Beschreibung
Energieautarkes elektronisches System
Die Erfindung betrifft ein energieautarkes elektronisches System zur Prüfung von personenbezogenen Berechtigungen zur Bedienung einer Vorrichtung.
Systeme zur Überprüfung von Berechtigungen sind in verschie¬ denen Weisen bekannt. So sind Systeme bekannt, die nach Art von Transpondersystemen arbeiten. Begibt sich eine Person mit einem mobilen Transponder in den Wirkungskreis einer mit dem Transponder kommunizierenden Sende- und Empfangsstation, liest diese den Dateninhalt, die Identifikationsdaten, des Transponders aus und gibt entsprechend der Berechtigungen die mit den Identifikationsdaten verbunden sind, den Zutritt zu einem verschlossenen Raum frei .
Weiter sind Systeme bekannt, die beispielsweise bei Berührung eines Fingerprintsensors durch eine Person, den Fingerabdruck der Person prüfen, und mit vorbekannten Daten, beziehungswei¬ se Fingerabdrücken vergleichen, und daraufhin eine weitere Aktion auslösen oder verhindern. Auch sind Systeme bekannt, die mittels eines Irisscanners die Iris einer Person prüfen und mit vorbekannten Daten vergleichen, und dann gegebenen¬ falls den Zutritt zu einem geschützten Raum freigeben.
Die genannten Systeme bergen Probleme in sich. Insbesondere die genannten biometrischen Systeme, bergen die Problematik in sich, dass die zur Verfügung stehende Sensortechnologie noch nicht die erwünschte Betriebssicherheit aufweisen. So sind Verschmutzungen bei Fingerprintsensoren und natürlich
auch bei optischen oder optoelektronischen Irislesern nicht auszuschließen und führen zwangsläufig zu Fehlern.
Die vorgenannten Transpondersysteme beinhalten ihre Problema¬ tik darin, dass der Abstand, zwischen der Person die den mo¬ bilen Transponder mit sich führt und der Lese- und Sendeein¬ heit, unmittelbaren Einfluss auf die Übertragungsqualität und damit auf eine fehlerfreie Funktion des Systems Einfluss hat. So ist zum Beispiel eine Störung durch eine in diesem Ab¬ standsbereich befindliche zweite Person nicht auszuschließen.
Darüber hinaus benötigen die vorgenannten Systeme an der fest installierten Station eine drahtgebundene Energieversorgung, um die Funkgestützte Kommunikation mit dem mobilen Transpon¬ der aufrecht zu erhalten und den Transponder auch mit der notwendigen Energie zu versorgen.
Einhergehend mit der drahtgebundenen Energieversorgung der fest installierten Stationen der oben genannten Systeme ist ein weiterer Nachteil verbunden. So ist eine Installation, zum Beispiel fern ab einer drahtgebundenen Energieversorgung eines solchen Systems nicht oder nur unter erheblichen Auf¬ wand möglich. Die Ausstattung örtlich ungebundener Bereiche, wie sie zum Beispiel Fahrzeuge darstellen, mit solchen Syste¬ men ist nur dann möglich, wenn im Fahrzeug stets mit einer unterbrechungsfreien Stromversorgung zu rechnen ist. Da die Stromversorgung in Fahrzeugen im Ruhezustand durch elektro¬ chemische Akkumulatoren hergestellt ist, die einer begrenzen Lebensdauer unterliegen ist eine stets störungsfreie Strom¬ versorgung nicht anzunehmen. Darüber hinaus entzieht ein sol¬ ches System den Akkumulatoren auch im Ruhezustand eine nicht unerhebliche Menge elektrischer Energie, so dass alleine durch längere Ruhezeiten eines Fahrzeugs mit einem Ausfall
eines solchen Systems zu rechnen ist. Um an solchen Orten zu¬ verlässig und dauerhaft zu funktionieren, sind solche Systeme also nicht oder nur bedingt geeignet.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein System zur Prü¬ fung von personenbezogenen Berechtigungen vorzuschlagen, das auch an Orten zu betreiben ist, deren Versorgung mit elektri¬ scher Energie nicht dauerhaft gesichert ist, beziehungsweise an Orten zu betreiben ist, die keine Versorgung mit elektri¬ scher Energie anbieten.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 beschriebe¬ nen Maßnahmen gelöst und diese werden durch die in den unter¬ geordneten Patentansprüchen beschriebenen Maßnahmen in vor¬ teilhafter Weise erweitert.
Es ist ein energieautarkes elektronisches System zur Prüfung von personenbezogenen Berechtigungen zur Bedienung einer Vor¬ richtung vorgeschlagen, das ein erstes Teilsystem, ein zwei¬ tes Teilsystem und eine Bedienungseinrichtung, die der Vor¬ richtung zugeordnet ist umfasst und bei Betätigung durch eine Person die Prüfung der personenbezogenen Berechtigung aus¬ löst.
Die beiden Teilsysteme kommunizieren dabei bidirektional, wo¬ bei die Kommunikation der beiden Teilsysteme über elektrisch angeregte Signale stattfindet. Dabei ist vorgesehen, die Kom¬ munikation zwischen dem ersten und dem zweiten Teilsystem erst dann zu starten, wenn eine Person die Bedienungseinrich¬ tung betätigt . Da die Bedienungseinrichtung der Vorrichtung zugeordnet ist, zu deren Bedienung die Berechtigung zu prüfen ist, ist somit bereits der Abstand der Person zu der Vorrich¬ tung gegeben. Er ergibt sich naturgemäß durch die Länge der
Arme der betreffenden Person. Das heißt Personen deren Ent¬ fernung von der Vorrichtung weiter als deren Armlänge ist, sind damit nicht in der Lage die Bedienungseinrichtung zu be¬ tätigen. Damit ist vorteilhaft ausgeschlossen, dass irrtüm¬ lich eine Berechtigungsanfrage ausgelöst wird und somit auch unberechtigte Personen in den Genuss einer Berechtigung ge¬ langen, zum Beispiel durch ihre bloße gleichzeitige Anwesen¬ heit mit einer berechtigten Person.
Es ist vorteilhaft, das erste Teilsystem räumlich nahe an der abzusichernden Vorrichtung anzubringen und das zweite Teil¬ system als mobiles Teilsystem der berechtigten Person mitfüh¬ ren zu lassen. Durch den Kontakt der Person mit der Bedie¬ nungseinrichtung und dem naturgemäß gegebenen Kontakt der Person mit dem mobilen, beziehungsweise dem zweiten Teilsys¬ tems ergibt sich die vorteilhafte Möglichkeit, die Übertra¬ gung der elektrisch angeregten Signale über den Körper der Person darzustellen. Dies erfolgt dann in vorteilhafter Weise in einer kapazitiven Art, so dass die Form der Übertragung als sehr störungsfrei zu bezeichnen ist. Eine Funkübertragung der Signale ist ebenfalls möglich. Bei einer Funkübertragung sind jedoch weitere Maßnahmen, die nicht Teil dieser Erfin¬ dung sind, zu ergreifen um eine störungssichere Übertragung der Signale zu erreichen.
Die Energieversorgung des ersten Teilsystems ist in einer vorteilhaften Ausführungsform zum Beispiel durch einen mit der Bedienungseinrichtung kraft- und formschlüssig verbunde¬ nen Energiewandler gelöst. Hier bietet sich an, Energiewand¬ ler wie sie zum Beispiel aus energieautarken Funkschaltern bekannt sind zu verwenden. Diese ermöglichen eine energieau¬ tarke Arbeitsweise um damit im Moment der Betätigung der Be-
dienungseinrichtung die Energie für das erste Teilsystem zu erzeugen.
Mit der Erzeugung der Energie für das erste Teilsystem durch die Betätigung der Bedienungseinrichtung, wird das erste Teilsystem mit elektrischer Energie versorgt und nimmt seinen Betrieb auf. Der Betreib des ersten Teilsystems hält solange an, bis die erzeugte Energie verbraucht ist . Mit der Be¬ triebsaufnahme des ersten Teilsystems, sendet dies ein Signal an das zweite Teilsystem. Das zweite Teilsystem sendet als Antwortsignal seine Identifikationsdaten zurück.
Im ersten Teilsystem wird geprüft, ob die Identifikationsda¬ ten, die von dem zweiten Teilsystem übermittelt wurden, vor¬ bestimmte Freigabekriterien erfüllen. Zum Beispiel werden im ersten Teilsystem die Identifikationsdaten mit vorbekannten Daten verglichen, und bei Übereinstimmung die Berechtigung zur Bedienung der Vorrichtung erteilt. Als Energiewandler bieten sich an dieser Stelle elektromechanische Energiewand¬ ler ebenso wie pyroelektrische oder elektromagnetische Ener¬ giewandler sowie magnetostriktive Energiewandler oder eine Kombination solcher Energiewandler an. Im Grunde bieten sich demzufolge alle Energiewandler an, die mechanische Energie in elektrische Energie zu wandeln in der Lage sind.
Wird auf die Bedienungseinrichtung eine Kraft ausgeübt, so wirkt ein Teil dieser Kraft auf den Energiewandler. Der Ener¬ giewandler wandelt die damit eingebrachte Energie in elektri¬ sche Energie um, diese wiederum erzeugt ihrerseits in dem ersten Teilsystem ein elektrisches Signal, das an das zweite Teilsystem weitergeleitet wird. Das Antwortsignal des zweiten Teilsystems ermöglicht dann, im Falle einer Berechtigung und/oder Übereinstimmung der Identifikationsdaten mit den
vorbekannten Daten, die mit der Bedienungseinrichtung verbun¬ dene Aktion auszulösen, beziehungsweise auszuführen.
Als Bedienungseinrichtung sind hier zum Beispiel verschiedene Bedienungseinrichtungen denkbar. Im folgenden sind nur einige wenige Beispiele genannt, die nur einen kleinen Ausschnitt des großen Anwendungsgebietes darstellen können. Da ist zum Beispiel ein Türgriff zu nennen, der durch Kraftaufwand be¬ wegt werden muss. Weiter ist ein Druckschalter zu nennen, der weitergehende Funktionen beinhaltet, oder ein Tastschalter, der ebenso weitergehende Aktionen auszulösen in der Lage ist. Ebenso sind Schalter einer EDV-Anlage zu nennen und viele mehr. Jede Bedienungseinrichtung, deren Betätigungsweise es erlaubt, einen Teil der mit der Betätigung eingebrachten E- nergie abzuzweigen und mit einem Wandler in elektrische Ener¬ gie zu wandeln ist geeignet.
Abhängig von der Ausführung der Bedienungseinrichtung, ist der damit verbundene Energiewandler mehr oder weniger groß ausführbar. Die Menge der durch die Energiewandlung erzielba¬ ren elektrischen Energie ist damit nicht immer gleich groß und kann mitunter zur Abwicklung des gesamten oben genannten Vorgangs nicht ausreichend sein. In diesem Falle ist vorteil- hafterweise ein zweiter Energiewandler mit dem ersten Teil¬ system verbunden und versorgt dieses zusätzlich oder alterna¬ tiv mit elektrischer Energie. Dieser zweite Energiewandler bezieht seine Energie aus der Umgebungsenergie, die das erste Teilsystem umgibt. Dazu gehört beispielsweise Licht oder Wär¬ me die durch Solarzellen oder pyroelektrische Energiewandler sowie durch thermoelektrische Energiewandler in elektrische Energie wandelbar ist.
Überschüssige Energie, die durch den zweiten Energiewandler zur Verfügung gestellt wird, ist in einen kapazitiven oder elektrochemischen Energiespeicher zwischenspeicherbar und für die Fälle vorzuhalten, an denen in der Umgebung keine ausrei¬ chende Menge wandelbarer Energie vorliegt.
Das mobile Teilsystem verfügt vorteilhafterweise über eine eigene Energieversorgung, da eine Energieversorgung über ein elektromagnetisches Feld, wie das bei Transpondersystemen der Fall ist, hier nicht von Vorteil ist. Die eigene Energiever¬ sorgung des zweiten Teilsystems kann durch kapazitive oder elektrochemische Energiespeicher gebildet sein. In vorteil¬ hafterweise verfügt das zweite Teilsystem über Energiewandler die die Umgebungsenergie des zweiten Teilsystems in elektri¬ sche Energie wandeln. Ebenso ist auch hier ein elektrochemi¬ scher oder ein kapazitiver Energiespeicher zur Zwischenspei- cherung von überschüssiger Energie vorteilhaft. Die Ausfüh¬ rungsformen für solche Energiewandler und dazugehörige Spei¬ cher sind entsprechend kleiner, so dass sie auf einem mobilen Teilsystem, das zum Beispiel in einer Kleidertasche einer Person oder an der Person direkt angeordnet ist, Platz finden muss.
Da das zweite Teilsystem in seiner räumlichen Ausprägung also eher klein ausgeführt ist, ist bei dem zweiten Teilsystem von besonderem Vorteil die Energie die zur Verfügung steht mög¬ lichst sparsam beziehungsweise wirtschaftlich zu nutzen. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft für eine Zeit des Ruhebe¬ triebs das zweite Teilsystem in einen Zustand geringsten E- nergieverbrauchs zu versetzten und diesen mit einem sogenann¬ ten Wake-up Signal, das durch das erste Teilsystem ausgesen¬ det wird, in einen Betriebsmodus zu versetzten, der bei dem zweiten Teilsystem das Versenden seiner Identifikationsdaten
veranlasst . Die Form der Versendung der Information über den
Körper der Person ist auch von deutlich geringeren Energie¬ aufwand betroffen als eine vergleichbare Information über ei¬ ne gleiche Entfernung über ein Funksignal zu versenden.
Um das zweite Teilsystem aus dem Ruhezustand in den Betriebs¬ zustand zu versetzen ist eine Weckeinrichtung vorgesehen, die dem zweiten Teilsystem zugeordnet ist. Die Weckeinrichtung wird durch ein elektrisch angeregtes Signal des ersten Teil¬ systems aktiviert. Diese elektrisch angeregte Signal ist durch die Bedienung der Vorrichtung ausgelöst.
Im Betriebszustand übermittelt das zweite Teilsystem zumin¬ dest ein Signal mit seinen Identifikationsdaten an das erste Teilsystem. Damit ist der Träger des zweiten Teilsystems ge¬ genüber dem ersten Teilsystem identifizierbar. Das erste Teilsystem führt die Prüfung der Berechtigung durch einen Vergleich der Information mit vorbekannten Informationen durch. Sind den Informationen Berechtigungen zur Betätigung der Vorrichtung zugewiesen, gibt das erste Teilsystem die Be¬ tätigung der Vorrichtung frei, oder löst eine nachgeschaltete Aktion aus.
Es ist vorteilhaft die Kommunikation zwischen den beiden Teilsystemen durch Mittel der Verschlüsselung vor unberech¬ tigtem Störungen oder Verfälschungen der Kommunikation zu schützen.
Im folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbei¬ spiels unter Zuhilfenahme einer Figur näher erläutert.
Es zeigt die Figur in einer schematischen Darstellung ein e- nergieautarkes elektronisches System zur Prüfung von perso¬ nenbezogenen Berechtigungen zur Bedienung einer Vorrichtung gemäß dem Prinzip der vorliegenden Erfindung.
Die Figur zeigt ein erstes Teilsystem 1 und ein zweites Teil¬ system 2. Die beiden Teilsysteme sind in räumlich voneinander getrennten Bereichen Bl und B2 angeordnet. Das erste Teilsys¬ tem ist in einem räumlichen Bereich Bl angeordnet, der dem zu sichernden Bereich entspricht. Das erste Teilsystem 1 ist verbunden mit einer Bedienungseinrichtung 3, die zur Bedie¬ nung der Vorrichtung 4 vorgesehen ist . Die Bedienungseinrich¬ tung 3 weist zusätzlich einen Energiewandler 5 auf, der einen Teil der für die Bedienungseinrichtung vorgesehenen Kraft in elektrische Energie wandelt .
Diese elektrische Energie wird an das erste Teilsystem wei¬ tergeleitet und setzt das erste Teilsystem in Betrieb. Die Kraft die zur Bedienung ausgeführt wird, wird von einer Per¬ son P eingebracht, die die Vorrichtung 4 bedienen möchte. Die Person P führt das zweite Teilsystem 2 mit sich. Nach Aufnah¬ me des Betriebes am ersten Teilsystem 1 sendet das erste Teilsystem 1 ein Signal an das zweite Teilsystem 2. Das zwei¬ te Teilsystem 2 antwortet auf dieses Signal durch Übermitt¬ lung seiner Identifikationsinformation. Eine bidirektionale Kommunikation ist damit erfolgt und wieder abgeschlossen. Zur Erhöhung der Übertragungssicherheit, ist diese bidirektionale Kommunikation auch wiederholbar, zumindest so oft, bis eine von beiden Teilsystemen bestätigte Fehlerfreiheit der Über¬ tragung vorliegt. Für diese Vorgänge sind bereits Übertra¬ gungsverfahren bekannt, die nicht Teil dieser Erfindung sind.
Im ersten Teilsystem 1 werden die vom zweiten Teilsystem 2 übermittelten Identifikationsinformationen mit vorbekannten Daten verglichen. Durch das erste Teilsystem 1 erfolgt eine Freigabe der Bedienung der Vorrichtung 4. Die kann auf ver¬ schiede Art und Weise geschehen. Die folgende Aufzählung ist
deshalb nur beispielhaft und stellvertretend für eine viel¬ fältige Auswahl von Möglichkeiten. Zum Beispiel kann
- die Freigabe durch eine mechanische Entriegelung erfolgen, so dass ein Riegel die Bedienungseinrichtung entriegelt, zum Beispiel einen Türgriff der dann weiter betätigt wer¬ den kann, oder ein Druckknopf der weiter gedrückt werden kann. eine elektrische Weiterleitung eines Befehls, der der Be¬ dienungseinrichtung hinterlegt ist, erfolgen und damit die Vorrichtung bedient werden. falls die Bedienungseinrichtung ein Funkschalter ist, ein Funksignal erst nach der Freigabe gesendet werden und da¬ mit die Vorrichtung bedient, zum Beispiel eine Beleuch¬ tungseinrichtung aktiviert werden.
In dem Ausführungsbeispiel ist mit dem ersten Teilsystem ein zweiter Energiewandler 6 verbunden, der die in der Umgebung des ersten Teilsystems befindliche Energie in elektrische E- nergie wandelt. Dies ist zum Beispiel thermische Energie die mit einem Thermoelement oder einem pyroelektrisehen Wandler in elektrische Energie zu wandeln ist, oder es ist Solarener¬ gie, die mit einem Solarelement in elektrische Energie zu wandeln ist, oder es ist Windenergie, die mit einem elektro¬ magnetischen Wandler zu wandeln ist, oder eine andere Form der Bewegungsenergie, die ebenso mit einen elektromagneti¬ schen oder auch piezoelektrischen Wandler in elektrische E- nergie wandelbar ist.
Mit dem zweiten Teilsystem verbunden ist ein mobiler Energie¬ wandler 7, der ebenso thermische Energie, Solarenergie oder Bewegungsenergie, die in der Umgebung des zweiten Teilsystems vorliegt in elektrische Energie zu wandeln in der Lage ist.
Auch hier sind Energieformen wie Wärmeenergie durch Thermo¬ elemente, oder pyroelektrische Wandler, als auch Solarenergie oder Bewegungsenergie durch die entsprechend bereits oben ge¬ nannten Wandlersysteme, in elektrische Energie wandelbar. Ü- berschüssige Energie, die durch den mobilen Energiewandler 7 gewandelt wird, wird in vorteilhafterweise in den mobilen E- nergiespeicher der ebenso dem zweiten Teilsystem zugeordnet ist gespeichert. Damit ist auch im Zeiten, zu denen keine wandelbare Energie das zweite Teilsystem umgibt, gewährleis¬ tet, dass immer ausreichend elektrische Energie zu Verfügung steht um nach dem Empfang eines Wake-Up-Signal ein kurzes Signal mit den Identifikationsdaten zu übermitteln. Aus die¬ sem Grunde ist auch an dem ersten Teilsystem 1 ein solcher beziehungsweise ein ähnlicher Energiespeicher 9 angeordnet.
Dem zweiten Teilsystem 2 ist eine Weckeinrichtung 10 zugeord¬ net, die angeregt durch ein Signal des ersten Teilsystems das zweite Teilsystem von einem Ruhezustand in einen Betriebszu¬ stand versetzt. Der Ruhezustand ist vorteilhaft ein Zustand geringstem Energieverbrauchs. Insbesondere bei dem zweiten Teilsystem, dessen räumliche Ausdehnung als gering anzusehen ist, ist dies von Bedeutung. In dem vorgenannten Ruhezustand ist ausschließlich die Weckeinrichtung 10 mit elektrischer Energie versorgt.
Beide Teilsysteme sind mit korrespondieren Mittel (11) zur Verschlüsselung ausgestattet. Damit ist die Übertragung der Information vor unberechtigten Störungen oder Veränderungen oder Abhörmaßnahmen geschützt. Die Übertragung der Informati¬ on ist nicht nur über die kapazitiver Kopplung durch den Kör¬ per der Person P, sondern alternativ auch über eine Funkge¬ bundenes Signal 12 durchzuführen.
Ein Anwendungsbeispiel soll noch weiter die Vorteilhaftigkeit der vorliegenden Erfindung, selbst bei Einsatzorten mit aus¬ reichend elektrischer Energie, verdeutlichen. So ist zum Bei¬ spiel ein Fahrstuhlknopf 3, der den Zugang zu einem bestimm¬ ten gesicherten Bereich Bl ermöglicht, in dem er ein Stock¬ werk eines Gebäudes anfährt, dass nur einem besonders berech¬ tigten Personenkreis zugänglich sein soll, mit dem System ge- mäss der vorhergehend beschriebenen Erfindung vorteilhaft ausstattbar.
Eine Person die den Fahrstuhlknopf 3 betätigt, löst damit noch nicht den Fahrstuhl 4 aus, sondern löst erst durch die Betätigung des Fahrstuhlknopfes 3, ohne es zu bemerken, über den Energiewandler 5 ein Signal an dem ersten Teilsystem 1 aus . Diese Signal wird über den Körper der Person P an das zweite Teilsystem 2 geleitet. Die Oberfläche des Fahrstuhl¬ knopfes 3 ist dazu so gestaltet dass eine Signalübertragung auf den Körper der Person P stattfinden kann.
Befindet sich an der Person P kein korrespondierendes zweites Teilsystem 2, so bleibt das Drücken des Aufzugsknopfes 3 ohne weitere Folgen, der Aufzug 4 bewegt sich nicht. Befindet sich an der Person P ein zweites Teilsystem 2, so übermittelt die¬ ses nach dem Empfang des Signals vom ersten Teilsystem 1 die Identifikationsdaten an das erste Teilsystem 1. Das erste Teilsystem 1 vergleicht die Identifikationsdaten mit vorbe¬ kannten Daten. Stellt das erste Teilsystem 1 ein Übereinstim¬ men der Daten fest, und stellt ebenso eine Berechtigung zum Zutritt zu dem Stockwerk, beziehungsweise den Bereich 1 fest, setzt sich der Aufzug 4 in Bewegung. Dies alles geschieht oh¬ ne dass die Person P dadurch eine merkliche Zeitverzögerung der durch sie angeforderten Aktion verspürt.
Bezugszeichenliste
1 Erstes Teilsystem
2 Zweites Teilsystem
Bl Bereich des ersten Teilsystems
B2 Bereich des zweiten Teilsystems
3 Bedienungseinrichtung
4 Vorrichtung
5 Energiewandler
6 Zweiter Energiewandler
7 Mobiler Energiewandler
8 Mobiler Energiespeicher
9 Energiespeicher
10 Weckeinrichtung
11 Mittel zur Verschlüsselung
12 funkgebundenes Signal P Person