система бесконтактного считывания чип-карт, размещенных на объектах

Формула изобретения

1. Система бесконтактного считывания, содержащая бесконтактные чип-карты (14), каждая из которых размещена на объекте (11) для идентификации этого объекта по идентифицирующим его данным, содержащимся в чипе карты, и мобильное считывающее устройство (16), имеющее антенну для считывания указанных идентифицирующих объект данных, причем каждая чип-карта закреплена на плоском основании объекта, отличающаяся тем, что антенна считывающего устройства содержит плоское основание, на котором закреплена по меньшей мере одна спираль меньшего размера (24), последовательно соединенная со спиралью большего размера (26), представляющие собой концентрические спирали и имеющие одинаковое направление навивки для получения максимального значения составляющей (Н) электромагнитного поля, созданного антенной, размещенной параллельно основанию, так что прием чип-картой посылаемых антенной электромагнитных сигналов является максимальным, когда основание антенны расположено перпендикулярно относительно плоского основания карты.

2. Система считывания по п.1, отличающаяся тем, что указанные спирали меньшего размера (24) и большего размера (26) представляют собой круглые спирали.

3. Система считывания по п.2, отличающаяся тем, что соотношение между диаметром круглой спирали большего размера и диаметром круглой спирали меньшего размера находится в пределах от 2 до 3.

4. Система считывания по п.3, отличающаяся тем, что считывающее устройство содержит три последовательно соединенные антенны, каждая из которых образована меньшей спиралью (24), последовательно соединенной с большей спиралью (26), при этом провод антенны навит таким образом, что сохраняется симметричность результирующей антенны, обеспечивающей формирование электромагнитного поля, равномерно распределенного радиально симметрично.

5. Система считывания по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что указанные бесконтактные чип-карты закреплены на плоском основании объекта, которое приблизительно параллельно определенной плоскости, являющейся вертикальной плоскостью.

6. Система считывания по п.5, отличающаяся тем, что указанными объектами являются книги, расположенные на стеллажах библиотеки.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Настоящее изобретение относится к системам, использующим бесконтактные чип-карты и считывающее устройство, обеспечивающее подачу необходимой для карт энергии за счет электромагнитной связи, чтобы информация из чип-карты могла считываться считывающим устройством, в частности к бесконтактной системе считывания чип-карт, размещенных на объектах.

Предшествующий уровень техники

В настоящее время широко используются во многих областях бесконтактные приемно-передающие системы. Одной из областей применения является бесконтактная чип-карта, представляющая собой систему, все более широко используемую в сфере общественного транспорта. Они разработаны также как средство платежа.

Обмен информацией между бесконтактной картой и связанным с ней считывающим устройством осуществляется посредством дистанционной электромагнитной связи между антенной, размещенной в бесконтактной карте, и второй антенной, расположенной в считывающем устройстве. Для производства, хранения и обработки информации карта снабжена чипом, содержащим зону памяти и микропроцессор, который соединен с антенной.

Другая область применения бесконтактных чип-карт, приобретающая все большее значение, состоит в использовании последних для распознавания предметов, таких как книги, диски (CD-ROM или DVD), предназначенных для продажи или выдачи во временное пользование. В данном случае чип-карта, помещенная на каждом объекте, содержит в памяти данные, идентифицирующие объект, которые позволяют таким образом инвентаризировать и идентифицировать предмет в момент его передачи в распоряжение покупателя (в случае продажи) или абонента (в случае выдачи во временное пользование).

На рынке имеются системы считывания этикеток, помещенных на обложке книг, расставленных на стеллажах библиотеки. В этой системе портативное считывающее устройство включает считывающую антенну, размещенную на плоском основании.

В момент считывания плоское основание устанавливается параллельно считываемой этикетке таким образом, что создаваемое антенной считывающего устройства электромагнитное поле может замыкаться перпендикулярно относительно плоскости этикетки. Следовательно, используются, главным образом, силовые линии поля края антенны, и этим диктуется необходимость удержания края антенны в непосредственной близости от переплета книги, то есть на расстоянии порядка 1 см. В связи с тем что переплеты необязательно соответствующим образом выровнены, некоторые книги, задвинутые глубже на стеллаже, оказываются, таким образом, слишком удаленными и не могут быть идентифицированы при перемещении считывающего устройства перед книгами. Следовательно, необходимо каждый раз следить за тем, чтобы антенна прижималась к переплетам идентифицируемых книг, независимо от положения соответствующего переплета на стеллаже, что ограничивает эффективность считывающего устройства, а также и скорость операции.

Краткое изложение существа изобретения

Технической задачей настоящего изобретения является создание системы считывания объектов, расположенных на стеллажах и снабженных бесконтактными картами для их распознавания, в которой используемая для распознавания объектов антенна мобильного считывающего устройства установлена перпендикулярно относительно плоскости бесконтактных карт и не находится в контакте или в квазиконтакте с объектами в момент считывания.

Поставленная задача согласно изобретению решена путем создания бесконтактной системы считывания, содержащей бесконтактные чип-карты, каждая из которых размещена на объекте для идентификации этого объекта по идентифицирующим его данным, содержащимся в чипе карты, и мобильного считывающего устройства, имеющего антенну для считывания идентифицирующих объект данных, причем каждая чип-карта закреплена на плоском основании объекта, согласно изобретению антенна считывающего устройства состоит из плоского основания антенны, на котором закреплена по меньшей мере одна спираль меньшего размера, последовательно соединенная со спиралью большего размера, представляющие собой концентрические спирали и имеющие одинаковое направление навивки, для получения максимального значения составляющей (Н) электромагнитного поля, созданного антенной, размещенной параллельно основанию, так что прием чип-картой посылаемых антенной электромагнитных сигналов является максимальным, когда основание антенны расположено перпендикулярно относительно плоского основания карты.

Краткое описание чертежей

Для лучшего понимания целей, предмета и отличительных признаков изобретения ниже приводится описание предпочтительного варианта воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых

фиг. 1 изображает систему считывания, на которой показано считывающее устройство перед библиотечным стеллажом, на котором расположены книги, каждая из которых имеет бесконтактную карту, согласно изобретению;

фиг. 2 изображает антенну считывающего устройства, состоящую из меньшей спирали и последовательно соединенной большей спирали, согласно изобретению;

фиг. 3 изображает диаграмму силовых линий электромагнитного поля, излучаемого считывающим устройством, согласно изобретению;

фиг. 4 изображает диаграмму величины электромагнитного поля, излучаемого обычным считывающим устройством и считывающим устройством, согласно изобретению;

фиг. 5 изображает предпочтительный вариант выполнения считывающего устройства, используемого в системе, согласно изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов

воплощения изобретения

Описанная ниже система используется предпочтительно для идентификации книг в библиотеке или книжном магазине, будь то для поиска какой-то определенной книги или при проведении инвентаризации. На фиг. 1 показано, что книги 10 расположены одна рядом с другой на стеллаже 12. Каждая книга, например книга 11, имеет бесконтактную карту 14, помещенную на передней стороне обложки книги в определенном положении. Карта может размещаться также и с тыльной стороны обложки. Бесконтактная карта представляет собой чип-карту, имеющую антенну для обмена данными со считывающим устройством. Чип содержит идентификатор книги, на которой он помещен, но также может содержать информацию о содержании книги или идентификацию лица, которое взяло книгу во временное пользование, если речь идет о библиотеке.

Считывающее устройство, используемое для считывания бесконтактных карт, представляет собой считывающее устройство, основание антенны 16 которого, предпочтительно круглое по форме, параллельно корешку книг, то есть практически перпендикулярно плоскости обложек, где помещены бесконтактные карты, в вертикальной плоскости в данном случае. Считывающее устройство содержит также ручку 18, которую держит в руке оператор при перемещении считывающего устройства параллельно переплету книг. Посредством кабеля 20 считывающее устройство соединено с блоком 22 обработки для сбора данных, переданных картой 14. Следует отметить, что это соединение может быть беспроводным и осуществляться посредством передатчика, размещенного в ручке 18, и приемника на входе блока 22 обработки.

Схема антенны считывающего устройства согласно изобретению показана на фиг. 2. Антенна содержит малую спираль 24 и последовательно соединенную большую спираль 26, навивка которых выполнена в одном направлении, как показано стрелками на фиг. 2. Если L ₁ принять за индуктивность большей спирали, L ₂ за индуктивность меньшей спирали и М - коэффициент взаимоиндукции между обеими спиралями, общая индуктивность составит:

L=L ₁+L₂+M.

Следует подчеркнуть, что обе спирали 24 и 26 могут быть независимыми или параллельными в момент их навивки в одном направлении. Но в этом случае результирующая индуктивность уже не будет суммой двух индуктивностей, а будет ниже самой меньшей из двух индуктивностей. Если предположить состояние очень близкое к резонансу, то необходимо пропустить значительно более высокий ток для получения тех же величин электромагнитного поля и, следовательно, необходим значительно больший расход энергии для получения подобного результата.

Силовые линии электромагнитного поля между спиралями, созданного двумя последовательно соединенными спиралями, представляют собой результирующую силовых линий электромагнитного поля, созданного каждой из спиралей, и показаны на фиг. 3. Спираль меньшего диаметра 24 создает силовые линии поля 28, а спираль большего диаметра 26 создает силовые линии поля 30, более значительные, чем силовые линии поля 28 на том же расстоянии d (ордината) от основания антенны, представленного осью абсцисс. Фактически направление навивки для обеих спиралей одно и то же, силовые линии поля 28 и 30 также проходят в одном и том же направлении, например по направлению часовой стрелки. Это значит, что в любой точке существует электромагнитное поле Н, в котором составляющая Н, параллельная плоскости основания антенны, имеет величину, представленную суммой составляющих того же направления обеих спиралей и превышающую каждую из двух составляющих. Следует отметить, что составляющая, перпендикулярная к основанию антенны, между спиралями незначительна, в связи с тем что обе составляющие обеих спиралей, перпендикулярные к основанию антенны, сокращаются.

На фиг. 4 показана величина радиальной составляющей Н, параллельной основанию антенны в зависимости от расстояния D до общего для двух спиралей центра О. Для сравнения кривая 32 изображает величину составляющей Н в том случае, когда отсутствует меньшая спираль, а имеется лишь бульшая спираль. Величина тем больше, чем ближе от спирали производится замер этой величины. Следовательно, максимум кривой находится непосредственно выше спирали, так как в этом месте силовые линии поля располагаются горизонтально (линии 30 на фиг. 3).

Другая кривая 34 на фиг. 4 представляет собой величину радиальной составляющей Н, параллельной основанию антенны, когда антенна имеет конструкцию, показанную на фиг. 2, то есть меньшая спираль 24 последовательно соединена с большей спиралью 26. В этом случае величины составляющих Н поля, созданного соответственно меньшей и большей спиралью, как было указано выше, складываются, что в результате дает кривую 34, быстро увеличивающуюся, начиная от центра спирали.

Очень важно для получения эффективного считывания, чтобы величина составляющей Н была равной или превышала пороговую величину Н ₁, которая определяет минимально допустимое расстояние между считывающим устройством и чип-картой. Если предположить это расстояние равным 5 см, то есть наиболее удобным расстоянием для осуществления считывания, то пороговая величина Н ₁ соответствует горизонтальной прямой, изображенной на фиг. 4. Как можно констатировать, величина Н₁ сохраняется в значительном промежутке L, который проходит с обеих сторон от большей спирали 26. Наоборот, в случае отсутствия меньшей спирали величина Н₁ может быть достигнута лишь в промежутке l, который не обеспечивает достаточную эффективность считывания.

Несмотря на то что спирали могли бы быть и прямоугольной формы (оставаясь концентрическими) для реализации изобретения, оказалось, что круглая форма является наиболее подходящей. Действительно, для обеспечения высокой эффективности считывания с прямоугольными спиралями оператор должен удерживать ручку считывающего устройства в положении, параллельном чип-карте. В то же время очевидно, что для спиралей круглой формы и имеющих, следовательно, радиальную симметрию, положение ручки считывающего устройства не имеет большого значения при считывании, так как даже в том случае, если ручка не параллельна карте, круглые спирали всегда создают одни и те же силовые линии электромагнитного поля.

Для достижения максимально возможной эффективности важно, чтобы соотношение между диаметром большей спирали и диаметром меньшей спирали находилось в интервале минимум 2 и максимум 3. Это соотношение позволяет найти компромисс между протяженностью зоны функционирования (L на фиг. 4) и радиусом охвата антенны. Таким образом, чем больше это отношение приближается к 2, тем больше сокращается зона функционирования, но увеличивается охват антенны. И наоборот, чем больше это отношение приближается к 3, тем больше зона функционирования, но меньше дальность антенны.

В предпочтительном варианте выполнения антенна считывающего устройства состоит из нескольких простых антенн (большая спираль последовательно соединенная с меньшей спиралью) (фиг. 2). Так, можно изготовить антенну считывающего устройства в соответствии с вариантом, представленным на фиг. 5. В этом случае провод антенны навит по часовой стрелке на 3/4 оборота, а затем следует спираль меньшего диаметра 42. После меньшей спирали следует навивка большего диаметра на 3/4 оборота, а затем меньшая спираль 46. После нее следует навивка большего диаметра на 3/4 оборота в последовательном соединении с меньшей спиралью 50. Наконец, за ней следует навивка большего диаметра 52 на 3/4 оборота и возврат в исходную точку первой навивки, то есть навивки 54 питания. С точки зрения питания, геометрия этого варианта выполнения позволяет получить квазисимметрическую индуктивную нагрузку для равномерного функционирования. Последовательное соединение 3 простых антенн, показанных на фиг. 2, позволяет в данном особом варианте выполнения получить величину индуктивности, обеспечивающую простое согласование антенны с частотой функционирования бесконтактной системы. Было бы крайне затруднительно, даже невозможно, согласовать антенну с частотой функционирования при слишком большей величине индуктивности. Кроме того, геометрия выполнения позволяет найти приемлемый компромисс между достаточно высокой величиной электромагнитного поля и соответствующим размером считывающего устройства.

Как было упомянуто, система согласно изобретению представляет интерес в связи с тем, что позволяет идентифицировать книги в библиотеке или в книжном магазине. Например, в библиотеке считывающее устройство отличается хорошей эргономикой и простотой использования при поиске заглавия или тома по известной ссылке. Для этого можно предусмотреть звуковой сигнал при обнаружении нужной книги. Также можно проверить надлежащий порядок размещения книг, проверив, например, расстановку книг по увеличению порядкового номера. В равной мере можно уточнить реквизиты книги, не снимая ее со стеллажа. Следует отметить, что аналогично систему можно использовать также для дисков (CD-ROM или DVD).

Такая система позволяет осуществлять все операции, если продукция оприходована при поступлении в магазин или в помещение, где она хранится, и ее наличие на полке проверяется в конце каждого рабочего дня, а ее убытие в случае продажи определяется по состоянию кассы. В действительности, наряду с тем, что считывающее устройство согласно изобретению особенно хорошо приспособлено для работы с чип-картами, всегда параллельными плоскости, перпендикулярной к плоскости антенны считывающего устройства, оно может также использоваться, даже если чип-карта не перпендикулярна к плоскости антенны. Благодаря своей конструкции считывающее устройство может свободно использоваться для идентификации любых объектов, в частности для массы предметов одежды в магазине одежды.