近场通信系统和系统的制作方法

本申请涉及一种用于检测nfc系统附近的环境状况或介质组成中的近场通信(nfc)系统，并且特别地，本申请涉及一种用于在nfc系统的传感器模式下检测环境状况或介质组成中的nfc系统。

背景技术：

nfc设备正越来越广泛地用于短距离通信。例如，非接触式支付终端使用nfc进行支付授权。此外，智能手机、膝上型计算机和其他消费电子设备利用nfc进行短距离数据传输(包括照片、视频和联系人等)。预计nfc设备的使用的增加会降低其整体制造成本，再加上使用的增加有助于它们在数据通信本身以外的领域中使用。

期望具有一种用于使用nfc设备来检测nfc设备附近的环境状况或介质组成中的至少一个的方法和装置。

技术实现要素：

为了解决以上技术问题，本实用新型提供一种近场通信系统和系统。

根据一个方面，提供了一种近场通信系统，包括：第一天线，被定位在物体上，被配置为检测第一天线附近的电磁场；以及近场通信控制器，被配置为：基于电磁场和电磁场与物体的状况之间的关联来确定物体的状况；以及输出表示所确定的物体的状况的数据。

在一些实施例中，近场通信系统包括：被耦合到近场通信控制器的存储器，被配置为存储电磁场与物体的状况之间的关联。

在一些实施例中，近场通信系统包括：第二天线，被配置为在第二天线附近照射电磁场。

在一些实施例中，第一天线和第二天线是平面天线，并且共同位于同一二维平面上。

在一些实施例中，物体的状况是物体的环境状况或物体的介质组成中的至少一个。

在一些实施例中，物体的状况是物体的温度、压力或湿度或者物体中的液位或空气量中的至少一个。

在一些实施例中，物体是加热垫、饮用杯或混凝土结构。

在一些实施例中，物体的状况是加热垫的温度、饮用杯的液位或混凝土结构中的裂缝的存在。

在一些实施例中，近场通信系统包括：被耦合到近场通信控制器的通信设备，其中：近场通信控制器被配置为向通信设备输出表示所确定的物体的状况的数据；以及通信设备被配置为向另一设备传输表示所确定的物体的状况的数据。

根据一个方面，提供了一种系统，包括：第一设备，可操作以具有变化的状况；以及近场通信系统，被安装在第一设备上，近场通信设备包括：第一天线，被配置为检测电磁场；以及近场通信控制器，被耦合到第一天线，被配置为：基于电磁场和电磁场与第一设备的状况之间的关联来确定第一设备的状况；以及输出表示所确定的第一设备的状况的数据。

在一些实施例中，近场通信系统包括被耦合到近场通信控制器的存储器，存储器被配置为存储电磁场与第一设备的状况之间的关联。

在一些实施例中，近场通信系统包括第二天线，第二天线被配置为在第二天线附近照射电磁场，并且其中第一天线和第二天线是平面天线并且共同位于同一二维平面上。

在一些实施例中，第一设备的状况是第一设备的环境状况或者第一设备的介质组成中的至少一个。

在一些实施例中，近场通信系统包括被耦合到近场通信控制器的通信设备，并且其中近场通信控制器被配置为向通信设备输出表示所确定的第一设备的状况的数据，并且通信设备被配置为向另一设备传输表示所确定的第一设备的状况的数据。

本实用新型可以实现有益的技术效果。

附图说明

图1示出了nfc系统；

图2示出了耦合到nfc系统的第一天线和第二天线的nfc前端设备；

图3a示出了根据一个实施例的nfc系统；

图3b示出了将第二天线的输出电压与杯子的液位相关联的查找表；

图4a示出了附接到混凝土柱子的nfc系统；

图4b示出了将第二天线的输出电压与柱子中的裂缝的存在相关联的查找表；

图5示出了用于确定nfc系统附近的环境状况或介质组成中的至少一个的方法的流程图；以及

图6示出了根据一个实施例的nfc系统的操作模式。

具体实施方式

图1示出了nfc系统100。系统100包括nfc控制器102、主处理器104、存储器106、nfc前端设备108以及第一天线110a(表示为“天线1”)和第二天线110b(表示作为“天线2”)。主处理器104耦合到nfc控制器102。nfc控制器102耦合到存储器106和nfc前端设备108两者。nfc前端设备108耦合到第一天线110a和第二天线110b两者。

存储器106可以是任何类型的非暂态计算机可读存储介质，诸如静态或动态存储器。存储器106可以被配置为存储在由nfc控制器102执行时引起nfc控制器102如本文所述进行操作的可执行指令。存储器106可以存储由nfc控制器102可访问的固件。固件可以指示如本文所述的nfc控制器102的操作。nfc控制器102可以是微控制器、处理器或微处理器等。nfc控制器102还可以包括模数转换(adc)电路系统(未示出)。

nfc控制器102可以访问存储器106中的固件。基于固件，nfc控制器102可以向nfc前端设备108发送指令或命令以激活或供电第一天线和第二天线110(本文中统称为该数字)。nfc前端设备108可以是天线驱动器等。该指令或命令可以指示nfc前端设备108引起第一天线110a生成(或照射)电磁场。

响应于发送指令或命令，nfc前端设备108引起第一天线110a生成(或照射)电磁场。电磁场和电磁波的照射在本文中可互换地使用。电磁场照射在作为发射天线的第一天线110a附近。电磁场由作为接收天线的第二天线110b检测。第二天线110b也位于第一天线110a附近。例如，第一天线和第二天线110可以共同位于平面中并且其间具有间隔。第二天线110a输出反映或表示检测到的电磁场的电压。

第一天线和第二天线110附近的环境状况影响磁场。例如，强度磁场可以根据第一天线和第二天线110附近存在的材料的磁导率而增加或减少。不同类型的材料具有不同的磁导率，磁导率是材料支持在其自身内形成磁场的能力的量度。例如，混凝土、气体、玻璃、塑料和液体以及其他类型的材料具有不同的磁导率。设置在第一天线和第二天线110附近的材料的类型因此影响由第一天线110a照射的磁场的强度。类似地，不同类型的材料具有不同的介电常数，介电常数是在特定介质中形成电场时遇到的电阻的量度。

第一天线和第二天线附近的介质的介电常数也影响由第二天线110b检测到的电磁场。因此，第二天线110b的输出电压随着第一天线和第二天线110附近的介质类型的改变而改变。

天线110附近的介质组成影响电磁场。响应于第二天线110b附近的第一材料(诸如水或空气)与第二材料(诸如混凝土或金属)的比例的变化，由第二天线110b检测到电磁场。

除了介质类型之外，电磁场还与天线110附近的环境状况相关地变化。环境状况包括温度、压力和湿度等。天线110附近的环境状况的变化引起电磁场的对应变化，并且因此引起由第二天线110b输出的电压的变化，并且温度、压力或湿度的上升或下降通过第二天线110b的输出电压来反映。

nfc前端设备108可以是nfc控制器102与天线110之间的接口。nfc前端设备108(其可以是天线匹配元件)驱动天线110。nfc前端设备108检测第二天线110b的输出电压。nfc前端设备108可以划分输出电压。例如，输出电压可以在nfc控制器102的动态电压范围之外，并且nfc前端设备108可以缩放(例如，通过划分)输出电压。nfc前端设备108还可以对输出电压进行数字化或采样。nfc前端设备108向nfc控制器102输出表示输出电压的信号，在nfc控制器102处，在输出电压被数字化或采样的情况下，信号可以是模拟信号或数字信号。检测到的电压可以是第二天线110b的峰峰值电压或输出电压电平。

nfc控制器102接收表示输出电压的信号。nfc控制器102基于表示输出电压的信号来确定天线110附近的环境状况或介质组成。此外，nfc控制器102可以确定天线110附近的环境状况或介质组成的变化。

存储器106可以存储将第二天线110b的输出电压与天线110附近的环境状况或介质组成相关联的一个或多个查找表。nfc控制器102查询一个或多个查找表中的表以标识环境状况或介质组成。例如，查找表可以存储温度与输出电压之间的关联。响应于接收到表示输出电压的信号，nfc控制器102查找与接收到的输出电压指示相对应的温度。

nfc控制器102可以存储所标识的环境状况或介质组成。此外，nfc控制器102可以向主处理器104输出所标识的环境状况或介质组成的指示。

主处理器104可以是包括nfc系统100的主机设备的微处理器或控制器等。主处理器104可以是智能电话、膝上型计算机或平板电脑的处理单元。主处理器104可以使用nfc控制器接口(nci)协议与控制器102通信。此外，控制器102和主处理器104可以使用内部集成电路(i²c)串行总线等连接。使用nci协议的通信可以通过i2c总线进行。主处理器104可以从控制器102接收所标识的环境状况或介质组成的指示。此外，主机处理器104可以向控制器102配置如本文所述的一个或多个阈值。控制器102可以使用一个或多个阈值来确定是否向主处理器104报告所标识的环境状况或介质组成。例如，如果环境状况或介质组成的变化超过阈值，则控制器102可以报告所标识的环境状况或介质组成。主处理器104可以引起所标识的环境状况或介质组成被输出给用户。例如，主处理器104可以向显示器(未示出)输出所标识的环境状况或介质组成或者从所标识的环境状况或介质组成收集的信息。

注意，尽管图1中示出了主处理器104，但是系统100可以是未耦合到主处理器104的独立系统。例如，nfc控制器102可以耦合到输出设备(未示出)。输出设备可以是显示器或扬声器等。此外，输出设备可以是用于传输数据的通信设备，诸如调制解调器。nfc控制器102可以直接向输出设备输出所标识的环境状况或介质组成或者从所标识的环境状况或介质组成收集的信息。

图2示出了耦合到第一天线110a和第二天线110b的nfc前端设备108。nfc前端设备108具有多个节点112，包括第一输出节点112a、第二输出节点112b、第一输入节点112c和第二输入节点112d。第一输出节点112a和第二输出节点112b耦合到第一天线110a，并且第一输入节点112c和第二输入节点112c耦合到第二天线110b。

第一天线110a和第二天线110b被示出为平面天线并且位于同一平面中。nfc前端设备108驱动第一天线110a。nfc前端设备108使用第一输出节点112a和第二输出节点112b中的一个向第一天线110a输出信号。该信号引起第一天线110a照射电磁场。电磁场被照射在第一天线110a附近的空间中。由于第二天线110b接近第一天线110a，所生成的场作用于第二天线110b。此外，空间中的环境状况以及位于空间中的材料的组成影响由第二天线110b检测到的场。第二天线110b检测场并且经由第一输入节点112c和第二输入节点112c向前端设备108输出信号。如本文所述，由前端设备108接收到的电压反映检测到的场。前端设备108向参考图1描述的控制器102输出表示电压的信号。

环境状况和介质组成感测可以用于各种各样的应用中。例如，介质组成感测可以用于检测混凝土中的裂缝，诸如建筑物墙壁、柱子或支撑梁。从介质组成感测收集的信息可以用于确定建筑物的结构完整性。此外，介质组成感测可以用于标识容器中的液位，诸如饮用杯中的水位或气罐中的燃料水平等。

图3a示出了根据一个实施例的nfc系统100。nfc系统位于加热垫310中，并且与杯子302一起使用。杯子302包括第二nfc系统101，第二nfc系统101可以包括nfc标签、温度计等。nfc系统100基于与第二nfc系统101的通信来将杯子302标识为能够加热的杯子。加热垫310的nfc系统100配备有nfc读取器，nfc读取器可以读取杯子302(或第二nfc系统101)并且将其标识为能够加热的杯子。一旦nfc系统100标识出第二nfc系统101，则nfc系统100测量杯子302中的液体量，并且加热垫310开始加热杯子(例如，根据规定的时间表)。第二nfc系统101还可以配备温度计。第二nfc系统101可以将杯子302的温度报告给nfc系统100。图3b示出了将第二天线110b的输出电压与杯子302的液位相关联的查找表304。如本文中描述的nfc系统100将杯子302标识为可以加热的杯子。液体306和空气308具有不同的磁导率和介电常数，并且因此不同地影响nfc系统100检测到的电磁场。当杯子302填充有液体306时，在nfc系统100附近的液体306与空气308的比例增加，从而改变了nfc系统100附近的介质组成和由nfc系统100检测到的电磁场。如本文所述，第二天线110b基于检测到电磁场而输出输出电压。输出电压表示场。

查找表304将第二天线110b的输出电压与杯子302的液位相关联。查找表304可以基于实验结果或者观察各种液位的输出电压来被预先填充。查找表304可以例如由杯子302的制造商基于观察各种液位的输出电压响应来开发。然后将查找表304存储在存储器106中以用于确定杯子302的液位。

在接收到表示输出电压的信号时，控制器102查询或搜索表304以标识与输出电压相对应的液位。注意，在各种实施例中，可以对表304未列出的输出电压值执行外推。在一个实施例中，可以使用等式或其他数据结构将输出电压链接到液位。

控制器102可以将液位输出到加热垫310。加热垫310包括通信设备(未示出)，通信设备可以是无线或有线通信设备。通信设备的示例包括调制解调器和通用串行总线(usb)端口等。加热垫310经由通信设备从控制器102接收液位。应当注意，尽管示出了加热垫310，但是诸如电热水壶、加热垫、微波炉等另一设备可以用于加热杯子。加热垫310基于液位来确定用于加热杯子302及其液体的加热时间或加热温度。因为更大量的液体需要更长的加热时间或更高的加热温度以达到期望温度，所以由加热垫310确定的加热时间或温度通常与液位正相关。

图4a示出了附接到混凝土柱子402的nfc系统100，并且图4b示出了将第二天线110b的输出电压与柱子402中的裂缝406的存在或不存在相关联的查找表404。nfc系统100可以使用粘合剂或磁体等附接到柱子402。此外，nfc系统100可以以其他方式附接到柱子402，例如，使用螺钉、螺栓等。

如本文所述，nfc系统100测量其附近的介质组成。随着裂缝406在柱子402中形成，空气或真空填充先前由钢占据的空间。裂缝的引入中断了在金属中感应的涡电流，并且从而影响由nfc系统100检测到的场。

查找表404将第二天线110b的输出电压与柱子402中的裂缝406的存在或不存在相关联。输出电压与裂缝的存在有关。nfc系统100的控制器102接收表示第二天线110b的输出电压的信号。然后，控制器102如本文所述查询存储器106中的表404，以基于第二天线110b的输出电压来确定裂缝406的存在。根据设定的时间表或者响应于控制器接收到的请求，控制器102可以确定裂缝406是否以预定的时间间隔存在，其中该请求可以由用户做出。

响应于确定裂缝406的存在，控制器102可以输出警报或通知，以便可以检查结构。如本文所述，控制器102可以耦合到输出设备，诸如显示器或扬声器。控制器102可以输出指示裂缝的存在的数据以在显示器上显示或者作为音频消息由扬声器输出。在一个实施例中，输出设备可以是通信设备，诸如调制解调器。控制器102可以引起使用通信设备向另一设备传输指示裂缝的存在的数据。另一设备可以是监测其中安装有nfc系统100的结构的结构完整性的服务器，由此由nfc系统100提供的数据可以由工程师或技术人员等存储和评估。此外，通信设备可以向手持设备等传输数据。

图5示出了用于确定nfc系统100附近的环境状况或介质组成中的至少一个的方法500的流程图。在方法500中，在502处，第一天线(诸如参考图1描述的第一天线110a)在第一天线附近照射电磁场。在504处，第二天线(诸如参考图1描述的第二天线110b)在第二天线附近检测电磁场。第二天线附近的介质组成以及第二天线附近的环境状况影响第二天线检测到的场。

在506处，第二天线输出表示检测到的电磁场的电压。电压可以输出到nfc前端设备，诸如参考图1描述的nfc前端设备108。nfc前端设备可以处理电压。nfc前端设备可以划分电压并且对电压执行采样、量化或模数转换。nfc前端设备向nfc控制器(诸如参考图1描述的nfc控制器102)输出表示电压的信号。在508处，nfc控制器接收表示电压的信号。

在510处，nfc控制器基于存储在存储器中的电压与环境状况或介质组成中的至少一个之间的关联来确定nfc系统附近的环境状况或介质组成中的至少一个。例如，诸如参考图1描述的存储器106的存储器可以存储将多个电压电平与环境状况或介质组成中的至少一个的相应多个度量相关联的查找表。

nfc控制器可以通过查询查找表中的电压以确定环境状况或介质组成中的至少一个来确定环境状况或介质组成中的至少一个。在512处，nfc控制器向外部设备输出表示所确定的环境状况或介质组成中的至少一个的数据。外部设备可以是服务器、膝上型计算机或手持设备等。

确定nfc系统100附近的环境状况或介质组成的能力具有多种应用。例如，nfc系统100可以被包括在膝上型计算机(或具有翻盖形状因子的任何其他设备)中，并且可以确定膝上型计算机是折叠关闭(即，关闭)还是打开。nfc系统100可以位于键盘底座或可折叠屏幕中。当nfc系统100定位在键盘底座中并且膝上型计算机打开或展开时，可折叠屏幕不会干扰或阻碍场。因此，与膝上型计算机折叠或关闭并且可折叠屏幕干扰或阻碍场时检测到的场相比，第二天线110b检测到的场更强。场的差异可以基于第二天线110b的电压输出来测量。因此，第二天线110b的输出电压可以由控制器102用来确定膝上型计算机是打开还是折叠。

图6示出了根据一个实施例的nfc系统100的操作周期的操作模式。在图6所示的周期中，操作模式包括传感器模式602、轮询模式604和侦听模式606。图6还示出了由nfc系统100(开启或关闭)在传感器模式602、轮询模式604和侦听模式606期间生成的场608的状态，图6是经修改的nfc论坛轮询周期，其允许如本文所述的感测。当未检测到合格的传感器时，可以不执行传感器模式602或者可以省略传感器模式602。如果在轮询模式604或侦听模式606期间检测到合格的传感器，则利用传感器模式602。可以省略或忽略执行轮询模式604和侦听模式606，直到执行新的传感器标识。可以实现周期性传感器标识以避免与外来物体的交互。

在轮询模式604期间，nfc控制器102轮询其附近的nfc标签以标识用于后续通信的标签。因此，轮询模式604是主动通信模式。侦听模式606是被动通信模式(从控制器102的角度来看)。控制器102监测和侦听来自nfc标签的传输，其可以包括对所接收的请求的响应。

nfc系统100在传感器模式602下执行环境状况或介质组成的检测(即，在转换到轮询各种nfc标签技术的轮询模式604之前)。此外，nfc控制器102可以在传感器模式602期间向主处理器104输出表示所确定的环境状况或介质组成的数据。可以在每个周期，在某些周期期间或者在满足指定状况的周期期间执行报告所确定的环境状况或介质组成。

状况可以是所确定的环境状况或介质组成的变化满足或超过阈值。例如，nfc控制器102可以从主处理器104接收命令，诸如nci命令。nci命令可以符合2017的nfc论坛“nfc控制器接口(nci)技术规范2.0”。

该命令可以指定阈值。控制器102可以将阈值存储在存储器102中。控制器102还可以随时间跟踪所确定的环境状况或介质组成。控制器102存储表示所确定的环境状况或介质组成的历史数据。在每个周期中，在传感器模式602期间，控制器102可以将所确定的环境状况或介质组成与先前确定的环境状况或介质组成进行比较。先前确定的状况或组成可以在任何先前周期的传感器模式602下确定(例如，紧接在当前周期之前的周期的传感器模式602部分或者发生在几天或几个月之前的周期的传感器模式602部分)。

响应于确定所确定的环境状况或介质组成与先前确定的环境状况或介质组成之间的差异达到或超过阈值，控制器102报告所确定的环境状况或介质组成。控制器102还可以报告两次测量之间的差异。当不满足或超过阈值时，控制器102不向主处理器104报告所确定的环境状况或介质组成或差异。相反，控制器102继续检测环境状况或介质组成，并且在变化超过阈值时，报告检测到的状况或组成或者检测到的状况或组成的变化。如本文所述，报告可以在传感器模式602期间发生。

如图6所示，nfc控制器102在传感器模式602期间激活并且随后停用场。当场被激活时，第一天线110a照射场，并且第二天线110b检测受其附近的环境状况或介质组成影响的场。

在轮询模式604下，控制器102与其附近的nfc标签通信。控制器102向目标标签发送属性请求(atr_req)，并且从标签接收属性响应。此外，控制器102发送唤醒所有请求(all_req)以激活其附近的标签。然后，控制器102轮询各种技术类型的nfc标签，诸如由nfc论坛采用的a、b、f和v。

可以修改nfc系统100的操作的周期以并入传感器模式602。因此，用于检测nfc标签并且与nfc标签通信的nfc系统100可以用于感测其附近的环境状况或介质组成。

13.56兆赫兹(mhz)附近的射频(rf)频谱的频带被保留用于并且分配给nfc兼容设备。nfc系统100在感测环境状况或介质组成时的使用是有利的，因为在13.56mhz频带中的操作是允许的。这与非nfc兼容传感器相反，后者可能无法在13.56mhz频带合法操作。作为nfc兼容设备，nfc系统100可以在13.56mhz频带中操作。因此，通过使用nfc系统100，传感器制造商可以有利地放弃与rf频谱的其他频带的利用相关联的监管许可和认证要求。

在一个实施例中，nfc控制器102可以在传感器模式602下重复操作，而无需本文中描述的中间轮询模式604或侦听模式606。例如，控制器102的操作周期可以仅包括传感器模式602。传感器602随时间重复或者以中间关闭时段重复。仅在传感器模式602下操作(具有或不具有中间关闭时段)可以在专用于环境状况或介质组成感测的nfc系统100中使用(例如，没有nfc标签检测或通信功能)。例如，参考图3a描述的用于测量杯子302的液位的nfc系统100和参考图4a描述的用于检测柱子402中的裂缝406的nfc系统100可以专用于环境状况或介质组成感测。因为它们分别安装在饮料容器或建筑物地基中，所以系统可以专用于环境状况或介质组成感测。

相反，用于检测膝上型计算机是处于关闭位置(关闭)还是打开位置(具有用户可访问的键盘布局)的nfc系统100或者用于检测平板电脑是否被盖子覆盖的nfc系统100可能不能专用于环境状况或介质组成感测。作为消费电子设备的一部分的这种系统也可以用于检测nfc标签并且与nfc标签通信。因此，nfc系统的操作周期包括用于感测的传感器模式602以及用于根据nfc协议进行通信的轮询模式604和侦听模式606。

可以组合上述各种实施例以提供其他实施例。

根据以上详细描述，可以对实施例进行这些和其他改变。通常，在以下权利要求中，所使用的术语不应当被解释为将权利要求限制于说明书和权利要求中公开的特定实施例，而是应当被解释为包括所有可能的实施例以及这样的权利要求有权享有的等同物的全部范围。因此，权利要求不受本公开的限制。

nfc系统可以在短距离内相互通信。nfc系统包括nfc控制器、存储用于操作nfc控制器的固件或源代码的存储器、使用电磁传播来发射和接收数据的一个或多个天线、以及用于将nfc控制器接口连接到一个或多个天线的nfc前端设备。

因为nfc系统在nfc系统附近的相对较小的空间中传播电磁波或电磁场，所以nfc系统可以用于检测该系统附近的空间或区域中的环境状况或介质组成。存在于nfc系统附近的空间中的介质类型影响电磁场和电磁场的传播。因此，nfc系统检测到的电磁场的变化或电磁波的传播指示nfc系统附近的空间中的环境状况或介质组成的变化。环境状况的示例包括温度、湿度和压力。此外，介质组成的示例包括水、空气、混凝土、金属和塑料等。

nfc系统使用第一天线照射电磁场或电磁波。nfc系统使用第二天线检测电磁场或波。检测到的电磁场或波用于标识nfc系统或其天线附近的环境状况。或者，检测到的电磁场或波用于确定nfc系统或其天线附近的介质组成。

例如，nfc系统可以安装在建筑物的地基上并且用于检测可能在地基中产生的裂缝，该地基完全由混凝土制成。当裂缝在地基中形成时，它们被空气渗透，这允许电磁波穿过比混凝土高得多的程度。因此，当裂缝在nfc系统附近形成时，nfc系统变为传感器并且基于检测到的电磁场的变化来标识裂缝的存在。除了其他应用之外，nfc系统还可以用于检测容器中的液位以及膝上型电脑的打开和关闭。

nfc系统符合nfc协议，并且在为射频(rf)频谱中的nfc通信保留的带宽中操作。nfc系统在传感器操作模式期间感测环境状况或介质组成。传感器模式可以补充nfc系统的其他nfc操作模式，诸如轮询模式和侦听模式。或者，可以使用传感器模式来代替在nfc或nfc协议中采用的一些或所有其他操作模式。