SISTEMA DE LECTURA SIN CONTACTO PARA TARJETAS CON CHIP COLOCADAS SOBRE OBJETOS
Campo de la Invención Esta invención concierne a sistemas que usan tarjetas inteligentes con chip sin contacto y el lector proporciona por acoplamiento electromagnético la energía necesaria para tarjetas tal que la información contenida en el chip de la tarjeta inteligente puede leerse por el lector y más específicamente concierne a sistemas de lectura sin contacto para tarjetas inteligentes colocadas sobre objetos. Antecedentes de la Invención Actualmente, los sistemas transceptores sin contacto se usan ampliamente en numerosas aplicaciones . Una de estas aplicaciones es la tarjeta inteligente sin contacto cuyo uso se ha incrementado en varios sectores, tales como el sector de transporte público, por ejemplo. Éstos también se han desarrollado como medios de pago . El intercambio de información entre una tarjeta sin contacto y el lector asociado se logra por acoplamiento electromagnético entre una antena alojada en la tarjeta sin contacto y una segunda antena colocada en el lector. Para adquisición, almacenamiento y procesamiento de información, la tarjeta está equipada con un chip que actúa como una zona de memoria y un microprocesador, el cual está conectado a la antena.
No. Ref . : 167009 2
Otra aplicación de tarjetas inteligentes sin contacto, las cuales son cada vez más importantes, es su uso para la identificación de objetos para la identificación de objetos designados para venta o renta tales como libros, discos (CD ROM o DVD) . En esta solicitud, el c ip de la tarjeta colocada sobre cada objeto contiene en memoria el objeto a ser catalogado e identificado cuando éste se hace disponible al comprador (en el caso de venta) o al suscriptor (en el caso de renta) . Los sistemas para leer etiquetas colocados sobre la página de cubierta de libros colocados en estantes de una librería están disponibles en el mercado. En tales sistemas, el lector portátil incluye una antena colocada sobre el soporte plano. Durante la lectura, el soporte plano se mantiene paralelo a la etiqueta a ser leída tal que el campo electromagnético proporcionado por la antena del elector puede ser casi perpendicular al plano de la etiqueta. Esto es por lo tanto las líneas de campo en el borde de la antena que se usan principalmente y esto requiere que el borde de la antena se mantenga muy cercano a la encuademación de los libros, esto es a una distancia de aproximadamente 1 cm. A tal grado que las encuademaciones no se alinean necesariamente, ciertos libros que están desviados a la parte trasera así estarán muy lejos y no se detectarán cuando el 3
lector pase enfrente de los libros . La antena debe por lo tanto colocarse en placas contra las encuademaciones de los libros a ser identificados cualquiera que sea la posición de esta encuademación sobre el estante, lo cual restringe la efectividad del lector así como la velocidad de ejecución. Sumario de la Invención El propósito de la invención es asi un sistema de lectura que exhibe tarjetas inteligentes sin contacto, cada tarjeta inteligente colocada sobre un objeto con la ayuda de la identificación de este objeto por medio de identificación de este objeto por medio de datos de identificación contenidos en el chip de la tarjeta, y un lector móvil equipado principalmente con una antena para leer la identificación de los datos, en los cuales cada tarjeta inteligente se fija sobre el soporte plano del objeto. La antena del lector consiste de un soporte de antena plana sobre la cual se fija a al menos una espira de dimensión chica en serie con una espira de dimensión larga, estas espiras siendo concéntricas y con la misma dirección del bobinado, para así obtener una valor máximo del componente (H) del campo electromagnético producido por la antena paralela al soporte de la antena tal que la recepción de una tarjeta inteligente de señales electromagnéticas que se transmiten por la antena es máxima cuando el soporte de la antena se coloca perpendicular al soporte plano de la 4
tarj eta . Breve descripción de las figuras Los propósitos, objetos y características de la invención serán más evidentes a partir de la siguiente descripción cuando se toma en combinación con las figuras anexas en las cuales : • La Figura 1 representa el sistema de lectura de conformidad con la invención mostrando el lector enfrente de un estante de librería sobre el cual se colocan libros, cada uno equipado con una tarjeta sin contacto, • La Figura 2 representa una antena del lector de conformidad con la invención fabricado de una espira pequeña y una espira grande en series . • La Figura 3 es un diagrama que muestra las líneas del campo electromagnético emitidas por el lector de conformidad con la invención, • La Figura 4 es un diagrama que representa el valor del campo electromagnético emitido sobre un lado por un lector clásico y sobre el otro lado por un lector de conformidad con la invención, y • La Figura 5 es una representación de una 5
modalidad preferida del lector usado en el sistema de conformidad con la invención. Descripción detallada de la invención El sistema descrito a continuación se usa en una aplicación preferida de la invención para identificar libros en una biblioteca o librería, cuando se busca por un libro particular, o durante su inventario. En esta solicitud, ilustrada en la figura 1, los libros 10 se disponen lado a lado sobre un estante 12. Cada libro, tal como el libro 11, tiene una tarjeta sin contacto 14 colocada sobre la parte frontal de la cubierta del libro en una posición predefinida. Debería notarse que la tarjeta puede colocarse sobre la cubierta trasera. Esta tarjeta sin contacto es una tarjeta inteligente adaptada con su antena para intercambiar datos con el lector. El chip contiene la identificación del libro sobre el cual está colocado pero también puede contener información sobre los contenidos del libro o la identificación de las personas a quienes se prestó el libro en el caso de una biblioteca. El lector usado para leer las tarjetas sin contacto es un lector con un soporte de antena 16, circular en la modalidad preferida, paralelo al lomo del libro, de hecho perpendicular al plano de las cubiertas en donde las tarjetas sin contacto se colocan las cuales están en este caso en el plano vertical. El lector también exhibe la característica de 6
un mango 18 mantenido en la mano del operador cuando el lector se mueve paralelo a la encuademación de los libros . Un cable 20 conecta el lector a una unidad de procesamiento 22 para recolectar los datos transmitidos por la tarjeta 14. Deberla notarse que esta comunicación podría hacerse inalámbrica usando un transmisor ubicado en el mango 18 y un receptor en la entrada de la unidad de procesamiento 22. Una modalidad del lector de conformidad con la invención se muestra en la figura 2. Tal antena incluye una espira pequeña 24 en serie con una espira grande 26, las dos espiras siendo enrolladas en la misma dirección como se muestra por las flechas en la figura 1. Si Lx es la inductancia de la espira grande, L2 es la inductancia de la espira chica y M es la inductancia mutua entre las dos espiras, la inductancia total es por lo tanto: L = Li + L2 + M Debería notarse que las dos espiras 24 y 26 pueden ser independientes o dispuestas en paralelo con tal que éstas se enrollan en la misma dirección. Pero en este caso, la inductancia resultante podría no ser la suma de las dos inductancias y podría ser menor que la más pequeña de las dos inductancias . Suponiendo que estamos muy cercanos a resonancia, una corriente mucho más grande podría tener que pasar para obtener los mismos valores del campo electromagnético y así mucha más energía se requerirá para 7
obtener un resultado similar. Las líneas del campo electromagnético producidas por las dos espiras en serie son la resultante de las líneas de campo producidas por cada una de las espiras y se muestran en la figura 3. La espira con el diámetro más pequeño 24 produce las líneas de campo 28 y la espira con el diámetro más grande 26 produce las líneas de campo 30 que son más fuertes que las líneas de campo 28 a la misma distancia d (ordenada) desde el soporte de la antena representado por el eje-X. Puesto que la dirección del enrollado es la misma para las dos espiras, las líneas de campo 28 y 30 también están en la misma dirección, en sentido de las manecillas del reloj , por ejemplo. Como resultado, en cada punto existe un campo electromagnético H con un componente H paralelo al plano del soporte de la antena que tiene un valor el cual es la suma de los componentes en la misma dirección causado por las dos espiras y por lo tanto el cual es mucho más fuerte que cada uno de los dos componentes. Debería notarse que, con respecto al componente perpendicular a la antena, éste es pequeño entre las espiras siempre que los dos componentes perpendiculares al soporte de la antena debido a las dos espiras se cancelen con cada otro. La Figura 4 representa el valor del componente radial H paralelo al soporte de la antena como una función de la distancia D desde el centro O común a las dos espiras .
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Para comparación, la curva 32 representa el valor del componente H en el caso en donde no existe espira pequeña sino solamente una espira grande . El valor se incrementa cuando éste se mide más cercano y más cercano a la espira. Existe así un máximo para la curva justo arriba de la espira, en esta ubicación las lineas decampo son horizontales (líneas 30 en la figura 3) . La otra curva 34 es el valor del componente radial H al soporte de la antena cuando la antena tiene la estructura ilustrada en la figura 2, esto es una espira chica 24 en serie con una espira grande 26. En este caso, los valores de los componentes H debido al campo emitido por la espira chica y la espira grande respectivamente agregadas como se mencionaron previamente, los cuales resultan en una curva 34 que incrementa rápidamente desde el centro de las espiras . Un parámetro importante para obtener una lectura eficiente es que el valor del componente H deber tener un valor mayor que o igual a un valor umbral ¾., el último determinando la distancia mínima a mantenerse entre el lector y la tarjeta inteligente. Asumiendo que esta distancia es 5 cm, es decir una distancia conveniente para tomar la lectura, el valor umbral ¾ corresponde a la línea recta horizontal mostrada en la figura 4. Como puede verse, el valor Hx se considera sobre un intervalo grande L que se extiende sobre 9
cualquier lado de la la espira grande 26. Por otro lado, en la ausencia de la espira pequeña, el valor ¾ se alcanzará solamente sobre un intervalo 1, el cual no proporcionará una lectura suficientemente eficiente. Mientras que las espiras pueden tener forma rectangular (mientras permanecen concéntricas) para la implementación de la invención, se señala que la forma circular es la única que se adapta mejor. Para obtener buena eficiencia de lectura con espiras rectangulares, el operador debe mantener el mango del lector en una posición paralela a la tarjeta inteligente. Por otro lado, con espiras que tienen una forma circular y asi siendo radialmente simétricas, es obvio que la posición del mango del lector, aún si el mango no es paralelo a la tarjeta, las espiras circulares producen siempre las mismas líneas de campo electromagnético. Para obtener la mejor eficiencia posible, es importante que el índice entre el diámetro de la espira grande y el diámetro de la espira pequeña permanezca entre un mínimo de 2 y un máximo de 3. Este índice ayuda a obtener una solución transaccional entre la extensión de la zona de operación (L sobre la figura 4) y el rango de la antena. En esta manera, entre más cercano se obtenga este índice a 2, más se reduce la zona de operación, pero el rango incrementa. De manera inversa, cuando este radio es más cercano a 3, la zona de operación que se obtiene es más grande, pero el rango 10
que se obtiene es menor. En una modalidad preferida, la antena del lector se fabrica de varias antenas simples (una espira grande en serie con una espira pequeña) como se muestra en la figura 2. En esta manera, la antena del lector puede fabricarse en la manera mostrada en la figura 5. En esta modalidad, el alambre de la antena 40 se enrolla en sentido de las manecillas del reloj sobre 3/4 de una espira y es seguida por una espira de diámetro más chico 42. Esta espira chica es seguida por un enrollado de un diámetro mayor sobre 3/4 de una espira seguida por una espira más chica 46. Esto es seguido por un enrollado, de diámetro mayor 48 sobre 3/4 de una espira en serie con una espira más chica 50. Finalmente lo último es seguido por un enrollado de un diámetro mayor 52 sobre 3/4 de una espira regresando al punto inicial del primer enrollado, esto es el administrador de energía 54. Con respecto al alimentador de energía 54 , la geometría de esta modalidad ayuda a obtener carga inductiva casi-simétrica para operación homogénea. Colocar 3 antenas simples en serie como se muestra en la figura 2 ayuda, en esta modalidad específica, a obtener un valor de inductancia que permite que la antena se cambie fácilmente a la frecuencia de operación del sistema sin contacto. Debería ser difícil, o aún imposible, sintonizar la antena a la frecuencia de operación si el valor de inductancia fuera demasiado alto. Además, la geometría de la 11
modalidad ayuda a obtener una buena solución transaccional entre un campo magnético con un valor suficientemente alto y un lector con un tamaño razonable . Como ya se mencionó, el sistema de conformidad con la invención es pertinente para la identificación de libros en una librería o biblioteca. Por ejemplo, en una biblioteca, el lector proporciona buena ergonomía y uso fácil para buscar un título o un volumen de una referencia conocida. Para hacer esto, se puede proporcionar una alarma con sonidos en cuanto se detecte el libro correcto. La disposición apropiada de los libros también puede verificarse revisando el orden de los libros sobre la base de un número serial que se incrementa, por ejemplo. Los datos asociados con un libro también pueden revisarse sin quitarlo de su estante. Debería notarse que el mismo tipo de uso puede hacerse para discos (CD ROM o DVD) . Tales sistemas permiten todas las aplicaciones en donde los productos son identificados cuando entran a las tiendas o las permisas en donde éstos se almacenan, listadas en un estante al final del día, y después se detectan en la caja durante la compra. A pesar de que el lector de conformidad con la invención se adapta particularmente bien para tarjetas inteligentes que están todas paralelas a un plano perpendicular al plano de la antena del lector, las últimas pueden usarse aún si la tarjeta inteligente no es 12
perpendicular al plano de la antena. Debido a este diseño, el lector puede hacer su recorrido entre objetos a ser identificados, particularmente entre ropa o tienda de ropa. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.