[go: up one dir, main page]

WO2016053223A1 - Способ бесконтактной дистанционной подзарядки мобильных устройств - Google Patents

Способ бесконтактной дистанционной подзарядки мобильных устройств Download PDF

Info

Publication number
WO2016053223A1
WO2016053223A1 PCT/UA2015/000086 UA2015000086W WO2016053223A1 WO 2016053223 A1 WO2016053223 A1 WO 2016053223A1 UA 2015000086 W UA2015000086 W UA 2015000086W WO 2016053223 A1 WO2016053223 A1 WO 2016053223A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
digital data
charging
mobile device
signal
inductive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/UA2015/000086
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Алексей Анатольевич МАРЦЕНЮК-КУХАРУК
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of WO2016053223A1 publication Critical patent/WO2016053223A1/ru
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q20/00—Payment architectures, schemes or protocols
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling

Definitions

  • MST English - magnetic security transaction
  • KMP magnetic stripe card
  • WHEEL 7810 ISO / EEC 7811, WHEEL 7812, WHEEL 7813, O 8583 and WHEEL 4909.
  • Payment card - a card with a magnetic strip, which is intended for use in payment systems.
  • Bank card issue the activity of issuing bank cards, opening accounts, and settlement and cash services for customers in operations using bank cards issued to them.
  • Polarization is a criterion characterizing the dependence of the co-directionality of the axes of the inductance of the emitter and the reader of the magnetic strip (the angle between the axes when they are parallel transferred) to the maximum distance of stable reading of the signal between them.
  • Driver - a structural element or module designed to match the control signal (from any source that can give a command to the driver) and the payload, in particular, the inductive coil of the emitter.
  • An inductor is an inductive coil of an emitter that transmits a signal.
  • the f / 2f method (English - double frequency) is the digital signal modulation method described in ISO / IEC 781-1.
  • the quality factor is a parameter of the oscillatory system, which determines the width of the resonance and which characterizes how many times the reserves of the sum of the dynamic and accumulated energy in the system are greater than the energy loss for one oscillation period.
  • Magnetic core - a part or a set of parts intended for the passage of magnetic flux with certain losses.
  • Details - a set of digital data necessary to identify the user in the system (payment, discount, security, authorization, etc.).
  • a multivibrator (signal synthesizer) is a device consisting of a resistor and a driver of upper and lower order (boundary, shoulder).
  • a multivibrator is a mechanism for sequentially switching the positive and negative (forward and reverse) current flows.
  • USB 2.0 (Eng. - universal serial bus) - a serial data transfer interface for medium and low speed peripherals in computer technology. Version 2.0
  • USBotg universal serial bus on-the go
  • PC personal computer
  • Termination is an auxiliary sign of the end of string data.
  • N means the number of bits that are shared in the stream to interpret the elements of the data stream.
  • N means the number of bits that are shared in the stream to interpret the elements of the data stream.
  • H-bridge is an electronic circuit that makes it possible to apply voltage to a load in different directions.
  • Frame (English frame) - an indivisible amount of information describing the state in which the inductive coil of the emitter should be.
  • NFC near field communication
  • a transponder is a transceiver that sends a signal in response to a received signal.
  • RFID (English - radio frequency identification, radio frequency identification) - a method of automatic identification of objects in which data stored in transponders or in RFID tags are read or written using radio signals.
  • Mobile device (computing system) - smartphone, phone, tablet, personal computer, other gadgets, etc.
  • the wireless transmission technique by electromagnetic induction involves the use of the near electromagnetic field at distances of about one sixth of the wavelength.
  • the energy of the near field is not radiating in itself, however, some radiation losses of this energy still occur. In addition, resistive energy losses usually occur.
  • the simplest device for wireless power transmission is an electric transformer.
  • the primary and secondary windings of the transformer are not directly connected.
  • the energy transfer in this case is carried out using a process known as mutual induction.
  • the main function of the transformer is to increase or decrease the primary voltage.
  • Contactless chargers (batteries) of mobile phones are also examples of using the principle of electrodynamic induction.
  • Payment card data is read from its magnetic strip in the POS terminal when the card is passed through a magnetic card reader (through the card slot).
  • a magnetic card reader consists of a read head and a decoding circuit associated with it. When a magnetic card moves through a magnetic strip reader (through a card slot), its magnetic strip passes in front of the read head. When moving relative to the read head, a magnetic strip, which is equipped with magnetic domains of variable polarity, creates a pulsating magnetic field in the gap of the read head. The latter turns this pulsating magnetic field into an equivalent electrical signal.
  • the decoder circuit amplifies and digitizes this electrical signal, reproducing the same data stream that was recorded (i.e. was inserted at the time of recording) on the magnetic strip of the card.
  • Magnetic strip coding is described in the international standard ISO 781-1 and ISO 7813.
  • 2D barcodes and BBSs are the most promising. They have a wide range of reception, but there is no possibility of their wide practical use due to the lack of appropriate readers at points of sale. And in the case of BBS, one should also point out the lack of a standardized ability to use BBS in many smartphones. Accordingly, there is a need to improve devices and methods for transmitting payment card data, as well as other digital information from a smartphone or other electronic device, remotely to a POS terminal or other magnetic card reader.
  • patent US 8628012 is known [1], [System and method for a baseband nearfield magentic stripe data transmitter.
  • Patent US 8628012. MP G06K7 / 08 (2006.01).
  • Date of publication 01/14/2014. Priority date: January 20, 2013] which describes the system and method of operation of the near-field magnetic field data band transmitter MST, which transmit payment card data from a smartphone or other electronic device to a POS terminal for transactions.
  • a device based on the MST method includes a driver and an inductor.
  • a device operating on the basis of the MST method receives magnetic stripe data containing payment card data, processes the received magnetic stripe data, and generates high power magnetic pulses containing processed magnetic stripe data, which can then be obtained using a magnetic card reader in POS terminal.
  • data transmission using this system is possible remotely at a limited distance in the range from 1 to 2 inches, measured between the device transmitting the signal, made in the form of an inductor (a coil of a device that transmits a signal), and a detector (a device that receives a signal) made in the form of a reader head and located in a magnetic card reader.
  • an inductor a coil of a device that transmits a signal
  • a detector a device that receives a signal
  • the current design of the inductor does not contribute to an unambiguous interpretation of the signal transmitted by the inductor.
  • the consequence of this is noise.
  • the distribution of the magnetic field in space and in the region of the best data transmission is not determined.
  • the implementation of the technology (method) and the device operating on the basis of the MST method provides for the possibility of storing memory after turning off the power to store payment card data and other personal information.
  • This characteristic of the invention is unsecured, since the storage of information may lead to its unauthorized use by third parties.
  • an inductor coil with a quality factor in the range from 10 ⁇ mN / Ohm to 80 ⁇ mN / Ohm is used.
  • the consequence of the above high values of the quality factor of the inductor coil is its high reactivity due to the generated extraneous electromagnetic waves. This leads to a noisy signal and complicates the interpretation of the data produced by the decoder, which is located in the card reader. Compensation of extraneous vibrations leads to a greater (at least 15%) energy consumption.
  • a device based on MST technology is additionally equipped with a magnetic stripe reader head (SMP) for the possibility of obtaining magnetic stripe data from the card and for their further use.
  • SMP magnetic stripe reader head
  • the presence of the head of the NSR can contribute to unauthorized copying (use) and / or unauthorized transfer of protected data located on the magnetic strip.
  • the signal of a device operating according to the MST method can be detected by devices, including those not intended for recording magnetic signals (for example, an electret microphone).
  • devices including those not intended for recording magnetic signals (for example, an electret microphone).
  • the negative consequences of this is the possibility of extraneous data reading and unauthorized receipt of information.
  • the one-time-pin function is not implemented in hardware and software. A negative consequence of this may be the lack of additional protection (due to the use of the same pin code) with each use.
  • a number of wireless electric power transmission systems based on the reception of electromagnetic waves from the ether are also known [WO 2005069503, 07.28.2005, H02J17 / 00, JP 2005537773T, 08.12.2005, H02J17 / 00, US 2005077872, 04.14.2005, H02J17 / 00, WO 200438890, 02.02.2006, H02J17 / 00] and others.
  • a method for providing emergency power to cellular radiotelephones [RU 2180465, 03/10/2002, H02J17 / 00], which is implemented on the basis of a device containing a broadband antenna, step-up transformer, rectifier, voltage comparison unit, mode switching unit, drive, battery, display and control unit, power terminals of the radiotelephone.
  • a broadband antenna receives electromagnetic waves in a wide range, which allows for the accumulation of electricity almost anywhere. In the low-frequency range, the accumulation of electricity occurs better in the area of power lines, and in the high-frequency range it is best in case of a thunderstorm and near the transmitting station.
  • a step-up transformer is necessary to ensure the operation of the rectifier diodes and to provide the charge voltage of the drive, since the magnitude of the electrical signal in the broadband antenna is tenths of a volt.
  • the rectified voltage is used to charge the drive, which can be used as a capacitor with a small leakage current or, more acceptable for the case under consideration, the battery.
  • the inventive method provides a more efficient synthesis of energy in the mode of transmission of electromagnetic waves in the form of digital, including payment and / or voice data from a mobile device, and also provides the universality of self-charging the power source (battery) of the mobile device (by analogy with “direct” recharging in the process of data transfer and “extra” recharging when the nearest base receiving and transmitting mobile station is within range communication or similar device containing a GSM module of high-frequency radiation).
  • the interface device (4) is in the form of buttons or mode switches, and the normalized radiation power is controlled by quickly switching the polarity of the supply voltage applied to the inductor (2), which is from 10 "6 s to 10 s for each switching.
  • An inductive method for transmitting digital data is performed as an external module built into a communication or computing system with installed software (14).
  • An inductive method for transmitting digital data (15) is performed with the function of automatically stopping recharging when the mobile device’s battery is fully charged.
  • the device (15) as part of the system on the basis of which the inventive method is implemented is performed as part of the inductive coil of the emitter (pos. 2), the emitter driver (pos. 8), the signal synthesizer (pos. 6), and the interface device ( item 4) with computing (computer, mobile phone, smartphone, tablet, etc.) and / or communication systems (item 14).
  • the magnetic field gradient is aligned with the length (winding axis) of the emitter (pos. 3 in Fig. 1). Since the magnetic head (pos. 1) registers the magnitude of the change in the magnetic field (i.e., the first derivative), for a larger peak amplitude (burst of signal, or maximum), it is necessary that the front of the polarity change tend to instantaneous.
  • the driver of the emitter has the following features.
  • the driver for increasing the voltage (8) is connected to the H-bridge and serves to use high-resistance emitting coils, that is, increases the input voltage to the required level.
  • the device for interfacing (pos. 4) with computer or communication systems (pos. 14) has the following features. It is configured to transmit data and commands of the digital data transmission device by the inductive method (pos. 15) and to interrogate (check) the status of the digital data transmission device by the inductive method (pos. 15). Message may be implemented using standard data transfer methods, such as Bluetooth, UART, RS232, NFC, USB, etc.
  • the interface device performed in the form of buttons or mode switches.
  • CMC card emulation
  • an inductive method of transmitting digital data (item 15) is used to transmit digital information, including payment information, necessary for carrying out non-cash payment transactions.
  • the method of transmitting digital data by the inductive method (15) that implements the method is capable of continuously accumulating electric power (recharging) the power source by converting the electromagnetic field energy that it receives from the radiation source of the radio waves of the mobile device.
  • the interface device (4) is made in the form of buttons or mode switches, and the normalized radiation power is controlled by quickly switching the polarity of the supply voltage applied to the inductor (2), which is from 10 "6 s to 10 s for each switching.
  • the interface device when connected to a computing or communication system (pos. 14), is identified as a serial port (RS232, UART standard), with which the commands and data are transferred to the digital data transmission device by the inductive method (pos. fifteen).
  • a serial port RS232, UART standard
  • the received data is transmitted to the signal synthesizer (pos. 6), after which these data are checked for integrity and prepared (converted into a sequence of frames) for emission by the inductive coil of the emitter (pos. 2) into a card reader with magnetic stripe (pos. 16).
  • the signal synthesizer (pos. 6) After preparing the data, the signal synthesizer (pos. 6) sends a signal to the emitter driver (pos. 7), which makes it possible to use the electric power of the power source.
  • the signal synthesizer (pos. 6) sequentially lists the frames in the memory that were converted based on the transmitted data to the signal synthesizer (pos. 6) from the computer system (pos. 14) with fixed time delays specified according to the f / 2f encoding method .
  • the inductive coil of the emitter (pos. 2) is performed with a magnetically neutral core, which acts exclusively as a frame for fixing the conductor (pos. 19 in Fig. 4) of the inductive coil of the emitter (pos. 2).
  • the smartphone (phone, tablet, etc.) should be kept mainly parallel to the gap of the card reader (for example, in the POS terminal) within 5-10 cm. It is not recommended to move and rotate the device (pos. 15) during data transmission. That is, the axis (pos. 12) of the emitter coil (pos. 2) is arranged parallel to the card slot (not shown in Fig. 1 - Fig. 6) of the card reader.
  • the distance between the reader (pos. 9) and the inductive coil of the emitter (pos. 2) is much larger than the distance between the readers (pos. 9) in the housing of the read head (pos. 1).
  • all three sensors (key 9) are at the same point and do not affect each other. It was experimentally confirmed that the influence of three sensors on each other is so small that they can be neglected. So, the above assumption is confirmed.
  • the reading head (pos. 1) is located as follows.
  • the clearance plane of the magnetic read head (pos. 1 1) is oriented perpendicular to the direction of movement of the magnetic strip (Fig. 1 - 6 is not shown). So, the axis (pos. 10) of the winding of the structural inductance (pos. 20) is parallel to the feed direction (pos. 12) of the magnetic strip (not shown in Fig. 1 - Fig. 6).
  • a magnetic read head registers the gradient of the magnetic field, and not its absolute value. So, to transmit a signal, it is necessary to quickly change the magnetic field in the region of the magnetic gap (key 11). This can be achieved at a considerable distance from the read head (Fig. 1), using a more powerful source of a magnetic signal than a magnetic tape, for example, an electromagnet.
  • the closest physical model of our transmission system (“head-emitter”) is the “transformer”.
  • the magnetic head of the reader (pos. 1) and the inductive coil of the emitter (pos. 2) in our transmission system are a transformer with an unfavorable transmission medium of magnetic excitation (due to the significant distance between the windings of the "transformer” and the absence of a common magnetically conductive core (pos. 19).
  • the inductive inductor (pos. 2) acts as the primary winding
  • the magnetic head of the reader (pos. 1) acts as the secondary winding.
  • the absence of noise and interference is optional. It is necessary to noticeably (on the winding of the magnetic head (item 1) transmit peaks of variable polarity with fixed time intervals (i.e., carry out f / 21 encoding). This is achieved by means of sharp (i.e., one that almost tends to instantaneous ) switching the polarity of the supply voltage applied to the inductive coil of the emitter (item 2) with the corresponding current amplification (maximization).
  • the response distance (the fact of successful transmission) of the digital signal depends on the magnetic field strength that the magnetic head (pos. 1) of the reader can register. So, the field that the emitter coil generates (pos. 3) must have significant attenuation (gradient enhancement) or field inhomogeneity so that the head (pos. 1) can detect the signal.
  • the maximum response distance is determined by the capabilities of the power source and the initial requirements for weight and size characteristics.
  • this coil increases the thickness of the device (at least 2 times compared with the device used) by increasing the power source, coil dimensions, coil cooling system (stabilizing the characteristics during radiation) and electronic strapping taking into account (high power) characteristics . Since one of the requirements for the digital data transmission device by the inductive method (pos. 15) was compact size and low power consumption, an H-bridge was used to double the effective voltage that controls the emitter inductive coil (pos. 2).
  • the emitter inductive coil (pos. 2) was made with a low Q factor and with a magnetically neutral core (pos. 12).
  • the prototype coil of the device had a quality factor of less than 10 ⁇ / Ohm.
  • the scheme used for direct digital signal synthesis is a module in which you can directionally change the composition and relative position of the structural elements that make up the circuit, as well as directionally control its properties - change the shape or type, duration, and frequency of the generated outgoing signal. This allows you to automatically tune the digital signal synthesis module to the maximum efficiency depending on the parameters of the magnetic antenna with the inductive coil of the emitter (2).
  • a binary (two-level) digital pulse-width modulation is used to control the radiation power, in which the periods between the edges of the clock pulses remain stable. This allows you to stabilize the frequency of the radiation when the device that implements the method, at the maximum radiation power of the inductive coil.
  • the claimed advantageous arrangement of the axis of the inductor and the read head in parallel and at a distance of up to 30 cm is not a priori obvious.
  • the digital data transmission device that implements this method is equipped with an inductor capable of generating magnetic lines of force, and is configured to switch the polarity of the supply voltage applied to the inductive coil of the emitter which is made with a magnetic flat core of a magnetically neutral or magnetically conductive material. Moreover, the axis of the inductor and the read head are predominantly parallel and at a distance of up to 30 cm.
  • the inductive method of transmitting digital data is capable of emulating one track, namely either number 1 (track 1), or number 2 (track 2), or number 3 (track 3). It was found that this embodiment of the transmitting device maximizes security and minimizes distortion of the transmitted digital data, since this device uses an autonomous sequential transmission of tracks, which also increases the reliability of the transmitted digital data.
  • the developed method uses a high-frequency switch with a mid-point consumption and stabilization of the mid-point voltage relative to the upper and lower power points. This allows you to most effectively maintain the waveform of the positive and negative half-periods of radiation, while protecting from the failure of the emitter driver while turning on the upper and lower keys.
  • the difference of the claimed invention is also that as a computing system can be used any multifunctional gadget, or a controller with an operating system configured to record details.
  • the claimed technical solution allows in advance, at the stage of the identification procedure, to establish the identity of the card holder and authorize it without storing identification and payment data in a digital data transmission device.
  • the use of an operational amplifier with a variable gain and ultra-low consumption in a digital data transmission device can significantly save energy consumption to increase the duration of work from an autonomous power source.
  • the claimed technical solution allows you to remotely or locally, directly in the digital data transmission device, upon command, to monitor the status of the device and monitor the level of charge of the system’s power supply for timely notification and the corresponding response when changing parameters.
  • the claimed technical solution also allows you to protect the driver of the emitter of the device for transmitting digital (payment) data from failure in the event of a sudden (accidental) change in the power of the device, as well as in the event of a malfunction of the device software.
  • the fundamental difference between the developed technical solution and the well-known technical solutions lies in the use of advanced technology and its implementing device to ensure safe, noise-resistant, wireless (remote) and reliable transmission of payment data (digital information), including recharging by converting magnetic pulses of identification data at a distance of up to 30 cm.
  • the standard POS terminal is used only as a receiver of the above information transmitted remotely. While well-known technical means use both the contact type of reception of (payment) information and non-contact reception of (payment) information at a distance not exceeding 1-2 inches, with its mandatory storage, which dramatically increases the likelihood of its unauthorized access (hacking) and losses.
  • An inductive method for transmitting digital data is assembled (15) as part of a digital signal synthesizer or direct digital signal synthesis circuit (6), a communication or computing system module (23) with preinstalled software, a charging module (24) of a power source (26) of a radio wave receiving device by the inductive method from the radiation source of the mobile device, which is located on / on the mobile computing and communication system (14), the blue-tooth wireless transmission module (25), and the peripheral interface device (27) I connection with the receiving device (16).
  • a digital signal synthesizer or direct digital signal synthesis circuit (6) is equipped with a real-time computing microsystem and connected to the driver (7) of the emitter, which is used as a high-frequency switch with a mid-point consumption and stabilization of the mid-point voltage relative to the upper and lower power points.
  • the driver of the emitter (7) is performed according to the H-bridge scheme, which provides protection against the simultaneous activation of the upper and lower keys.
  • the driver of the emitter (7) is connected to the inductor (2).
  • the latter is performed with the possibility of converting an alternating electromagnetic field into direct current with its transmission to an autonomous power source (26) of a mobile computing and communication system (14) for recharging it.
  • the inductor (2) is performed with a quality factor that is in the range up to 1200 mil / Ohm, as well as with the possibility of generating an electromagnetic field (3) and inducing voltage in the charging module of the power source (24).
  • the latter is positioned predominantly in parallel with or corresponding to the placement of the antenna of the mobile device.
  • a digital signal synthesizer or a direct digital signal synthesis circuit (6) is configured to generate an outgoing digital signal in advance of a given shape and time intervals, and to ensure that there is no distortion of the outgoing digital signal regardless of its frequency, as well as with the ability to switch voltage polarity power applied to the inductor (2), and the transmission of digital data due to the phenomenon of magnetic induction in the receiving device (16) with the magnetic head (1) of the reader at a distance to 30 cm.
  • the device for transmitting digital data by the inductive method (15) is located separately from the housing of a communication or computer system with preinstalled software (14).
  • the recharging module of the power supply of the device (24) is removable and can be moved and subsequently fixed (for example, using Velcro) on the cover (23) of a communication or computer system with preinstalled software (14) depending on the location (i.e. top, bottom, or side) of its antenna (22).
  • the blue-tooth wireless transmission module (25) is also connected to a peripheral interface device (27), intended for communication with a receiving device (16).
  • the charging module for the power supply of the device (24), the wireless transmission module of the blue-tooth type (25), the power supply (26) of the communication or computer system with preinstalled software (14), as well as the peripheral interface device (27) are located on the cover plate a communication or computing system with preinstalled software (14) and mainly from its rear side.
  • non-contact remote charging of the autonomous power source of the mobile device is carried out during the emission of electromagnetic waves during the transmission of digital (voice) data, as well as when making contactless payments using the digital data transmission device by the inductive method (15).
  • a digital output signal from the antenna (22) of a communication or computer system with preinstalled software (14) using the channel contactless payment data transfer (21) enters the blue-tooth type wireless transmission module (26) of the inductive method of transmitting digital data (15).
  • the recharging module of the device (24) performs charging by converting an alternating electromagnetic field from a mobile device at the time of making telephone conversations and / or transmitting digital data to direct current flowing further to an autonomous power source (26), i.e., the desired recharging of the device’s power source (26) occurs.
  • the recharging module of the power source of the digital data transmission device by the inductive method operates in the process of transmitting digital data (payments) by inducing an alternating electromagnetic field from the inductor coil (2) to the charging module of the device (24).
  • the charging recharge rate depends on the frequency (quantity) of payments made by the digital data transmission device.
  • the polarization of the signal of the inductor (2) is used and the normalized radiation power of the signal of the inductor (2) is controlled by using binary pulse-width modulation, as well as by changing the polarity, which consists in quickly switching the polarity of the supply voltage applied to the inductor (2) , with simultaneous amplification of the current in it, as well as by creating a peak change in the magnetic field on a magnetic reader (1).
  • Contactless digital data transmission is controlled using appropriate software installed in a communication or computer system (14), which is located in a mobile device.
  • the inductive method of charging a digital data transmission device with an inductive method operates during telephone calls at the frequency of the output signal transmitted at a frequency of 900 MHz or 1800 MHz, as well as during data transmission with an output power of max 2 W, and at voltage (DC) from module (24) in the range (3.7 - 4.2) V, and with current strength (500 - 2000) tA.
  • the indicator light and / or (or without it) sound signal (or without it). This signals the User about the completion of recharging, and the indicator (or without it) flashes red and yellow during charging, and lights up green when the communication or computer system with installed software (14) is fully charged.
  • the display (screen) (30) of the communication or computing system with preinstalled software (14) displays the icon (31) for the battery charging status (26).
  • digital data is transmitted by a secure channel and stored in a protected area of software (pos. 18) installed in a computer system (smartphone, phone, tablet, etc.) that supports the inductive method of transmitting digital data (15) .
  • the implementation of the claimed technical solution that meets the requirements and requirements of the modern market, provides the ability to service all types of transactions and various types of payment accounts, as well as the transfer of digital information and recharging.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Accounting & Taxation (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Financial Or Insurance-Related Operations Such As Payment And Settlement (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

Изобретение относится к электротехнике. Способ реализуют на базе устройства передачи цифровых данных индуктивным методом. Бесконтактную дистанционную подзарядку автономного источника питания мобильного устройства производят в процессе излучения электромагнитных волн. Дистанционную подзарядку производят при осуществлении телефонных разговоров, передаче цифровых или голосовых данных, осуществлении бесконтактных платежей с помощью устройства передачи цифровых данных индуктивным методом. Устройство передачи цифровых данных индуктивным методом выполняют в составе цифрового синтезатора сигнала, модуля подзарядки источника питания устройства приема радиоволн индуктивным методом от источника излучения мобильного устройства, модуля беспроводной передачи типа blue-tooth, периферийного устройства сопряжения со считывающей головкой устройства для считывания магнитных карт, а также устройства сопряжения. Цифровой синтезатор сигнала снабжают вычислительной микросистемой реального времени и соединяют с драйвером излучателя. Драйвер излучателя соединяют с индуктором. Как драйвер излучателя используют высокочастотный переключатель со средней точкой потребления и стабилизацией напряжения средней точки относительно верхней и нижней точки питания. Выполняют драйвер излучателя по схеме Н-моста. Индуктор выполняют с возможностью преобразования переменного электромагнитного поля в постоянный ток с его передачей к автономному источнику питания для его подзарядки. Модуль подзарядки источника питания располагают преимущественно параллельно или соответственно размещению антенны мобильного устройства. Бесконтактной передачей цифровых данных управляют с помощью программного обеспечения мобильного устройства.

Description

СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОЙ ДИСТАНЦИОННОЙ ПОДЗАРЯДКИ
МОБИЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Область техники
Изобретение относится к электротехнике и направлено на обеспечение возможности бесконтактной дистанционной передачи электроэнергии на беспроводные устройства - клавиатуры, компьютерные мыши, мобильные телефоны, смартфоны, планшеты, фото-, видео-, веб-камеры, карманные компьютеры, активные RFID-метки, беспроводные пульты и устройства ввода, в т.ч. для подзарядки источника питания мобильного устройства, а также на любые другие маломощные беспроводные устройства.
Ниже в описании используются следующие обозначения (детерминации).
MST (англ. - magnetic security transaction) - безопасные магнитные транзакции. КМП - карта с магнитной полосой. Выпускаются в соответствии со стандартом
КОЛЕС 7810, ISO/EEC 7811, КОЛЕС 7812, КОЛЕС 7813, О 8583 и КОЛЕС 4909.
Платежная карта - карта с магнитной полосой, которая предназначена для использования в платежных системах.
Эмиссия банковских карт - деятельность по выпуску банковских карт, открытию счетов и расчетно-кассовому обслуживанию клиентов при осуществлении операций с использованием выданных им банковских карт.
Эмулирование - процесс эмуляции, заключающийся в наследовании поведения и признаков эмулируемого объекта.
Головка считывателя или считыватель магнитной полосы (СМП) - магнитная головка.
Перенос - математическая/геометрическая операция по перемещению объектов по координатной сетке без изменения их ориентации в пространстве.
Поляризация - критерий, характеризующий зависимость сонаправлености осей намотки индуктивности излучателя и считывателя магнитной полосы (угол между осями при их параллельном переносе) на максимальное расстояние устойчивого считывания сигнала между ними.
Безопасное хранение данных - хранение данных, которое препятствует несанкционированному доступу к ним.
Секьюрний инструмент (англ. - security - безопасность) - инструмент, разработанный с учетом требований безопасного хранения и передачи данных. Бесконтактная передача данных - передача информации на расстояние между двумя и более устройствами, с помощью которых осуществляется передача данных, и которая не требует наличия контакта непосредственно между этими устройствами (например, между индуктивной катушкой излучателя, которая передает сигнал, и головкой считывателя, которая находится в дисководе считывания магнитных карт).
Драйвер - конструктивный элемент или модуль, предназначенный для согласования управляющего сигнала (от любого источника, способного дать команду драйверу) и полезной нагрузки, в частности, индуктивной катушки излучателя.
Индуктор - индуктивная катушка излучателя, которая передает сигнал.
Метод f/2f (англ. - double frequency) - метод модуляции цифрового сигнала, описанный в стандарте ISO/IEC 781 1.
Добротность - параметр колебательной системы, который определяет ширину резонанса и который характеризует, во сколько раз запасы суммы динамической и накопленной энергии в системе больше, чем потери энергии за один период колебаний.
Магнитопровод - деталь или комплект деталей, предназначенных для прохождения магнитного потока с определенными его потерями.
Средняя точка потребления - общий провод (земля, нулевой). Именуется «средним» при использовании двухполярных систем электропитания.
Реквизиты - набор цифровых данных, необходимый для идентификации пользователя в системе (платежной, дисконтной, безопасности, авторизации и т.д.).
Мультивибратор (синтезатор сигнала) - устройство, состоящее из резистора и драйвера верхнего и нижнего порядка (границы, плеча). Мультивибратор является механизмом последовательного переключения положительного и отрицательного (прямого и обратного) протекания тока.
USB 2.0 (англ. - universal serial bus) - последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростньгх и низкоскоростных периферийных устройств в вычислительной технике. Версия 2.0.
USBotg (англ. - universal serial bus on-the go) - дальнейшее расширение спецификации USB 2.0, предназначенное для облегчения соединения периферийных USB-устройств друг с другом без необходимости подключения к персональному компьютеру (ПК).
POS-терминал (англ. - point of sale - точка продажи) - электронное программно- техническое устройство для приема к оплате по пластиковым картам, которое может принимать карты с чип-модулем, магнитной полосой и бесконтактные карты, а таюке другие устройства, имеющие бесконтактный интерфейс. bpi (англ. - bit per inch) - плотность записи цифровых данных,
one-time-pin - одноразовый уникальный PIN код.
LRC (англ. - longitudinal redundancy check) - продольный контроль избыточным кодом.
Терминирование - вспомогательный признак окончания строчных данных.
Ν-разрядное кодирование - интерпретация последовательности бит, где N означает количество бит, которое разделяется в потоке для интерпретации элементов потока данных. Как правило, количество бит в последовательности должно быть кратным N, иначе данные (остаток от деления) отбрасываются.
ЭДС - электродвижущая сила.
Расстояние срабатывания - расстояние между излучателем и приемником (детектором), при котором происходит устойчивая передача данных.
Н-мост - электронная схема, которая дает возможность приложить напряжение к нагрузке в разных направлениях.
Программное обеспечение (ПО) - последовательность команд, реализованных в виде команд среды выполнения, в том числе в виде последовательных кодов, предназначенных для функционирования вычислительных систем, и реализующих поставленные задачи, а также разработанные алгоритмы.
Кадр (англ. frame) - неделимый объем информации, описывающий состояние, в котором должна находиться индуктивная катушка излучателя.
Текущий кадр (англ. - current frame) - кадр, который в данный момент считан драйвером. На основании информации, полученной от кадра, драйвер устанавливает излучатель в соответствующий режим.
NFC (англ. - near field communication, коммуникация ближнего поля) - технология беспроводной высокочастотной связи малого радиуса действия, которая дает возможность обмена данными между устройствами, находящимися на расстоянии около 10 сантиметров.
Транспондер - приемно-передающее устройство, посылающее сигнал в ответ на принятый сигнал.
RFID (англ. - radio frequency identification, радиочастотная идентификация) - метод автоматической идентификации объектов, в котором с помощью радиосигналов считываются или записываются данные, хранящиеся в транспондерах, или в RFID- метках.
Мобильное устройство (вычислительная система) - смартфон, телефон, планшет, персональный компьютер, другие гаджеты и т.д. Предшествующий уровень техники
В последнее время на рынке ΙΤ-технологий активно развиваются технологии бесконтактной дистанционной (беспроводной) подзарядки источников питания мобильных устройств индуктивным методом [http.V/www.mobile- networks. m/articles/budushhee_besprovodnyix_zaryadok.html]. Одним из лидеров в этой сфере является американская фирма PowerCast [http://www.powercastco.com/].
Техника беспроводной передачи методом электромагнитной индукции предполагает использование ближнего электромагнитного поля на расстояниях около одной шестой длины волны. При этом энергия ближнего поля сама по себе не является излучающей, однако некоторые радиационные потери этой энергии все же происходят. Кроме того, как правило, имеют место и резистивные потери энергии.
Благодаря электродинамической индукции, переменный электрический ток, протекающий через первичную обмотку, создает переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, действует на вторичную обмотку, индуцируя в ней электрический ток. Для достижения высокой эффективности такое взаимодействие должно быть достаточно тесным. По мере удаления вторичной обмотки от первичной обмотки, все большая часть возникающего магнитного поля не достигает вторичной обмотки. Даже на относительно небольших расстояниях индуктивная связь становится крайне неэффективной, тратя большую часть передаваемой энергии впустую [http://venture-biz.rU/tekhnologii-innovatsii/l 52-besprovodnaya-peredacha- energii].
Самым простым устройством для беспроводной передачи энергии является электрический трансформатор. Первичная и вторичная обмотки трансформатора прямо не связаны между собой. Передача энергии при этом осуществляется с помощью процесса, известного как взаимная индукция. Основной функцией трансформатора является увеличение или уменьшение первичного напряжения. Бесконтактные зарядные устройства (аккумуляторы) мобильных телефонов также являются примерами использования принципа электродинамической индукции.
Что касается средств для осуществления передачи (цифровых) данных индуктивным методом, то на сегодняшний день на рынке технологий существует множество электронных устройств, осуществляющих передачу данных, платежных инструментов, систем контроля доступа, систем идентификации, а также способов расчетно-кассового обслуживания, способов авторизации в учетных системах и др.
К таким инструментам относятся карты с магнитной полосой (КМП), 2015/000086
5
содержащие в том числе, данные платежных карт. К платежным КМП относятся, среди прочих, кредитные, дебетовые, подарочные карты и карты скидок. Данные «записаны» на магнитной полосе этих карт с помощью чередования намагниченности частиц, внедренных в магнитную полосу.
Данные платежных карт считываются с их магнитной полосы в POS-терминале при провождении карты через считыватель магнитных карт (через картоприемную щель). Устройство для считывания магнитных карт состоит из считывающей головки и связанной с ней схемы декодирования. Когда магнитная карта перемещается через считыватель магнитной полосы (через картоприемную щель), ее магнитная полоса проходит перед считывающей головкой. При перемещении относительно считывающей головки магнитная полоса, которая оснащена магнитными доменами переменной полярности, создает пульсирующее магнитное поле в зазоре считывающей головки. Последняя превращает это пульсирующее магнитное поле в эквивалентный электрический сигнал.
Схема дешифратора усиливает и оцифровывает этот электрический сигнал, воспроизводя тот же поток данных, который записывался (т.е. был вложен в момент записи) на магнитной полосе карты. Кодирование магнитной полосы описывается в международном стандарте ISO 781 1 и ISO 7813.
С ростом популярности и возможностей смартфонов растет желание использовать их в качестве мобильных кошельков, а также использовать их для осуществления платежей в точках продаж без использования множества карт. Ключевым препятствием для принятия такого решения стало отсутствие канала передачи данных между мобильными телефонами (смартфонами) и POS-терминалом.
В связи с этим было предложено несколько альтернатив. Они включают в себя ручную настройку данных для передачи в POS-теминале, 2D штрих-кодов, отображаемых на экране телефона и считывающихся с помощью устройства для считывания 2D штрих-кодов, PvFID, прикрепленные к телефонам и встроенные в их аппаратное обеспечение для осуществления ближней бесконтактной связи (ББС), запускаемой с помощью приложения телефона.
Из этих методов 2D штрих-коды и ББС являются наиболее перспективными. У них широкий диапазон приема, однако отсутствует возможность их широкого практического использования из-за отсутствия соответствующих считывающих устройств в точках продаж. А в случае с ББС следует указать также на отсутствие стандартизированной возможности использования ББС во многих смартфонах. Соответственно, существует потребность в улучшении устройств и способов для передачи данных платежных карт, а также другой цифровой информации со смартфона или другого электронного устройства, дистанционно на POS-терминал или другое устройство считывания магнитных карт.
Так, известен патент US 8628012 [1], [System and method for a baseband nearfield magentic stripe data transmitter (Система и способ действия передатчика полосы частот данных ближнего поля магнитной полосы). Патент US 8628012. МП G06K7/08 (2006.01). Дата публикации 14.01.2014. Дата приоритета: 20.01.2013], описывающий систему и способ действия передатчика полосы частот данных ближнего поля магнитной полосы MST, которые передают данные платежных карт со смартфона или другого электронного устройства в POS-терминал для осуществления транзакций.
Устройство, работающее на основе способа MST, включает в себя драйвер и индуктор. Устройство, работающее на основе способа MST, получает данные с магнитной полосы, содержащие данные платежных карт, обрабатывает принятые данные с магнитной полосы и генерирует магнитные импульсы высокой мощности, содержащие обработанные данные магнитной полосы, которые затем можно получить с помощью устройства для считывания магнитных карт в POS-терминале.
Недостатки вышеуказанного технического решения обусловлены конструктивным выполнением и функционированием элементов (устройств) базовой системы [1] и заключаются в следующем.
Во-первых, осуществление передачи данных с помощью данной системы возможно дистанционно на ограниченном расстоянии в диапазоне от 1 до 2 дюймов, измеряемом между устройством, передающим сигнал, выполненным в виде индуктора (катушки устройства, которое передает сигнал), и детектором (устройством, которое получает сигнал), выполненным в виде головки считывателя и находящимся в устройстве считывания магнитных карт.
Данное «жесткое» ограничение по расстоянию между устройствами передачи и приема цифрового сигнала является следствием того, что для меньшего расстояния между этими устройствами (то есть менее 1 дюйма) мощность индуктора слишком велика. Это приводит к намагничиванию сердечника головки и/или избыточной амплитуде сигнала, что является причиной деградации входного каскада усилителя/детектора.
Для большего расстояния между этими устройствами (то есть более 2 дюймов) существующая конструкция индуктора не способствует однозначной интерпретации передаваемого индуктором сигнала. Следствием этого является зашумленность. Также при этом не детерминировано распределение магнитного поля в пространстве и в области наилучшей передачи данных.
Во-вторых, реализацией технологии (метода) и устройства, работающего на основе способа MST, предусмотрена возможность сохранения памяти после отключения питания для хранения данных платежных карт и другой личной информации. Данная характеристика изобретения несекьюрна, так как сохранение информации может привести к ее несанкционированному использованию третьими лицами.
В-третьих, при реализации технологии MST используется катушка индуктора с добротностью в диапазоне от 10 мкмН/Ом до 80 мкмН/Ом. Следствием вышеуказанного высокого значения добротности катушки индуктора является ее высокая реактивность из-за генерируемых посторонних электромагнитных колебаний. Это приводит к зашумленности сигнала и осложняет интерпретацию данных, произведенных декодером, который находится в считывателе карт. Компенсация посторонних колебаний приводит к большему (как минимум, на 15%) потреблению эл ектроэн ергии .
Также в результате высокой добротности катушки индуктора для поддержания необходимого соотношения между полезным сигналом и шумовым сигналом необходимо обеспечивать увеличенную мощность излучения. Это, в свою очередь, приводит к перемагничиванию сердечника головки считывателя, вследствие чего происходит интенсивный магнитный износ головки.
В-четвертых, устройство, работающее на базе технологии MST, дополнительно оснащено головкой считывателя магнитной полосы (СМП) для возможности получения данных магнитной полосы карты и для их дальнейшего использования. Наличие головки СМП может способствовать несанкционированному копированию (использованию) и/или несанкционированной передаче охраняемых данных, находящихся на магнитной полосе.
В-пятых, сигнал устройства, работающего согласно способу MST, из-за высокой мощности передачи сигнала может быть зарегистрирован устройствами, в том числе не предназначенными для регистрации магнитных сигналов (пример, электретным микрофоном). Негативными последствиями этого является возможность постороннего считывания данных и несанкционированное получение информации. В-шестых, в устройстве [1] аппаратно программно не реализована функция one- time-pin. Негативным последствием этого может быть отсутствие дополнительной защиты (вследствие использования одного и того же пин-кода) при каждом использовании.
Известен также ряд беспроводных систем передачи электроэнергии, основанных на приеме электромагнитных колебаний из эфира [WO 2005069503, 28.07.2005, H02J17/00, JP 2005537773Т, 08.12.2005, H02J17/00, US 2005077872, 14.04.2005, H02J17/00, WO 200438890, 02.02.2006, H02J17/00] и др.
В качестве аналога для реализации разработанного способа выбран способ обеспечения аварийного питания сотовых радиотелефонов [RU 2180465, 10.03.2002, H02J17/00], который реализуется на базе устройства, содержащего широкополосную антенну, повышающий трансформатор, выпрямитель, блок сравнения напряжений, блок переключения режимов, накопитель, аккумулятор, блок индикации и управления, клеммы питания радиотелефона. Широкополосной антенной осуществляется прием электромагнитных волн в широком диапазоне, что позволяет обеспечить накопление электроэнергии практически в любом месте. В низкочастотном диапазоне накопление электроэнергии происходит лучше в районе ЛЭП, а в высокочастотном - лучше всего при грозе и рядом с передающей станцией. Повышающий трансформатор необходим для обеспечения работы диодов выпрямителя и для обеспечения напряжением заряда накопителя, так как величина электрического сигнала в широкополосной антенне составляет десятые доли вольта. Выпрямленное напряжение используется для заряда накопителя, в качестве которого может быть использован конденсатор с малым током утечки или, что более приемлемо для рассматриваемого случая, аккумулятор.
Недостатком этого способа аналога является то, что при его реализации возможны случаи, при которых напряженность электромагнитного поля мала, поскольку источников электромагнитного излучения поблизости нет, и напряженность поля недостаточна для обеспечения подзарядки источников питания на стороне зарядного блока. При этом сама схема преобразователя напряжения (повышающий трансформатор и выпрямитель) не позволяет обеспечить гарантированное питание (подзарядку), несмотря на значительные потери на них.
Как наиболее близкий аналог (прототип) выбрано способ, который является частью функционирования беспроводной зарядной системы [2], [RU 2306654, H02J17/00, Н04В 1/38, опубл. 20.09.2006, Бюл. jN°26]. Вышеуказанная беспроводная зарядная система содержит на питательной стороне узкополосный высокочастотный генератор с излучающей антенной, а на стороне зарядного блока - приемную антенну, соединенную с инвертором напряжения, выход которого соединен с входом контроллера заряда-разряда, который соединен с блоком аккумуляторов и/или с блоком ионисторов. При этом инвертор содержит на входе выпрямитель и импульсный умножитель напряжения, содержащий п каскадов (где п > 2), каждый из которых содержит последовательно соединенные первый диод, накопительный конденсатор и второй диод, включенный согласно первому, а также МОП- транзистор (то есть транзистор структуры «Металл-Оксид-Полупроводник») с индуцированным каналом, сток которого соединен с затвором и с точкой соединения первого диода и накопительного конденсатора, точка соединения которого со вторым диодом соединена с истоком МОП транзистора с индуцированным каналом предыдущего каскада. При этом соединены между собой свободные выводы первых диодов и соответственно соединенные между собой свободные выводы вторых диодов являются входом импульсного умножителя напряжения, выходом которого является исток МОП-транзистора с индуцированным каналом последнего каскада и точка соединения накопительного конденсатора и второго диода первого каскада.
Особенностью реализации способа [2] на базе соответствующего устройства является то, что на питательной стороне узкополосный высокочастотный генератор с помощью излучающей антенны излучает электромагнитные волны определенной частоты со. Эти волны производят в приемной антенне зарядного блока переменную ЭДС той же частоты ω и амплитуды, которые зависят от расстояния до излучателя. Инвертор, содержащий выпрямитель и импульсный умножитель напряжения, должен обеспечивать преобразование переменного напряжения в постоянное (то есть такое, которое медленно меняется) или в импульсное напряжение, которое должно быть не ниже порогового уровня, обусловленного конкретной конструкцией контроллера заряда-разряда и используемых блока аккумуляторов и блока ионисторов.
Контроллер заряда-разряда является стандартным элементом, применяемым в современных мобильных устройствах. Он служит для оптимизации режима заряда- разряда аккумуляторов и ионисторов (поддержание необходимых напряжений и токов, предотвращение полного разряда), переключение нагрузки на заряженные аккумуляторы и ионистора для поддержания необходимого напряжения питания (например, в режиме пуска), отключение от нагрузки элементов, которые находятся в режиме зарядки и т.п. Недостатки вышеуказанного технического решения обусловлены сложным конструктивным выполнением и неэффективным функционированием элементов (устройств) базовой беспроводной зарядной системы [2], что приводит к невозможности его эффективного использования для бесконтактной дистанционной передачи электроэнергии на существующие беспроводные устройства - клавиатуры, компьютерные мыши, мобильные телефоны, фото-, видео-, веб-камеры, карманные компьютеры, активные RFID-метки, беспроводные пульты и устройства ввода, в т.ч. для подзарядки источника питания мобильного устройства, а также на любые другие маломощные беспроводные устройства.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа бесконтактной дистанционной подзарядки источника питания мобильного устройства индуктивным методом путем осуществления преобразования излучающей энергии мобильного устройства (источника) в зарядный ток для потребителя (приемника, аккумулятора, автономного источника питания), а также за счет эффективной реализации процедур способа и оптимального выполнения элементов базовой конструкции устройства, с помощью которого реализуется способ, что будет способствовать улучшенным энерго-экономическими показателями при выполнении такой процедуры самозарядки источника питания (аккумулятора) мобильного устройства. Кроме того, заявляемый способ обеспечивает более эффективный синтез энергии в режиме передачи электромагнитных волн в виде цифровых, в т.ч. платежных и/или голосовых данных с мобильного устройства, а также обеспечивает универсальность самозарядки источника питания (аккумулятора) мобильного устройства (по аналогии «прямой» подзарядки в процессе передачи данных и «дополнительной» подзарядки при нахождении в радиусе действия ближайшей базовой приемно-передающей мобильной станции связи или аналогичного устройства, содержащего GSM-модуль высокочастотного излучения).
Раскрытие изобретения.
Указанная техническая задача решается тем, что в способе бесконтактной дистанционной подзарядки автономного источника питания для мобильных устройств индуктивным методом, выполненных, например, в виде компьютера, мобильного телефона, смартфона, планшета или другого электронного устройства, и коммуникационной системы, с автономным источником питания, заключающийся в излучении с помощью излучающей антенны в виде узкополосного высокочастотного генератора электромагнитных волн определенной частоты, который находится в мобильном устройстве, и в наведении в приемной антенне сигнала переменной ЭДС зарядного тока с амплитудой, зависящей от расстояния до излучателя электромагнитных волн, и в последующем обеспечении преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение, которое медленно изменяется со временем, или в импульсное напряжение, которое должно быть не ниже заранее заданного порогового уровня для заряжаемого автономного источника питания в виде аккумулятора, новым является то, что бесконтактную дистанционную подзарядку автономного источника питания мобильного устройства производят в процессе излучения электромагнитных волн при осуществлении телефонных разговоров, передаче цифровых или голосовых данных, осуществлении бесконтактных платежей с помощью устройства передачи цифровых данных индуктивным методом (15) путем излучения сигнала индуктора (2) устройства передачи цифровых данных индуктивным методом (15) на модуль подзарядки (24) устройства приема волн электромагнитной индукции в виде низкочастотных импульсов, и при передаче электромагнитных волн на GSM-частоте от источника высокочастотного излучения мобильного устройства, которое содержит GSM-модуль высокочастотного излучения, а также при отсутствии вышеуказанных действий при приёме устройством передачи цифровых данных индуктивным методом (15) электромагнитных волн при расположении устройства передачи цифровых данных индуктивным методом (15) в радиусе действия ближайшей базовой приемно- передающей мобильной станции связи или аналогичного устройства, содержащего GSM-модуль высокочастотного излучения, например, POS-терминал с GSM- модемом, мобильный телефон, планшет с GSM-модулем, при этом устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (15) выполняют в составе цифрового синтезатора сигнала или схемы прямого цифрового синтеза сигнала (6), которые снабжают вычислительной микросистемой реального времени, и соединяют с драйвером (7) излучателя, который соединяют с индуктором (2), модуля подзарядки (24) источника питания (26) устройства приема радиоволн индуктивным методом от источника излучения мобильного устройства, который располагают в мобильной вычислительной и коммуникационной системе (14), модуля беспроводной передачи типа blue-tooth, периферийного устройства сопряжения (27) со считывающей головкой устройства для считывания магнитных карт (9), а также устройства сопряжения (4), причем цифровой синтезатор сигнала или схему прямого цифрового синтеза сигнала (6) выполняют с возможностью генерирования исходящего цифрового сигнала наперед заданной формы и временных интервалов, и с обеспечением отсутствия искажений исходящего цифрового сигнала вне зависимости от его частоты, а также с возможностью переключения полярности напряжения питания, приложенного к индуктору (2), и передачи цифровых данных за счет явления магнитной индукции в приемное устройство (16) с магнитной головкой (1) считывателя на расстояние до 30 см, как драйвер излучателя (7) используют высокочастотный переключатель со средней точкой потребления и стабилизацией напряжения средней точки относительно верхней и нижней точки питания, и выполняют драйвер излучателя (7) по схеме Н-моста, в котором предусматривают защиту от одновременного включения верхнего и нижнего ключей, индуктор (2) выполняют с возможностью преобразования переменного электромагнитного поля в постоянный ток с его передачей к автономному источнику питания (26) мобильной вычислительной и коммуникационной системы (14) для его подзарядки, и выполняют с добротностью, которая находится в пределах до 1200 mH/Ohm, а также с возможностью генерирования электромагнитного поля (3) и индуцирования напряжения в модуле подзарядки источника питания (24), который располагают преимущественно параллельно или соответственно размещению антенны мобильного устройства, в процессе работы мобильного устройства используют поляризацию сигнала индуктора (2) и регулируют нормированную мощность излучения сигнала индуктора (2) путем использования двоичной широтно- импульсной модуляции, а также изменением полярности, которая заключается в быстром переключении полярности напряжения питания, приложенной к индуктору (2), с одновременным усилением тока в нем, а также путем создания пикового изменения магнитного поля на магнитном считывателе (1), а бесконтактной передачей цифровых данных управляют с помощью соответствующего программного обеспечения, установленного в коммуникационной или вычислительной системе (14), которая находится в мобильном устройстве.
Устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (15) располагают вне корпуса мобильного устройства.
Модуль подзарядки источника питания выполняют съемным, а также с возможностью перемещения и последующей фиксации на накладке мобильного устройства в зависимости от места расположения его излучающей антенны. 6
13
Модуль подзарядки источника питания, модуль беспроводной передачи типа blue-tooth, источник питания мобильного устройства, а также периферийное устройство сопряжения (27) располагают на накладке мобильного устройства с его тыльной стороны.
Устройство сопряжения (4) при подключении к коммуникационной или вычислительной системе с установленным программным обеспечением (ПО) (14) идентифицируют как последовательный порт стандарта RS232, UART, с помощью которого производят передачу команд и данных в устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (15).
Устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (15) снабжают вычислительной микросистемой реального времени, которую выполняют с возможностью синтеза передаваемого сигнала.
Синтезатор сигнала (6) снабжают микросистемой с отложенной обработкой команд или вычислительной микросистемой реального времени, которую выполняют с возможностью последовательной установки значения текущего кадра сигнала на выводах двухразрядной цифровой шины с частотой воспроизведения цифрового сигнала в пределах от 0 Hz до 4 KHz.
Как драйвер излучателя (7) используют операционный усилитель.
В устройстве передачи цифровых данных индуктивным методом (15) применяют устройство сопряжения (4) с коммуникационной или вычислительной системы с установленным программным обеспечением (ПО) (14), которое выполняют с возможностью передачи цифровых, в т.ч. платежных, данных и команд устройства передачи цифровых данных индуктивным методом (15) и с возможностью проверки состояния этого устройства (15).
Устройство сопряжения (4) с коммуникационной или вычислительной системой с установленным программным обеспечением (ПО) (14) выполняют с возможностью поддержания стандартных методов передачи данных, таких, как, например, blue-tooth, UART, RS232, NFC, USB, wi-fi и других.
Устройство сопряжения (4) выполняют в виде кнопок или переключателей режимов, а нормированную мощность излучения регулируют путем быстрого переключения полярности напряжения питания, приложенной к индуктору (2), которая составляет от 10"6 с до 10 с на каждое переключение.
Плоский сердечник (19) индуктора (2) выполняют из магнитно-нейтрального или магнитно-проводящего материала. 6
14
Плоский сердечник (19) индуктивной катушки излучателя (2) выполняют продолговатым и прямоугольной формы с поперечным сечением в виде ломаных граней.
Обмотку индуктора (2) выполняют из токопроводящих материалов с изоляцией каждого витка от соседних витков, или с упорядоченной или с неупорядоченной укладкой витков.
Устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (15) выполняют в виде или защитного чехла на коммуникационную или вычислительную систему с установленным программным обеспечением (ПО) (14), или в виде брелка, или в виде браслета (14).
Устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (15) выполняют в виде внешнего модуля, встроенного в коммуникационную или вычислительную систему с установленным программным обеспечением (ПО) (14).
Устройство передачи платежных данных индуктивным методом (15) выполняют с возможностью использования эффекта поляризации.
Увеличивают расстояние передачи выходного сигнала, используя поляризацию излучения магнитного поля.
Генерируют выходной сигнал с устройства передачи платежных данных индуктивным методом (15) путем переключения полярности питания индуктора (2).
Модуль подзарядки источника питания устройства передачи цифровых данных индуктивным методом (15) выполняют с возможностью функционирования в процессе проведения телефонных переговоров при частоте выходного передаваемых сигнала 900 МГц или 1800 МГц, а также при передаче данных выходной мощностью max 2 W, и при напряжении (DC) от модуля (25) в диапазоне (3,7 - 4,2) В, и с силой тока (500 - 2000) тА.
Способ соответствует стандарту беспроводной зарядки Qi vers.1.2 или предыдущих версий.
Для диагностики полной зарядки аккумулятора мобильного устройства используют световой индикатор, сигнализирующий Пользователю об окончании подзарядки, причем индикатор мигает красным и желтым цветами во время зарядки, и горит зеленым цветом, когда аккумулятор мобильного устройства полностью заряжен.
Для диагностики полной зарядки аккумулятора мобильного устройства используют звуковой сигнал, сигнализирующий Пользователю об окончании подзарядки. Для диагностики полной зарядки аккумулятора мобильного устройства используют одновременно звуковой сигнал и световой индикатор, сигнализирующий Пользователю об окончании подзарядки, причем индикатор мигает красным и желтым цветами во время зарядки и горит зеленым цветом по ее окончании.
Устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (15) выполняют с обеспечением функции автоматической остановки подзарядки при полной зарядке аккумулятора мобильного устройства.
На экран мобильного устройства выводят иконку состояния зарядки аккумулятора.
Модуль подзарядки источника питания располагают вблизи излучающей антенны мобильного устройства.
Полную подзарядку мобильного устройства обеспечивают при осуществлении телефонных разговоров и/или передачи цифровых, в т.ч. платежных и/или голосовых данных с помощью устройства передачи цифровых данных индуктивным методом в течение не менее 168 ч.
Варьируют скорость подзарядки в зависимости от частоты или количества совершения платежей устройства передачи цифровых данных (15).
Перечисленные признаки способа составляют сущность изобретения.
Наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.
Как известно, основным недостатком метода беспроводной передачи является крайне небольшое расстояние его действия, так как приемник должен находиться в непосредственной близости к передатчику для того, чтобы эффективно с ним взаимодействовать.
Следует отметить, что использование резонанса несколько увеличивает дальность передачи, так как при резонансной индукции передатчик и приемник настроены на одну частоту. Производительность может быть увеличена путем изменения формы волны управляющего тока от синусоидальных до несинусоидальных переходных форм волны.
В свою очередь, импульсная передача энергии происходит в течение нескольких циклов. Таким образом, значительная мощность может быть передана между двумя взаимно настроенными LC-цепями с относительно невысоким коэффициентом связи. Стандартные передающая и приемная индуктивные катушки, как правило, представляют собой однослойные соленоиды или плоскую спираль с набором конденсаторов, которые позволяют настроить принимающий элемент на частоту передатчика.
Таким образом, эффективное применение резонансной электродинамической индукции является оптимальным для зарядки аккумуляторных батарей портативных устройств, таких, как портативные компьютеры и сотовые телефоны, смартфоны, планшеты, медицинские имплантаты и электромобили. Резонанс используется в модуле приемника (встроенного в нагрузку) для обеспечения максимальной эффективности передачи энергии. Такая техника передачи подходит для универсальных беспроводных зарядных устройств для подзарядки портативной электроники, указанной выше.
Кроме того, резонансная электродинамическая индукция также используется для питания устройств, не имеющих аккумуляторных батарей, таких, как RFID- метки и бесконтактные смарт-карты, а также для передачи электрической энергии от первичного индуктора к винтовому резонатору трансформатора Теслы, который также является беспроводным передатчиком электрической энергии.
Следует отметить, что техника резонансной электродинамической индукции принята в качестве части стандарта беспроводной зарядки Qi, который разработал мировой гигант Wireless Power Consortium. Этот мировой стандарт принят и одобрен более чем в сотне компаний по всему миру, в результате чего мобильные устройства можно будет заряжать в любой точке планеты.
Современные беспроводные зарядки рассчитаны на мощность до 5 W, которые предусматривают двустороннюю связь между беспроводной зарядкой и мобильным устройством. Преимущество Qi состоит в том, что это стандарт, использование которого начали осуществлять многие мировые компании по производству мобильных гаджетов.
Технология Qi позволяет передавать энергию гаджетам по принципу магнитной индукции. Базовое зарядное устройство состоит из индукционной катушки, которая создает электромагнитное поле при поступлении переменного тока. В гаджете- получателе находится похожая катушка, способная улавливать это поле, конвертируя полученную энергию в постоянный ток. В результате происходит зарядка аккумулятора мобильного устройства.
Таким образом, стандарт Qi ver.1.2 предусматривает поддержание резонансного метода беспроводной подзарядки. Это означает, что подзаряжаемые гаджеты не обязательно должны соприкасаться с поверхностью базовой станции. Отмечено, что передача энергии возможна на расстоянии до 45 мм. Таким образом, зарядное устройство может быть интегрировано, скажем, в столешницу компьютерного стола или в речевой отсек автомобильной панели.
Wireless Power Consortium отмечает, что уже есть прототипы зарядных станций, обеспечивающих передачу энергии беспроводным способом на 40-50 мм [http://htn.su/hardware/2013-04-24/123-besprovodnye-zaryadnye-ustrojstva-qi- i -ix- budushhee.html]. Новый стандарт обратно совместим с версией Qi ver 1.1. Благодаря этому существующие устройства с поддержкой Qi также когут использовать функцию дистанционного зарядки, но радиус действия в данном случае будет ограничен 30 мм.
Существующие экспериментальные мобильные источники питания оснащены встроенным литий-ионным аккумулятором емкостью до 2000 мА-ч, который заряжается от стационарной беспроводной док-станции. По данным разработчиков, для передачи электроэнергии используется электромагнитная индукция в ближнем поле.
Однако на нынешнем этапе развития одной из серьезных проблем является большие потери в процессе передачи электроэнергии, достигающие 30-60%. Кроме того, нормальной работе системы подзарядки могут помешать металлические панели корпуса заряжаемого устройства, которые находятся между встроенным беспроводным зарядным модулем и поверхностью планшета. Тем не менее, ожидается, что вскоре технология беспроводной зарядки будет общедоступной. Это означает, что, например, придя в кафе, можно будет положить смартфон на столик и увидеть на экране иконку зарядки, а также контролировать этот процесс [http.7/compress.ru/article.aspx?id=20424].
Краткое описание чертежей
Техническое решение объясняется на фиг. 1 - фиг. 6, где: на фиг. 1 изображена условная схема передачи и приема сигналов от катушки к считывающей головке индуктивным методом, а также условное распределение силовых линий в области головки; на фиг. 2 изображена схема устройства передачи цифровых, в т.ч. платежных, данных индуктивным методом; на фиг. 3 изображены связь и взаимодействие компонентов системы, работающей на основе описываемого способа, с устройством считывания карт; на фиг. 4 представлена схема конструкции считывающей головки, а также конструкции индуктивной катушки излучателя и ориентация индуктивной катушки излучателя в момент передачи данных; на фиг. 5 6
18
представлена печатная плата устройства с условно размещенными на ней радиоэлементами; на фиг. 6 представлена схема осуществления приема-передачи во время сеанса мобильной связи, а также осуществление самозарядки источника питания (аккумулятора) мобильного устройства.
На фиг. 1 овальными линиями показано условное распределение силовых линий магнитного поля в области магнитной головки (поз. 3). На фиг. 3 пунктирными линиями обозначены оси намотки катушки излучателя (поз. 12) и катушки считывающей головки (поз. 10).
На фиг. 1 - фиг. 6 приняты следующие обозначения: 1 - считывая головка (компонент устройства считывания); 2 - индуктивная катушка излучателя; 3 - пространственное распределение силовых линий магнитного поля в области магнитной головки; 4 - устройство сопряжения; 5 - шина для внутрисхемного программирования; 6 - синтезатор сигнала; 7 - драйвер излучателя; 8 - драйвер увеличения вольтажа; 9 - считыватель, сердечник считывающего элемента; 10 - ось намотки катушки считывающей головки; 1 1 - зазор считывающей головки; 12 - ось намотки индуктивной катушки; 13 - расположение элементов при передаче сигнала (поз. 13 включает в себя поз. 2 и поз. 13, а также поз. 1 , поз.9 и поз. 10); 14 - коммуникационная или вычислительная система с установленным ПО; 15 - устройство передачи цифровых данных индуктивным методом; 16 - приемное (принимающее) устройство (например, POS-терминал); 17 - хозяйствующий субъект (банк/магазин/учреждение); 18 - мобильное приложение (ПО), установленное в коммуникационной или вычислительной системе (14); 19 - сердечник индуктивной катушки излучателя; 20 - конструктивная индуктивность считывателя магнитной головки; 21 - канал бесконтактной передачи платежных данных; 22 - антенна коммуникационной или вычислительной системы с предустановленным ПО (14); 23 - модуль коммуникационной или вычислительной системы с предустановленным ПО (14), содержащий устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (15); 24 - модуль подзарядки устройства приема радиоволн индуктивным методом от источника мобильного устройства с последующим преобразованием в постоянный ток, поступающий к автономному источнику питания для зарядки (26); 25 - модуль беспроводной передачи типа blue-tooth устройства передачи цифровых данных индуктивным методом (15); 26 - автономный источник питания (например, аккумуляторная батарея) устройства; 27 - периферийное устройство сопряжения для связи с принимающим устройством (16); 28 - базовая приемо-передающая станция 00086
19
мобильной связи с антенной (29); 30 - дисплей коммуникационной или вычислительной системы с предустановленным ПО (14); 31 - иконка на экране коммуникационной или вычислительной системы с предустановленным ПО (14), которая диагностирует состояние процесса зарядки аккумулятора (26).
Обоснование сущности изобретения.
Разработанный способ бесконтактной дистанционной подзарядки автономного источника питания для мобильного устройства индуктивным методом базируется на использовании устройства передачи цифровых данных индуктивным методом (поз. 15).
В свою очередь, устройство (15) в составе системы, на основе которой реализуется заявляемый способ, выполняют в составе индуктивной катушки излучателя (поз. 2), драйвера излучателя (поз. 8), синтезатора сигнала (поз. 6), устройства сопряжения (поз. 4) с вычислительными (компьютер, мобильный телефон, смартфон, планшет и т.д.) и/или коммуникационными системами (поз. 14).
Индуктивная катушка излучателя (излучатель) (поз. 2) имеет следующие особенности. Плоский сердечник индуктивной катушки излучателя (поз. 19 на фиг. 4) выполняют из магнитно-нейтрального материала, выступающего в роли каркаса фиксации проводника. Сердечник выполняют продолговатой формы прямоугольного сечения. Допускается форма сердечника с закругленными или срезанными гранями поперечного сечения.
Обмотку индуктивной катушки излучателя (поз. 2) выполняют из токопроводящих материалов с изоляцией каждого витка от соседних витков. Также, например, воздушная прослойка может выступать в качестве изолятора при значительной разности потенциалов, которая составляет менее 2 кВ/мм (при относительной влажности менее 50%).
В процессе работы индуктивной катушки излучателя (поз. 2) градиент магнитного поля сонаправлен длине (оси намотки) излучателя (поз. 3 на фиг. 1). Так как магнитная головка (поз. 1) регистрирует величину изменения магнитного поля (то есть первую производную), то для большей амплитуды пика (всплеска сигнала, или максимума) необходимо, чтобы фронт изменения полярности стремился к мгновенному.
В связи с этим драйвер излучателя (поз. 7) имеет следующие особенности. Для формирования выразительных всплесков и для вытягивания фронта излучаемого сигнала в процессе работы устройства (поз. 15) используют изменение полярности тока через излучатель (поз. 2) с помощью Н-моста. Это приводит к фактическому удвоению входного напряжения драйвера (поз. 8) на контактах излучателя, за счет чего увеличивается дальность устойчивого срабатывания заявляемых технических средств передачи цифровых данных индуктивным методом, а также при подзарядке.
Также допускается в качестве драйвера использование высокочастотного переключателя (поз. 8 на фиг. 2) со средней точкой потребителя и стабилизацией напряжения средней точки относительно верхней и нижней точки питания. Это реализуют с помощью управления микровычислительной системы (поз. 6).
Синтезатор сигнала (поз. 6) имеет следующие особенности. Вычислительная микросистема (микро- ЭВМ реального времени, которая использует операционную систему и которая исключает балансировку вычислительной нагрузки), выступает в роли синтезатора (поз. 6), и последовательно устанавливает значение текущего кадра сигнала на выводах двухразрядной цифровой шины (между поз. 6-7 на фиг. 2). Частота воспроизведения сигнала составляет от 0 Hz до 4 KHz.
Возможно использование одноразрядной шины (на фиг. 1 - фиг. 6 не показано) с применением логического отрицания с целью управления Н-мостом (что является одним из вариантов выполнения согласования синтезатора и драйвера для симуляции вспомогательного разряда). При этом за счет разности потенциалов реализуется передача данных наиболее эффективным образом.
Шина для внутрисхемного программирования (5) служит для записи программного обеспечения устройства и не принимает участия в непосредственной работе устройства, т.к. предназначена для корректировки настроек в опытном образце. То есть шина для внутрисхемного программирования (5) служит для обновления «прошивки» (ПО) вычислительной микросистемы без демонтажа микросхем из платы и соединена с последовательным портом микро-ЭВМ.
Драйвер увеличения вольтажа (8) соединен с Н-мостом и служит для возможности использования высокоомных излучающих катушек, то есть увеличивает входной вольтаж до необходимого уровня.
Прием данных и команд, подготовку, излучение и управление устройством (поз. 15) проводят с помощью вычислительной системы (поз. 14).
Устройство сопряжения (поз. 4) с вычислительными или коммуникационными системами (поз. 14) имеет следующие особенности. Оно выполнено с возможностью передачи данных и команд устройства передачи цифровых данных индуктивным методом (поз. 15) и с возможностью опроса (проверки) состояния устройства передачи цифровых данных индуктивным методом (поз. 15). Сообщение может быть реализовано с помощью стандартных методов передачи данных, таких, как Bluetooth, UART, RS232, NFC, USB и т.д.
В случае, когда платежные данные не расширяемы, то есть установлены производителем и не предназначены для добавления или изменения в ходе эксплуатации, или устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (поз. 15) эксплуатируют без помощи посторонних устройств управления, устройство сопряжения (поз. 4) выполняют в виде кнопок или переключателей режимов.
С помощью устройства передачи цифровых данных индуктивным методом (поз. 15) реализуют устойчивое считывание информации путем считывания эмуляции карт (КМП) (согласно стандартам КОЛЕС 7810, КОЛЕС 781 1, ISO/IEC 7812, КОЛЕС 7813, ISO 8583 и КОЛЕС 4909), используя устройства считывания карт (например, POS- терминалы) (поз. 16), карты безопасности, дисконтные, акции, скидки и другие карты.
При этом обеспечивают максимальное эксплуатационное расстояние между индуктивной катушкой излучателя (поз. 2) и магнитной головкой считывателя (поз. 1), которое достигает до 15-30 см, а не 1-2 дюйма, как в системе и способе наиболее близкого аналога (прототипа) [2].
Учитывая использование карт в платежных системах, устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (поз. 15) используют для передачи цифровой информации, в том числе платежной информации, необходимой для осуществления платежных безналичных операций.
Способ и устройство, реализующее его, используют таким образом. Бесконтактную дистанционную подзарядку автономного источника питания мобильного устройства производят в процессе излучения электромагнитных волн при осуществлении телефонных разговоров, передаче цифровых или голосовых данных, осуществлении бесконтактных платежей с помощью устройства передачи цифровых данных индуктивным методом (15) путем излучения сигнала индуктора (2) устройства передачи цифровых данных индуктивным методом (15) на модуль подзарядки (24) устройства приема волн электромагнитной индукции в виде низкочастотных импульсов.
Также подзарядку осуществляют при передаче электромагнитных волн на
GSM-частоте от источника высокочастотного излучения мобильного устройства, которое содержит GSM-модуль высокочастотного излучения.
Еще одним вариантом реализации подзарядки является приём устройством передачи цифровых данных индуктивным методом (15) электромагнитных волн при расположении устройства передачи цифровых данных индуктивным методом (15) в радиусе действия ближайшей базовой приемно-передающей мобильной станции связи или аналогичного устройства, содержащего GSM-модуль высокочастотного излучения, например, POS-терминал с GSM-модемом, мобильный телефон, планшет с GSM-модулем.
Реализующее способ устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (15) выполняют с возможностью постоянного аккумулирования электроэнергии (подзарядки) источника питания путем преобразования энергии электромагнитного поля, которое принимается им, от источника излучения радиоволн мобильного устройства.
Устройство сопряжения (4) с вычислительными и коммуникационными системами (14) выполняют с возможностью поддержания стандартных методов передачи данных, таких, как, например, Bluetooth, UART, RS232, NFC, USB, wi-fi и Других.
Также устройство сопряжения (4) выполняют в виде кнопок или переключателей режимов, а нормированную мощность излучения регулируют путем быстрого переключения полярности напряжения питания, приложенного к индуктору (2), которое составляет от 10"6 с до 10 с на каждое переключение.
Устройство сопряжения (поз. 4), будучи подключенным к вычислительной или коммуникационной системе (поз.14), идентифицируется как последовательный порт (стандарт RS232, UART), с помощью которого осуществляют передачу команд и данных в устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (поз. 15).
Синтезатор сигнала (6) снабжают микросистемой с отложенной обработкой команд или вычислительной микросистемой реального времени, которую выполняют с возможностью последовательной установки значения текущего кадра сигнала на выводах двухразрядной цифровой шины с частотой воспроизведения цифрового сигнала в пределах от 0 Hz до 4 KHz.
Индуктивную катушку излучателя (2) выполняют с отношением индуктивности к сопротивлению, которое находится в пределах от 0,0001 до 1200 μΗ/Ohm, а также с упорядоченной или неупорядоченной укладкой витков.
В процессе передачи данных, в т.ч. платежных, пользователь в интерфейсе приложения (выполняемого в вычислительной системе, например, смартфоне, телефоне, планшете и т.д. (на фиг.1 - фиг.6 не показано) выбирает, какую информацию (которая загружена и которую необходимо передать) он будет использовать. После чего с помощью вычислительной системы (поз. 14 на фиг. 3) передают данные в вычислительную микросистему (поз. 5).
С помощью устройства сопряжения (поз. 4) передают полученные данные синтезатору сигнала (поз. 6), после чего эти данные проверяют на целостность и готовят (превращают в последовательность кадров) к излучению индуктивной катушкой излучателя (поз. 2) в устройство считывания карт с магнитной полосой (поз. 16).
После подготовки данных синтезатор сигнала (поз.6) посылает драйверу излучателя (поз. 7) сигнал, что позволяет использовать электроэнергию источника питания. Синтезатор сигнала (поз.6) последовательно перечисляет имеющиеся в памяти кадры, которые были превращены на основе передаваемых данных, в синтезатор сигнала (поз.6) из вычислительной системы (поз.14) с фиксированными временными задержками, заданными согласно методу кодирования f/2f.
После окончания передачи данных синтезатор сигнала (поз.6) передает запрещающий сигнал драйвера излучателя (поз. 8), в результате чего прекращается энергообеспечение драйвера излучателя (поз. 8) и дочерних устройств (то есть индуктивной катушки излучателя) (поз. 2) и связанных с ней модулей (то есть всех дочерних объектов).
На основе полученного ввода от синтезатора сигнала (поз.6) с помощью драйвера излучателя (поз.8) формируют сигнал с четко выраженными восходящими и нисходящими фронтами сигнала, которые излучает подключенная индуктивная катушка излучателя (поз. 2).
В устройстве передачи цифровых данных индуктивным методом (поз. 15) однократно эмулируют только одну дорожку, содержащую данные, которые необходимо передать. Две другие дорожки отбрасывают из процесса считывания, поскольку они не проходят проверку целостности данных по Ν-битному кодированию H LRC.
Индуктивную катушку излучателя (поз. 2) выполняют с магнитно-нейтральным сердечником, который выступает в роли исключительно каркаса для фиксации проводника (поз. 19 на фиг.4) индуктивной катушки излучателя (поз. 2).
Устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (поз. 15) может быть реализовано в виде дополнения к мобильным телефонам, смартфонам, планшетам и т.д., а также в виде накладки к электронному устройству, защитного чехла, брелка, браслета и т.п. Передачу данных (в т.ч. оплату) с помощью устройства передачи цифровых данных индуктивным методом (поз. 15) проводят на расстоянии между считывающей головкой устройства считывания карт (например, POS-терминала) (поз.16) до индуктивной катушки излучателя (поз. 2), которое составляет в среднем около 5-10 см. Реально возможный диапазон передачи данных между приемо-передающими устройствами - на расстоянии до 30 см в зависимости от конструктивного высполнения устройства считывания цифровых данных (поз. 16).
В момент передачи данных смартфон (телефон, планшет и т.д.) необходимо держать преимущественно параллельно зазору считывателя карт (например, в POS- терминале) в пределах 5-10 см. Не рекомендуется перемещать и вращать устройство (поз.15) во время передачи данных. То есть ось (поз. 12) катушки излучателя (поз. 2) располагают параллельно картоприемочной щели (на фиг. 1 - фиг.6 не показано) считывателя карт.
В устройствах считывания карт (ридер) используют считывающую магнитную головку с тремя дорожками (согласно ISO/IEC 7810). То есть в корпусе магнитной головки считывателя (поз. 1 на фиг. 4) находятся три независимых считывателя (поз. 9 на фиг. 4) для каждой дорожки, которые располагают на расстоянии, значительно меньшем, чем расстояние между считывающей головкой (поз. 1) и индуктивной катушкой излучателя (поз. 2).
В случае индуктивной передачи данных расстояние между считывателем (поз. 9) и индуктивной катушкой излучателя (поз. 2) является гораздо большим, чем расстояние между считывателями (поз. 9) в корпусе считывающей головки (поз. 1). С целью объяснения физического представления предположим, что все три датчика (поз. 9) находятся в одной точке и не влияют друг на друга. Экспериментально было подтверждено, что влияние трех датчиков друг на друга настолько мало, что им можно пренебречь. Итак, подтверждается вышеуказанное предположение.
Считывая головка (поз. 1) расположена следующим образом. Плоскость зазора магнитной считывающей головки (поз. 1 1) ориентирована перпендикулярно направлению движения магнитной полосы (на фиг.1 - фиг.6 не показано). Итак, ось (поз. 10) намотки конструктивной индуктивности (поз. 20) располагается параллельно направлению подачи (поз. 12) магнитной полосы (на фиг.1 - фиг.6 не показано).
Таким образом, при прохождении магнитной полосы (на фиг.1 - фиг.6 не показано) в области зазора головки (поз. 1 1) происходит изменение (градиент) намагниченности. Это создает ЭДС в индуктивности (поз. 20) считывающей головки (поз. 1), которая усиливается усилителем ридера (на фиг.1 - фиг.6 не обозначен) и передается на дальнейшую обработку (дешифровку).
То есть магнитная считывающя головка (поз. 1) регистрирует градиент магнитного поля, а не его абсолютное значение. Итак, для передачи сигнала необходимо достаточно быстро изменять магнитное поле в области магнитного зазора (поз. 11). Этого можно достичь и на значительном расстоянии от считывающей головки (фиг. 1), использовав более мощный источник магнитного сигнала, чем магнитная лента, например, электромагнит.
Ближайшей физической моделью нашей системы передачи («головка - излучатель») является «трансформатор». Фактически магнитная головка считывателя (поз. 1) и индуктивная катушка излучателя (поз. 2) в нашей системе передачи являются трансформатором с неблагоприятной средой передачи магнитного возбуждения (вследствие значительного расстояния между обмотками «трансформатора» и отсутствия общего магнитопроводящего сердечника (поз. 19). Индуктивная катушка индуктивности (поз. 2) выступает в роли первичной обмотки, а магнитная головка считывателя (поз. 1) - в роли вторичной обмотки.
Так как по стандарту ISO 781 1 карты с магнитной полосой кодируются по методу f/2f, который является цифровым методом кодирования (т.е. чрезмерным в пользу оборачиваемости сигнала), то достаточно определить характеристики сигнала, на основе которых происходит детектирование, распознавание и декодирование цифрового сигнала.
Нами было определено экспериментально, что необходимым и достаточным условием декодирования цифрового сигнала является наличие выраженных (максимальных) пиков с изменением полярности и фиксированным интервалом между ними в зависимости от значения, которое кодируется (единичная частота (f) для кодирования логического нуля, и удвоенная частота (2f) для кодирования логической единицы).
Учитывая специфику цифрового сигнала, нет необходимости передавать его полностью, то есть полное повторение формы сигнала, отсутствие шумов и наводок является необязательным. Необходимо заметно (на обмотке магнитной головки (поз.1) передать пики переменной полярности с фиксированными временными интервалами (т.е. осуществлять f/21-кодирование). Это достигается за счет резкого (т.е. такого, которое практически стремится к мгновенному) переключения полярности напряжения питания, приложенного к индуктивной катушке излучателя (поз. 2) с соответствующим усилением (максимизацией) тока. Расстояние срабатывания (факт успешной передачи) цифрового сигнала зависит от напряженности магнитного поля, которое сможет зарегистрировать магнитная головка (поз. 1) считывателя. Итак, поле, которое порождает катушка излучателя (поз. 3), должно иметь значительное затухание (усиление градиента) или неоднородность поля для того, чтобы головка (поз. 1) смогла зарегистрировать сигнал.
Для увеличения расстояния срабатывания передачи необходимо более интенсивное поле в источнике (индуктивной катушке излучателя - поз. 2). Максимальное расстояние срабатывания определяется возможностями источника питания и исходными требованиями по массогабаритным характеристикам.
Нами были проведены многочисленные эксперименты, в результате которых были выбраны именно те существенные отличия элементов системы (способа) передачи, которые указаны в формуле изобретения. В ходе проведения экспериментов с различными катушками нами было определено, что существует практическая возможность передавать цифровые данные на расстоянии от индуктивной катушки излучателя (поз. 2) до зазора головки (поз. 1 1) считывателя, составляющем до 30 см между ними.
Такого результата мы смогли добиться, использовав индуктивную катушку излучателя (поз. 2) с фигурным магнитопроводом (магнитопроводящим сердечником подковообразной конфигурации) (на фиг.1 - фиг.6 не показано).
Это привело к локальному увеличению напряженности магнитного поля. При этом мы смогли зарегистрировать качественное увеличение напряженности магнитного поля по косвенным признакам (по колебаниям магнитоактивного элемента в зазоре излучателя) и направленному распределению поля.
Однако при передаче данных с помощью указанной катушки с фигурным магнитопроводом (на фиг.1 - фиг.6 не показано) на расстоянии ближе 10 см появляется риск повреждения считывающей головки. Также использовав катушку с фигурным магнитопроводом, необходимо использовать более мощный (около 60 W) источник питания.
Использование указанной катушки (с фигурным магнитопроводом) увеличивает толщину устройства (минимум в 2 раза по сравнению с используемым устройством) за счет увеличения источника питания, габаритов катушки, системы охлаждения катушки (стабилизации характеристик при излучении) и электронной обвязки с учетом (большая мощность) характеристик. Так как одним из требований к устройству передачи цифровых данных индуктивным методом (поз. 15) была предъявлена компактность размеров и малое энергопотребление, то использовали Н-мост с целью удвоения эффективного напряжения, которое управляет индуктивной катушкой излучателя (поз. 2).
С целью подавления динамических эффектов (гистерезис и затягивание фронта сигнала, гармоники вследствие негармоничных колебаний) в индуктивности, индуктивная катушка излучателя (поз.2) была выполнена с низкой добротностью и с магнитно-нейтральным сердечником (поз. 12). Катушка опытного образца устройства имела добротность менее 10 μΗ/Ohm.
Для снижения добротности нами была предложена хаотическая намотка катушки
(т.е. неупорядоченная укладка витков). Экспериментально было установлено, что увеличение длины индуктивной катушки излучателя (поз. 2) приводит к ухудшению (в логарифмической зависимости) дальности срабатывания, а толстая (толщиной более 2 мм) цилиндрическая катушка не соответствует габаритным требованиям. В результате этого было принято решение использовать плоскую катушку с осью намотки, параллельной плоскости расположения индуктивной катушки излучателя (поз. 2).
В связи с этим конструктивным решением нами был экспериментально установлен эффект поляризации. Он заключается в том, что при малых энергиях излучения расстояние срабатывания было больше при параллельной ориентации осей намотки индуктивной катушки излучателя (поз. 2) и индуктивности (поз. 20) в магнитной головке (поз. 1).
В свою очередь, при перпендикулярном расположении осей катушек считывателя (поз. 10) и излучателя (поз. 12) достигался наименьший (аж до несрабатывания при непосредственном контакте со считывающей головкой) диапазон расстояний устойчивой передачи данных между индуктивной катушкой излучателя (поз. 2) и считывателем (поз. 9). При значительном (более 5 W) увеличении энергии излучения эффект поляризации замечен не был. Учитывая эффект поляризации, было уменьшено негативное влияние на сердечник (поз. 9) считывающей головки (поз. 1), который не намагничивается.
Было установлено, что шумовой сигнал (гармоники и магнитные шумы среды) мало влияет на передачу цифровых данных, так как градиент магнитного поля создает сигнал, который значительно сильнее уровня шума, и который может быть зарегистрирован менее чувствительными усилителями и детекторами. В предлагаемом изобретении в устройство введена схема прямого цифрового синтеза сигнала, отсчеты синтезируемого сигнала которой вычисляют при помощи цифровой вычислительной микросистемы реального времени или микросхемы с отложенной обработкой команд, которую выполняют с возможностью последовательной установки значения текущего кадра сигнала на выводах двухразрядной цифровой шины с частотой воспроизведения цифрового сигнала в пределах от 0 Hz до 4 KHz. При этом получают тот эффект, при котором искажения цифрового синтезатора сигнала не зависят от частоты воспроизводимого сигнала.
В то же время используемая схема прямого цифрового синтеза сигнала представляет собой модуль, в котором можно направленно изменять состав и взаимное расположение конструктивных элементов, составляющих схему, а также направленно управлять ее свойствами - изменять форму или вид, длительность, а также частоту генерируемого исходящего сигнала. Это позволяет автоматически настраивать модуль цифрового синтеза сигнала на максимальный кпд в зависимости от параметров магнитной антенны с индуктивной катушкой излучателя (2).
В разработанном изобретении для регулирования мощности излучения используют двоичную (двухуровневую) цифровую широтно-импульсную модуляцию, в которой периоды между фронтами тактовых импульсов остаются стабильными. Это позволяет стабилизировать частоту излучения при работе устройства, реализующего способ, на максимальной мощности излучения индуктивной катушки.
Заявленный способ изобретения отличается и тем, что, плоский сердечник (19) индуктора (2) выполняют из магнитно-нейтрального или магнитно-проводящего материала, продолговатой формы прямоугольного поперечного сечения с закругленными краями в виде ломаных граней, а индуктивную катушку излучателя (2) выполняют с добротностью, находящейся в пределах от 0,0001 μΗ/Ohm до 1200 μΗ/Ohm. Такое выполнение конструктивных элементов, реализующих способ, способствует достижению задекларированного технического результата изобретения.
Заявленное преимущественное расположение оси индуктора и считывающей головки параллельно и на расстоянии до 30 см не является априорно очевидным. Нами было экспериментально исследовано множество вариантов взаимных расположений индуктора и считывающей головки, вследствие чего была разработана и применена для данного способа специальная магнитная антенна с индуктивной катушкой излучателя, которая была выполнена со специальным магнитным плоским сердечником из магнитно-нейтрального или магнитопроводящего материала, выполненного продолговатой формы прямоугольного поперечного сечения с закругленными краями в виде ломаных граней.
Исследование показало, что указанный способ дает возможность индуцировать передачу данных на расстояние до 30 см без потерь и искажений, что теоретически невозможно предсказать или вычислить.
Еще одной отличительной особенностью используемых устройств, реализующих заявленный способ, является то, что устройство передачи цифровых данных, при помощи которого реализуют данный способ, снабжают индуктором, способным генерировать магнитные силовые линии, и выполняют с возможностью переключения полярности напряжения питания, приложенного к индуктивной катушке излучателя, которая выполнена с магнитным плоским сердечником из магнитно-нейтрального или магнитопроводящего материала. Причем оси индуктора и считывающей головки располагают преимущественно параллельно и на расстоянии до 30 см.
По поводу использования треков. В заявленном способе устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (15) выполняют с возможностью эмулирования одной дорожки, а именно: или номер 1 (track 1), или номер 2 (track 2), или номер 3 (track 3). Было установлено, что такое выполнение передающего устройства максимально повышает защищенность и минимизирует искажения передаваемых цифровых данных, так как в данном устройстве используется автономная последовательная передача треков, что также повышает надежность передаваемых цифровых данных.
Как драйвер излучателя в разработанном способе используют высокочастотный переключатель со средней точкой потребления и стабилизацией напряжения средней точки относительно верхней и нижней точки питания. Это позволяет максимально эфективно поддерживать форму сигнала положительного и отрицательньного полупериодов излучения, и при этом защищая от выхода из строя драйвера излучателя при одновременном включении верхнего и нижнего ключей.
Отличие заявляемого изобретения также в том, что в качестве вычислительной системы может быть использован любой многофункциональный гаджет, либо контроллер с операционной системой, выполненной с возможностью записи реквизитов. Заявляемое техническое решение позволяет заранее, на этапе процедуры идентификации, осуществлять установление личности держателя карты, и авторизовать его, не сохраняя идентификационные и платежные данные в устройстве передачи цифровых данных. Примение операционного усилителя с изменяемым коэффициентом усиления и сверхнизким потреблением в устройстве передачи цифровых данных позволяет существенно экономить потребляемую энергию для увеличения продолжительности работы от автономного источника питания.
Кроме того, заявляемое техническое решение позволяет удаленно или локально, непосредственно в устройстве передачи цифровых данных, по команде, осуществлять контроль состояния устройства и мониторинг уровня заряда источника питания системы для своевременного уведомления и выполнения соответственной реакции при изменении параметров.
Заявляемое техническое решение также позволяет защитить от выхода из строя драйвер излучателя устройства передачи цифровых (платежных) данных в случае внезапного (случайного) изменения питания устройства, а также при сбое в работе ПО устройства.
Таким образом, принципиальное отличие разработанного технического решения от известных технических решений, заключается в использовании усовершенствованной технологии и реализующем ее устройстве для обеспечения безопасной, помехоустойчивой, беспроводной (дистанционной) и надежной передачи платежных данных (цифровой информации), в т.ч. подзарядки, посредством преобразования магнитных импульсов идентификационных данных на расстоянии до 30 см.
Причем в этой технологии стандартный POS-терминал используется лишь как приемник вышеуказанной информации, передаваемой дистанционно. В то время как известные технические средства используют как контактный тип приема (платежной) информации, так и бесконтактный прием (платежной) информации на расстоянии, не превышающем 1-2 дюйма, с обязательным ее сохранением, что резко повышает вероятность ее несанкционированного доступа (взлома) и потери.
Кроме того, заявляемое техническое решение позволяет применять практически все известные интерфейсы для сопряжения, что дает возможность легко интегрировать данное изобретение со многими существующими вычислительными и коммуникационными устройствами, а также платежными системами. Лучший вариант осуществления изобретения
Собирают устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (15) в составе цифрового синтезатора сигнала или схемы прямого цифрового синтеза сигнала (6), модуля коммуникационной или вычислительной системы (23) с предустановленным ПО, модуля подзарядки (24) источника питания (26) устройства приема радиоволн индуктивным методом от источника излучения мобильного устройства, который располагают в/на мобильной вычислительной и коммуникационной системе (14), модуля беспроводной передачи типа blue-tooth (25), периферийного устройства сопряжения (27) для связи с принимающим устройством (16).
Цифровой синтезатор сигнала или схему прямого цифрового синтеза сигнала (6) снабжают вычислительной микросистемой реального времени и соединяют с драйвером (7) излучателя, в качестве которого используют высокочастотный переключатель со средней точкой потребления и стабилизацией напряжения средней точки относительно верхней и нижней точки питания. Кроме того, драйвер излучателя (7) выполняют по схеме Н-моста, в котором предусматривают защиту от одновременного включения верхнего и нижнего ключей.
Драйвер излучателя (7) соединяют с индуктором (2). Последний выполняют с возможностью преобразования переменного электромагнитного поля в постоянный ток с его передачей к автономному источнику питания (26) мобильной вычислительной и коммуникационной системы (14) для его подзарядки. Кроме того, индуктор (2) выполняют с добротностью, которая находится в пределах до 1200 mil/Ohm, а также с возможностью генерирования электромагнитного поля (3) и индуцирования напряжения в модуле подзарядки источника питания (24). Последний располагают преимущественно параллельно или соответственно размещению антенны мобильного устройства.
Цифровой синтезатор сигнала или схему прямого цифрового синтеза сигнала (6) выполняют с возможностью генерирования в процессе работы исходящего цифрового сигнала наперед заданной формы и временных интервалов, и с обеспечением отсутствия искажений исходящего цифрового сигнала вне зависимости от его частоты, а также с возможностью переключения полярности напряжения питания, приложенного к индуктору (2), и передачи цифровых данных за счет явления магнитной индукции в приемное устройство (16) с магнитной головкой (1) считывателя на расстояние до 30 см. При этом устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (15), как правило, располагают отдельно от корпуса коммуникационной или вычислительной системы с предустановленным ПО (14).
Модуль подзарядки источника питания устройства (24) выполняют съемным и с возможностью перемещения и последующей фиксации (например, с помощью «липучки») на накладке (23) коммуникационной или вычислительной системы с предустановленным ПО (14) в зависимости от места расположения (т.е. сверху, снизу или сбоку) его антенны (22). Модуль беспроводной передачи типа blue-tooth (25) связан также с периферийным устройством сопряжения (27), предназначенным для связи с принимающим устройством (16).
То есть фактически модуль подзарядки источника питания устройства (24), модуль беспроводной передачи типа blue-tooth (25), источник питания (26) коммуникационной или вычислительной системы с предустановленным ПО (14), а также периферийное устройство сопряжения (27) располагают на накладке коммуникационной или вычислительной системы с предустановленным ПО (14) и преимущественно с ее тыльной стороны.
Далее осуществляют бесконтактную дистанционную подзарядку автономного источника питания мобильного устройства в процессе излучения электромагнитных волн при передаче цифровых (голосовых) данных, а также при осуществлении бесконтактных платежей с помощью устройства передачи цифровых данных индуктивным методом (15).
Это реализуют путем излучения сигнала индуктора (2) устройства передачи цифровых данных индуктивным методом (15) на модуль подзарядки (24) устройства приема волн электромагнитной индукции в виде низкочастотных импульсов.
После активизации коммуникационной или вычислительной системы с предустановленным ПО (14) для осуществления телефонных разговоров и/или передачи цифровых данных, в том числе осуществления платежей, выходной цифровой сигнал от антенны (22) коммуникационной или вычислительной системы с предустановленным ПО (14) с помощью канала бесконтактной передачи платежных данных (21) поступает в модуль беспроводной передачи типа blue-tooth (26) устройства передачи цифровых данных индуктивным методом (15).
Модуль подзарядки устройства (24) производит зарядку методом преобразования переменного электромагнитного поля от мобильного устройства в момент совершения телефонных разговоров и/или передачи цифровых данных в постоянный ток, поступающий далее к автономному источнику питания (26), то есть происходит искомая подзарядка источника питания устройства (26).
То же самое происходит как при передаче цифровых и/или голосовых данных, в том числе при осуществлении платежей, с помощью устройства передачи цифровых данных индуктивным методом (15), так и при отсутствии вышеуказанных действий, но располагая в последнем случае устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (15) совместно с коммуникационной или вычислительной системой с установленным ПО (14) в радиусе действия ближайшей базовой приемно- передающей станции мобильной связи (28) с антенной (29), или аналогичного по функциональному назначению устройства, например, POS-терминала (16).
Модуль подзарядки источника питания устройства передачи цифровых данных индуктивным методом (15) функционирует в процессе осуществления передачи цифровых данных (платежей), посредством индукции переменного электромагнитного поля от катушки индуктора (2) в модуль подзарядки устройства (24). При этом скорость подзарядки зарядки зависит от частоты (количества) совершения платежей устройства передачи цифровых данных.
В процессе работы мобильного устройства используют поляризацию сигнала индуктора (2) и регулируют нормированную мощность излучения сигнала индуктора (2) путем использования двоичной широтно-импульсной модуляции, а также изменением полярности, которая заключается в быстром переключении полярности напряжения питания, приложенной к индуктору (2), с одновременным усилением тока в нем, а также путем создания пикового изменения магнитного поля на магнитном считывателе (1).
Бесконтактной передачей цифровых данных управляют с помощью соответствующего ПО, установленного в коммуникационной или вычислительной системе (14), которая находится в мобильном устройстве.
Модуль подзарядки источника питания устройства передачи цифровых данных индуктивным методом (15) функционирует в процессе осуществления телефонных переговоров при частоте выходного сигнала, передаваемого на частоте 900 МГц или 1800 МГц, а также при передаче данных выходной мощностью max 2 W, и при напряжении (DC) от модуля (24) в диапазоне (3,7 - 4,2) В, и с силой тока (500 - 2000) тА.
При полной зарядке аккумулятора (26) коммуникационной или вычислительной системы с предустановленным ПО (14) срабатывает световой индикатор и/или (или без него) звуковой сигнал (или без него). Это сигнализирует Пользователю об окончании подзарядки, причем индикатор (или без него) мигает красным и желтым цветами во время зарядки, и горит зеленым цветом, когда коммуникационная или вычислительная система с установленным ПО (14) полностью заряжена. При этом на дисплей (экран) (30) коммуникационной или вычислительной системы с предустановленным ПО (14) выведена иконка (31) состояния зарядки аккумулятора (26).
Было установлено, что полную подзарядку коммуникационной или вычислительной системы с предустановленным ПО (14) обеспечивают при осуществлении телефонных разговоров и/или передачи цифровых и/или голосовых данных с помощью устройства передачи цифровых данных индуктивным методом (15) в течение не менее 168 ч.
В случае передачи цифровых данных, в т.ч. осуществления платежей, цифровые данные передают защищенным каналом и хранят в защищенной области ПО (поз.18), установленного в вычислительной системе (смартфон, телефон, планшет и т.д.), которая поддерживает работу с устройством передачи цифровых данных индуктивным методом (15) .
С помощью вычислительной системы (смартфон, телефон, планшет и т.д.) с установленным ПО (поз. 18) передают платежную информацию на устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (поз. 15), и далее - на устройство считывания карт (поз. 20).
Например, для осуществления платежной операции, POS-терминал использует информацию, содержащуюся в track2 (согласно стандарту ISO/IEC 7813). С помощью устройства передачи цифровых данных индуктивным методом (поз. 15) передают информацию в виде колебаний магнитного поля, создавая сигнал в считывающей головке (поз. 1), подобный сигналу магнитной полосы (на фиг.1 - фиг.6 не показано) платежной карточки (на фиг.1 - фиг.6 не показано).
В данном примере нормированную мощность излучения регулируют путем быстрого переключения полярности напряжения питания, приложенной к индуктору (2), что составляет 1 с на каждое переключение.
То есть, кроме платежной информации через устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (поз. 15), которое работает на базе соответствующего способа передачи цифровых данных индуктивным методом, передают любую цифровую информацию. Вычислительная система с установленным ПО (поз. 18) может быть выполнена в составе системы авторизации и идентификации, которая обеспечивает безопасность хранения и передачи цифровой информации. При этом само устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (поз. 15) не хранит цифровую информацию, а служит только средством ее транзитной передачи. Это делает невозможным использование цифровой (в первую очередь платежной) информации любым другим пользователем, кроме авторизованного пользователя.
Также в заявленном техническом решении реализована функция one-time-pin, которая способствует информационной безопасности даже в случае несанкционированного доступа к платежным данных.
В случае необходимости осуществления передачи платежных данных, клиент обращается в организацию, уполномоченную эмитировать карту, для получения информации о счете клиента, которая содержит цифровую информацию и позволяет производить передачу данных, например, осуществлять платежные операции при взаимодействии с устройствами считывания карт, например, POS-терминалами.
Такую же информацию, в том числе о счете клиента, обо всех платежных реквизитах и других характеристиках счета, которые организация-эмитент записывает на карты с магнитной полосой, передают по защищенному каналу в защищенную область ПО, вычислительную систему (поз. 14), взаимодействующую с устройством передачи цифровых данных индуктивным методом (поз. 15).
С помощью вычислительной системы с установленным ПО (поз. 18) передают через устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (поз. 15) по каналу (21) соответствующую (в т.ч. платежную) информацию бесконтактно на устройстве считывания карт (например, POS-терминал) без физического использования карты с магнитной полосой при передаче данных (например, при расчетах).
Промышленная применимость
Преимуществами предлагаемого технического решения являются:
• низкий расход электроэнергии (экономия составляет от 15% и выше) по сравнению с бесконтактными аналогами и прототипом;
• возможность работы от USBotg;
• обеспечение нормируемой (оптимизированной, лишенной избыточности) мощности излучения, что затрудняет стороннее считывание данных (т.е. способствует усилению безопасности транзакций); • обеспечение минимизации (т.е. сведение к минимально необходимому уровню) энергопотребления и массо-габаритных характеристик за счет нормирования мощности излучения;
• осуществление синтеза исключительно требуемых характеристик сигнала средствами вычислительной микросистемы;
• реализация управления потреблением модулей в различных режимах работы устройства, что дает экономию электроэнергии и приводит к увеличению срока эксплуатации без перезарядки;
• полная подзарядка мобильного устройства, которую обеспечивают при осуществлении телефонных разговоров и/или передачи цифровых, в т.ч. платежных и/или голосовых данных с помощью устройства передачи цифровых данных индуктивным методом в течение не менее 168 ч.
Разработанный способ соответствует стандарту беспроводной зарядки Qi vers.1.2 или предыдущих версий.
Также преимуществом заявляемого способа на базе устройства передачи цифровых данных индуктивным методом (поз. 15) является то, что вышеуказанное устройство (15) не хранит в себе цифровую (в т.ч. платежную) информацию, за счет чего оно является секьюрным инструментом. Устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (поз. 15) также не содержит считыватель магнитных карт, который препятствует несанкционированному распространению охраняемой информации.
Реализующее способ устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (поз.15) в составе одноименной системы является портативным, компактным и энергоэффективным по сравнению с существующими бесконтактными аналогами и прототипом. Это позволяет его использовать в рамках стандарта потребления электроэнергии USB2.0 и USBotg. Согласно данным стандартам, мощность, которая предоставляется потребителю, составляет до 2,5 W (5V, 0,5 А).
Система индуктивной передачи цифровых (платежных) данных дает возможность динамически генерировать данные доступными вычислительными/коммуникационными средствами для осуществления идентификации в (платежных) системах типа POS-терминал.
Разработанное техническое решение направлено на обеспечение возможности бесконтактной дистанционной передачи электроэнергии на беспроводные устройства клавиатуры, компьютерные мыши, мобильные телефоны, смартфоны, планшеты, фото-, видео-, веб-камеры, карманные компьютеры, активные RFID-метки, беспроводные пульты и устройства ввода, в т.ч. для подзарядки источника питания мобильного устройства, а также на любые другие маломощные беспроводные устройства.
Таким образом, реализация заявленного технического решения, соответствующего требованиям и запросам современного рынка, обеспечивает возможность обслуживания всех видов транзакций и различных видов платежных счетов, а также передачу цифровой информации и подзарядку.

Claims

Формула изобретения
1. Способ бесконтактной дистанционной подзарядки автономного источника питания для мобильных устройств индуктивным методом, выполненных, например, в виде компьютера, мобильного телефона, смартфона, планшета или другого электронного устройства, и коммуникационной системы, с автономным источником питания, заключающийся в излучении с помощью излучающей антенны в виде узкополосного высокочастотного генератора электромагнитных волн определенной частоты, который находится в мобильном устройстве, и в наведении в приемной антенне сигнала переменной ЭДС зарядного тока с амплитудой, зависящей от расстояния до излучателя электромагнитных волн, и в последующем обеспечении преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение, которое медленно изменяется со временем, или в импульсное напряжение, которое должно быть не ниже заранее заданного порогового уровня для заряжаемого автономного источника питания в виде аккумулятора, который отличается тем, что бесконтактную дистанционную подзарядку автономного источника питания мобильного устройства производят в процессе излучения электромагнитных волн при осуществлении телефонных разговоров, передаче цифровых или голосовых данных, осуществлении бесконтактных платежей с помощью устройства передачи цифровых данных индуктивным методом (15) путем излучения сигнала индуктора (2) устройства передачи цифровых данных индуктивным методом (15) на модуль подзарядки (24) устройства приема волн электромагнитной индукции в виде низкочастотных импульсов, и при передаче электромагнитных волн на GSM-частоте от источника высокочастотного излучения мобильного устройства, которое содержит GSM- модуль высокочастотного излучения, а также при отсутствии вышеуказанных действий при приёме устройством передачи цифровых данных индуктивным методом (15) электромагнитных волн при расположении устройства передачи цифровых данных индуктивным методом (15) в радиусе действия ближайшей базовой приемно-передающей мобильной станции связи или аналогичного устройства, содержащего GSM-модуль высокочастотного излучения, например, POS- терминал с GSM-модемом, мобильный телефон, планшет с GSM-модулем, при этом устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (15) выполняют в составе цифрового синтезатора сигнала или схемы прямого цифрового синтеза сигнала (6), которые снабжают вычислительной микросистемой реального времени, и соединяют с драйвером (7) излучателя, который соединяют с индуктором (2), модуля подзарядки (24) источника питания (26) устройства приема радиоволн индуктивным методом от источника излучения мобильного устройства, который располагают в мобильной вычислительной и коммуникационной системе (14), модуля беспроводной передачи типа blue-tooth, периферийного устройства сопряжения (27) со считывающей головкой устройства для считывания магнитных карт (9), а также устройства сопряжения (4), причем цифровой синтезатор сигнала или схему прямого цифрового синтеза сигнала (6) выполняют с возможностью генерирования исходящего цифрового сигнала наперед заданной формы и временных интервалов, и с обеспечением отсутствия искажений исходящего цифрового сигнала вне зависимости от его частоты, а также с возможностью переключения полярности напряжения питания, приложенного к индуктору (2), и передачи цифровых данных за счет явления магнитной индукции в приемное устройство (16) с магнитной головкой (1) считывателя на расстояние до 30 см, как драйвер излучателя (7) используют высокочастотный переключатель со средней точкой потребления и стабилизацией напряжения средней точки относительно верхней и нижней точки питания, и выполняют драйвер излучателя (7) по схеме El- моста, в котором предусматривают защиту от одновременного включения верхнего и нижнего ключей, индуктор (2) выполняют с возможностью преобразования переменного электромагнитного поля в постоянный ток с его передачей к автономному источнику питания (26) мобильной вычислительной и коммуникационной системы (14) для его подзарядки, и выполняют с добротностью, которая находится в пределах до 1200 mH/Ohm, а также с возможностью генерирования электромагнитного поля (3) и индуцирования напряжения в модуле подзарядки источника питания (24), который располагают преимущественно параллельно или соответственно размещению антенны мобильного устройства, в процессе работы мобильного устройства используют поляризацию сигнала индуктора (2) и регулируют нормированную мощность излучения сигнала индуктора (2) путем использования двоичной широтно-импульсной модуляции, а также изменением полярности, которая заключается в быстром переключении полярности напряжения питания, приложенной к индуктору (2), с одновременным усилением тока в нем, а также путем создания пикового изменения магнитного поля на магнитном считывателе (1), а бесконтактной передачей цифровых данных управляют с помощью соответствующего программного обеспечения, установленного в коммуникационной или вычислительной системе (14), которая находится в мобильном устройстве.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (15) располагают вне корпуса мобильного устройства.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что, модуль подзарядки источника питания выполняют съемным, а также с возможностью перемещения и последующей фиксации на накладке мобильного устройства в зависимости от места расположения его излучающей антенны.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что модуль подзарядки источника питания, модуль беспроводной передачи типа blue-tooth, источник питания мобильного устройства, а также периферийное устройство сопряжения (27) располагают на накладке мобильного устройства с его тыльной стороны.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что вычислительную микросистему реального времени выполняют преимущественно в виде микро-ЭВМ.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что устройство сопряжения (4) при подключении к коммуникационной или вычислительной системе с установленным программным обеспечением (ПО) (14) идентифицируют как последовательный порт стандарта RS232, UART, с помощью которого производят передачу команд и данных в устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (15).
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (15) снабжают вычислительной микросистемой реального времени, которую выполняют с возможностью синтеза передаваемого сигнала.
8. Способ по п.5, отличающийся тем, что синтезатор сигнала (6) снабжают микросистемой с отложенной обработкой команд или вычислительной микросистемой реального времени, которую выполняют с возможностью последовательной установки значения текущего кадра сигнала на выводах двухразрядной цифровой шины с частотой воспроизведения цифрового сигнала в пределах от 0 Hz до 4 KHz.
9. Способ по п.1 , отличающийся тем, что как драйвер излучателя (7) используют операционный усилитель.
10. Способ по п.1 , отличающийся тем, что в устройстве передачи цифровых данных индуктивным методом (15) применяют устройство сопряжения (4) с коммуникационной или вычислительной системы с установленным ПО (14), которое выполняют с возможностью передачи цифровых, в т.ч. платежных, данных и команд устройства передачи цифровых данных индуктивным методом (15) и с возможностью проверки состояния этого устройства (15).
1 1. Способ по п.1 1 , отличающийся тем, что устройство сопряжения (4) с коммуникационной или вычислительной системой с установленным программным обеспечением (ПО) (14) выполняют с возможностью поддержания стандартных методов передачи данных, таких, как, например, blue- tooth, UART, RS232, NFC, USB, wi-fl и других.
12. Способ по п. п.1 1 и 12, отличающийся тем, что устройство сопряжения (4) выполняют в виде кнопок или переключателей режимов, а нормированную мощность излучения регулируют путем быстрого переключения полярности напряжения питания, приложенной к индуктору (2), которая составляет от 10~6 с до 10 с на каждое переключение.
13. Способ по п.1, отличающийся тем, что плоский сердечник (19) индуктора (2) выполняют из магнитно-нейтрального или магнитно-проводящего материала.
14. Способ по п.14, отличающийся тем, что плоский сердечник (19) индуктивной катушки излучателя (2) выполняют продолговатым и прямоугольной формы с поперечным сечением в виде ломаных граней.
15. Способ по п.1, отличающийся тем, что обмотку индуктора (2) выполняют из токопроводящих материалов с изоляцией каждого витка от соседних витков, или с упорядоченной или с неупорядоченной укладкой витков.
16. Способ по п.1 , отличающийся тем, что устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (15) выполняют в виде или защитного чехла на коммуникационную или вычислительную систему с установленным программным обеспечением (ПО) (14), или в виде брелка, или в виде браслета (14).
17. Способ по п.1 , отличающийся тем, что устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (15) выполняют в виде внешнего модуля, встроенного в коммуникационную или вычислительную систему с установленным программным обеспечением (ПО) (14).
18. Способ по п.1, отличающийся тем, что увеличивают расстояние передачи выходного сигнала, используя поляризацию излучения магнитного поля.
19. Способ по п.1, отличающийся тем, что модуль подзарядки источника питания устройства передачи цифровых данных индуктивным методом (15) выполняют с возможностью функционирования в процессе проведения телефонных переговоров при частоте выходного передаваемых сигнала 900 МГц или 1800 МГц, а также при передаче данных выходной мощностью max 2 W, и при напряжении (DC) от модуля (25) в диапазоне (3,7 - 4,2) В, и с силой тока (500 - 2000) гпА.
20. Способ по п.1, отличающийся тем, что способ соответствует стандарту беспроводной зарядки Qi vers.1.2 или предыдущих версий.
21. Способ по п.1, отличающийся тем, что для диагностики полной зарядки аккумулятора мобильного устройства используют световой индикатор, сигнализирующий Пользователю об окончании подзарядки, причем индикатор мигает красным и желтым цветами во время зарядки, и горит зеленым цветом, когда аккумулятор мобильного устройства полностью заряжен.
22. Способ по п.1 , отличающийся тем, что для диагностики полной зарядки аккумулятора мобильного устройства используют звуковой сигнал, сигнализирующий Пользователю об окончании подзарядки.
23. Способ по п.1, отличающийся тем, что для диагностики полной зарядки аккумулятора мобильного устройства используют одновременно звуковой сигнал и световой индикатор, сигнализирующий Пользователю об окончании подзарядки, причем индикатор мигает красным и желтым цветами во время зарядки и горит зеленым цветом по ее окончании.
24. Способ по п.1, отличающийся тем, что устройство передачи цифровых данных индуктивным методом (15) выполняют с обеспечением функции автоматической остановки подзарядки при полной зарядке аккумулятора мобильного устройства.
25. Способ по п.1, отличающийся тем, что на экран мобильного устройства выводят иконку состояния зарядки аккумулятора.
26. Способ по п.1, отличающийся тем, что модуль подзарядки источника питания располагают вблизи излучающей антенны мобильного устройства.
27. Способ по п.1, отличающийся тем, что полную подзарядку мобильного устройства обеспечивают при осуществлении телефонных разговоров и/или передачи цифровых, в т.ч. платежных и/или голосовых данных с помощью устройства передачи цифровых данных индуктивным методом (15) в течение не менее 168 ч.
28. Способ по п.1, отличающийся тем, что варьируют скорость подзарядки в зависимости от частоты или количества совершения платежей устройства передачи цифровых данных (15).
PCT/UA2015/000086 2014-09-29 2015-09-18 Способ бесконтактной дистанционной подзарядки мобильных устройств Ceased WO2016053223A1 (ru)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UA201410589 2014-09-29
UAA201410589 2014-09-29
UAA201410590 2014-09-29
UA201410590 2014-09-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016053223A1 true WO2016053223A1 (ru) 2016-04-07

Family

ID=55631084

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2015/000085 Ceased WO2016053222A1 (ru) 2014-09-29 2015-09-18 Способ осуществления бесконтактных платежей paybeam
PCT/UA2015/000086 Ceased WO2016053223A1 (ru) 2014-09-29 2015-09-18 Способ бесконтактной дистанционной подзарядки мобильных устройств

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2015/000085 Ceased WO2016053222A1 (ru) 2014-09-29 2015-09-18 Способ осуществления бесконтактных платежей paybeam

Country Status (1)

Country Link
WO (2) WO2016053222A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113359188A (zh) * 2021-05-01 2021-09-07 西安电子科技大学 一种用于提高检测精度的地下电缆识别系统及方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115331617B (zh) * 2022-09-07 2025-06-10 上海天马微电子有限公司 显示面板和显示装置
US12354078B1 (en) * 2022-12-30 2025-07-08 Block, Inc. Systems and methods for communicating with NFC readers

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2306654C1 (ru) * 2006-04-20 2007-09-20 Олег Валерьевич Белянин Беспроводная зарядная система (варианты)
US20080100263A1 (en) * 2006-10-31 2008-05-01 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Electric power charge and discharge system
US20090243541A1 (en) * 2008-03-28 2009-10-01 Myongji University Industry And Academia Cooperation Foundation Method and apparatus for recharging battery of mobile station using electromagnetic resonant wave

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AUPS131202A0 (en) * 2002-03-25 2002-05-09 Clipsal Integrated Systems Pty Ltd Circuit arrangement for power control
US8341083B1 (en) * 2007-09-12 2012-12-25 Devicefidelity, Inc. Wirelessly executing financial transactions
US9010630B2 (en) * 2007-12-24 2015-04-21 Dynamics Inc. Systems and methods for programmable payment cards and devices with loyalty-based payment applications
TW201117063A (en) * 2009-11-13 2011-05-16 Novatek Microelectronics Corp Control method, control device and electronic apparatus
CN102947720B (zh) * 2010-06-17 2015-07-08 皇家飞利浦电子股份有限公司 梯度线圈电源和磁共振成像系统
US8690059B1 (en) * 2013-01-20 2014-04-08 George Wallner System and method for a baseband nearfield magnetic stripe data transmitter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2306654C1 (ru) * 2006-04-20 2007-09-20 Олег Валерьевич Белянин Беспроводная зарядная система (варианты)
US20080100263A1 (en) * 2006-10-31 2008-05-01 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Electric power charge and discharge system
US20090243541A1 (en) * 2008-03-28 2009-10-01 Myongji University Industry And Academia Cooperation Foundation Method and apparatus for recharging battery of mobile station using electromagnetic resonant wave

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113359188A (zh) * 2021-05-01 2021-09-07 西安电子科技大学 一种用于提高检测精度的地下电缆识别系统及方法
CN113359188B (zh) * 2021-05-01 2024-05-03 西安电子科技大学 一种用于提高检测精度的地下电缆识别系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016053222A1 (ru) 2016-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9008574B2 (en) Focused antenna, multi-purpose antenna, and methods related thereto
JP5763833B2 (ja) ワイヤレス電力システムにおいてワイヤレス電力通信デバイスを検出し、保護するためのシステムおよび方法
KR101959099B1 (ko) 다중 수신기 코일들을 갖는 무선 전력 수신기
US8947041B2 (en) Bidirectional wireless power transmission
US9142999B2 (en) Systems, methods, and apparatus for small device wireless charging modes
EP3127210B1 (en) Systems, apparatus, and methods for wireless power receiver coil configuration
KR101627945B1 (ko) 입력 파형 정형을 위한 정류기 필터링 시스템, 방법 및 장치
CN107005280A (zh) 针对有电能和无电能应用的自适应线圈nfc天线
KR20140036188A (ko) 무선 전력 송신기 동조
WO2010022181A1 (en) Wireless power transmission for portable wireless power charging
WO2016053223A1 (ru) Способ бесконтактной дистанционной подзарядки мобильных устройств
CN108470202A (zh) 一种nfc-蓝牙双界面非接触式卡片系统
RU167193U1 (ru) Устройство передачи цифровых данных индуктивным методом paybeam
WO2015163836A1 (ru) Система передачи цифровых данных индуктивным методом paybeam
RU2574117C1 (ru) Способ индуктивной передачи цифровых данных paybeam
WO2015163837A1 (ru) Способ индуктивной передачи цифровых данных paybeam
UA106188C2 (ru) Способ индуктивной передачи цифровых данных

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15847744

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15847744

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1