辅助对自供电移动元件的实时定位的设备
阅读：703发布：2020-07-16
专利汇可以提供辅助对自供电移动元件的实时定位的设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 的目的尤其是一种实时 定位 自供电移动元件。每个移动元件允许通过电磁 辐射 实时定位。其包括以下装置：接收包括至少一个同步信息的无线电 信号 的接收装置(505，520)，所述接收装置被配置为从所接收的无线 电信号 中接收 能量 ；发射电磁信号的发射装置(515)，所述电磁信号是响应于激活信号而被发射的；连接到所述接收装置和电磁信号的所述发射装置的控制装置(510)，所述控制装置被无线电信号的所述接收装置供电并且被配置为响应于同步信息来生成激活信号。，下面是辅助对自供电移动元件的实时定位的设备专利的具体信息内容。
1.一种用于辅助通过电磁辐射来实时定位自供电移动元件的设备，该设备的特征在于包括以下装置：
－接收包括至少一个同步信息的无线电信号的接收装置(505，520，605，620，705，720，
805，820)，所述接收装置被配置为从所接收的无线电信号中接收能量；
－发射电磁信号的发射装置(515，615，715，815)，所述电磁信号是响应于激活信号而被发射的；
－连接到所述接收装置和发射电磁信号的所述发射装置的控制装置(510，610，710，
810)，所述控制装置被无线电信号的所述接收装置供电并且被配置为响应于同步信息来生成激活信号。
2.按照权利要求1所述的设备，其中，无线电信号的所述接收装置包括双端口存储器，所述双端口存储器被配置为能够通过无线电信号和所述控制装置来读和/或写存取。
3.按照权利要求1或2所述的设备，其中，无线电信号的所述接收装置包括基于所接收无线电信号来识别同步信息的识别装置以及把所识别出的同步信息发送到所述控制装置的发送装置。
4.按照权利要求1或2所述的设备，其中，所述控制装置包括检测无线电信号的所述接收装置的电能源的状态变化的检测装置，同步信息是响应于无线电信号的所述接收装置的电能源的状态变化而被识别出的。
5.按照权利要求1或2所述的设备，其中，所述控制装置包括检测所接收的无线电信号的载波的状态变化的检测装置，同步信息是响应于所接收的无线电信号的载波的状态变化而被识别出的。
6.按照权利要求2所述的设备，其中，所述控制装置包括存取在所述双端口存储器中存储的值的存取装置，同步信息是根据所述双端口存储器中存储的值而被识别出的。
7.按照前述权利要求中任一项所述的设备，其中，电磁信号的所述发射装置包括螺线管(L1)和控制所述螺线管的激活的开关(Q1)。
8.按照前述权利要求中任一项所述的设备，还包括确定生成激活信号的时刻的确定装置，所述时刻是根据同步信息和延迟信息的接收时刻而被确定的。
9.按照前述权利要求中任一项所述的设备，其中，无线电信号的所述接收装置符合射频识别RFID类型标准。
10.按照前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述控制装置包括控制所述移动元件的至少一个致动器的装置。
11.按照前述权利要求中任一项所述的设备，其中，还包括发射电磁信号的第二发射装置，电磁信号的所述发射装置被称为电磁信号的第一发射装置，电磁信号的所述第一发射装置和第二发射装置被配置为逐个发射电磁信号以允许确定所述移动元件的朝向。
辅助对自供电移动元件的实时定位的设备
技术领域
[0001] 本发明涉及用户和计算机化系统之间的界面，特别是在游戏领域，更特别地涉及用于辅助对自供电移动元件进行实时定位的设备。
背景技术
[0002] 在很多情况下，计算机化系统必需检测移动元件的位置和/或朝向以便允许移动元件相应地做出反应。因此，例如，在允许用户与计算机化系统模拟的虚拟玩家进行游戏的棋类游戏中，在计算机化系统上运行的应用必需知道棋盘上所有部件的位置，特别是由用户移动的那些部件，以便计算其行动。
[0003] 存在用于检测把实际对象作为计算机化系统的界面的游戏板上的实际对象的位置和/或朝向的方案。
[0004] 因此，例如，可以使用阻性类型触摸屏作为游戏板以便在施加足够的压力时检测对象入触笔的位置。然而，该类屏幕通常仅支持单点触摸并要求用户的连续按压以便知道位置。换句话说，如果释放如此施加的按压，则不能检测触笔的位置。
[0006] 而且，一般地，基于触摸屏或触摸膜的方案仅能支持有限数量的同时或准同时触摸并不允许确定大量的对象。
[0007] 其它方案使用基于红外的技术，特别是以表的形式。因此例如，称作“Surface(微软的商标)”、“mTouch(Merel公司的商标)”、Entertaible(飞利浦的商标)的产品使用布置在表的厚度中的红外照相机。然而，这些表的要求厚度使它们厚重，不方便移动，并且赋予它们硬度。而且，其价格实际上不允许家庭使用。
[0008] 最后，申请人开发的另一方案允许多个移动元件与计算机化系统的实时接口连接。在已经选择了包括在移动元件内的至少一个定位模块之后，该定位模块被顺次激活。然后从该激活的定位模块接收信号并且根据接收到的信号实时计算包括该激活的定位模块的移动元件的位置数据项。定位模块被顺次激活，在给定时刻仅激活单个定位模块。
[0009] 虽然后一方案令人满意，但一直有改进性能和降低制造成本的需求。
发明内容
[0010] 本发明允许解决上述问题中的至少一个。
[0013] －发射电磁信号的发射装置，所述电磁信号是响应于激活信号而被发射的；
[0014] －连接到所述接收装置和电磁信号的所述发射装置的控制装置，所述控制装置被无线电信号的所述接收装置供电并且被配置为响应于同步信息来生成激活信号。
[0015] 根据本发明的设备因此使得可以组合与标准技术(该标准技术尤其能够以一般成本利用)的使用相关的优点和允许在实时应用(其中可以使用数百个移动元件)中使用移动元件的结构的优点。
[0016] 无线电信号的所述接收装置优选地包括双端口存储器，所述双端口存储器被配置为能够通过无线电信号和所述控制装置来读和/或写存取。根据本发明的设备因此使得可以使用很多标准电路的特点来控制移动元件的激活以便允许定位移动元件和/或控制其它相关联的功能，特别是致动器、电机和/或显示器的功能。
[0017] 根据一个特别实施例，无线电信号的所述接收装置包括基于所接收无线电信号来识别同步信息的识别装置以及把所识别出的同步信息发送到所述控制装置的发送装置。根据本发明的设备因此使得可以使用很多标准电路的特点来控制移动元件的激活以便允许定位移动元件。
[0018] 再根据一个特别实施例，所述控制装置包括检测无线电信号的所述接收装置的电能源的状态变化的检测装置，同步信息是响应于无线电信号的所述接收装置的电能源的状态变化而被识别出的。根据本发明的设备因此特别易于使用。
[0019] 再根据一个特别实施例，所述控制装置包括检测所接收的无线电信号的载波的状态变化的检测装置，同步信息是响应于所接收的无线电信号的载波的状态变化而被识别出的。根据本发明的设备因此特别易于使用。
[0020] 再根据一个特别实施例，所述控制装置包括存取在所述双端口存储器中存储的值的存取装置，同步信息是根据所述双端口存储器中存储的值而被识别出的。因此容易设置根据本发明的设备的参数并限制可能引起的延迟时间。
[0022] 根据一个特别实施例，该设备还包括确定生成激活信号的时刻的确定装置，所述时刻是根据同步信息和延迟信息的接收时刻而被确定的。该设备因此允许在限制可能在两个移动元件的相继激活之间产生的延迟时间的同时顺次使用很多移动元件。
[0023] 无线电信号的所述接收装置例如符合射频识别RFID类型标准或诸如QI建议之类的建议。
[0024] 根据一个特别实施例，所述控制装置还包括控制所述移动元件的至少一个致动器的装置。
[0025] 再根据一个特别实施例，该设备还包括发射电磁信号的第二发射装置，电磁信号的所述发射装置被称为电磁信号的第一发射装置，电磁信号的所述第一发射装置和第二发射装置被配置为逐个发射电磁信号以便允许确定所述移动元件的朝向。附图说明
[0026] 通过阅读示例性而非限定的以下详细描述并参照附图，本发明的其它特征、目的和优点将显得清楚，在附图中：
[0027] －图1示出能用于实施本发明的结构的示例；
[0028] －图2示出用于确定移动元件的位置和朝向的逻辑表面和相关检测的示例；
[0029] －图3示出在螺线管和检测表面的导电环路之间的感性耦合的物理原理；
[0030] －图4示出根据由参照图2描述的系统获得的测量结果、沿着给定轴线允许计算放置在检测表面上的螺线管的位置的插值机制；
[0031] －图5至图8示出允许被定位的移动元件电子电路的实施例；
[0032] －图9示出由微控制器控制的移动元件的振荡电路；
[0033] －图10示出表示电感器的振荡开始和停止期间的激活控制的模拟；
[0034] －图11示出允许从用于接收来自定位模块的定位信号的定位表面的行和列接收能量的定位模块的示例；以及
[0035] －图12示出当使用两个同步信号时的同步定时图的示例。
具体实施方式
[0036] 总体而言，本发明的目的是一种移动元件，其位置(x轴，y轴和/或高度)和/或朝向(俯仰，偏航，摇摆)可以通过能够顺次确定一组移动元件的位置和/或朝向的表面来确定。为此，每个移动元件在此具有至少一个定位模块和一个激活模块。该位置可以是一个平面中的二维位置，或包括高度(或海拔)的三维位置。检测表面可以与屏幕组合以便提供例如背景元件或信息。
[0037] 例如，可通过电磁场来执行移动元件的三维位置的捕获。为此，使用检测移动元件的位置的由行/列类型的电磁捕获栅格构成的表面。该表面与能够通过复用来计算发射电磁场的定位模块的位置的电子模块相关联。
[0038] 因此每个定位模块例如被根据专属于它的标识符来顺次选择，使得其发射电磁场。为此，每个定位模块包括激活机制以使得当被激活时发射可被检测表面捕获的电磁场。
[0040] 控制信号可以例如根据标识符来选择性地寻址每个定位模块，或来寻址一组定位模块，这组定位模块然后根据内含的延迟机制而被顺次激活，从而允许在接收控制信号之后的预定延迟之后的激活。
[0041] 根据本发明，激活并定位移动元件的电子元件是通过电感供电的，用于捕获功率的天线还用于激活并同步移动元件，即允许定位表面和移动元件之间的通信。使用感性耦合的通过电感的供电可以使用特定控制电路或标准电路，例如符合RFID(射频识别)标准或QI建议(由无线功率协会开发)的电路，如承载由德州仪器公司开发的标号为BQ500110和BQ5101x的电路。
[0042] 位置的检测表面例如是用于电磁接收的挠性或刚性PCB(印制电路板)类型板。其可以与挠性或刚性、触摸或非触摸的屏幕(例如液晶显示器LCD屏或有机电致发光二极管OLED屏)相关联，从而允许在交互的视觉表面上操纵移动元件。检测表面还可以与磁化表面相关联，从而允许在倾斜、垂直或颠倒(头朝下)的屏幕上或经受撞击的情况下操纵移动元件，而不影响位置检测。
[0043] 图1示出能用于实施本发明的结构100的示例。
[0044] 此处结构100包括板105，例如游戏板，在上面布置有允许用户通过移动这些移动元件110来与关联于该板的计算机化系统交互的移动元件110。尽管此处仅示出五个移动元件，但可以使用几十、几百个移动元件。板105定义用于检测所用移动元件的位置和/或朝向的面积。
[0045] 板105此处包括耦合到屏幕120的检测表面115和磁化表面125(检测表面115、屏幕120和磁化表面125在此基本上平行)。板还包括硬件模块130(或中央处理系统)，硬件模块130用于检测移动元件110的位置，并且必要时用于检测朝向以及用于运行与用户交互的一个或更多个应用。硬件模块130特别地负责管理移动元件的位置和/或朝向，即依次识别定位模块、激活它们以使得它们逐个发射电磁场并估计其位置。
[0046] 硬件模块130优选地与板105的其它元件一起插入壳中。或者，其可以是例如合并到计算机或游戏控制台中的远程模块。其可由可充电电池供电，或者经由主电源适配器供电，并且具有一组常规连接器135，例如用于主电源适配器的电插头、USB、以太网、VGA(视频图形阵列)视频和/或适当时的HDMI(该清晰度多媒体输入)端口，特别是如果屏幕与检测区域相关联的话。而且，硬件模块130优选地包括无线通信模块，例如允许与另一计算机化系统交互和/或经由通信网络存取数据的WIFI或蓝牙类型的无线通信模块。
[0047] 硬件模块130通常包括计算模块和此后描述的驱动位置检测和捕获的模块。计算模块此处具有中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、用于存储实施发明所需的程序和变量的存储器组件(随机存储存取器RAM、只读存储器和/或闪存类型存储器)、以及声音处理模块，例如以芯片组的形式。
[0048] 根据特别实施例，硬件模块130不与板105集成但是链接到板105。例如，智能电话类型的设备连接到板105。
[0049] 位置检测和捕获驱动模块优选地通过无线电来顺次激活必须确定位置的每个定位模块并控制这样的顺次激活。在激活之后，每个定位模块在此发射由检测表面捕获的电磁场。该检测表面然后向位置检测和捕获模块发送允许计算定位模块的位置的信息项，例如(x,y,z)类型的信息项。如后面描述的那样，当若干定位模块与同一移动元件相关联时，可以根据这些定位模块的位置来确定该移动元件的朝向参数，例如以角度的形式。必须要被确定位置和/或朝向的所有移动元件的位置和/或朝向然后就被发送到计算模块，计算模块使用它们来管理与所关注的应用之间的交互性。
[0051] 图2示出检测表面和相关逻辑的示例。
[0052] 检测表面115在此由形成导电网格的行列形式的网格构成。导电网格包括沿着两个正交轴线的一组导电环路。每个环路是个单独的传感器，允许测量由属于其位置和/或朝向必须要被计算的移动元件的辐射元件(通常螺线管)感应的电流或电压的强度，移动元件位于检测表面上。
[0053] 作为示例，假定在此螺线管放置在位置200，即在环路205和210的交叉处，螺线管一端接地并且另一端连接到用于计算位置的电子组件。当位于位置200的螺线管被供电时，其在环路205和210中生成感性电流，该感性电流可以被分析并且与其它环路中感应的电流比较。因此通过螺线管和网格之间的感性耦合并且通过测量感应的电流，可以确定螺线管的位置。
[0054] 复用器215和220连接到网格的两个轴线中的每个轴线的每个环路，即在此分别是垂直和水平环路中的每个环路。复用器215和220的输出分别连接到硬件模块130的标记为130-1的位置检测和捕获驱动模块中的自动增益控制器(AGC)225和230。自动增益控制器225和230中的输出信号首先分别在解调器235和240中解调。解调产生与原始正弦加上是由螺线管发射的固定频率的倍数的交流成分(交流)成比例的连续信号(直流)。
[0055] 根据常用的方案，硬件模块130的此处标记为130-2的计算模块驱动复用器215和220以便顺次激活环路，即在环路n之后激活环路n+1。当到达最后环路时，处理器开始新的循环并且驱动第一环路的激活。
[0056] 在每个自动增益控制器225和230中使用带通滤波器以便抑制解调后的信号的不想要的谐波以及电磁背景噪声。该滤波使得可以改善来自复用器215和220的信号的测量，所述信号分别在解调器235和240中解调并且然后在模数转换器(ADC)245和250中数字化。
[0057] 所获得的数字值然后被传送到计算模块130-2的中央处理单元(CPU)255以便存储。如所示例那样，中央处理单元255控制解调器235和240。
[0058] 在所述值被存储之后，中央处理单元使复用器的地址递增以便进行来自后续环路的信号的数字化。当到达最后环路时，中央处理单元重新初始化复用器的与所关心的轴线的第一环路的值对应的地址。
[0059] 在循环结束处，中央处理单元已经针对每个轴线存储了与螺线管的位置接近的相邻环路数量相同的数字值。基于这些值，中央处理单元通过插值来计算螺线管的位置，如后面所述那样。
[0060] 观察到可以由位于不同环路之间的金属带执行环路接地以便保护它们免受电磁干扰。替代的方案包括在导电网格下布置均匀的接地平面。
[0061] 此外，位置检测和捕获控制模块130-1在此包括被计算模块130-2的中央处理单元255控制的发射器260，从而允许激活移动元件的定位模块。作为示例，中央处理单元255把要被激活的定位模块的标识符发送到发射器260。该标识符被编码然后以数字或模拟无线电信号的形式发送。接收该信号的每个定位模块然后可以比较所接收的标识符与自己的标识符并且如果标识符相同则激活自己。替代地，中央处理单元255向发射器260发送总激活命令，总激活命令被编码然后被以数字或模拟无线电信号的形式发送。
[0062] 发射器260连接到天线265，天线265允许发送由移动元件使用作为电源、并激活定位模块的控制信号。天线265有利地放置在检测表面115上，例如在环路205和210周围。根据特别实施例，环路205和210还可以用于形成天线265。为此，开关用于确定环路205和210的发送或接收功能(这些环路然后根据开关的位置而被连接到复用器215和220或连接到发射器260)。
[0063] 如上所述，发射器260可以特别包括RFID类型读取器。
[0064] 因此，为了估计一组定位模块的位置，必须顺次激活每个定位模块，并且对于这些定位中的每个而言根据此处描述的实施例执行每组环路的循环。
[0065] 若干检测表面可以组合在一起，所得检测表面的表面积是所组合的检测表面的表面积之和。为此，一个检测表面被视为主，其它检测表面被视为从。移动元件的顺次激活被主检测表面管理，主检测表面优选地接收由与每个从检测表面相关联的硬件模块计算出的位置并且通过准备包含定位模块的坐标和自由度的表来合并这些位置。
[0066] 图3示出螺线管和检测表面的导电环路之间的感性耦合的物理原理。
[0067] 根据本发明，位置和/或朝向必须要被计算的每个移动元件包括至少一个螺线管，其轴线优选地朝向检测表面。
[0068] 交流电流通过螺线管300并且发射传播朝向检测表面的电磁场，特别地，在该示例中，发射朝向环路210的电磁场。接收来自螺线管300的电磁场的环路210与螺线管300耦合。然后可以在记为305的环路端子处测量交流信号。
[0069] 螺线管300和环路210之间的耦合可以以下表达式的形式表示：
[0070]
[0071] 其中E表示螺线管300的端子的电压，R表示在接收环路210的端子305处接收的信号的电压，D是螺线管300和接收环路210之间的距离，以及k是与包括螺线管和接收环路的系统的寄生因子、特别是螺线管的匝数和环路的尺寸相关的常数。
[0072] 图4示出插值机制，其使得能够沿着给定轴线根据由如参照图2所述那样的系统获得的测量结果来计算放置在检测表面上的螺线管的位置。
[0073] 此处假设螺线管位于沿着x轴定位在X3、X4和X5的竖直环路B3、B4和B5附近，在这些环路的端子处测量的电压分别标记为V3、V4和V5。螺线管此处在x轴上标记为XS的位置。
[0074] 坐标X3、X4和X5可被中央处理单元根据对应环路的标识符来获得(这些值是根据检测表面的路由表预先定义的，优选地存储在非易失性存储器中)。
[0075] 图4中示出的曲线部分400示出根据由环路B3、B4和B5测得的值外推的、根据与螺线管耦合的环路的位置的螺线管的位置XS的电压变化。其可以类比于二次抛物型函数。该局部近似实际上对应于在螺线管与导电网格的环路之间的电磁耦合现象。
[0076] 以下关系示出该属性：
[0077] V3＝a(X3-XS)2+b
[0078] V4＝a(X4-XS)2+b
[0079] V5＝a(X5-XS)2+b
[0080] 其中a和b是常数，a是小于0的常数(a<0)。
[0081] 此外，考虑到二次函数的假设，x轴X3、X4和X5之间的关系可以以下列形式表示。
[0082] X4-X3＝X5-X4＝ΔX
[0083] X5-X3＝2ΔX
[0084] (ΔX表示在x轴X3和X4之间以及在x轴X4和X5之间的距离)。
[0085] 因此，可以根据以下公式来对螺线管的位置进行插值。
[0086]
[0087] 还可以根据相同逻辑来沿着y轴确定螺线管的位置。
[0088] 此外，螺线管和环路之间的距离(即螺线管相对于检测表面的高度)可以根据以下关系来定义。
[0089]
[0090] 距离D因此是表示在检测表面的相关环路的端子处的电压的值R的函数。D可以根据所执行的测量来外推。应注意该距离计算的精度特别与由螺线管发射的信号E的稳定性相关，信号E的值必须随时间尽可能恒定，这要求定位模块中的稳定电源，其必须不能在电池放电期间下降。这可以由定位模块的稳压器提供。
[0091] 如前面所述，用于激活和定位移动元件的电子元件通过感应来供电，用于捕获功率的天线也用于激活并同步移动元件。根据特别的实施例，移动元件的定位模块的电源由是RFID型电路的远程供电模块提供。RFID型技术的使用因此可以用于向定位模块供给电源，并且如果必要时作为通信手段以便允许激活或同步这些定位模块。
[0092] 为此，图2中所示的发射器260(更通俗地，位置检测控制模块)使用RFID读取器类型的读取器，从而允许经由RFID技术来与定位模块通信和使之同步的模式。通信然后通过向嵌入移动元件中的RFID类型的电路的非易失性存储器写入和读取来执行。这样的存储器有利地可经由通过RFID类型访问的有效区域来存取，以及可经由通过直接电连接嵌入移动元件中的微控制器来存取。同步可以特别地经由RFID载波的特定幅度调制来执行。
[0093] 因此，根据特定实施例，有效区域的电子元件包括RFID类型的读取器，即允许读取和写入位于有效区域附近的RFID类型组件或RFID标签的系统。这些电子元件此处包括覆盖有效区域的全部或一部分的至少一个导电线圈，用作RFID发射器/接收天线。
[0094] 有效区域的RFID天线发射的平均磁功率的水平使得允许位于RFID天线的正好附近的移动元件的电子元件通过磁感应而被远程供电。
[0095] 此处可观察到RFID读取器和移动元件可以使用许多RFID标准以及从中推导出的标准中的一种，如ISO/IEC 15693,ISO 18000-3,ISO 18000-4,ISO 18000-7,ISO/IEC14443,ISO/IEC 18092(更熟知为NFC,近场通信),ISO/IEC 21481(也称为NFC)。
[0096] 用于控制有效区域的中央处理单元，例如中央处理单元255此处还用于控制RFID读取器。其还可以控制远程供电电磁场的产生的激活和禁止的定时与共用同步信号的时段周期T1同相。
[0097] 根据特别实施例，移动元件中的至少一些包含非易失性双端口存储器。该存储器此处可通过RFID类型的读取器经由无线通信和通过本地微控制器经由有线链接(例如符合I2C(集成电路间)总线标准的链接)存取。尽管该双端口存储器可以用于触发移动元件的激活并因此允许它被定位，其也可以通过提供移动元件和有效区域之间的特定通信手段而用于其它目的。
[0098] 有利地，移动元件的双端口存储器是可由捕获表面的RFID型读取器可读写存取的。其形成有效区域的逻辑和嵌入移动元件中的微控制器之间的通信装置。微控制器优选地被告知经由无线通信协议接收的每个读写请求。在接收到请求的接收的指示后，微控制器可以询问该存储器以便判断该请求是否针对它、存取类型(读或写)、以及存取请求所针对的存储器地址。
[0099] 此外，每个移动元件在非易失性存储器中包含存储为例如64位的唯一标识符。根据特别实施例，该唯一标识符是可使用RFID类型的读取器存取的电子组件的称为UID(唯一标识符)的标识符。这样的标识符尤其可以符合诸如ISO15693、ISO18000-3和ISO14443之类的标准。因此，RFID类型的读取器允许与检测表面链接的计算机化系统检测新移动元件的到达并且通过其标识符唯一地识别它们。
[0100] 如后面所述，与检测表面相关联的逻辑可以确定超时值并向每个检测的定位模块分配。超时值在此表示如下时段：在该时段之后，定位模块必须跟随检测同步信号来发送定位信号。分配给新检测的定位模块的超时值可以是自由的超时值(以前分给不再检测到的定位模块)。
[0101] 为此，RFID型读取器可以在写请求中把确定的超时值给予定位模块的双端口存储器。作为示例，与检测表面相关联的计算机化系统可以用定位模块的标识符作为存储密钥来查询本地或远程数据库。这样的数据库有利地使得可以获得移动元件的功能特征的列表。因此例如，该数据库可以用于确定包括所关注的定位模块的移动元件是否具有电机、致动器、显示设备、发声设备、传感器和/或开关。所获得的功能列表可以特别被用于确定可以在计算机化系统和移动元件之间的数据和命令的交换的性质。
[0102] 用于存储定位模块的标识符的非易失性存储器和双端口存储器优选地与远程供电模块集成在一个相同的组件内。这样的组件是可获得的。因此例如，ST微电子公司制造了标号为M24LR16E的组件，其提供双端口存储器、能量收集和无线接口连接。
[0103] 在移动元件中，这样的电路有利地通过I2C类型的总线链接到微控制器。
[0104] 而且，每个移动元件包括一个或更多个振荡电路以及至少一个开关以便允许发射定位信号。开关有利地被微控制器控制，微控制器因此触发振荡或振荡的停止，从而允许相应的定位模块被定位。此处观察到使用两个振荡电路使得能够定位移动元件并确定朝向。如果仅移动元件的位置必须被确定，可以使用单个振荡电路。或者，可以使用多于两个振荡电路，特别是用于改进移动元件的位置和/或朝向的估计。
[0105] 图5示出移动元件的电路500的第一实施例。如所示那样，电路500包括标准组件505、微控制器510、和统称为515的两个振荡电路515-1和515-2，称为RFID组件或芯片的标准组件505提供RFID类型的功能并包含双端口存储器。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通常是经由称作AC0和AC1(天线线圈)的两个链路链接到电路505的线圈。
[0106] 根据该实施例，顺次利用两个振荡电路，以使得能够确定移动元件的位置和朝向。换句话说，移动元件在此包括两个定位模块，这些定位模块具有公共部分(主要包括RFID电路、RFID天线和微控制器)和单独部分(主要包括振荡电路)。
[0107] RFID电路505在此通过I2C型总线连接到微控制器510，I2C型总线包括用于时钟信号的称作SCL(串行时钟)的串行链路和用于传送数据的称作SDA(串行数据)的串行链路。与振荡电路515-1和515-2类似，微控制器510的称作Vcc的供电端子连接到给出称作Vout的电压的RFID电路的端子。常规地，给出电压的RFID505的端子通过允许吸收电过冲的电容器链接到称作Vss的基准端子。
[0108] 而且，微控制器的用于控制振荡的触发或停止(从而允许移动元件被定位)的同步信号连接到RFID电路的称作state(状态)的状态端子。
[0109] 因为RFID电路505连接到RFID天线520，其可以从RFID读取器接收电功率并根据读写请求来与读取器交换数据，特别用于更新其存储器。因为RFID电路505的输出Vout链接到微控制器510和振荡电路515-1和515-2的电源端子Vcc，这些电路可以被供电并使用。
[0110] 根据特别实施例，RFID电路505的状态端子state通过第一逻辑状态例如值1来指示RFID电路正接收并处理读或写请求，或者更一般地正在执行预定任务。或者，RFID电路505的状态端子state处于第二逻辑状态例如值0。因此，由于微控制器510的同步端子连接到RFID电路505的状态端子state，振荡电路515-1和515-2中的一个可以被微控制器510根据RFID电路505的状态而立即或延迟激活。换句话说，当RFID电路505的状态端子state处于第一逻辑状态时振荡并因此电磁发射被触发(在可以为0的预定延迟之后)，当RFID电路505的状态端子state处于第二逻辑状态时振荡并因此电磁发射被停止(也在可以为0的预定延迟之后)。换句话说，RFID电路505负责控制振荡的触发或停止(从而允许定位移动元件)。
[0111] 此处注意到这些振荡电路的激活可以例如根据预定交错的延迟而顺次执行(振荡电路之一可以在跟随同步信号之后的第一预定延迟之后激活，另一振荡电路可以在跟随同步信号之后的第二预定延迟之后激活)。
[0112] 图6示出移动元件的电路600的第二实施例。类似于电路500，电路600包括标准组件605、微控制器610、和统称为615的两个振荡电路615-1和615-2，标准组件605提供RFID类型的功能并包含双端口存储器(RFID组件)。电路600还包括适于电路605的特性的RFID类型的天线620。天线620通常是经由两个链路AC0和AC1链接到电路605的线圈。
[0113] 以电路500相同的方式，RFID电路605在此通过I2C型总线连接到微控制器510，I2C型总线包括SCL和SDA。微控制器610的供电端子Vcc，类似于振荡电路615-1和615-2，连接到给出电压的RFID电路605的端子Vout。
[0114] 然而，不像电路500，微控制器的用于控制振荡的触发或停止(从而允许移动元件被定位)的同步信号连接到RFID电路605的给出电压的端子Vout。
[0115] 而且，微控制器610的供电端子Vcc，类似于振荡电路的供电端子Vcc，经由二极管625连接到RFID电路605的给出电压的端子Vout。而且，电阻器例如一兆欧姆(1MΩ)的电阻器链接RFID电路605的端子Vout与标为Vss的端子。
[0116] 再次提到，RFID电路605连接到RFID天线620，这允许它从RFID读取器接收电功率并与RFID读取器进行读/写会话，以便更新其存储器。而且，因为RFID电路605的输出Vout链接到微控制器610和振荡电路615-1和615-2的电源端子Vcc，这三个电路可以被RFID电路605供电。
[0117] 微控制器610的同步在此是通过RFID电路605的输出Vout执行的。因此，当，RFID读取器为移动元件600供电时，RFID电路605的输出Vout供给呈现在微控制器610的输入Sync处的控制电压。该控制电压表示第一逻辑状态。相反，当RFID读取器不再向移动元件600供电时输出Vout改变到高阻时，微控制器610的输入Sync的状态由于下拉电阻器630和防止电流回流的二极管625而改变到表示第二逻辑状态的0伏。第一和第二逻辑状态允许微控制器610同步。
[0119] 图7示出移动元件的电路700的第三实施例。类似于电路500，电路700包括标准组件705、微控制器710、和统称为715的两个振荡电路715-1和715-2，标准组件705提供RFID类型的功能并包含双端口存储器(RFID组件)。电路700还包括适于电路705的特性的RFID类型的天线720。再次提到，天线720通常是经由两个链路AC0和AC1链接到电路705的线圈。
[0120] 以电路500相同的方式，RFID电路705在此通过I2C型总线连接到微控制器710，I2C型总线包括SCL和SDA并且微控制器710的供电端子Vcc，类似于振荡电路715-1和715-2，连接到给出电压的RFID电路705的端子Vout。
[0121] 然而，不像电路500，微控制器710的同步信号不使用。事实上，此处基于微控制器710的模拟比较器的结果来执行同步，模拟比较器的端子被标记为C1和C2。如所示那样，这些端子分别连接到RFID天线720的端子AC0和AC1。结果，振动的触发或停止的控制(从而允许移动元件被定位)在此直接链接到RFID天线720。
[0122] 再次提到，RFID电路705连接到RFID天线720，这允许它从RFID读取器接收电功率并与RFID读取器进行读/写会话，以便更新其存储器。而且，因为RFID电路705的输出Vout链接到微控制器710和振荡电路715-1和715-2的电源Vcc，所以这三个电路可以被RFID电路705供电。
[0123] 链接到端子C1和C2的微控制器710的模拟比较器被配置于计数器模式(捕获模式)。这使得其能够获得RFID天线720的输出处的振荡数量的计数。因此，当发射载波例如等于15Mhz的载波时在模拟比较器的输出处可以检测到与RFID读取器发射的载波的频率相等的频率。如果RFID读取器不发射载波，在模拟比较器的输出处检测不到频率(或与载波频率不同的频率)。换句话说，微控制器705的同步是经由检测RFID读取器的载波与否来执行的。因此，运行在RFID读取器上的软件负责是否以与移动元件的激活频率同步的方式生成载波，例如具有等于15Mhz频率的载波。
[0124] 此处注意为了几乎瞬时地停止RFID载波，在电流过零时的时刻切断振荡电路。
[0125] 图8示出移动元件的电路800的第四实施例。类似于电路500，电路800包括标准组件805、微控制器810、和统称为815的两个振荡电路815-1和815-2，标准组件805提供RFID类型的功能并包含双端口存储器(RFID芯片)。电路800还包括适于电路805的特性的RFID类型的天线820。再次提到，天线820通常是经由两个链路AC0和AC1链接到电路805的线圈。
[0126] 以电路500相同的方式，RFID电路805在此通过I2C型总线连接到微控制器810，I2C型总线包括SCL和SDA链路并且微控制器810的供电端子Vcc，类似于振荡电路815-1和815-2，连接到给出电压的RFID电路805的端子Vout。
[0127] 然而，不像电路500，微控制器810的同步信号不被使用。事实上，此处基于存储在RFID电路805的双端口存储器中的通常为1位的数据项的值来执行同步。结果，振荡的触发或停止的控制(从而允许定位移动元件)在此直接与RFID电路805的值有关。
[0128] 再次提到，RFID电路805连接到RFID天线820，这允许它从RFID读取器接收电功率并与RFID读取器进行读/写会话，以便更新其存储器。而且，因为RFID电路805的输出Vout链接到微控制器810和振荡电路815-1和815-2的电源Vcc，所以这三个电路可以被RFID电路805供电。
[0129] 如前面所指出的那样，微控制器810的同步经由同步位的此处在I2C总线上的读取来执行，同步位的状态变化使得能够激活同步。这样的同步位有利地具有预定地址。
[0130] 运行在RFID读取器上的软件负责生成在RFID电路805的存储器中的同步位的状态变化。
[0131] 每个移动元件在此包括与电容器并联的至少一个螺线管以形成用于发射定位信号的至少一个振荡电路。该振荡电路在此由嵌入移动元件中的微控制器激励。
[0132] 根据特定实施例，位于移动元件中的微控制器通过其一个输出来激活振荡电路，该输出被配置为以与振荡电路的固有频率接近的频率生成脉宽调制的周期信号。占空比的控制的作用是调制由定位模块发送的功率。
[0133] 此处观察到最新的微控制器具有使得能够生成脉宽调制信号的电路。使用该硬件功能允许微控制器在生成信号期间自由执行软件代码指令。因此，微控制器可以实施其它功能并执行计算而无需干扰脉宽调制信号的定时。
[0134] 图9示出由微控制器控制的用于移动元件的振荡电路。
[0135] 振荡电路900包括链接到微控制器以从其接收脉宽调制信号(PWM信号)的输入端子905。该端子经由电阻器R4例如20kΩ电阻器链接到用于开关模式中的晶体管Q1的控制端子。晶体管Q1的输入链接到包括并联安装的电感器L1和电容器C1的感性电路LC。该感性电路的另一分支链接到与电压源例如3.3V稳压源相连的电阻器R1。电阻器R1的值此处等于100Ω。电感器L1的值例如是220μH而电容器C1的值例如是3.2nF。晶体管Q1的输出链接到接地的电阻器R2。电阻器R2的值例如等于100Ω。值等于1MΩ的下拉电阻R3使晶体管Q1的控制端子接地。
[0136] 开始和停止振荡的阶段是由检测表面接收的定位信号通常不能使用时的时间段，这是因为该定位信号通常还不足够强并具有非恒定和不可控的幅度。在大量移动元件必须依次发送的用途中，这些开始和停止时间相对于检测表面的电子元件可以有效地定位移动元件的有用发射时间变得不可忽略。
[0138] 类似地，在停止阶段期间，并非简单地停止激励振荡电路并允许其以指数律下降一个或两个周期，微控制器在每个周期注入与电路的自然振荡相反相位的脉冲。
[0139] 图10示出开始和停止电感器的振荡的阶段的激活控制的模拟。时间表示在y轴上。实线形式的信号表示感性电路LC的端子处的电压，虚线形式的信号表示来自微控制器的电压控制脉冲，以及可变长度粗虚线形式的信号表示由振荡电路消耗的供电电流。
[0140] 此处观察到由定位模块的振荡电路发送的功率的调制使得能够对与要被传送到连接到定位表面的计算机化系统的数据相对应的比特流进行编码。在知道与定位信号的低状态对应的幅度A1和与高状态对应的幅度A2的情况下，可以使用NRZ(非归零)类型的调制，其允许检测表面从由于所有原因而可以产生相对较慢接收功率变化(特别包括移动元件和检测表面之间的距离变化，以及移动元件的供电电压的变化)的变化中区分与数据传送相关联的幅度变化。
[0141] 还观察到当移动元件获取RFID载波上的能量(称作能量收集的功能)时，在移动元件的接收线圈中感应的电流产生负反馈，负反馈局部地减少磁场的功率。在移动元件不需要比已积累的能量更多的能量的阶段，其优选地可以断开接收线圈的电路以便以此方式抑制在本地磁场上感应的干扰。这样的功能可以特别地被使用具有低电阻和泄漏电流的MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)型的模拟开关来执行。
[0142] 而且，无论被设计用于通信的硬件方案如何，从移动元件和向移动元件的数据传送可以根据加密系统来加密，加密系统例如是基于RSA(李维斯特、萨莫尔、阿德曼)类型或AES(高级加密标准)类型的公钥和私钥的加密系统。
[0143] 在此观察到根据前面描述的实施例，允许被定位的振荡电路的激活是通过移动元件的微控制器执行的，根据从所关注的移动元件接收的RFID类型的信号，微控制器接收同步信息项。然而，这些同步信息项通常从低频信号得出。低频信号例如是具有1Hz频率(这样的频率可以在通过断开远程供电载波来执行同步时获得，这是由于期望限制截止频率)的信号。
[0144] 然而，所用的微控制器必须生成脉冲以便在刷新周期中触发螺线管，刷新周期即是确定一组移动元件中的每个移动元件的位置并且如果适当确定朝向的与系统的实时使用相兼容的周期。这样的刷新频率例如是66Hz。在该频率处，每个刷新周期具有16ms的持续时间。因此，每个微控制器必须每16ms供应脉冲，具有针对每个振荡电路的用于每个脉冲的开始的时间延迟，这取决于被分配给每个振荡电路的时隙。这样的时隙的分配可以根据专利申请WO2012/028827的教导来执行。
[0145] 由于每个微控制器仅接收低频信息项，其必须具有适于使微控制器每16ms生成脉冲的时基并且一旦可获得外部同步信号则复位该时基。这使得可以避免在微控制器的内部时钟的过大漂移。
[0146] 在移动元件和定位表面的电子元件的内部时钟不具有确切相同的定时的情况下，移动元件基于在两个连续同步信息项之间测得的持续时间和预定理论持续时间的比较来补偿其内部时钟。观察到该持续时间越长，校正越精确。因此，如果持续时间的测量是以准确度P并且在预定理论持续时间上进行的，则微控制器时钟的补偿精度等于P/D。作为示-5例，如果精度P＝10μs并且持续时间D＝1s，则所获得的准确度等于1e ，即可能比未校-2
准的微控制器的内部时钟的+/-2e 通常好一千倍。
准的微控制器的内部时钟的+/-2e 通常好一千倍。
[0147] 定位模块还可以从定位表面的辐射行和列接收功率，特别是从用于接收来自定位模块的定位信号的行和列接收功率。
[0148] 图11示出一个定位模块的示例，该定位模块使得能够从用于接收来自定位模块的定位信号的定位表面的行和列接收功率。如所示那样，定位模块1100在此具有开关1105，开关1105允许螺线管1110根据用于使定位模块被定位的常规配置来辐射。在该配置中，微控制器1115根据来自同步模块1120的同步命令来生成具有200KHz的频率的周期性信号。所生成的信号在振荡电路1125中被放大并传送到螺线管1110。
[0149] 开关1105还使得能够使用螺线管1110作为通过感性耦合的功率的接收器，为此螺线管1110连接到能量收集电路1130。作为示例，这样的能量收集电路可以包括整流二极管和允许存储电流可在将来使用的电容器。
[0150] 开关1105最后允许螺线管110的两个端子之一断开以使得没有电流流经螺线管。该模式特别用于在移动元件不需要比已经累积的能量更多能量的阶段，因此抑制在本地磁场上引起的干扰。该未捕获的功率然后可用于附近的移动元件。
[0151] 同步信息由同步模块1120供应，同步模块1120可以例如是FM无线电接收器，特别是能够接受具有约433MHz的频率的信号的FM接收器。同步信息必须被使用来向微控制器指示微控制器应处于定位模式、功率获取模式还是“断开”模式。该信息可以以比特流的形式被定位表面的微控制器发送。
[0152] 此处观察到RFID协议使用HF(高频)载波，如果HF载波连续发射的话则HF载波可以干扰定位表面的移动元件的定位过程。为了抑制或至少降低该影响，根据特别实施例，RFID载波以大概13.56MHz的频率被连续发射。而且，在检测表面的输入处使用一个或更多个低通滤波器使得能够在允许来自定位模块的信号通过的同时拒绝该频率。
[0154] 而且，为了减小电力消耗，移动元件可以把其电子元件在每个刷新周期(固定且重复)的时间间隔期间放置为待机，在所述时间间隔期间必须不激活其定位模块或发送数据。
[0155] 根据特别的实施例，某些移动元件不在称为T1的每个刷新周期、而是根据该周期的倍数N(例如根据周期N×T1)来激活其定位模块。这样的实施例特别适于在定位表面上极少移动的移动元件。这也具有使得可以减少这些移动元件的电力消耗的效果，这些移动元件在至少等于(N－1)×T1的时间间隔期间在同步机制下把其消耗元件(包括负责接收同步信号的那些元件)放置为待机。电力消耗减少因子因此大约是N。
[0156] 再根据一个特别实施例，公共同步信号可以包括可被移动元件区分的此处标记为SyncA和SyncB的至少两个单独信号。作为示例，信号SyncA根据N个时段周期T1这样的周期被发送，而信号SyncB在每个时段周期T1被发送。因此，当等于M(0≤M＜N)的延迟值被分配给移动元件时，在跟随接收信号SyncA的时间M×T1每N个周期激活移动元件。
[0157] 在此观察到如果理论上移动元件仅需要信号SyncA，则实践中当M的值非零时使用信号SyncB是优选的，以便提高激活移动元件的准确性。
[0158] 因此，例如，参照图12，涉及模块3(当M＝2时激活)和等于三的时隙，该模块在初始化期间等待接收信号SyncA然后在小于2×T1的时间期间把自己置于待机状态。在待机结束时，等待信号SyncB然后等待等于三个时隙的持续时间以激活电磁发射(例如通常激励螺线管)。然后该模块返回待机直到在跟随N×T1周期的信号SyncB的接收之前的时间。从该时刻起，在理论上移动元件就不再需要等待信号SyncA。然而，为了避免潜在的失调问题，移动元件可以有利地随时间(例如每秒一次)检查信号SyncA的接收事实上位于其周期N×T1中的期待时间。如果观察到漂移，移动元件优选地重复从信号SyncA的接收开始的完整同步周期。
[0159] 同步信号例如被通过无线电载波的频率调制来发送。作为示例，信号SyncA和SyncB是具有不同持续时间的方波信号。
[0160] 图12示出当使用两个同步信号SyncA和SyncB时的同步定时图的示例。信号SyncA根据N个时段周期T1的周期被发送而信号SyncB在每个时段周期T1处发送，其中T1＝25ms并且N＝4。信号SyncA在此具有持续时间为1ms的方波脉冲，而信号SyncB具有持续时间为1.5ms的方波脉冲。
[0161] 所示的定时图涉及四个移动元件的激活，每个移动元件包括一个定位模块。这些移动元件在此共享相同的时隙并具有分别等于0、1、2、和3的M个延迟值。
[0162] 再根据一个特别实施例，定位避免以及每个移动元件包括能够实施协议(称为Enhanced Shockburst)的功能(称为MultiCeiver)的电子系统，Enhanced Shockburst和MultiCeiver是商标，该功能使得能够产生公共同步信号。
[0163] 该功能特别可以被使用来自Nordic半导体公司的标号为nRF24LE1的电子组件实现。根据该实施例，定位表面的电路nRF24LE1以以下方式发送同步信号SyncA和SyncB：
[0164] －每个移动元件保留一个逻辑地址ALSYNC，该地址ALSYNC针对所有移动元件具有预定且相同的值，该地址在此被保留在称作“数据管线0”的通信接口中；
[0165] －定位表面的nRF24LE1电路在每个刷新周期T1向地址ALSYNC发送包括至少一个字节的数据包。对于同步信号SyncA，数据包的第一字节具有第一预定值并且对于同步信号SyncB，数据包的第一字节具有与用于同步信号SyncA的第一值不同的第二值；
[0166] －在移动元件侧，这些信号中的每一个的接收都以恒定延迟产生表示精确同步时刻的硬件中断。而且，通过读取所接收的数据包的第一字节，nRF24LE1电路的软件确定是同步信号SyncA还是SyncB。
[0167] 作为示例，定位模块可以被包含到移动设备(如机器人或玩具例如车或直升飞机)中。移动设备的位置和朝向的实时获取以及移动设备的致动器的控制使得可以自动地引导它，例如以便使得它跟随特定路线，该特定路线特别可以由应用软件定义。为此，所用的在计算器(例如个人计算机PC类型的计算机，智能电话或平板)上执行的应用软件可以把控制命令经由SDK(软件开发包)类型的接口发送。这样的控制命令例如是电机的转速和方向。它们被编码并发送到所用的RFID类型读取器，RFID类型读取器然后可以把它们以写指令中的RFID类型信号的形式发送到定位模块的RFID类型电路。
[0168] 定位模块的微控制器可以然后通过使用例如I2C总线从RFID类型电路的存储器读取这些命令。这些命令或代表这些命令的数据优选地存储在RFID类型电路的预定部位。定位模块的微控制器在此配备有输出例如PWM类型的输出，从而使得能够根据在RFID类型电路中存储的信息来控制致动器如电机。
[0169] 自然，为了满足特定要求，本领域技术人员可以对上述说明书进行变化。特别地，虽然本发明为了说明目的结合RFID协议进行了描述，但本发明并不限于这样的用途。
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