使用RFID来识别物体的学习和游戏交互式表面制造技术

一种基于多种多维几何形式的电子可组合模块化系统，用于在多维空间中定位多个应答器RFID的位置并且读取和写入所包括的信息。该系统包括：多个可组合模块化本地单元、多个可组合模块化子系统、至少微控制器、以及连接至模块化子系统以使任意的各模块化本地单元与应答器RFID的至少读写器接收器进行通信的至少辐射天线。本发明专利技术的创新允许天线的矩阵或系列的构造的显著改进和成本高效益，以及娱乐、教育和通信领域的新工作模式。这种创新是显著的，因为其甚至促进了甚至是与未受过教育的儿童和任何年龄的残疾人的交互。

Using RFID to identify object learning and game interactive surfaces

An electronic combinable modular system based on multi-dimensional geometry is used to locate multiple transponder RFID positions in multi-dimensional space and read and write the included information. The system includes a plurality of combinable modular local units, a plurality of combinable modular subsystems, at least a microcontroller, and at least a radiation antenna connected to the modular subsystem to enable any modular local unit to communicate with at least a reader writer receiver of the transponder RFID. The innovation of the invention allows significant improvement and cost-effective construction of the matrix or series of antennas, as well as new working modes in the fields of entertainment, education and communication. This innovation is remarkable because it even facilitates interaction with uneducated children and disabled people of any age.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用RFID来识别物体的学习和游戏交互式表面应用：该专利技术对书籍、电子书、显示器、交互式表面的构造进行了创新，并且一般来说增强了其在游戏和表面中的使用，从而扩大了在教育和康复领域、商业、工业、娱乐、展览馆领域使用的可能性，并且提供将交互式表面整合到多媒体介入中的可能性。技术发展状况：存在用以构建连接至应答器RFID(即射频识别)或应答器NFC(即近场通信)的一系列天线的许多尝试和解决方案，以通过使用机电开关或晶体管或电子开关连接各个天线来识别和定位放置在水平面上或空间中的物体，如德州仪器(TexasInstruments)的报告多达8个天线的应用的应用报告“SLOA144–October2009”中那样。[文献：]另一示例由德州仪器的TRF7960ARFID多路复用器示例性系统给出，其中该系统在应用报告“SLOA167.pdf-may2012”的第3页上针对仅16个天线的多路复用陈述了除控制逻辑之外每4个天线使用两个集成电路“….RFID天线板主要组件包括四个PCB追踪环形天线(针对13.56MHz调谐,Q<20)，一个Peregrine半导体PE42440SP4TRF开关、一个Peregrine半导体PE4257SPDTRF开关…”。[专利：]本专利技术所创新的另一有趣示例包含于1986年的、所有人名称为GeneralElectricCompany的专利US4777490A“Monolithicantennawithintegralpindiodetuning”中，其使用两个PIN二极管和BIAS电流来隔离天线或将天线连接至接收器。本专利技术所使用、修改和创新的另一有趣示例包含于1998年的、所有人名称为ARMY,UNITEDSTATESOFAMERICA的期满专利US6037905中，其使用PIN二极管来连接微波天线。因此，已知技术和科学文献广泛利用电流控制的二极管使其进入饱和区以减少RF通过的电阻，并且对于本文献，本专利技术将半导体、特别是二极管创新性地用于属于天线阵列的天线之间的切换，以解决在使用晶体管或机电或电子开关的情况下由于电子电路的复杂性而产生的许多问题、并减少导体和天线在射频上的杂散发射。本专利技术的公开：本专利技术是一种系统，其如图1中那样具有内部电源或者如图2中那样具有内部或外部电源，具有多种如图1中那样的多维几何形式(1000)的可扩展模块，使用用于读取和写入多个物体(1)中所包括的数据的已知技术手段构建，靠近或者被放置也可在系统(1000)内部或外部的特定空间中弯曲或受限的表面上的如图5中的应答器RFID或NFC(10)，该系统的特征在于如图1中那样包括多个可组合的创新型模块化本地单元(100.a1.c1)、…、(100.an.cn)，所述多个可组合的创新型模块化本地单元(100.a1.c1)、…、(100.an.cn)在操作部分中更好地说明并且具有采用导电材料且不一定是螺旋形状的天线，各天线串联连接至各个天线端子所用的至少一个半导体(优选但不完全是SCHOTTKY二极管或PIN二极管)。除了二极管之外，还可以使用晶体管或集成电路，即使是不太有效。彼此连接成矩阵的模块化本地单元(100.a1.c1)、…、(100.an.cn)通过具有电感器、半导体、二极管和电容器的模块化子系统(250.a1)、…、(250.an)和(260.c1)、…、(260.cn)(在操作部分中更好地说明)而优选地连接至如图1中所说明的向外部辐射RF的至少一个天线，其中二极管开关(50)所管理的两个天线(60)允许两个参与者交替地连接至系统(1000)。例如，如图1中那样，射频(RF)信号由连接至外部装置(500)的接收器(读取器)RFID(52)或装置(600)中所包含的接收器(读取器)RFID生成、并由内部天线(60)接收，或者如图2中那样由连接至内部通信子系统(400)和开关(50)的内部接收器(读取器)RFID(51)生成。RF信号从开关(50)的端子(50.1)和(50.2)通过一些导体(总线(BUS))流向由用于接收模块化本地单元的位置数据的微控制器(300)的控制逻辑所唯一识别的任何模块化本地单元(100.ax.cx)，其中x假设为1～n之间的值。所识别的模块化本地单元电气连接——通过BIAS直流电流极化——从而导致如图3中那样仅串联连接至天线(101.an.cn)的端子的二极管进入饱和区，并因此允许同一天线被RF穿过并将置于所识别的模块化本地单元上或附近的应答器RFID包裹在天线的磁场或电磁场中。建议突出以下：控制逻辑可以将BIAS直流电流同时发送至更多模块化本地单元，然后如图3和图4所表示地通过BUS使其彼此连接，并且还应突出：如图1和图2所表示的与二极管串联的天线(60)仅是为了描述和谐的目的才相较于其它本地单元额外考虑，因为天线(60)完全可以用与本地单元相同并使用相同的与总线的连接模式的任何本地单元来表示。还应突出以下：通过子系统而连接至BUS的本地单元的集合构成具有串联的二极管的天线的不分层多中心网络，其可以经由软件通过偏置(BIAS)直流电流动态地配置，这允许将一个或多个天线彼此连接或者与标签RFID的读取器相连接，并且还允许经由软件通过偏置电流将本地单元划分为不同组，各组连接至各个独立的本地单元。然后，应答器RFID所接收到的具有代码的RF在BUS上返回，并且通过如图3中的模块化子系统(250.a1)、…、(250.an)和(260.c1)、…、(260.cn)的电容器朝向开关(50)的端子(50.1)和(50.2)传送、然后如图1、图2中那样朝向接收器(读取器)RFID(51)或朝向单个天线(60)传送，其中天线(60)又感应或电磁耦合至例如智能手机(600)或平板电脑(500)中所包含的应答器RFID的外部装置接收器(读取器)。将与接收器(读取器)或辐射天线的连接定位于导体的分支所形成的星形的中心处并使一个或多个二极管串联连接在导体上是有用的，其中，在无BIAS电流穿过时保持在阻断区内的这些二极管具有如下功能：对未由微控制器(300)的控制逻辑供电的天线进行分割以减少天线之间的相互作用以及防止导体辐射RF，从而允许RF仅朝向BIAS电流所穿过的天线的单一寻址。如图3、图4、图6和图7中所突出显示地利用一个或多个光学发射二极管(通常为LED)替换天线附近的二极管允许以光学方式向用户报告能够识别出的本地单元的位置；如图3中的接近传感器(3)立即向微控制器的控制逻辑报告覆盖物体的存在或移除；如图3中那样优选放置在每个天线的中心的磁体(2)允许限制线圈(turns)的磁场的流动并使与天线上方的物体的连接在机械上更加稳定；如图5中那样，除了应答器RFID外，物体又配备有插入在底座中的磁体(4)。单个天线的尺寸、线圈的数量和截面、以及基于所使用的频率和物理学和电子学定律而计算出的电容器和电感器的值取决于电路的设计、所使用的接收器(读取器)、发射功率、以及权威机构所允许的频率RFID。通常但不完全地，使用125KHz、134KHz、13.56MHz、868MHz、2.45GHz的频率。本地单元的模块化以及具有二极管、电感器和电容器的子系统的模块化允许扩增利用商业材料制成的单个PCB上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多个多维几何形式的电子可组合模块化系统，其利用众所周知的技术手段组装而成以在多维空间中定位多个应答器RFID的位置并且读取和写入所包括的信息，所述系统的特征在于：‑多个可组合模块化本地单元，其具有电容器以及天线，所述天线主要但不完全采用螺旋形式并且由导电材料制成，所述电容器和所述天线串联连接至所述天线的各端子所用的多个二极管以允许最终施加的直流电流的通过；‑多个可组合模块化子系统，其具有电感器、二极管和电容器，所述电感器、二极管和电容器连接至所述可组合模块化本地单元并且连接至至少微控制器，以通过BIAS直流电流向任何模块化本地单元供给电力；‑所述系统内部的至少辐射天线，其串联连接至该天线的各端子所用的多个二极管，并且连接至所述可组合模块化子系统，所述辐射天线使任意的各可组合模块化本地单元与所述系统外部的定位在该天线附近的应答器RFID的至少读写器接收器进行通信，‑电源，其具有众所周知的组件；‑至少计算机，以运行软件、供给电力、发送并接收信息和命令；‑至少通信子系统，其利用众所周知的技术手段组装而成以发送并接收信息和命令；‑至少微控制器，以获取并发送与各模块化本地单元的地址坐标有关的信息，从而管理地址程序、向所述模块化本地单元供给电力、并对所述通信子系统从应答器RFID的所述读写器接收器接收到的信息进行管理；‑至少磁性组件，其包含于所述模块化本地单元中；‑多个物体，其各自包含至少应答器RFID和磁性组件。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.18 IT 1020170000052581.一种基于多个多维几何形式的电子可组合模块化系统，其利用众所周知的技术手段组装而成以在多维空间中定位多个应答器RFID的位置并且读取和写入所包括的信息，所述系统的特征在于：-多个可组合模块化本地单元，其具有电容器以及天线，所述天线主要但不完全采用螺旋形式并且由导电材料制成，所述电容器和所述天线串联连接至所述天线的各端子所用的多个二极管以允许最终施加的直流电流的通过；-多个可组合模块化子系统，其具有电感器、二极管和电容器，所述电感器、二极管和电容器连接至所述可组合模块化本地单元并且连接至至少微控制器，以通过BIAS直流电流向任何模块化本地单元供给电力；-所述系统内部的至少辐射天线，其串联连接至该天线的各端子所用的多个二极管，并且连接至所述可组合模块化子系统，所述辐射天线使任意的各可组合模块化本地单元与所述系统外部的定位在该天线附近的应答器RFID的至少读写器接...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·莫尔登特，S·莫尔登特，
申请(专利权)人：维物度责任有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT