FR2776412A1 - Dispositif bidirectionnel de transfert d'energie et de donnees entre deux circuits sans connexion electrique - Google Patents

Dispositif bidirectionnel de transfert d'energie et de donnees entre deux circuits sans connexion electrique Download PDF

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Abstract

Dispositif bidirectionnel de transfert d'énergie et de données entre deux circuits (100, 200).Selon l'invention, chacun desdits circuits comporte :- un oscillateur (110, 210) apte à générer un signal alternatif (Sa ),- un microcontrôleur (120, 220) apte à générer un signal binaire (Sb , S'b ), représentatif desdites données,- un circuit logique (130, 230) apte à fournir un signal (S, S') de transfert par superposition des signaux alternatif et binaires,- un circuit (140, 240) d'interface destiné à transmettre ledit signal (S, S') de transfert à l'autre circuit et à recevoir le signal de transfert transmis par l'autre circuit, ledit circuit d'interface comprenant un circuit redresseur du signal alternatif reçu,- un démodulateur (150, 250) destiné à extraire ledit signal binaire (Sb , S'b ) du signal de transfert (S, S'),et en ce qu'un (100) desdits circuits comporte une source (101) d'alimentation en courant continu connectée audit circuit d'interface.Application aux serrures électroniques.

Description

DISPOSITIF BIDIRECTIONNEL DE TRANSFERT D'ENERGIE ET DE
DONNEES ENTRE DEUX CIRCUITS SANS CONNEXION ELECTRIQUE
La présente invention concerne un dispositif bidirectionnel de S transfert d'énergie et de données entre deux circuits sans connexion électrique. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine des systèmes de sécurité
couramment désignés sous le nom de 'serrure électronique".
On connaît de l'état de la technique des dispositifs de contrôle d'accès, du type serrure électronique, constitués d'un premier circuit apte à ouvrir la serrure d'une porte de communication à un local dont l'accès est contrôlé. Un deuxième circuit, la clé proprement dite, se présentant souvent sous la forme d'un badge, permet à son détenteur de commander l'ouverture de la serrure à condition d'être reconnu par le premier circuit comme étant autorisé à accéder audit local. L'échange d'informations entre les deux circuits s'effectue généralement sans connexion électrique, notamment par couplage électromagnétique à relativement courte distance. De manière habituelle, le premier circuit est alimenté par le secteur ou par batterie, tandis que le second circuit
tire son alimentation du signal électromagnétique émis par le premier.
En d'autres termes, le second circuit extrait du signal envoyé par le premier circuit à la fois l'énergie qui lui est nécessaire pour fonctionner
et les données faisant partie des informations à échanger.
Cependant, dans certains cas, ces dispositifs connus présentent l'inconvénient que, lorsque le premier circuit n'est pas accessible du fait même qu'il se trouve dans le local à accès contrôlé, il n'est pas possible de remplacer la source d'énergie en cas de défaillance, comme par exemple pour des machines à alimentation par batterie ou panneau solaire, ou des locaux électriquement indépendants, etc... On comprend que dans cette situation le dispositif ne puisse jamais fonctionner faute
d'énergie électrique et impossibilité de remédier à cette lacune.
Aussi, le problème technique à résoudre par l'objet de la présente invention est de proposer un dispositif bidirectionnel de transfert d'énergie et de données entre deux circuits sans connexion électrique, dispositif qui pourrait continuer à être utilisé même si l'alimentation du circuit générateur d'énergie n'est plus assurée, sans remplacement
possible de la source d'alimentation au moment du transfert.
La solution au problème technique posé consiste, selon la présente invention, en ce que chacun desdits circuits comporte, de manière identique: - un oscillateur apte à générer un signal alternatif de fréquence f, - un microcontrôleur apte à générer un signal binaire de vitesse de transmission v, représentatif des données à transmettre à l'autre circuit, - un circuit logique apte à fournir au moins un signal de transfert par superposition des signaux issus de l'oscillateur et du microcontrôleur, - un circuit d'interface destiné à transmettre ledit signal de transfert à l'autre circuit et à recevoir le signal de transfert transmis par l'autre circuit, ledit circuit d'interface comprenant un circuit redresseur apte à redresser le signal alternatif de fréquence f contenu dans le signal de transfert transmis par l'autre circuit, - un démodulateur destiné à recevoir le signal de transfert transmis par l'autre circuit pour en extraire ledit signal binaire et l'appliquer audit microcontrôleur, et en ce qu'un desdits circuits, dit circuit générateur, comporte une source d'alimentation en courant continu connectée audit circuit d'interface, l'oscillateur dudit circuit générateur étant maintenu en fonctionnement pendant le transfert, tandis que l'oscillateur de l'autre
circuit, dit circuit récepteur, est maintenu hors fonctionnement.
Ainsi, le dispositif bidirectionnel conforme à l'invention fonctionne avec deux circuits structurellement identiques qui ne se distinguent que par le fait que l'un d'entre eux, le circuit générateur, fournit son alimentation à l'autre, à savoir le circuit récepteur. En fonctionnement nominal, lorsque la clé électronique est couplée au circuit générateur par l'intermédiaire du circuit d'interface, celle-ci reçoit son énergie de la source d'alimentation dudit circuit générateur et le transfert des
données d'un circuit à l'autre peut s'établir.
En cas de défaillance de la source d'alimentation du circuit générateur, le dispositif de l'invention peut continuer de fonctionner au
moyen d'une clé électronique alors munie d'une source d'alimentation.
Les fonctions des deux circuits s'inversent, la clé électronique devenant circuit générateur et le circuit ouvrant la serrure devenant circuit récepteur, ceci jusqu'au remplacement de la source d'alimentation de ce
dernier circuit.
Selon un mode de réalisation particulier du dispositif bidirectionnel conforme à l'invention, ledit circuit d'interface comporte un transformateur à point milieu, connecté à au moins une extrémité à une borne d'un interrupteur électronique commandé par le signal fourni par le circuit logique et dont une autre borne est reliée audit démodulateur, s'agissant du circuit générateur, tandis que ledit démodulateur est relié, s'agissant du circuit récepteur, à une charge en parallèle avec ledit interrupteur électronique, ledit circuit redresseur comprenant une diode disposée en parallèle avec ledit interrupteur électronique, et en ce que ladite source d'alimentation en courant continu dudit circuit générateur est reliée au point milieu dudit transformateur, l'alimentation en courant continu du circuit récepteur
étant disponible au point milieu du transformateur.
De manière à ce que chacun des circuits puisse détecter la présence d'une source d'alimentation dans l'autre circuit, l'invention prévoit que chaque circuit comporte un deuxième démodulateur destiné à détecter une modulation à la fréquence f sur le circuit d'interface, indiquant la présence d'une source d'alimentation en courant continu
dans l'autre circuit.
Cette disposition particulière présente l'avantage que, en présence d'une source d'alimentation en courant continu dans chaque circuit, ledit dispositif détermine par logiciel celui des deux circuits qui sera
circuit générateur ou circuit récepteur pendant le transfert.
La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés
à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste
l'invention et comment elle peut être réalisée.
La figure la est un schéma d'un circuit générateur d'énergie du
dispositif de l'invention, en situation d'émission de données.
La figure lb est un schéma d'un circuit récepteur d'énergie du dispositif de l'invention, en situation de réception des données
provenant du circuit de la figure la.
La figure 2a est un schéma du circuit de la figure lb en situation
d'émission de données.
La figure 2b est un schéma du circuit de la figure la en situation
de réception des données provenant du circuit de la figure 2a.
Les figures la, lb, d'une part, et 2a, 2b, d'autre part, montrent un dispositif bidirectionnel de transfert d'énergie et de données entre deux circuits 100, 200 sans connexion électrique entre eux. Comme on peut le constater, ces deux circuits sont identiques en ce sens qu'ils sont constitués des mêmes éléments agencés de la même façon. La seule différence réside dans le fait que l'un d'entre eux, le circuit 100, appelé circuit générateur, comporte une source 101 d'alimentation, ici une batterie, alors que l'autre, le circuit 200, appelé circuit récepteur, en est dépourvu. Bien entendu, même s'ils sont identiques, les éléments
homologues de l'un et l'autre des circuits 100, 200 ne fonctionneront pas toujours de la même manière selon qu'il s'agit du circuit générateur 100 ou du circuit récepteur 200.
Dans le contexte de l'application envisagée plus haut, le circuit générateur 100 sera installé à l'intérieur du local dont on veut contrôler l'accès et pourra commander l'ouverture d'une serrure permettant l'accès audit local dès lors que ledit circuit générateur 100 aura identifié la clé électronique qui lui aura été présentée, laquelle comporte le circuit récepteur 200, comme appartenant à une personne autorisée à accéder au local. A cet effet, les deux circuits 100, 200 doivent naturellement échanger des données, éventuellement sous forme cryptée, et pour cela, le circuit récepteur 200 sera alimenté en énergie par le circuit générateur 100 au moment o les deux circuits seront mis
en communication.
La manière dont l'énergie et les données sont transférées au sein du dispositif bidirectionnel de l'invention va maintenant être expliquée
en détail.
Comme on peut le voir sur les figures la à 2b, chacun des circuits 100, 200 comporte un oscillateur 110, 210 apte à générer un signal alternatif sa de fréquence f, par exemple égale à 200 kHz. En fait, ce signal alternatif sa est fourni par le circuit générateur 100 au circuit récepteur 200 de manière qu'après redressement il puisse alimenter ledit circuit récepteur 200 en courant continu. C'est pourquoi, en fonctionnement du dispositif, l'oscillateur 110 du circuit générateur 100 est maintenu en fonctionnement pendant le transfert d'énergie et de données, tandis que l'oscillateur 210 du circuit récepteur 200 est
maintenu hors fonctionnement.
D'autre part, ainsi que l'indiquent les figures la à 2b, les circuits 100, 200 comprennent un microcontrôleur 120, 220 respectivement, 6 dont une des fonctions est de générer un signal binaire, Sb, S'b respectivement, représentatif des données à transmettre de l'un à l'autre des circuits 100, 200. Ces données peuvent être, par exemple, une demande d'authentification du circuit générateur 100 vers le circuits récepteur 200 avec envoi d'un nombre aléatoire et la réponse du circuit récepteur établie par le microcontrôleur 220 sous forme d'un message crypté au moyen du nombre aléatoire reçu et d'un algorithme de cryptage, DES notamment, le microcontrôleur 120 du circuit générateur 100 étant apte à décrypter le message reçu et à authentifier le circuit récepteur 200. En cas d'authentification positive, le microcontrôleur émet un signal sc de commande d'ouverture de serrure dans le cas
de l'application du dispositif de l'invention aux serrures électroniques.
La vitesse v de transmission des signaux binaires peut être, par
exemple, de 4800 bauds.
Chacun des circuits 100, 200 comporte un circuit logique 130, 230 destiné à fournir un signal S, S' de transfert lorsque le circuit 100, 200 correspondant est en situation d'émission de données. D'une manière générale, les signaux S, S' de transfert résultent de la superposition des signaux issus des oscillateurs 110, 210 et des microcontrôleurs 120, 220 respectifs. Plus précisément, le signal S fourni par le circuit logique du circuit générateur 100 est un signal de transfert à la fois d'énergie et de données qui apparaît comme une modulation d'amplitude du signal binaire sb par le signal alternatif Sa. On notera que le circuit logique 130 délivre également un signal S complémentaire du signal S, ceci pour des raisons qui seront expliquées plus loin. Le signal S' fourni par le circuit logique 230 du circuit récepteur 200 est purement un signal de transfert de données, il reproduit donc exactement le signal binaire s'b provenant du microcontrôleur 220, l'oscillateur 210 étant hors fonctionnement, le
deuxième signal fourni par le circuit logique 230 étant au niveau 0.
Sur les figures la à 2b on peut voir que les circuits 100, 200 comprennent un circuit d'interface, 140, 240 respectivement, dont la fonction est de transmettre les signaux S, S' de transfert de l'un à l'autre des circuits, chaque circuit d'interface comportant un circuit redresseur apte à redresser le signal alternatif de fréquence f contenu dans le signal de transfert transmis par l'autre circuit. Dans le cas illustré sur les figures, c'est le circuit 240 d'interface qui permet de redresser le signal alternatif sa présent dans le signal S de transfert provenant du circuit générateur 100 afin de fournir au circuit récepteur
200 l'alimentation en courant continu nécessaire à son fonctionnement.
Selon le mode de réalisation des figures la à 2b, chaque circuit , 240 d'interface comporte un transformateur 141, 241 à point milieu, connecté à ses extrémités à deux modules identiques, ceci afin de respecter la symétrie du transformateur, bien que cette disposition pourtant avantageuse n'ait pas de caractère obligatoire. Chacun de ces modules comprend un interrupteur électronique 142, 142' et 242, 242', ici constitué par un transistor MOS, commandé par un des deux signaux fournis par le circuit logique 130, 230, d'o la nécessité pour ledit circuit logique de délivrer deux signaux de sortie. En parallèle avec les interrupteurs électroniques, sont disposées des diodes 144, 144' et 244, 244', qui d'ailleurs pourront être les diodes de protection des transistors MOS. L'ensemble de chaque interrupteur électronique 142, 142', 242, 242' et de la diode associée forme un circuit redresseur qui, s'agissant du circuit récepteur 200, permet de redresser le signal alternatif sa transmis par le circuit 140 d'interface du circuit générateur 100. On remarquera qu'un circuit redresseur étant présent à chaque extrémité du transformateur 241, le redressement est double alternance. L'alimentation en courant continu du circuit récepteur 200 est disponible au point milieu VP du transformateur 241. De même, la 8 source 101 d'alimentation en courant continu du circuit générateur 100 est reliée au point milieu du transformateur 141. Le démodulateur 150, 250, chargé d'extraire le signal binaire sb, sb' du signal S, S' du transfert est relié, soit à une borne de sortie d'un interrupteur électronique 141 pour le circuit générateur 100, soit à une charge 243 en parallèle avec l'interrupteur électronique 242, les charges et 246 étant prévues pour transformer en signaux de tension les signaux de courant fournis par les transformateurs 141, 241. La connexion du démodulateur 150, 250 à l'une ou l'autre des sorties est10 déterminée par un commutateur électronique 170, 270, commandé par le microcontrôleur 120, 220 après que le caractère générateur ou
récepteur des circuits 100, 200 ait été établi.
Enfin, on peut voir sur les figures la à 2b que chaque circuit 100, comporte un deuxième démodulateur 160, 260 destiné à détecter une modulation à la fréquence f sur le circuit d'interface 140, 240, indiquant la présence d'une source d'alimentation en courant continu dans l'autre circuit. Ce deuxième démodulateur 160, 260 fonctionne de la même manière que le démodulateur 250 du circuit récepteur 200 et peut être connecté à l'un ou l'autre des modules d'extrémité des
transformateurs 141, 241 à point milieu.
Le fonctionnement du dispositif, objet de l'invention, est alors le suivant. Les circuits 100 et 200 sont d'abord mis en situation de transfert d'énergie et de données par couplage électromagnétique des transformateurs 141, 241 des circuits 140, 240 d'interface, et le circuit est mis en fonctionnement. Le démodulateur 160 n'ayant détecté aucune modulation à la fréquence f sur le transformateur 141, le circuit sait qu'il sera le circuit générateur pendant tout le transfert et, par conséquent, l'oscillateur 110 est mis en fonctionnement par le microcontrôleur 120 et ne cessera de délivrer le signal alternatif Sa jusqu'à la fin du transfert, de même que le commutateur 170 sera maintenu dans la position assurant la liaison entre le démodulateur
et l'interrupteur 142.
Le signal sa est dédoublé en deux signaux complémentaires en opposition de phase et superposés par le circuit logique 130 au signal binaire sb pour former les signaux S, S de transfert. Ceux-ci sont appliqués aux interrupteurs 142, 142' qui deviennent passants ou bloqués selon l'état logique des signaux S, S. Du fait de la présence de la batterie 101 en série avec les interrupteurs, un courant traverse le transformateur 141, reproduisant les signaux S, S de transfert. Le courant est transmis par couplage électromagnétique au transformateur 241 du circuit 200. Les circuits redresseurs 242, 244 et 242', 244' du circuit 240 d'interface redressent en double alternance le signal alternatif contenu dans les signaux S, S reçus du circuit 140 d'interface de manière à établir une polarisation positive au point milieu VP du transformateur 241. On notera à cet égard la présence d'un condensateur-réservoir 280 de forte capacité, prévu pour assurer la continuité de l'alimentation du circuit 100 lorsque les signaux S, S de transfert sont à un niveau logique 0, interrompant la transmission du
signal alternatif Sa.
Le circuit 200 étant alimenté et le démodulateur 260 ayant détecté la présence d'une modulation à la fréquence f sur le circuit 240 d'interface, le circuit 200 sait qu'il sera circuit récepteur pendant tout le transfert et, par conséquent, l'oscillateur 210 sera maintenu hors fonctionnement jusqu'à la fin du transfert, de même que le commutateur 270 est commandé par le microcontrôleur 220 de façon à
mettre en liaison le démodulateur 250 avec la charge 243.
Le dispositif de l'invention fonctionnant en "half duplex" à savoir qu'un circuit 100, 200 ne peut que recevoir ou émettre des données, le circuit récepteur 200 (figure lb) est maintenu en position de réception de données par application par le microcontrôleur 200, et ceci jusqu'à la fin d'un premier transfert de données provenant du circuit générateur 100. Le signal S de transfert est reçu sur le démodulateur 250 par l'intermédiaire de la charge 243 pour en extraire le signal binaire Sb, lequel est appliqué au microcontrôleur 220. A partir des données ainsi reçues, le microcontrôleur 220 formule la réponse à envoyer au circuit générateur 100 sous la forme d'un signal binaire s'b (figure 2a). Pendant le même temps, ledit circuit générateur 100 se place en position de réception de données par10 application par le microcontrôleur 120 d'un 0 logique au circuit 130 (figure 2b), lequel fournit en sortie aux interrupteurs 142, 142' les
signaux S = Sa et S = sa.
Le signal S' = s'b de transfert, non modulé à la fréquence f, est appliqué à l'interrupteur 242' qui, lorsqu'il devient passant, produit une surconsommation du transformateur 241 et une augmentation correspondante du courant dans le transformateur 141. Les variations du courant dans le transformateur 141 sont donc l'image du signal S' de transfert. Puisque l'interrupteur 142 est modulé à la fréquence f par le signal S, le signal reçu par démodulateur 150 est le signal binaire S'b modulé à la fréquence f. Apres démodulation, le signal S'b est appliqué
au microcontrôleur 120.
Puis, à nouveau, les rôles des deux circuits 100, 200 s'inversent, le circuit 100 devient émetteur de données (figure la) et le circuit 200
récepteur de données (figure lb).
S'il se trouvait que les circuits 100, 200 étaient tous deux pourvus au départ d'une source d'alimentation en courant continu, cette situation se révélerait par le fait qu'à la mise en fonctionnement du dispositif, les deux démodulateurs 160, 260 détecteraient une modulation sur leur circuit 140, 240 d'interface. Dans ce cas, le dispositif détermine par logiciel celui des deux circuits 100, 200 qui
sera circuit générateur ou circuit récepteur pendant le transfert.

Claims (5)

REVENDICATIONS
1 - Dispositif bidirectionnel de transfert d'énergie et de données entre deux circuits (100, 200) sans connexion électrique, caractérisé en ce que chacun desdits circuits comporte, de manière identique: - un oscillateur (110, 210) apte à générer un signal alternatif (Sa) de fréquence f, - un microcontrôleur (120, 220) apte à générer un signal binaire (sb, S'b) de vitesse de transmission v, représentatif des données à transmettre à l'autre circuit, - un circuit logique (130, 230) apte à fournir au moins un signal (S, S) de transfert par superposition des signaux issus de l'oscillateur (110, 210) et du microcontrôleur (120, 220), - un circuit (140, 240) d'interface destiné à transmettre ledit signal (S, S') de transfert à l'autre circuit et à recevoir le signal de transfert transmis par l'autre circuit, ledit circuit d'interface comprenant un circuit redresseur apte à redresser le signal alternatif de fréquence f contenu dans le signal de transfert transmis par l'autre circuit, - un démodulateur (150, 250) destiné à recevoir le signal (S, S) de transfert transmis par l'autre circuit pour en extraire ledit signal binaire (Sb, s'b) et l'appliquer audit microcontrôleur (120, 220), et en ce qu'un (100) desdits circuits, dit circuit générateur, comporte une source (101) d'alimentation en courant continu connectée audit circuit d'interface, l'oscillateur (110) dudit circuit générateur (100) étant maintenu en fonctionnement pendant le transfert, tandis que l'oscillateur (210) de l'autre (200) circuit, dit circuit récepteur, est
maintenu hors fonctionnement.
2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit (140, 240) d'interface comporte un transformateur (141, 241) à point milieu, connecté à au moins une extrémité à une borne d'un interrupteur électronique (142, 142', 242, 242'), commandé par le signal fourni par le circuit logique (130, 230) et dont une autre borne est reliée audit démodulateur (150) s'agissant du circuit générateur (100), tandis que ledit démodulateur (250) est relié, s'agissant du circuit récepteur (200), à une charge (243) en parallèle avec ledit interrupteur électronique (242), ledit circuit redresseur comprenant une diode (244, 2441 disposée en parallèle avec ledit interrupteur électronique (242, 242'), et en ce que ladite source (101) d'alimentation en courant continu dudit circuit générateur (100) est reliée au point milieu dudit transformateur (141), l'alimentation en courant continu du circuit récepteur (200) étant disponible au point milieu (VP) du transformateur
(241).
3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit interrupteur électronique (142, 142', 242, 242') est constitué par un
transistor MOS.
4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que chaque circuit (100, 200) comporte un deuxième démodulateur (160, 260) destiné à détecter une modulation à la fréquence f sur le circuit (140, 240) d'interface, indiquant la présence
d'une source d'alimentation en courant continu dans l'autre circuit.
- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que, en présence d'une source d'alimentation en courant continu dans chaque circuit, ledit dispositif détermine par logiciel celui des deux circuits (100, 200) qui sera circuit générateur ou circuit récepteur pendant le
transfert.
6 - Application du dispositif selon l'une quelconque des
revendications 1 à 5 aux serrures électroniques.
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