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Die Erfindung betrifft ein Zugangskontrollsystem mit einer Kontrollvorrichtung zur Auswertung von berührungslos wirkenden Berechtigungskarten, z. B. RFID-Transpondem, welche Kontrollvorrichtung mit zumindest einer Antenne zur Detektion der Berechtigungskarten verbunden ist, wobei die zumindest eine Antenne eine Leiterschleife umfasst, die zusammen mit einer Schwingkreiskapazität einen
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RFID-Transponder abgestimmt ist, wobei die Schwingkreiskapazität aus mehrereren Teilkapazitäten zusammengesetzt ist, und die Teilkapazitäten (Cl) durch gesteuerte Schaltelemente stufenweise zu oder wegschaltbar sind.
Systeme zur Zugangskontrolle sind beispielsweise für Seilbahnen und Lifte bekannt, werden aber auch in vielen anderen Anwendungen eingesetzt. Üblicherweise kontrolliert ein automatischer Ticketleser die Berechtigungskarte (Ticket) der passierenden Person und sperrt den Zugang meist mittels eines Drehkreuzes bzw. gibt das Drehkreuz für den Durchgang frei, wenn eine Überprüfung der Berechtigung dies vorsieht.
In modernen Systemen dieser Art werden sogenannte RFID-Transponder angewandt, deren Funktionsweise beispielsweise im RFID-Handbuch (1998 Carl Hanser Verlag, München Wien) näher
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Datenträger. Die Energieversorgung des Datenträgers sowie der Datenaustausch zwischen dem Datenträger und einem Lesegerät erfolgt nicht durch galvanisches Kontaktieren, wie es von gewöhnlichen Chipkarten bekannt ist, sondern durch Verwendung magnetischer oder elektromagnetischer Felder. Ein RFID-Transponder besteht aus einem elektronischen Mikrochip und einem Koppelelement, z. B. einer Spule oder einer Antenne, über welches die zum Betrieb des Transponders benötigte Energie empfangen wird, die von dem Lesegerät gesendet wird. Der Datenaustausch kann auch durch Bedämpfen des vom Lesegerät ausgesendeten, elektromagnetischen Feldes geschehen.
Solche RFID (radio frequency identification)-Systeme sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt und arbeiten in verschiedenen Funk-Frequenzbereichen oder im Mikrowellenbereich.
Ein meist kartenförmiges, elektronisches Ticket speichert die Berechtigungsdaten in einem EEPROM. Bekannt sind RFID-Transponder, die im Bereich einer Trägerfrequenz von 125 kHz und solche, die im Frequenzbereich von 13, 56 MHz arbeiten. Die höherfrequenten RFID-Transponder sind den niederfrequenten Transponder in vielen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Lesegeschwindigkeit, überlegen. Die im Transponder gespeicherten Daten werden ausgelesen und können gegebenenfalls auch verändert werden, sobald der RFID-Transponder in das elektromagnetische Feld eines entsprechenden Zugangsterminals gelangt. Das Zugangskontrollsystem verwendet hiezu eine Antenne in Form einer Leiterschleife, die mit einer Sende-/Empfangselektronik verbunden ist, und ein Drehkreuz, die beide jeweils einer Zugangsspur zugeordnet sind.
Solche Kontrollsysteme können auch ohne Drehsperre oder Schranke eingesetzt werden, um beispielsweise die Passagen rein statistisch zu erfassen, oder auch optisch die jeweilige Berechtigung zu signalisieren.
Die GB 2 312 596 A beschreibt einen Radioapparat mit verschiedenen Antennen, die an eine Vielzahl von Empfangs-Einheiten angeschlossen sind, welche jeweils einen steuerbaren Schalter enthalten, mit dem jeweils eine Antenne in den Leerlauf versetzt werden kann, je nachdem, welche Antenne die Radiosignale am stärksten empfängt. Die übrigen Antennen werden über die steuerbaren Schalter kurzgeschlossen.
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Auch die in der EP 680 161 Al angegebene Funkvorrichtung beinhaltet mehrere Antennen, die über einen Umschalter an einen einzigen Empfangskreis schaltbar sind, wobei für jede Antenne steuerbare
Schalter vorgesehen sind, die in einem Maximalwert der Spannungsverteilung angeordnet sind und über die dieser Punkt mit Erde verbindbar ist. Auf diese Weise kann die jeweils nicht aktive Antenne kurzgeschlossen werden, um eine Beeinflussung der gerade mit dem Empfangskreis verbundenen Antenne zu verhindern.
Während die eine Antenne mit dem Sende- oder Empfangskreis verbunden wird, werden die übrigen, um eine
Beeinflussung der ausgewählten Antenne zu vermeiden, an einen Punkt mit einem Maximalwert der
Spannungsverteilung kurzgeschlossen.
Aus der US 5 940 040 A geht ein System für ein Funktelephon mit einer externen Antenne und einer eingebauten Antenne hervor, wobei Schalter zur Auswahl einer der beiden Antennen und zum
Verbinden der ausgewählten Antenne mit einem Sende- oder einem Empfangskreis vorgesehen sind. Zwischen den Auswahlschaltem und der externen Antenne ist ein Übertragungsleitungs-Anpassungsschaltkreis geschaltet.
Weiters ist in der JP 2190006 A (Patent Abstracts of Japan) ein Antennensystem mit zwei Dipol-Antennen angegeben, die über einen Umschalter mit einem Sendekreis verbindbar sind, wobei die beiden Antennen räumlich so angeordnet sind, dass die jeweils nicht mit dem Sendekreis verbundene Antenne als Reflektor wirkt und sich dadurch zwei entgegengesetzte Senderichtungen ergeben, die durch Umschalten bestimmbar sind..
Das in der FR 2 775 100 A3 gezeigte Zugangskontrollsystem weist eine gemeinsame Sende/Empfangs-Einheit für zwei mit dieser verbundenen Antennen auf, über welche jeweils ein zur Detektion von RFID-Transpondem erforderliches Feld erzeugt wird, das über den Empfangsteil der Sende/Empfängseinheit detektiert werden kann. Die beiden Antennen können über elektronische Schalter kurzgeschlossen oder gedämpft werden, um eine gegenseitige Beeinflussung zu vermeiden. Eingespeist wird das Sendesignal über den Ausgang der gemeinsamen Sende/Empfangs-Einheit, wodurch zwar immer auf beiden Antennen das Sendesignal anliegt, aber nur jeweils eine Antenne im Leerlauf betrieben wird, während die andere durch den Schalter kurzgeschlossen oder bedämpft ist.
Mit diesem bekannten Transpondersystem wird versucht, Störungen durch benachbarte Antennen dadurch zu unterbinden, indem die Antennen jeweils entweder mit der gemeinsamen Sende/Empfangs-Einheit verbunden oder sonst kurzgeschlossen werden. Durch das Kurzschliessen der jeweils anderen Antenne soll verhindert werden, dass fremde Antennensignale während des Empfangs des Transpondersignals zu Störungen führen können. Damit ist eine Verbesserung der Reichweite des Zugangskontrollsystems erzielbar.
Aufgabe der gegenständlichen Erfindung ist es, diese Reichweite noch weiter zu erhöhen.
Die Aufgabe wird gemäss der Erfindung bei einem Zugangskontrollsystem der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass als Schaltelemente Dioden (D3, D4) vorgesehen sind und jeweils zwei der zur Schwingkreiskapazität zu- und wegschaltbaren Teilkapazitäten (Cl) über gegenpolig geschaltete Dioden (Dl, D2, D3, D4) zu- oder wegschaltbar sind, und dass die zwei Dioden (D3, D4) an ihren Kathoden miteinander verbunden und deren Anoden jeweils mit einer der zwei zu- und wegschaltbaren Teilkapazitäten (Cl) verbunden sind, und dass der Verbindungspunkt der Dioden (D3, D4) mit einem als Umschalter (10")
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ausgebildeten Schaltelement verbunden ist, über den der Verbindungspunkt der Dioden (D3, D4) entweder mit einer positiven oder mit einer negativen Hilfsspannung (V-, V+) verbindbar ist, wobei die Anoden der zwei zuund wegschaltbaren Teilkapazitäten (Cl)
jeweils über eine Induktivität (L3) mit Masse verbunden sind.
Hiedurch kann durch einfache schaltungstechnische Massnahmen eine Reichweitenverbesserung erreicht werden, wobei die dabei ermöglichte, exakte Abstimmung auf die Trägerfrequenz eine bessere Unterdrückung von Störungen erlaubt. Änderungen, die auf Umweltbedingungen zurückzuführen sind, wie z. B. erhöhte Luftfeuchtigkeit, o. ä. werden automatisch kompensiert.
Hierbei kann in Weiterführung der Erfindung die Mittelanzapfung der Leiterschleife (Ll) der Antenne (Al) mit Masse verbunden und/oder die positive Hilfsspannung (V+) grösser als die Leerlaufspannung des Antennensignals sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise erläutert. Es zeigt dabei
Fig. l einen schematischen Aufriss einer Ausführungsform eines Zugangskontrollsystems ;
Fig. 2 einen schematischen Seitenriss der Darstellung gemäss Fig. l ;
Fig. 3 und 4 Ausführungsformen einer Schaltungsanordung für ein Kontrollsystem, und
Fig. 5 eine Ausführungsform einer Schaltungsanordnung für ein erfindungsgemässes Zugangskontrollsystem.
Fig. l bis 2 zeigen ein Zugangskontrollsystem wie es in Skigebieten angewendet wird.
Selbstverständlich ist ein solches auch für andere Verwendungszwecke geeignet, beispielsweise für Veranstaltungshallen, Stadien, Schwimmbäder etc.. Ebenso soll unter der Bezeichnung Berechtigungskarte oder Ticket jede Art von Ausweis, Fahrkarte, Wertkarte oder ähnliches verstanden werden.
In der Fig. 1 sind zwei benachbarte Zugangsspuren 2 und 2'dargestellt, welche hier beispielsweise eine Breite von 45 cm bis 65 cm aufweisen. Mittig zwischen diesen Zugangsspuren 2, 2' ist eine zentrale Kontrollvorrichtung 1 angeordnet, welche die Komponenten für die Ansteuerung des erfindungsgemässen Zugangskontrollsystems beinhaltet, wobei das die Kontrollvorrichtung 1 aufnehmende, säulenförmige Gehäuse eine Trennlinie zwischen den Zugangsspuren 2, 2'bildet. Jede Zugangsspur 2, 2' ist
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rahmenförmigen Gestellen gebildet, in denen die den Zugangsspuren 2, 2'zugeordneten Antennen AI, A2 vorgesehen sind, die der Auswertung von berührungslos wirkenden Zugangs-Berechtigungskarten, z. B. kontaktlosen Chipkarten bzw. RFID-Transpondem, dienen.
Die Gestelle der Antennen AI, A2 bestehen jeweils aus zwei, in Durchgangsrichtung gesehen, voneinander parallel beabstandeten Standrohren 91, welche gegebenenfalls über passende Innenrohre am Boden höhenverstellbar befestigt und über Querstäbe 97 miteinander verbunden sind. An den zwei gegenüberliegenden Seiten des durch die Standrohre 91 und die Querstäbe 97 gebildeten Rahmens sind jeweils Platten 92 und 93 aufgespannt. Die relativ zur Zugangsspur innenseitige Platte 92 ist z. B. aus Polycarbonat gebildet, kann aber auch aus anderen nichtleitenden Materialien
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bestehen. Die aussenseitige Platte 93 trägt ein Gitter aus einem elektrisch leitenden Material, um die in der
Antenne entstehenden Felder nach aussen hin abzuschirmen.
Wie in Fig. 3 gezeigt, ist jede Antenne Al, A2 mit einer eigenen Sende/Empfangseinheit 13,
14 verbunden.
Beide Sende/Empfangseinheiten 13,14 der Antennen Al, A2 sind ihrerseits mit je einer nicht dargestellten Lesevorrichtung der Kontrollvorrichtung 1 verbunden, über die Empfangssignale bzw.
Schwächungen des Sendesignals detektiert werden. Erkennt die Lesevorrichtung eine im Empfangsbereich der
Antennen Al, A2 befindliche, gültige Berechtigung, die z. B. von einer in der Zugangsspur vorhandenen Person getragen wird, so wird automatisch die jeweilige Sperre 3, 3'freigegeben und der Zugangsberechtigte kann die entsprechende Zugangsspur 2, 2'passieren.
Die gezeigte Anordnung der Antennen ist für einen Personenzugang besonders gut geeignet, weil der Durchgangsbereich für die Personen nicht eingeengt ist, dennoch aber eine sichere Vereinzelung erreicht wird. Die Erfindung kann auch bei mehr als zwei vorgesehenen Zugangsspuren zur Anwendung gelangen, wobei für jede weitere Zugangsspur jeweils eine weitere Antenne und eine weitere Sende/Empfangseinheit vorgesehen ist.
Hiebei ist vorgesehen, dass die Anschlüsse der den Zugangsspuren 2, 2'zugeordneten
Antennen Al, A2 mit einer steuerbaren Vorrichtung zur Deaktivierung 10, 11 verbunden sind.
Nacheinander wird jeweils nur eine Antenne Al, A2 mit ihrer Sende- mpfangselektronik 13,
14 verbunden, wohingegen die verbleibenden Antennen kurzgeschlossen oder bedämpft bzw. verstemmt werden.
Insbesondere können die Antennen Al, A2 in rascher Aufeinanderfolge jeweils mit ihrer
Sende/Empfangselektronik 13,14 verbunden werden. Bei Detektion einer Zugangs-Berechtigungskarte im
Empfangsbereich einer der Antennen AI, A2 wird die Verbindung dieser Antenne solange bestehen gelassen, bis die jeweilige Sende-/Empfangselektronik 13,14 bzw. die zugeordnete Lesevorrichtung eine die Berechtigungskarte betreffende Lesetransaktion abgeschlossen hat.
Es kann dabei jede Antenne AI, A2 solange von der aufeinanderfolgenden Aktivierung der Antennen Al, A2 ausgenommen bleiben, bis eine abgeschlossene Lesetransaktion zu der dieser folgenden Aktion, beispielsweise zum Durchgang durch eine Drehsperre, geführt hat.
In Fig. 2 ist die Leiterschleife LI der Antenne Al in Draufsicht dargestellt, welche in Durchgangsrichtung gesehen knapp vor dem Sperrstab der Drehkreuzsperre 3 angeordnet ist. In der Sperrebene ist weiters ein Lichttaster 5 angeordnet, der die Drehsperre automatisch auslöst, wenn nach Lesung einer gültigen Zugangsberechtigung die zugehörige Person passiert.
Die in Fig. l und 2 angegebene Anordnung und Form der Antennen Al und A2 ist nur als eine mögliche Ausführungsform zu betrachten. Beispielsweise können die Antennen auch im Gehäuse der Kontrollvorrichtung 1 eingebaut sein.
In der in Fig. 3 gezeigten Schaltungsanordnung sind die Sende- mpfangs-Einheiten 13,14 jeweils über Leitungen der Länge 11 und 12 mit den Leiterschleifen Ll bzw. L2 der Antennen Al, A2 verbunden.
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Die Sende-/Empfangs-Einheiten 13, 14 erzeugen ein Hochfrequenzfeld, beispielsweise mit einer Trägerfrequenz von 13, 56 MHz und senden an im Empfangsbereich vorhandene RFID-Transponder Kommandos und Daten. Die grundsätzliche Funktionsweise solcher Systeme ist beispielsweise in der eingangs zitierten Literatur erläutert.
Die Leitungen mir der Länge 11 und 12 sind als Koaxialkabel ausgeführt und in ihrer Länge so bemessen, dass diese gleich einem Viertel der Wellenlänge der Trägerfrequenz des von der Sende/Empfangselektronik 13, 14 gesendeten Signals beträgt. Dadurch entspricht ein Kurzschluss an einer der Antennen AI, A2 einem Leerlauf an den Anschlüssen der jeweiligen Sende/Empfangselektronik 13,14.
Die Deaktivierungsvorrichtungen sind im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 durch Vorrichtungen zum Kurzschliessen 10,11 der Antennen AI, A2 gebildet, die vorzugsweise als elektronische Schalter ausgebildet sind.
Die Fusspunkte der Antennen AI, A2 sind mit diesen elektronischen Schaltern 10, 11 verbunden, die über einen Steuereingang S betätigt werden können, der mit dem Schalter 10 in direkter Verbindung steht und mit dem Schalter 11 über einen Invertierer 12 verbunden ist. Dieser Steuereingang S öffnet jeweils einen der Schalter 10, 11 und schliesst den jeweils anderen Schalter, wodurch immer nur eine der Antennen AI, A2 aktiv geschaltet wird. Die jeweils andere Antenne ist während dieser Zeit kurzgeschlossen und damit inaktiv. Dieser Kurzschluss wird aufgrund der Länge der Verbindungsleitung 11, 12 in einen Leerlauf an der jeweiligen Sende-/Empfangseinheit 13,14 transformiert und hat damit auf diese keinen Einfluss.
Es ist leicht ersichtlich, dass auf die beschriebene Art an sich eine beliebige Anzahl von Antennen durch abwechselndes Kurzschliessen betrieben werden kann. Da alle anderen ausser der aktiven Antenne kurzgeschlossen sind, ist eine gegenseitige Beeinflussung oder Störung derselben ausgeschlossen.
Über den Steuereingang S werden die Antennen AI, A2 in rascher Sequenz aktiv bzw. nicht aktiv geschaltet und bei Erkennung eines Transponders wird die Sequenz so lange angehalten, bis der Lese/Schreibvorgang abgeschlossen ist. Die betreffende Antenne AI, A2 wird nun erst dann wieder aktiv geschaltet, wenn die Passage der berechtigten Person abgeschlossen ist.
Alternativ kann auch so vorgegangen werden, dass die Deaktivierungsvorrichtung durch eine Vorrichtung zur Bedämpfung bzw. Verstimmung der Antenne AI, A2 gebildet ist. Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform einer solchen Vorrichtung zur Bedämpfung bzw. Verstimmung für die Antenne AI. Die
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Teil-Kapazitäten Cl zu einem auf die Trägerfrequenz der Sende/Empfangseinheit 13 abgestimmten Parallelschwingkreis abstimmbar. Dieser Abstimmvorgang kann mittels der zu- und wegschaltbaren TeilKapazitäten Cl automatisiert werden, um eine Verstimmung im Betrieb, beispielsweise durch geänderte Klimabedingungen zu unterbinden. Durch geeignete Ansteuerung der gesteuerten Schalter 17,18 kann aber auch eine Verstimmung des Parallelschwingkreises erzielt werden, um die Antenne AI zu deaktivieren.
Mit den Anschlüssen der Antenne AI bzw. deren Leiterschleife LI verbunden sind zwei gegenpolig geschaltete Dioden D1, D2. Der Verbindungspunkt der Dioden D1, D2 ist an eine Steuereinheit 10' angeschlossen, mit der eine positive oder eine negative Hilfsspannung V+, V bzw. Masse an den Verbindungspunkt anlegbar ist. Bei negativer Hilfsspannung am Verbindungspunkt ist die Leiterschleife LI
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kurzgeschlossen und die Antenne inaktiv. Sie sendet weder Signale an einen Transponder noch kann sie durch benachbarte Antennen zum Mitschwingen angeregt werden.
Werden die Dioden Dl und D2 über die Steuereinheit 10'mit der positiven Hilfsspannung V' verbunden, so sind diese in Sperrichtung vorgespannt und ermöglichen ein freies Schwingen der Antenne Al, die somit aktiv geschaltet ist. Die positive Hilfsspannung ist vorteilhaft grösser als die Leerlaufspannung der
Antenne Al, um die Auswertung der geringen Nutzsignale eines Transponders nicht zu behindern.
Eine Ausführungsform der Erfindung mit einer aus mehreren Teilkapazitäten Cl zusammengesetzten Schwingkreiskapazität ist in Fig. 5 gezeigt, bei der Teilkapazitäten Cl durch ein gesteuertes Schaltelement 10"zur Schwingkreis-Kapazität stufenweise zu-oder wegschaltbar sind. Mit Hilfe dieser Teilkapazitäten Cl kann die Abstimmung oder die Verstimmung des Antennen-Schwingkreises erfolgen.
Die Teilkapazitäten Cl können über Dioden D3, D4 wahlweise mit einer positiven oder einer negativen Hilfsspannung verbunden werden und so zur gesamten Schwingkreiskapazität zu- oder weggeschaltet werden.
Bei der in Fig. 5 gezeigten Schaltung sind zwei der zu- und wegschaltbaren Teilkapazitäten Cl über gegenpolig geschaltete Dioden D3, D4 sowie eine negative und eine positive Hilfsspannung V-, V+ zur nicht dargestellten Schwingkreiskapazität zu- oder wegschaltbar.
Die zwei gegenpolig geschalteten Dioden D3, D4 sind an ihren Kathoden miteinander verbunden, während deren Anoden jeweils mit einer der zwei zu- und wegschaltbaren Teilkapazitäten Cl verbunden sind.
Am Verbindungspunkt der Dioden D3, D4 sind diese mit einem Umschalter 10", der das gesteuerte Schaltelement bildet, verbunden, über den dieser entweder mit der positiven oder mit der negativen
Hilfsspannung V-, V+ verbindbar ist.
Weiters sind die Anoden der zwei zu- und wegschaltbaren Teilkapazitäten Cl jeweils über eine Induktivität L3 genauso wie die Mittelanzapfung der Leiterschleife Ll der Antenne Al mit Masse verbunden.
Über den Umschalter 10"kann der Verbindungspunkt der Dioden D3, D4 entweder an die positive oder an die negative Hilfsspannung V-, V+ gelegt werden. Liegt die positive Hilfsspannung V+ an, dann sind beide Dioden D3, D4 im Sperrzustand, weil dann das Potential an den Kathoden einen positiven Wert gegenüber den über die Induktivitäten L3 mit Masse verbundenen Anoden aufweist. Aufgrund der gesperrten Dioden D3, D4 und die für hohe Frequenzen als Sperre wirkenden Induktivitäten L3 sind die Teilkapazitäten Cl für den Schwingkreis der Antenne Al unwirksam.
Ist hingegen der Verbindungspunkt der Dioden D3, D4 über den Umschalter 10"mit der negativen Hilfsspannung V-verbunden, so sind beide Dioden D3, D4 im leitenden Zustand und die Teilkapazitäten Cl addieren sich zur Schwingkreiskapazität. Auf diese Weise kann durch Umschalten des Umschalters 10" der Antennenschwingkreis entweder in den abgestimmten oder in den verstimmten Zustand gebracht werden.
Der Abgleichvorgang der Antenne Al erfolgt durch Messung der Antennenspannung in Abhängigkeit von den stufenweise zugeschalteten Teilkapazitäten Cl bis zum Erreichen des Maximalwertes der Antennenspannung.
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Die in Fig. 5 dargestellte Schaltung zeigt einen symmetrischen Schaltungsaufbau mit einer mittig geerdeten Antenne Al, weshalb die Teilkapazitäten Cl, die Dioden D3 (D4) und die Induktivitäten L3 jeweils doppelt vorhanden sind.
Genauso kann auch ein einseitig geerdeter (unsymmetrischer) Aufbau der Schaltungsanordnung ausgeführt sein, dann ist jeweils nur eines der vorgenannten Schaltungsbauteüe erforderlich.