用于生成和伺服被实时定位的可移动元件的移位力的设备和系统的制作方法_3

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面的导电回路之间的感应耦合的物理原理。
[0091] 其位置和/或朝向要被计算的每个可移动元件包括至少一个螺线管,该螺线管的 轴优选地朝向检测表面。
[0092] 螺线管300被交流电通过并且发射朝检测表面,在这个例子中特别是朝回路210, 传播的电磁场。接收来自螺线管300的电磁场的回路210与螺线管300耦合。于是,有可 能在那个回路的表示为305的端子处测量交流信号。
[0093] 螺线管300与回路210之间的耦合可以按以下关系的形式表示, k
[0094] R = -E D-
[0095] 其中
[0096] E表示位于螺线管300端子处的电压,R表示在接收回路210的端子305处接收到 的信号的电压,D是螺线管300与接收回路210之间的距离并且k是与包括螺线管和接收 回路的系统的内在因素,尤其是螺线管的匝数和回路的尺寸,关联的常数。
[0097] 图4用图示出了内插机制,从而使得有可能基于由诸如参考图2所述的系统获得 的测量根据给定轴计算放在检测表面上的螺线管的位置。
[0098] 在这里假设螺线管位于根据横坐标X3、X4和X5定位的垂直回路B3、B4和B5附 近,在回路的端子处测出的电压分别表示为V3、V4和V5。螺线管在这里被发现处于沿X轴 表示为XS的位置。
[0099] 坐标X3、X4和X5可以由中央处理单元从对应回路的标识符获得(这些值是根据 检测表面的路由图预定义的并且,优选地,存储在非易失性存储器中)。
[0100] 从由回路B3、B4和B5测出的值外推,图4中表示的曲线400的部分根据与螺线管 耦合的回路的位置示出了用于螺线管的位置XS的电压变化。这可以被相似到抛物线类型 的二次函数。这种局部近似在实践当中对应于螺线管与导电网格的回路之间的电磁耦合现 象。
[0101] 以下关系示出了这个属性。
[0102] V3 = a (X3-XS) 2+b
[0103] V4 = a (X4-XS) 2+b
[0104] V5 = a (X5-XS) 2+b
[0105] 其中a和b是常量,a是小于零的常量(a〈0)。
[0106] 此外,给定二次函数的假设,x坐标X3、X4和X5之间的关系可以按以下形式表示,
[0107] X4-X3 = X5-X4 = Δ X
[0108] X5-X3 = 2 Δ X
[0109] ( Δ X代表X坐标X3与X4之间和X坐标X4与X5之间的距离)。
[0110] 因此,有可能根据以下公式内插螺线管的位置:
[0112] 还有可能根据相同的逻辑确定沿y轴的螺线管的位置。
[0113] 此外,螺线管与回路之间的距离(即,螺线管相对于检测表面的高度)可以根据以 下关系定义,
[0115] 因此,距离D是代表被认为是检测表面的回路的端子处的电压的值R的函数。这 可以从所进行的测量外推。应当指出的是,这种距离计算的准确性尤其关联到由螺线管发 射的信号E的稳定性,其中信号E的值应当随时间的推移尽可能恒定,这需要定位模块中稳 定的供给,不能在电池放电时下降。这可以通过定位模块的稳压器来确保。
[0116] 如前面所指出的,用于可移动元件的激活、定位和控制的电子器件可以通过感应 来供电,被用来捕捉能量的天线还被用来激活、同步和控制可移动元件。根据特定的实施 例,用于可移动元件的定位和控制的模块的供电是由RFID类型电路的远程供电模块进行 的。因此,RFID类型技术的使用可以被用来供给并激活定位模块以及供给并控制模块生成 优选地是振动器类型的一个或多个机械元件的移位力。
[0117] 为了这些目的,图2中所表示的发射器260 (或者更一般地说是位置检测引航模块 和控制引航模块)使用RFID阅读器类型的阅读器,从而允许经由RFID技术的定位模块的 通信和同步模式。于是,通信可以通过由可移动元件携带的RFID类型电路的非易失性存储 器中的读和写操作来进行。这种存储器有利地可以被感测表面通过RFID类型的访问以及 被可移动元件中携带的微控制器通过直接电连接来访问。同步尤其可以通过RFID载波的 振幅的特定调制来进行。
[0118] 因此,根据特定的实施例,感测表面的电子器件包括RFID类型的阅读器,即,使得 能够读或写访问位于感测表面附近的RFID类型部件,或RFID标签,的系统。这些电子器 件在这里包括至少一个覆盖感测表面的整个或部分的导电线圈,其中导电线圈被用作RFID 发射器/接收器天线。
[0119] 由感测表面的RFID天线发射的平均磁功率具有使得通过紧邻RFID天线的可移动 元件的电子器件的磁感应进行远程供电的水平。
[0120] 在这里应当指出的是,RFID阅读器和可移动元件可以采用众多RFID标准及其派 生物之一,诸如标准 IS0/IEC 15693、IS0 18000-3、IS0 18000-4、IS0 18000-7、IS0/IEC 14443、IS0/IEC 18092 (更以NFC的名字而闻名,代表近场通信)、IS0/IEC 21481 (也以NFC 的名字被知晓)。
[0121] 被用来控制感测表面的中央处理单元,例如中央处理单元255,在这里还被用来控 制RFID阅读器。它还可以与公共同步信号的持续时间?\的循环同相地临时控制用于远程 供电的电磁场产生的激活和停用。
[0122] 根据特定的实施例,至少一些可移动元件包含非易失性双端口存储器。双端口存 储器在这里可以被RFID类型的阅读器经由无线通信访问,也可以被本地微控制器经由有 线连接访问,例如,根据I2c总线标准的连接(I2C代表inter integrated circuit(两线式 串行总线))。虽然这种双端口存储器可以被用来触发可移动元件的激活并且因此进行其定 位,但是,通过提供用于可移动元件与感测表面之间的特定通信装置,它也可以被用于其它 目的,尤其是用于控制模块生成优选地是振动器类型的一个或多个机械元件的移位力。
[0123] 有利地,可移动元件的双端口存储器可以被感测表面的RFID类型阅读器读和写 访问。它形成感测表面的逻辑与可移动元件中携带的微控制器之间的通信装置。微控制器 优选地被警报经由无线通信协议接收的每个读和写请求。接收到请求接收的指示,微控制 器可以询问那个存储器,以确定这种请求是否指向其、访问类型(写或读访问)和访问请求 所涉及的存储器地址。
[0124] 此外,每个可移动元件在非易失性存储器中包含唯一标识符,该标识符以例如64 位存储。根据特定的实施例,这个唯一标识符以利用RFID类型阅读器可访问的电子部件 的UID(代表唯一标识符)的名字被知晓。这种标识符尤其可以符合诸如ISO 15693、ISO 18000-3和IS014443标准的标准。因此,RFID类型阅读器使得链接到感测表面的计算机系 统有可能检测新可移动元件的到来并且通过它们的标识符以唯一的方式识别它们。
[0125] 如下所述,与感测表面关联的逻辑可以确定并向每个检测到的定位模块分配延时 值。延时值在这里代表定位模块应当在同步信号检测之后发射定位信号的时间段。分配给 新检测到的定位模块的延时值可以是(之前分配给不再被检测到的定位模块的)空闲延时 值。
[0126] 为了这些目的,RFID类型阅读器可以在写请求中将所确定的延时值写在定位模块 的双端口存储器。作为说明,与感测表面关联的计算机系统可以询问本地或远程数据库,以 定位模块的标识符作为访问关键字。这种数据库有利地使得有可能获得可移动元件的功能 特性的列表。因此,例如,这个数据库可以被用来确定包括所考虑的定位模块的可移动元件 是否具有电机、致动器、显示设备、声音产生设备、传感器和/或开关。所获得的功能列表尤 其可以被用来确定在计算机系统与可移动元件之间交换有可能的命令和数据的属性。
[0127] 被用来存储定位模块标识符的双端口存储器和非易失性存储器优选地和远程供 电模块集成在相同部件中。这种部件是可自由使用的。因此,例如,ST Micro Electronics 公司制造出了参考号M24LR16E的提供双端口存储、无线接口和能量恢复功能的部件。
[0128] 在可移动元件中,这种电路有利地通过I2C类型总线链接到微控制器。
[0129] 此外,每个可移动元件包括一个或多个振荡电路以及至少一个开关,以允许定位 信号的发射。开关有利地由微控制器控制,微控制器触发振荡或振荡的停止,从而允许对应 定位模块的定位。在这里应当指出的是,两个振荡电路的使用使可移动元件能够被定位并 且确定其朝向。如果仅仅要确定可移动元件的位置,则可以使用单个振荡电路。作为替代, 可以使用多于两个振荡电路,尤其是改进可移动元件的位置和/或朝向的估计。
[0130] 图5示出了可移动元件的电子电路500的特定例子。如所示出的,电路500包括 通过集成被称为RFID部件(或芯片)的双端口存储器、微控制器510以及两个振荡电路 515-1和515-2,统称为515,来提供RFID类型功能的标准部件505。电路500还包括适于 电路505的特性的RFID类型的天线520。天线520通常是经由被称为AC0和AC1 (AC代表 天线线圈)的两条链路链接到电路505的线圈。
[0131] 根据这种实施例,两个振荡电路被顺序操作,以使得能够确定可移动元件的位置 和朝向。换句话说,在这里可移动元件包括两个定位模块,这些定位模块具有公共的部分 (基本上包括RFID电路、RFID天线和微控制器)和不同的部分(基本上包括振荡电路)。
[0132] RFID电路505在这里通过I2C类型的总线连接到微控制器510,该总线包括用于 被称为SCL(代表串行时钟)的时钟信号的串行链路和用于发送被称为SDA(代表串行数 据)的数据的串行链路。微控制器510的供电端子,在这里表示为Vcc,就像振荡电路515-1 和515-2的供电端子一样,连接到RFID电路的端子505,该端子输送电压,在这里表不为 Vout。以常规方式,RFID电路505的输送电压的端子通过电容链接到表示为Vss的参考端 子,从而使得电气峰值能够被吸收。
[0133] 此外,微控制器的同步信号连接到RFID的状态端子,在这里表示为state,其中同 步信号被用来控制振荡的触发和停止(使能够对可移动元件定位)。
[0134] 由于RFID电路505链接到RFID天线520,因此它可以从RFID阅读器接收电能并 且根据读和写请求与阅读器交换数据,尤其是用于更新其存储器。由于RFID电路505的输 出Vout链接到微控制器510以及振荡电路515-1和515-2的供给端子Vcc,因此这些电路 可以被供电并使用。
[0135] 根据特定的例子,RFID电路505的状态端子state通过第一逻辑状态指示例如值 1,表示RFID
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