Спосіб передачі даних з передавального пристрою на приймальний мобільний пристрій

Реферат: Спосіб передачі даних з передавального пристрою на приймальний мобільний пристрій включає обробку пакета передаваних даних засобами передавача з отриманням сигналу, модульованого відповідно з пакетом передаваних даних, передачу отриманого сигналу у вигляді електромагнітної хвилі, випромінюваної антенним пристроєм передавача, прийом електромагнітної хвилі антенним пристроєм приймача, обробку прийнятого сигналу засобами приймача з виділенням пакета переданих даних. Частоту електромагнітної хвилі передавача вибирають в межах 200-22050 Гц, а як антенний пристрій приймача використовують елементи обробки аналогового аудіосигналу в приймачі. UA 103437 U (54) СПОСІБ ПЕРЕДАЧІ ДАНИХ З ПЕРЕДАВАЛЬНОГО ПРИСТРОЮ НА ПРИЙМАЛЬНИЙ МОБІЛЬНИЙ ПРИСТРІЙ UA 103437 U UA 103437 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до бездротових систем передачі даних, що працюють в ближньому полі. Технології передачі даних, що забезпечують бездротову і безконтактну передачу даних в ближньому полі, набули широкого поширення. Так, широковідома технологія передачі даних "Bluetooth", що забезпечує обмін інформацією в ближньому полі між персональними комп'ютерами, мобільними телефонами, принтерами, цифровими фотоапаратами, клавіатурою, джойстиками та іншими гарнітурами на доступних радіочастотах. Передача даних від передавального пристрою до приймача в технології "Bluetooth" заснована на використанні радіохвиль. Радіозв'язок "Bluetooth" здійснюється в ISMдіапазоні (Industry, Science, Medicine), який використовується в різних побутових приладах і бездротових мережах. Також, широковідома технологія зв'язку малого радіуса дії NFC (Near Field Communication "комунікація в ближньому полі"), яка дає можливість обміну даними між пристроями, що знаходяться на відстані кількох сантиметрів або десятків сантиметрів. Технологія NFC є однією з останніх розробок передачі даних в ближньому полі (анонсована в 2004 г.). Технологія NFC передбачає формування сигналу, модульованого відповідно з пакетом передаваних даних, передачу зазначеного сигналу у вигляді електромагнітної хвилі, випромінюваної передавачем, прийом електромагнітної хвилі приймачем, обробку прийнятого сигналу з виділенням пакета переданих даних. Передача даних від передавача до приймача в технології NFC здійснюється електромагнітними хвилями на частоті 13,56 МГц за допомогою двох рамкових антен (антена передавача та антена приймача), що розташовані одна відносно другої в межах ближнього поля та утворюють трансформатор з повітряним сердечником. Загальними ознаками аналога з рішенням, що заявляється, є: спосіб передачі даних з передавального пристрою на приймальний пристрій, що включає формування сигналу, модульованого відповідно з пакетом передаваних даних, передачу зазначеного сигналу у вигляді електромагнітної хвилі, випромінюваної передавачем, прийом електромагнітної хвилі спеціальною антеною приймача, обробку прийнятого сигналу з виділенням пакета переданих даних. Необхідність спеціальної антени в приймальному пристрої обмежує можливості застосування типових моделей мобільних телефонів, смартфонів, планшетів (що не мають спеціальної антени) в існуючій безконтактній інфраструктурі передачі даних в ближньому полі. Як прототип вибрано спосіб передачі даних з передавального пристрою на приймач в ближньому полі, що використовується у відомій технології RFID (Radio Frequency IDentification "радіочастотна ідентифікація") автоматичної ідентифікації об'єктів, в якій за допомогою електромагнітних хвиль зчитуються або записуються (передаються) дані, що зберігаються в так званих транспондерах або RFID-мітках. Будь-яка RFID-система складається з передавача (транспондер, він же RFID-мітка) і приймача (зчитувач або рідер). Більшість транспондерів (RFID-міток) включає інтегральну схему для зберігання, обробки інформації та модулювання сигналу відповідно з пакетом даних для передачі, а також антену для передачі сигналу в вигляді електромагнітної хвилі. Робочі діапазони частот: LF (125-134 кГц), HF (13,56 мГц), UHF (860-960 мГц). Компактність RFID-міток залежить від розмірів антен, які за розмірами перевершують інтегральні схеми у багато разів і, як правило, визначають габарити міток. Приймачі (зчитувачі, рідери), як правило, включають антенний пристрій для прийому сигналу транспондера (електромагнітної хвилі) і засоби обробки прийнятого сигналу для виділення переданих даних. Перший патент, зв'язаний з назвою RFID, був виданий Чарльзу Уолтону в 1983 році - патент США № 4384288 (https://ru.wikipedia.org/wiki/RFID). Загальними ознаками прототипу і рішення, що заявляється, є: спосіб передачі даних з передавального пристрою на приймальний мобільний пристрій, що включає обробку пакета передаваних даних засобами передавача з отриманням сигналу, модульованого відповідно з пакетом передаваних даних, передачу отриманого сигналу у вигляді електромагнітної хвилі, випромінюваної антенним пристроєм передавача, прийом електромагнітної хвилі антенним пристроєм приймального мобільного пристрою, обробку прийнятого сигналу засобами приймального мобільного пристрою з виділенням пакета переданих даних. Технологія RFID впевнено займає місце в сучасних мобільних цифрових пристроях, наприклад, в мобільних телефонах, смартфонах, планшетах "топового" і середнього рівня. Для функціонування системи RFID (також як і системи NFC) необхідне використання спеціальної 1 UA 103437 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 антени в приймальному пристрої. Антена зазвичай розміщується на зворотному боці кришки батарейного відсіку або ж вбудована в задню панель мобільного пристрою. Прикладом є антенний пристрій для комунікації в ближньому полі і смартфон з антенним пристроєм, які описані в міжнародній заявці WO2015009072, МПК H01Q 1/24, H01Q 7/00, пріоритет 17.07.2014. Зазначений антенний пристрій містить магнітний сердечник у формі пластини і антенну котушку у вигляді множини петель провідника, розташованих на поверхнях магнітного сердечника і з'єднаних на бічних ділянках сердечника. Антенний пристрій розташовано на задній панелі смартфона. Необхідність у спеціальній антені в приймальному пристрої обмежує можливості застосування типових моделей мобільних телефонів, смартфонів, планшетів в існуючій безконтактній інфраструктурі передачі даних в ближньому полі. В основу корисної моделі, що заявляється, поставлена задача удосконалення способу передачі даних з передавального пристрою на приймальний мобільний пристрій, в якому забезпечується передача даних без спеціальної антени у приймальному мобільному пристрої, що дозволяє розширити можливості застосування типових моделей мобільних телефонів, смартфонів, планшетів в існуючій безконтактної інфраструктурі передачі даних в ближньому полі. Поставлена задача вирішується тим, що в способі передачі даних з передавального пристрою на приймальний мобільний пристрій, що включає обробку пакета передаваних даних засобами передавача з отриманням сигналу, модульованого відповідно з пакетом передаваних даних, передачу отриманого сигналу у вигляді електромагнітної хвилі, випромінюваної антенним пристроєм передавача, прийом електромагнітної хвилі антенним пристроєм приймача, обробку прийнятого сигналу засобами приймача з виділенням пакета переданих даних, згідно з корисною моделлю, частоту електромагнітної хвилі передавача вибирають в межах 200-22050 Гц, а як антенний пристрій приймача використовують елементи обробки аналогового аудіосигналу в приймачі. Зазначені ознаки є суттєвими ознаками корисної моделі. Як елементи обробки аналогового аудіосигналу в приймачі можуть бути використані або мікрофон і/або засоби з'єднання мікрофона з входом аудіопідсилювача, і/або напівпровідникові, пасивні, індуктивні і ємнісні елементи аудіопідсилювача приймача. Як приймальний мобільний пристрій можуть бути використані або мобільний телефон, або смартфон, або планшет. Істотні ознаками корисної моделі знаходяться в причинно-наслідковому зв'язку з результатом, що досягається. Так, відмітні ознаки корисної моделі (частоту електромагнітної хвилі передавача вибирають в межах 200-22050 Гц, а як антенний пристрій приймача використовують елементи обробки аналогового аудіосигналу в приймачі) в сукупності з суттєвими ознаками, загальними з прототипом, забезпечують досягнення технічного результату: передача даних в ближньому полі без спеціальних антен у приймальному мобільному пристрої, що дозволяє розширити можливості застосування типових моделей мобільних телефонів, смартфонів, планшетів в існуючій безконтактній інфраструктурі передачі даних. Автором встановлено, що при випромінюванні модульованої електромагнітної хвилі з частотою в діапазоні 200-22050 Гц антенним пристроєм передавача на елементах обробки аналогового аудіосигналу в приймачі (або мікрофон і/або засоби з'єднання мікрофона з входом аудіопідсилювача, і/або напівпровідникові, пасивні, індуктивні і ємнісні елементи аудіопідсилювача приймача) в результаті електромагнітної індукції "наводиться" сигнал, який через аналого-цифровий канал приймача може бути прийнятий, посилений, представлений в цифровому форматі і виділений як сигнал, що несе передані передавачем дані. Застосовувані при цьому програмні рішення, дозволяють виключити з розрахунку звукові сигнали і приймати для подальшої обробки з аудіовходу тільки сигнали, породжувані електромагнітними коливаннями, що дозволяє застосовувати описаний спосіб передачі даних в умовах високого рівня звукової зашумленості. При цьому відпадає необхідність влаштування спеціальної антени у приймачі, що є технічним результатом корисної моделі. Досягнутий технічний результат підтверджується експериментальним шляхом. В експериментах як передавальний пристрій була використана мікропроцесорна система на базі мікроконтролера STM32F407VGT6 з підключеними до нього ЦАП серії CS43L22 і підсилювача звукових частот на базі мікросхеми TDA1554Q. Як антена застосовувалися різні котушки індуктивності з мідного дроту (ЛЕШО 100×0,22, ПЕТВ-2 0,125, ПЕТВ-2 0,315) з габаритними розмірами 50×10×8, 40×10×4, 40×10×6 (Dxdxh, mm). Сигнал модулювався з 2 UA 103437 U 5 10 частотою дискретизації 96 кГц. Процесором попередньо обчислювалися таблиці синусів для вибраного діапазону частот, формувався пакет даних, налаштовувався прямий доступ до даних для i2s, запускався процес передачі даних. Як приймальний пристрій застосовувалися мобільні пристрої різних фірм виробників на базі операційних систем Android, iOS, Bada OSE, наприклад, LG-D618, Sony-C2105, Samsung-GTI9003, Lenovo-A800, Apple-iPhone4s та інші. Як основний алгоритм модуляції сигналу застосовувався метод сумування 5 частот у діапазоні 6000-8700 Гц. Кількість частот і їх значення були підібрані для гарантованого розпізнавання сигналу в зачумленому ефірі. У таблиці 1 наведені значення частот і відповідність комбінацій частот логічним значенням. Таблиця 1 Значення частот і відповідність комбінацій частот логічним значенням Логічні значення "1" "0" 15 М, Гц 6000 6000 f2, Гц 6900 6600 га, Гц 7500 7200 f4, Гц 8100 7800 F5, Гц 8700 8700 Для визначення діапазону робочих частот були проведені експерименти по передачі даних в різних діапазонах частот. Робочі частоти поступово зміщувалися убік збільшення починаючи від 20 Гц до 44100 Гц. Експериментально був виявлений робочий діапазон, укладений в межах 20022050 Гц. В основному цей діапазон обмежений пропускною частотою вхідного аудіофільтра і частотою дискретизації АЦП приймального мобільного пристрою. Були поведені дослідження спектрограм окремих піддіапазонів. Характеристики робочого діапазону наведені в таблиці 2. Таблиця 2 Значення діапазонів робочих частот і їх робочі характеристики № пп Діапазон частот, Гц 1 2 3 4 200-600 600-3500 3500-12000 12000-22050 Швидкість передачі даних, біт*с 147 300 600 1200 Рівень сигналу, дБ 53 53 53 53 Помилка передачі даних, % 5,0 1,0 0,2 5,0 Зашумленість каналу, % 70 30 10 5 20 25 30 35 40 Приведені вище відомості підтверджують можливість передачі даних в ближньому полі з передавальних пристроїв на приймальні мобільні пристрої (типові моделі мобільних телефонів, смартфонів, планшетів) без застосування спеціальних антенних пристроїв у приймальних мобільних пристроях. Нижче приводиться опис способу передачі даних з передавального пристрою на приймальний мобільний пристрій, що заявляється, з посиланнями на принципову схему способу, що додається до опису. Спосіб передачі даних з передавального пристрою на приймальний мобільний пристрій включає обробку пакета передаваних даних засобами передавача з отриманням сигналу, модульованого відповідно з пакетом передаваних даних, передачу отриманого сигналу у вигляді електромагнітної хвилі, випромінюваної антенним пристроєм передавача, прийом електромагнітної хвилі антенним пристроєм приймача, обробку прийнятого сигналу засобами приймальна з виділенням пакета переданих даних. Частоту електромагнітної хвилі передавача вибирають в межах 200-22050 Гц. Як антенний пристрій приймача використовують елементи обробки аналогового аудіосигналу в приймачі, такі як мікрофон і/або засоби з'єднання мікрофона з входом аудіопідсилювача, і/або напівпровідникові, пасивні, індуктивні і ємнісні елементи аудіопідсилювача приймача. Як приймальний мобільний пристрій використовують або мобільний телефон, або смартфон, або планшет. Буквено-цифрове повідомлення 1 направляють в кодер 2, який формує бітовий пакет для передачі. Символи повідомлення 1 кодуються ANSII ASCII 8-бітовим кодом, старший (сьомий) 3 UA 103437 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 біт йде першим. До повідомлення 1 додають контрольну суму, обчислену за відомим методом CRC-16, а також додають стартову і стопові послідовності. На виході кодера 2 отримують бітовий масив. З виходу кодера 2 бітовий масив передають в модулятор 3. Генератор 4 несучих частот передавача формує для модулятора 3 набір п'яти несучих частот для "0" і "1". У модуляторі 3 відбувається некогерентна частотна модуляція бітового пакета. Модульований бітовий пакет передають на ЦАП 5 і далі на антенний пристрій 6, який випромінює модульовану електромагнітну хвилю. Таким чином здійснюють обробку передаваних даних засобами передавача і передачу модульованого сигналу антенним пристроєм передавача. Аналоговий сигнал, наведений на елементи обробки аналогового аудіосигналу в приймачі 7 (мікрофон і/або засоби з'єднання мікрофона з входом аудіопідсилювача, і/або напівпровідникові, пасивні, індуктивні і ємнісні елементи аудіопідсилювача приймача), підсилюють аудіопідсилювачем 8 і передають на АЦП 9, де аналоговий сигнал перетворюють в цифрову форму. Для виявлення повідомлення в прийнятому сигналі детектор 10 наявності повідомлення, використовуючи сигнал опорних частот, що надходить в детектор 10 від генератора 11 несучих частот приймача, розраховує кореляцію сигналу з патерном І з кроком, рівним довжині патерна І, і знаходить область з максимальною кореляцією. Зазначена область відповідатиме ймовірному положенню інформаційного пакета в прийнятому сигналі. Далі сигнал надходить до детектора позиції повідомлення 12 для уточнення наявності інформаційного пакета і визначення його початку. Детектор позиції повідомлення 12 розраховує кореляцію прийнятого сигналу з патерном II з кроком в один відлік АЦП 9. Знайдені максимуми кореляції відповідають положенням початку стартової та столової послідовностей. Знайдені позиції передають на демодулятор 13, який розраховує рівень кореляції прийнятого сигналу з набором несучих частот біта зі значенням "1" і зі значенням "0". Порівнюючи отримані значення, демодулятор 13 визначає прийняте значення біта і формує бітовий масив, який передають на декодер 14. Декодер 14 перевіряє контрольну суму, декодує прийняті біти в символи і передає прийнятий рядок на засоби 15 індикації переданих даних. Таким чином здійснюють прийом сигналу приймачем, обробку прийнятого сигналу засобами приймальна з виділенням переданих даних. Запропонований спосіб передачі даних з передавального пристрою на приймальний мобільний пристрій може бути використаний як в каналах односторонньої передачі інформації, так і в комплексі з каналами двосторонньої передачі як технологія ідентифікації, ініціювання певних дій, або передачі інформаційних повідомлень. Враховуючи особливості передачіприйому даних в ближньому полі, може застосовуватися як захищений канал передачі інформації. Є електронною альтернативою штриховим і QR кодам, технологіям NFC, RFID. Прикладами застосування способу передачі даних з передавального пристрою на приймальний мобільний пристрій, що заявляється, є: Системи безконтактних платежів і розрахунків; можливе використання, як з метою ініціювання фінансових транзакцій, так і з метою передачі електронних грошових коштів власнику смартфона, наприклад, здачі в магазині; Дисконтні системи; Системи просування товарів (перегляд інформації про товар тощо); Електронні квитки у транспорті; Платіжні термінали, в яких ініціювання грошового переказу здійснюється через смартфон (фактично такі термінали можуть являти собою пристрій прийому грошей без монітора, принтера та інших додаткових пристроїв, що значно здешевлює процес прийому платежів); Каси магазинів, як альтернативи платіжними картками, а також для отримання здачі в електронних грошових коштах, або нарахування бонусів і т. п.; Як електронні ключі (ключі від машини, ключі від будинку/офісу, ключі готельного номера, інші ключі); Інші застосування мобільних цифрових пристроїв в безконтактній інфраструктурі. 55 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 1. Спосіб передачі даних з передавального пристрою на приймальний мобільний пристрій, що включає обробку пакета передаваних даних засобами передавача з отриманням сигналу, модульованого відповідно з пакетом передаваних даних, передачу отриманого сигналу у 4 UA 103437 U 5 10 вигляді електромагнітної хвилі, випромінюваної антенним пристроєм передавача, прийом електромагнітної хвилі антенним пристроєм приймача, обробку прийнятого сигналу засобами приймача з виділенням пакета переданих даних, який відрізняється тим, що частоту електромагнітної хвилі передавача вибирають в межах 200-22050 Гц, а як антенний пристрій приймача використовують елементи обробки аналогового аудіосигналу в приймачі. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як елементи обробки аналогового аудіосигналу в приймачі використовують або мікрофон, і/або засоби з'єднання мікрофона з входом аудіопідсилювача, і/або напівпровідникові, пасивні, індуктивні і ємнісні елементи аудіопідсилювача приймача. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як приймач використовують або мобільний телефон, або смартфон, або планшет. 5 UA 103437 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6