a cada una de las
frecuencias. Esta tabla se almacena en la memoria del procesador y
se comunica mediante programa de escaneado para mantener la
resonancia de la antena durante la secuencia de escaneado.
La secuencia de escaneado de la frecuencia
incluye la interrogación secuencial de las etiquetas a cada una de
las frecuencias central y laterales seleccionadas en lugar de
interrogar convencionalmente a una sola frecuencia de operación del
lector. Se hace un escaneado a cada una de las frecuencias. Cada
escaneado se lleva a cabo sintetizando la frecuencia en particular
y cerrando la combinación de conmutadores correspondiente recuperada
de la tabla de datos almacenada, esperando un período breve para
que la frecuencia se estabilice para luego escuchar una respuesta
por parte de una etiqueta de identificación. Si dentro de una
ventana apropiada de escucha se verifica la respuesta de una
etiqueta por parte del procesador 12, se interrumpe la secuencia de
escaneado hasta completar la respuesta de la etiqueta. La respuesta
de la etiqueta puede considerarse complete si no se recibe una
señal válida y se decodifica por parte del procesador 12 después de
un intervalo de tiempo preestablecido. Si no se recibe una
respuesta válida de una etiqueta dentro de la ventana de escucha
asignada, o después de la compleción de una respuesta válida de la
etiqueta, se realiza otro escaneado a la próxima frecuencia en la
tabla de datos almacenada. Durante la operación normal del lector 10
se corren continuamente escaneados sucesivos reciclando todas las
frecuencias en la tabla, ya sea la central o las laterales, lo que
se interrumpe únicamente debido a la resintonización periódica del
circuito de antena.
En la forma preferida de esta invención, la
secuencia de calibración de la frecuencia central de la antena se
repite periódicamente durante la operación del lector, por ejemplo,
cada diez segundos, para compensar los cambios en el entorno del
lector que pudieran afectan la sintonización del circuito de antena
del lector. Durante la re-calibración el valor de
la capacitancia suplementaria requerida durante la última
calibración previa, se compara con la capacitancia suplementaria
requerida por la calibración presente. Si estos valores son iguales
entonces se concluye que no han ocurrido cambios ambientales que
afecten la sintonización de la antena y la secuencia de
re-calibración termina en ese punto. Si por otra
parte se encuentra que los valores de la capacitancia suplementaria
han cambiado, entonces la secuencia de
re-calibración continúa para resintonizar también
la resonancia pico de la antena para cada una de las frecuencias
laterales a escanear.
La secuencia de re-calibración
se ejecuta por parte del procesador 12 en un tiempo breve, esto es
milisegundos, y normalmente no interfiere con la detección de las
etiquetas de identificación ya que la presencia de la etiqueta en
el campo próximo al lector es normalmente mucho más prolongada que
el tiempo de calibración. Como resultado, se maximiza
sustancialmente la potencia de la señal radiada del lector a una
frecuencia operacional dada, independientemente de los cambios en
el entorno del lector, incluyendo cambios de relativa corta duración
que duran algunos segundos, tales como personas o vehículos que
pasan cerca del lector, así como cambios a más largo plazo tales
como las variaciones de temperatura.
Durante la ejecución de la secuencia de
escaneado de frecuencia, el escaneado de frecuencia se logra
simplemente al conectar de manera secuencial cada valor de
capacitancia almacenado en el circuito de antena operando los
conmutadores S1-S4 y estableciendo la frecuencia
apropiada de salida. El establecimiento de la frecuencia
correspondiente de salida ocurre muy rápidamente y no introduce una
demora significativa en la secuencia de escaneo. Típicamente cada
frecuencia se escanea en unos 5-10 milisegundos. Un
ciclo completo de escaneado de frecuencia a todas las frecuencias
seleccionadas se realiza en un tiempo muy inferior al tiempo típico
de presencia de una etiqueta de identificación en el campo sensor
del lector de proximidad, de manera que no se pierde ninguna
lectura de etiquetas debido al proceso de escaneo.
En la reivindicación de la Figura 1 el
procesador digital 12 se activa para sintetizar la frecuencia de
salida del lector, para realizar la detección del pico y para
llevar a cabo otros procesamientos de datos asociados con la
codificación de la salida del lector en una forma convencional de
interrogación de etiquetas de identificación y de decodificación de
datos a partir de las respuestas de la etiqueta. Debido a la carga
de procesamiento relativamente pesada, se selecciona un
microprocesador de alta eficiencia para utilizarlo como procesador
12. El dispositivo preferido actualmente es un procesador AT90S4414
RISK.
\newpage
La Figura 3 es un diagrama de bloque de una
segunda realización de esta invención. El lector 30 aprovecha un
circuito integrado comercialmente disponible, TEMEC U2270. Este
circuito integrado combina un oscilador de radiofrecuencia con un
circuito detector de pico y ajusta automáticamente su frecuencia de
salida a la frecuencia de pico resonante del circuito de antena. No
hay control externo sobre la salida de la frecuencia y por esta
razón el generador de frecuencia y el detector de pico se muestran
como un bloque único 32 en la Figura 3. El circuito integrado 32
tiene una salida de la frecuencia RF 34 conectada para dirigir el
circuito de antena y una entrada RF sensora de voltaje 36 conectada
también al circuito de antena para medir la amplitud de la señal RF
en el circuito de antena (tanque). El circuito integrado 32 tiene
también una línea de retroalimentación de frecuencia 38 conectada a
un reloj del procesador digital 40 que mide la frecuencia de salida
del circuito integrado 32 tomándole el tiempo a la onda de salida
(sinusoide) de extremo a extremo.
El uso del circuito integrado 32 y en particular
del dispositivo TEMEC U2270 es convencional en lectores de
proximidad, pero en lectores convencionales la frecuencia de salida
se fija inicialmente por parte del fabricante ajustando una espiral
de antena variable o capacitor para equiparar la frecuencia a la
cual se sintonizan las etiquetas de identificación. Luego sin
embargo, el lector está sujeto a influencias ambientales que pueden
hacer que este se desplace de su frecuencia inicial prefijada. Por
ejemplo, si el lector se monta cerca de una masa metálica de gran
tamaño cambia la frecuencia resonante del circuito de antena. Esto
hace que el circuito integrado 32 modifique su frecuencia de salida
para equipararse a la nueva frecuencia resonante del circuito de
antena y entonces el lector convencional continúa operando a esta
nueva frecuencia ajeno a la frecuencia de la etiqueta de
identificación. El resultado consiste en una disminución marcada de
la sensibilidad del lector y un comportamiento pobre del
sistema.
En el lector novedoso 30 de la Figura 3, por
otra parte, el procesador 40 mantiene un control positivo sobre la
frecuencia de salida del circuito integrado 32. Esto se logra
midiendo la frecuencia de salida tal como se explicó y forzando al
circuito integrado 32 a ajustar su frecuencia de salida controlando
la frecuencia de pico resonante del circuito de antena. Este último
objetivo se alcanza añadiendo una capacitancia suplementaria
paralela apropiada al circuito de antena accionando los conmutadores
S1-S4 hasta que la resonancia pico del circuito de
antena se desplace a la frecuencia deseada. Esto será detectado por
el procesador 40 midiendo la salida de la frecuencia del circuito
integrado 32 que seguirá a la frecuencia de pico resonante del
circuito de antena. Esto es, la frecuencia de salida del circuito
integrado 32 es controlada indirectamente al desplazar la frecuencia
resonante del circuito de antena.
En esta segunda realización de la invención
tanto la resonancia pico de la antena y la frecuencia de salida
pueden fijarse a una frecuencia deseada simplemente eligiendo un
valor correspondiente de la capacitancia suplementaria mediante los
interruptores S1-S4. Consecuentemente, el lector 30
se sintoniza plenamente a una frecuencia particular cerrando la
combinación apropiada de estos interruptores. La calibración
primaria del lector 30 incluye encontrar el valor de la
capacitancia suplementaria que obligará al circuito integrado 32 a
ejecutar la salida deseada de la frecuencia de operación del lector,
y esto hecho bajo el control de una programación apropiada del
procesador 40. De forma similar, el lector puede calibrarse para un
número de frecuencias laterales adicionales que serán escaneadas
para identificar etiquetas de identificación fuera de resonancia.
La calibración de las frecuencias laterales es similar a la
calibración de la frecuencia central. Los valores de la
capacitancia suplementaria correspondientes a cada una de estas
frecuencias en la forma de direcciones de conexión, se almacena en
una tabla a la que tendrá acceso un programa de escaneado que sirve
el mismo propósito que el programa de escaneado de frecuencias
descrito con respecto a la primera realización. El programa de
escaneado de frecuencias en esta segunda realización es
esencialmente tal como se describió anteriormente en relación con
la primera realización, excepto en que las frecuencias se establecen
simplemente fijando los conmutadores S1-S4 de
acuerdo con la tabla almacenada sin necesidad de tener que almacenar
otros datos de frecuencias.
En esta realización gran parte de la generación
de frecuencia RF y del procesamiento es realizado por el circuito
integrado 32 lo que permite la elección de un dispositivo
microprocesador menos potente para usarlo como procesador 40. Un
microprocesador preferido en la actualidad es un dispositivo ATMEL
89C55, que es una variante del microprocesador 8051. Otros
fabricantes de semiconductores ofrecen diversas variantes
relacionadas del mismo dispositivo.
La implementación detallada del circuito de
antena y de los programas automatizados de sintonización de
frecuencia en cada una de las dos realizaciones descritas, puede
variar considerablemente aún cuando ambas alcanzan los objetivos
anteriormente establecidos. No se necesita aquí ninguna información
detallada de los programas ya que tal programación solo requiere de
una destreza ordinaria de parte de las personas competentes y
familiarizadas con la programación convencional de los
microprocesadores utilizados por los sistemas existentes de los
lectores de proximidad.
Se han descrito e ilustrado reivindicaciones
particulares de la invención con el objetivo de ganar en claridad y
a manera de ejemplo solamente. Para los expertos en la técnica se
harán aparentes muchos cambios, sustituciones y modificaciones a
las realizaciones descritas, sin que por esto se aparten del alcance
de esta invención tal como se define en las reivindicaciones
siguientes.
\vskip1.000000\baselineskip
\bullet US 5371490 A
Claims (33)
1. Lector de proximidad (10) para un sistema de
identificación de radiofrecuencia, teniendo el lector medios de
generación de frecuencia (18) para generar una frecuencia de
interrogación de etiquetas, un circuito de antena (14) conectado
para emitir dicha frecuencia para interrogar a etiquetas de
transpondedor, y un microprocesador (12) conectado a dicho circuito
de antena para recibir y descodificar información de etiquetas de
transpondedor, medios de sintonización de resonancia de antena
(C1-C5) que comprenden una impedancia seleccionable
(C2-C5) y un medio de programa de sintonización
(12) que puede utilizarse para seleccionar valores de dicha
impedancia y por tanto maximizar la señal emitida del transmisor en
una frecuencia central y para almacenar dichos valores para
referencia mediante dicho medio de programa de sintonización.
2. Lector según la reivindicación 1 en el que el
menú de programa de sintonización puede utilizarse para maximizar
la señal emitida también en frecuencias laterales.
3. Lector según la reivindicación 1 o 2, en el
que dicha impedancia seleccionable (C1-C5) es una
pluralidad de capacitancias accesibles por dicho microprocesador
(12).
4. Lector según la reivindicación 3 en el que
dichos valores de impedancia son almacenados como una tabla de
direcciones representativas de dichas capacitancias
(C1-C5).
5. Lector según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que dichas capacitancias
(C2-C5) son ponderadas de forma binaria.
6. Lector según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que dicha frecuencia está determinada
por un software que se ejecuta en dicho microprocesador y comprende
además un circuito detector de picos utilizado para proporcionar
una entrada a dicho microprocesador representativa de un pico de
tensión en dicho circuito de antena, dicho medio de programa de
sintonización siendo utilizado para seleccionar dicha impedancia
para sintonizar dicho circuito de antena a la resonancia pico a una
frecuencia de operación deseada de dicho lector.
7. El lector de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes en donde la impedancia seleccionable y
dicho medio de programa de sintonización se utilizan para optimizar
la reactancia de dicho circuito de antena para señal radiada máxima
a dicha frecuencia.
8. El lector de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes en donde la impedancia seleccionable y
dichos medio de programa de sintonización se utilizan para
modificar dicha frecuencia para obtener una resonancia pico de dicho
circuito de antena.
9. El lector de la reivindicación 8 que
comprende además un circuito detector de pico que se usa para
modificar una frecuencia de salida de dichos medios generadores
para obtener una resonancia pico del circuito de antena, y dicho
medio de programa de sintonización se utiliza para seleccionar un
valor de dicha impedancia efectivo para llevar dicha frecuencia de
salida a una frecuencia deseada tal que la reactancia de dicho
circuito de antena se optimiza a dicha frecuencia deseada.
10. El lector de la reivindicación 9, en donde
dicho microprocesador y dicho medio de programa de sintonización se
usan para medir dicha frecuencia de salida y para almacenar un valor
de dicha impedancia asociado a dicha frecuencia deseada.
11. El lector de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes en donde dicha impedancia seleccionable
comprende una escala de capacitancia y una pluralidad de
interruptores accesibles por dicho microprocesador.
12. El lector de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes en donde dicha frecuencia incluye una
pluralidad de frecuencias, y dicho medio de programa de
sintonización se utiliza para almacenar una tabla de valores de
impedancia correspondientes a dicha pluralidad de frecuencias.
13. El lector de la reivindicación 12 en donde
dicha pluralidad de frecuencias comprende una frecuencia central y
una pluralidad de frecuencias laterales.
14. El lector de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes en donde dichos medios de programa de
sintonización se ejecutan en el encendido inicial del lector para
compensar el impacto ambiental en la resonancia del circuito de
antena.
15. El lector de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes en donde dichos medios de programa de
sintonización se ejecutan a intervalos periódicos durante el
funcionamiento del lector de modo que la reactancia del circuito de
antena sea resintonizada para compensar los cambios en el impacto
ambiental sobre la resonancia del circuito de antena durante el
funcionamiento del lector.
\newpage
16. El lector de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en las que dicho generador de
frecuencia es interno a dicho microprocesador e incluye un reloj de
cuarzo y un divisor de frecuencia de reloj controlado por dichos
medios del programa de sintonización para establecer dicha
frecuencia central y dichas frecuencias laterales.
17. El lector de proximidad de cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 15, en el que dicho generador de frecuencia es
exterior a dicho microprocesador e incluye dicho circuito detector
de pico en un dispositivo de circuito integrado común.
18. El lector de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, que además comprende medios de
programa de escaneado operativos para ejecutar una secuencia de
escaneado que incluye conmutar secuencialmente dicho generador de
frecuencia a través de una pluralidad de frecuencias e interrogar
etiquetas de transpondedor en cada una de dichas frecuencias
central y laterales para mejorar por ello el campo de interrogación
de etiquetas de transpondedor de frecuencia desplazada.
19. El lector de la reivindicación 18, en el que
dichos medios de programa de escaneado son además operativos para
interrumpir dicha secuencia de escaneado ante la detección por dicho
microprocesador de una respuesta de una etiqueta de transpondedor a
cualquiera de dichas frecuencias y para reiniciar dicha secuencia de
escaneado una vez se ha completado dicha respuesta.
20. El lector de proximidad de las
reivindicaciones 18 y 19, en el que dicha pluralidad de frecuencias
comprende una frecuencia central y una pluralidad de frecuencias
laterales.
21. El lector de las reivindicaciones 18 a 20,
en el dichos medios de sintonización de resonancia de antena y
medios de programa de sintonización son operativos para seleccionar
y almacenar valores de dicha impedancia a cada una de dicha
pluralidad de frecuencias, y comprendiendo además medios para
conectar cada uno de los valores de impedancia seleccionados a
dicho circuito de antena a una correspondiente de dichas frecuencias
de salida para por ello optimizar sustancialmente la reactancia de
dicho circuito de antena y maximizar el campo operacional del
transmisor a cada una de dicha pluralidad de frecuencias.
22. El lector de proximidad de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que dicha impedancia
seleccionable comprende una capacitancia de sintonización variable
accesible en dicho circuito de antena y dicho medio de programa de
sintonizador es operativo para acceder a dicha capacitancia de
sintonización y detectar una amplitud de señal en dicho circuito de
antena a diferentes valores de capacitancia de dicha capacitancia
para construir por ello una tabla de direcciones representativa de
valores de capacitancia que dan una amplitud de señal óptima en
dicho circuito de antena, para optimizar con ello el campo operativo
del lector.
23. El lector de la reivindicación 22 que
incluye además un circuito detector de pico operativo para modificar
una frecuencia de salida de dicho generador para obtener una
resonancia de pico del circuito de antena, y en el que dichos
medios de programa de sintonizador son operativos para seleccionar
un valor de dicha capacitancia de sintonización eficaz para traer
dicha frecuencia de salida a una de las frecuencias central y
laterales de forma que la reactancia de dicho circuito de antena se
optimiza a dichas frecuencias.
24. El lector de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que dicho microprocesador y
dichos medios programa de sintonizador son operativos para
temporizar ciclos de dicha frecuencia para así medir la frecuencia,
y para almacenar una tabla de valores de dicha impedancia de
sintonización asociada con dicha frecuencia de salida.
25. El lector de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, comprendiendo además medios de
programa de escaneado operativos para ejecutar una secuencia de
escaneado que comprende conmutar secuencialmente dichos medios
generadores de frecuencia a frecuencias laterales y central para
mejorar así el campo de interrogación de etiquetas de transpondedor
de frecuencia desplazada.
26. El lector de la reivindicación 25, en el que
dichos medios de programa de escaneado son también operativos para
conmutar de forma concurrente un valor correspondiente de dicha
impedancia en el circuito de antena para maximizar así el campo de
interrogación a cada una de dichas frecuencias y mejor detectar la
presencia de etiquetas de transpondedor de frecuencia
desplazada.
27. El lector de las reivindicaciones 25 o 26,
en el que dichos medios de programa de escaneado son además
operativos para interrumpir dicha secuencia de escaneado ante la
detección por dicho microprocesador de una respueta de una etiqueta
de transpondedor y para reiniciar dicha secuencia de escaneado
cuando se completa dicha respuesta.
28. El lector de proximidad de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes en el que dichos medios de
sintonización de resonancia de antena incluyen una capacitancia
seleccionable y dichos medios de programa de sintonización son
operativos en cooperación con dicho microprocesador para
seleccionar un valor correspondiente de dicha capacitancia para
optimizar sustancialmente la reactancia de dicho circuito de antena
para señal máxima radiada, y medios de memoria para almacenar dicho
valor correspondiente.
29. El lector de proximidad de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes en el que se realizan escaneados
sucesivos en ciclos continuos de dichas frecuencias laterales y
central.
30. El lector de proximidad de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes que comprende además una secuencia de
auto-sintonización operativa para conmutar valores
almacenados de impedancia en el circuito de antena para llevar
dicha antena a resonancia de pico a frecuencias particulares.
31. El lector de proximidad de la reivindicación
30 en el que dicha secuencia de auto-sintonización
comprende una secuencia de calibración de antena operativa para
volver periódicamente a resonancia de pico de antena durante la
operación del lector.
32. El lector de proximidad de la reivindicación
31 en el que dicho secuencia de calibración de antena se ejecuta de
forma que maximice la intensidad de señal radiada del lector a una
frecuencia de operación deseada a pesar de cambios de corta
duración en el entorno del lector tales como el paso de personas o
vehículos cerca del lector y también cambios de mayor duración
tales como variaciones climatológicas.
33. El lector de proximidad de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes en el que cada frecuencia de dicha
pluralidad de frecuencias se escanea en 5 a 10 milisegundos.
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