CN103178875A - 一种通过接触实现通信的通讯设备、通信系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过接触实现通信的通讯设备、通信系统及方法。一种通过接触实现通信的通讯设备，包括微控制器、与所述微控制器连接的接触感应装置、弱机械振动信号模块以及通信模块；所述微控制器，用于控制所述接触感应装置、弱机械振动信号模块以及通信模块完成相应功能；所述接触感应装置，用于感应所述通讯设备是否与外部通讯设备有接触；所述弱机械振动信号模块，用于在所述接触感应装置感应到通讯设备与外部通讯设备接触后，与外部通讯设备进行弱机械振动信号的传输；所述通信模块，用于在所述通讯设备根据所述弱机械振动信号与外部通讯设备建立通信连接后，进行数据传输。

Description

一种通过接触实现通信的通讯设备、通信系统及方法

技术领域

本发明属于射频安全通信技术领域，尤其是一种读卡器与移动装置，以及在两者之间进行距离可控的近距离安全数据通信的方法及通信系统。

背景技术

随着射频通信技术日新月异的发展，射频通信终端尤其是射频卡已经普及，通过改造，使移动或固定通信终端具备近距离通信功能，特别是利用手机等移动射频通信终端来实现电子支付等近距交易功能的需求越来越强烈。目前，已经出现了在手机中的用户识别模块SIM卡上增加射频功能（称为射频SIM卡）或者在手机主板上增加近距离通信模块来实现手机近距离通信的方法，这种方法的出现使得手机成为一个可以充值、消费、交易及身份认证的超级智能终端，极大地满足市场的迫切需求。

手机近距支付也称为手机现场支付，即是允许移动用户使用其移动终端（通常是手机）对所消费的商品或服务现场近距进行账务支付的一种服务方式，主要有NFC、RFID-SIM、SIM Pass和智能SD卡四种技术实现方案。其中，基于射频SIM卡的手机近距离解决方案以其简单、无需更改手机等优势得到广泛关注，在该方案中，射频SIM采用UHF等技术使得射频SIM卡嵌入在手机内部时射频信号仍能从手机中透射出来，从而实现不必对现有手机进行任何结构改变就可使手机具备近距离通信功能。在移动支付应用中，如公交地铁刷卡，通常都会对于交易距离有严格的要求以确保交易的安全，例如要求交易的距离限制在10cm以下，以防止用户在不知情的情况下误刷，造成损失；另一方面，还要求在规定距离下保证通信的可靠性，以提高交易的效率。因此，基于射频SIM的手机在增加近距通信功能的同时，还必须能够有效控制其交易的距离范围。

现有射频通信技术中，基于ISO14443标准的非接触卡技术能够实现可控距离交易，该技术中，读卡器不断发射交变磁场传送信号和能量，卡接近读卡器时其内部线圈可以感应出能量来供非接触卡内部电路的工作，同时还可以解调出其中的信号实现卡与读卡器之间的通信，由于磁场能量随距离衰减剧烈，难以传送到较远的距离，因此采用此技术能够实现可控距离通信；而实际上，这种技术难以应用在内置设备中的射频卡上，如SIM卡上。这是因为像SIM卡这类产品本身面积很小，且嵌入在手机内部，由于手机内部存在电池以及其他含有金属的部件，交变磁场会产生涡流迅速衰减，使得读卡器辐射的磁场能量及信号无法穿透手机与射频SIM实现通信。

发明专利CN842624.1提出了一种控制移动终端射频通信距离的系统和方法，该方法首先通过实验方法在射频控制终端上为每一类型的射频移动终端建立近场图谱；利用探测器阵列将检测到的当前射频移动终端的场强与其近场图谱之间通过匹配算法得到的用于比较的匹配度；将得到的匹配度与射频控制终端中预先设置好的对应该类型射频移动终端的门限值比较，从而判断当前射频移动终端与射频控制终端的距离是否在规定的范围内。该方法需要事先通过试验等方法获取每一个射频控制终端的近场图谱，称为校准，该过程要求高、较为复杂；而且该方法基于射频信号的强弱，容易受到射频信号干扰，系统要屏蔽和消除这个干扰需要采用复杂的方法来实现。

发明内容

本发明为解决上述技术问题而提供一种通过接触实现通信的通信设备、通信系统及通信方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下： 

一种通过接触实现通信的通讯设备，包括微控制器、与所述微控制器连接的接触感应装置、弱机械振动信号模块以及通信模块；

所述微控制器，用于控制所述接触感应装置、弱机械振动信号模块以及通信模块完成相应功能；

所述接触感应装置，用于感应所述通讯设备是否与外部通讯设备有接触；

所述弱机械振动信号模块，用于在所述接触感应装置感应到通讯设备与外部通讯设备接触后，与外部通讯设备进行弱机械振动信号的传输；

所述通信模块，用于在所述通讯设备根据所述弱机械振动信号与外部通讯设备建立通信连接后，进行数据传输。

进一步的，所述弱机械振动信号模块包括依次连接的DAC数模转换器、弱机械振动信号发生装置和弱机械振动信号传送装置；

所述DAC数模转换器与所述微控制器连接，用于将所述微控制器发送的数字信号转化为模拟信号，以驱动所述弱机械振动信号发生装置产生弱机械振动信号；

所述弱机械振动信号传送装置，用于将所述弱机械振动信号发生装置产生的弱机械振动信号传送至外部。

进一步的，所述弱机械振动信号模块包括相互连接的弱机械振动接收模块、ADC数模转换器；

所述弱机械振动接收模块，用于感应外部通讯设备传送的弱机械振动信号，并将其传送至所述ADC数模转换器；

所述ADC数模转换器，用于将所述弱机械振动信号转换成数字信号，并将其发送至所述微控制器。

进一步的，所述弱机械振动信号模块包括依次连接的数据转换单元、弱机械振动信号发送装置和弱机械振动信号接收装置；

所述数据转换单元用于将所述微控制器发送的数字信号转化为模拟信号，以驱动所述弱机械振动信号发送装置发送弱机械振动信号，以及用于将所述弱机械振动信号接收装置接收的弱机械振动信号转换成数字信号，并将其发送至所述微控制器；

所述弱机械振动信号发送装置用于根据所述数据转换单元传送的信号产生并发送弱机械振动信号；

所述弱机械振动信号接收装置用于接收外部通讯设备发送的弱机械振动信号，并将其传输至所述数据转换单元。

进一步的，所述通信模块为射频通信模块，其工作频段为高频HF、超高频SHF、甚高频VHF、特高频UHF和/或微波波段。

进一步的，所述微控制器、与所述微控制器连接的接触感应装置、弱机械振动信号模块以及通信模块集成为一体结构；

或者，所述微控制器、与所述微控制器连接的接触感应装置、弱机械振动信号模块集成为一体结构。

一种通过接触实现通信的通讯系统，包括第一通讯设备和第二通讯设备，

所述第一通讯设备为根据权利要求1、2、4所述任一种通讯设备；

所述第二通讯设备为权利要求1、3、4所述任一种通讯设备。

进一步的，所述第一通讯设备为读卡器，第二通讯设备为移动装置；

或者，所述第一通讯设备、第二通讯设备均为移动装置。

一种通信系统的通信方法，包括如下步骤：

所述第一通讯设备感应与所述第二通讯设备接触后，产生弱机械振动信号，并将其发送至所述第二通讯设备；

所述第二通讯设备感应与所述第一通讯设备接触后，接收所述第一通讯设备传送的弱机械振动信号； 

所述第二通讯设备根据所述弱机械振动信号与所述第一通讯设备建立通信连接，进行数据传输。

进一步的，所述第二通讯设备在接收到所述第一通讯设备传送的弱机械振动信号后，发送包含确认信息的弱机械振动信号至第一通讯设备，所述第一通讯设备根据所述包含确认信息的弱机械振动信号与所述第二通讯设备建立通信连接，进行数据传输。

本发明的有益效果是：

借助物理接触和弱机械振动信号来完成身份识别，从而将装备射频SIM卡的第二通讯设备与第一通讯设备间的无线通信控制在准确的距离范围内，不需要对射频SIM卡和第一通讯设备的无线发射功率和接收灵敏度进行任何特殊设置和校准，应用简单易行；

 物理接触和弱机械振动信号来控制射频无线通信距离，不受移动装置射频屏蔽效果的影响，克服了现有技术无线通信距离受不同型号移动装置影响的缺陷；

由于采用物理接触和弱机械振动信号来控制射频无线通信距离，不受射频工作频率的影响，本发明可用于全频段的近距离无线通信产品，包括了高频HF、超高频SHF、甚高频VHF、特高频UHF以及微波波段。

附图说明

图1为本发明通信系统结构框图；

图2为本发明弱机械振动信号产生及感应原理图；

图3为本发明通信方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

以下内容以第一通讯设备为读卡器，第二通讯设备为移动装置为具体实施例描述本发明原理及特征，但并非限定本发明的范围。

如图1所示，一种通过接触实现通信的通信系统，包括移动装置和读卡器，所述读卡器包括接触感应装置、微控制器、通信模块（以下均将以通信模块采用射频读卡模块为实例描述）、弱机械振动信号发生装置及弱机械振动信号传送装置。

所述移动装置包括接触感应装置、弱机械振动信号接收装置、通信模块（以下均以通信模块采用SIM卡模块为实例进行说明）和微控制器。

所述移动装置和所述读卡器可以在各自的微处理器的控制下建立射频无线通信连接并传输数据。

读卡器的接触感应装置和移动装置的接触感应装置是功能相同、结构一样的装置，用于感应移动装置和读卡器间是否存在接触并将信息传递给各自的中央处理器以作出接触与否的判别。

结合图2所示，所述读卡器包括DAC数模转换器301、弱机械振动发生装置302和弱机械振动传送装置303，所述DAC数模转换器301用于将读卡器的微控制器配置的数字信号转换成模拟信号以驱动弱机械振动信号发生装置使之按特定的方式振动产生要求的符合规范的弱机械振动信号，并通过弱机械振动信号传送装置将该弱机械振动信号传送给与读卡器接触的另一方。

所述移动装置包括弱机械振动接收装置304和ADC数模转换器305，弱机械振动接收装置304由移动装置的微控制器控制，用于感应读卡器传送过来的弱振动特征信号，并将其转换成数字信号送至第二微处理器进行处理。移动装置的微控制器作出正确接收到读卡器产生的弱机械振动信号的判断后，射频SIM卡模块将根据接收到的弱机械振动信号配置参数，并开启射频通道与读卡器建立无线通信连接和传输数据。

本发明优选实施实例中所述射频SIM卡模块和射频读卡模块工作的频段为高频HF、超高频SHF、甚高频VHF、特高频UHF和/或微波波段。

本发明优选实施实例中，将SIM卡模块、移动装置的微控制器、弱机械振动接收装置和移动装置的接触感应装置整合在一起，当然也可以将移动装置的微控制器、弱机械振动接收装置及移动装置的接触感应装置整合成通用模块固定在移动装置的某个合适位置，而将SIM卡模块独立安置。

本发明优选实施实例中，读卡器设置弱机械振动信号发生装置和弱机械振动信号传送装置，而移动装置则设置弱机械振动接收装置，组成射频SIM卡无线安全通信系统，当然也可以将弱机械振动信号发生装置、弱机械振动信号传送装置和弱机械振动接收装置整合在一起，如图2所示，以弱机械振动信号模块的形式装备在两移动装置的射频SIM卡装置中，实现两移动装置设备间的无线射频安全通信。

本发明装备有感应所述移动装置与读卡器之间在近距离内发生物理接触的接触感应装置，将两者发生物理接触并且移动装置装备的射频SIM卡成功接收到读卡器产生的弱机械振动信号作为SIM卡模块与射频读卡模块建立无线通信连接和传输数据的唯一先决条件。由于物理接触发生时，SIM卡模块与射频读卡模块必须处在很近的距离，而且弱机械振动信号的成功接收也须建立在近距离的基础上，所以本发明所述射频SIM卡通信系统能够准确地限定装备在移动装置内的SIM卡模块与读卡器的无线通信距离。

如图3所示，一种通过接触实现通信的通信系统的通信方法，包括以下步骤：

所述第一通讯设备感应与所述第二通讯设备接触后，产生弱机械振动信号，并将其发送至所述第二通讯设备；

所述第二通讯设备感应与所述第一通讯设备接触后，接收所述第一通讯设备传送的弱机械振动信号； 

所述第二通讯设备根据所述弱机械振动信号与所述第一通讯设备建立通信连接，进行数据传输。

具体如下：

所述第一通讯设备的接触感应装置与所述第二通讯设备接触后，弱机械振动信号发生装置产生弱机械振动信号，并通过弱机械振动信号传送装置将其发送至所述第二通讯设备；

所述第二通讯设备的接触感应装置感应与所述第一通讯设备接触后，弱机械振动信号接收装置接收所述第一通讯设备传送的弱机械振动信号； 

所述第二通讯设备的微控制器根据所述弱机械振动信号与所述第一通讯设备建立通信连接，进行数据传输

以下采用实例对通过接触实现通信的通信方法进行说明：

读卡器上电初始化，移动装置在进入读卡器的场区或者上电获得能量，即检测是否存在有接触；

当所述读卡器和移动装置检测到有接触后判断是否是接触方，在该步骤读卡器将自己判定为被接触方，另一方为接触方；于此相反，移动装置则将自己判定为接触方，另一方为被接触方。

读卡器的微控制器配置并发送电信号，驱动弱机械振动信号发生装置304，使之按特定的方式振动产生要求的符合一定约定规范的弱振动特征信号并将其传送出去；

移动装置的微控制器开启接收，弱机械振动接收装置303开始工作，接收由读卡器传送过来的弱机械振动信号，再经ADC模数转换器305将感应到的模拟信号转换成数字信号传给移动装置的微控制器进行处理。

当接触一方成功识别到被接触方传送过来的弱机械振动信号后，由移动装置的微控制器根据接收到的弱机械振动信号的特征对移动装置进行通信参数配置，配置好后开启射频通道与射频读卡模块建立无线通信连接并进行通信。

当通信完成之后，关闭射频通道，断开射频连接。

本发明中所述的移动装置，只有在与所述读卡器接触之后并成功接收到所述读卡器传递过来的弱机械振动信号后才开启射频通道与所述读卡器建立射频连接进行通信，未满足这两个条件中的任何一个均不能发生射频通信，从而将射频通信的距离进行精准的控制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种通过接触实现通信的通讯设备，其特征在于，包括微控制器、与所述微控制器连接的接触感应装置、弱机械振动信号模块以及通信模块；

所述微控制器，用于控制所述接触感应装置、弱机械振动信号模块以及通信模块完成相应功能；

所述接触感应装置，用于感应所述通讯设备是否与外部通讯设备有接触；

所述弱机械振动信号模块，用于在所述接触感应装置感应到通讯设备与外部通讯设备接触后，与外部通讯设备进行弱机械振动信号的传输；

所述通信模块，用于在所述通讯设备根据所述弱机械振动信号与外部通讯设备建立通信连接后，进行数据传输。

2.根据权利要求1所述的通讯设备，其特征在于，所述弱机械振动信号模块包括依次连接的DAC数模转换器、弱机械振动信号发生装置和弱机械振动信号传送装置；

所述DAC数模转换器与所述微控制器连接，用于将所述微控制器发送的数字信号转化为模拟信号，以驱动所述弱机械振动信号发生装置产生弱机械振动信号；

所述弱机械振动信号传送装置，用于将所述弱机械振动信号发生装置产生的弱机械振动信号传送至外部。

3.根据权利要求1所述的通讯设备，其特征在于，所述弱机械振动信号模块包括相互连接的弱机械振动接收模块、ADC数模转换器；

所述弱机械振动接收模块，用于感应外部通讯设备传送的弱机械振动信号，并将其传送至所述ADC数模转换器；

所述ADC数模转换器，用于将所述弱机械振动信号转换成数字信号，并将其发送至所述微控制器。

4.根据权利要求1所述的通讯设备，其特征在于，所述弱机械振动信号模块包括依次连接的数据转换单元、弱机械振动信号发送装置和弱机械振动信号接收装置；

所述数据转换单元用于将所述微控制器发送的数字信号转化为模拟信号，以驱动所述弱机械振动信号发送装置发送弱机械振动信号，以及用于将所述弱机械振动信号接收装置接收的弱机械振动信号转换成数字信号，并将其发送至所述微控制器；

所述弱机械振动信号发送装置用于根据所述数据转换单元传送的信号产生并发送弱机械振动信号；

所述弱机械振动信号接收装置用于接收外部通讯设备发送的弱机械振动信号，并将其传输至所述数据转换单元。

5.根据权利要求1-4所述任一通讯设备，其特征在于，所述通信模块为射频通信模块，其工作频段为高频HF、超高频SHF、甚高频VHF、特高频UHF和/或微波波段。

6.根据权利要求1-4所述任一通讯设备，其特征在于，所述微控制器、与所述微控制器连接的接触感应装置、弱机械振动信号模块以及通信模块集成为一体结构；

或者，所述微控制器、与所述微控制器连接的接触感应装置、弱机械振动信号模块集成为一体结构。

7.一种通过接触实现通信的通信系统，包括第一通讯设备和第二通讯设备，其特征在于：

所述第一通讯设备为根据权利要求1、2、4所述任一种通讯设备；

所述第二通讯设备为权利要求1、3、4所述任一种通讯设备。

8.根据权利要求7所述通信系统，其特征在于，所述第一通讯设备为读卡器，第二通讯设备为移动装置；

或者，所述第一通讯设备、第二通讯设备均为移动装置。

9.一种基于权利要求7-8所述通信系统的通信方法，其特征在于，包括如下步骤：

所述第一通讯设备感应与所述第二通讯设备接触后，产生弱机械振动信号，并将其发送至所述第二通讯设备；

所述第二通讯设备感应与所述第一通讯设备接触后，接收所述第一通讯设备传送的弱机械振动信号； 

所述第二通讯设备根据所述弱机械振动信号与所述第一通讯设备建立通信连接，进行数据传输。

10.根据权利要求9所述的通信方法，其特征在于，所述第二通讯设备在接收到所述第一通讯设备传送的弱机械振动信号后，发送包含确认信息的弱机械振动信号至第一通讯设备，所述第一通讯设备根据所述包含确认信息的弱机械振动信号与所述第二通讯设备建立通信连接，进行数据传输。

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