Brevet FR2779847A1 — publié le 19991217

L'invention concerne la communication sans contact entre une bor- ne et un objet portatif. De tels systèmes d'échange de données sans contact sont bien con- nus et, parmi les applications de cette technique, on trouve (de façon non limitative) le contrôle d'accès et le télépéage, par exemple pour l'accès et le péage des transports en commun. Dans ce dernier exemple, chaque usager est muni d'un objet porta- tif du type "carte sans contact" ou "badge sans contact", qui est un objet susceptible d'échanger des informations avec une borne fixe en appro- chant le badge de cette dernière de manière à permettre un couplage non galvanique. L'invention vise le cas o l'échange d'informations consécutif à ce couplage est opéré en faisant varier un champ magnétique produit par une bobine d'induction, technique connue sous le nom de "procédé par induction". La borne comporte à cet effet un circuit accordé excité par un signal alternatif qui produit dans l'espace environnant un champ magnétique alternatif. L'objet portatif se trouvant dans cet espace dé- tecte ce champ grâce à un circuit accordé sur la même fréquence et ren- voie des signaux en direction de la borne, par modulation du couplage par exemple, établissant ainsi le dialogue de communication recherché. Le EP-A-0 565 469 (Innovatron Industries) décrit un système d'échange de données utilisant cette technologie. Par nature, ce procédé par induction implique une courte portée, typiquement inférieure à 1 m, de préférence inférieure à 20 cm, de ma- nière à bien définir la géométrie de la zone d'action de la borne, éviter les interférences entre bornes voisines et éviter l'établissement d'é- changes de données intempestifs avec des badges distants. La présente invention propose l'adjonction à un tel badge de moyens de communication à longue portée (typiquement une portée su- périeure à 10 m, de préférence supérieure à 30 m) permettant d'établir une voie de communication distincte de la voie par induction, utilisable à d'autres fins. Ainsi, dans l'application précitée du télépéage des transports en commun, on pourra adjoindre à la fonction traditionnelle de billetique sans contact, mise en oeuvre par la voie de communication à induction, une fonction d'appel d'urgence ou d'alarme mise en oeuvre par le même badge, donc avec des circuits et des moyens d'alimentation communs ou en partie communs, et directement par le porteur de ce badge. Cette application n'est pas limitative, et l'invention peut également être mise en oeuvre par exemple dans le domaine de la domotique, la voie de communication par induction à courte portée étant utilisée com- me clé d'accès ou de déverrouillage d'alarme, et la voie de communi- cation à longue portée servant à des fonctions de télécommande, par exemple pour l'ouverture d'un portail ou d'une porte de garage. De même, le terme "carte" ou "badge" n'est aucunement limitatif, et d'autres formes d'objets portatifs tels que clef, bracelet, etc. sont bien entendu envisageables. Le "badge" peut également être constitué, toujours comme illustré dans le EP-A-0 565 469 précité, d'un dispositif comprenant, en combinaison, une carte à microcircuit du type "carte à puce" à contacts combinée à un étui plat, dans lequel cette carte est in- sérée et qui comprend les circuits d'émission/réception servant d'inter- face pour la communication entre cette carte à microcircuit et une bor- ne distante. Plus précisément, l'invention propose un objet portatif du type en- seigné par exemple par le EP-A-0 565 469 précité, c'est-à-dire compor- tant des moyens pour établir une première voie de communication, à courte portée, entre l'objet portatif et une borne, ces moyens compre- nant des premiers moyens d'émission de données et des moyens de ré- ception de données, coopérant avec un élément accordé de manière à capter un champ magnétique modulé en provenance d'une borne ou à produire en réponse une perturbation modulée de ce champ magnéti- que. Selon l'invention, l'objet comprend en outre des moyens pour éta- blir une seconde voie de communication, à longue portée, entre l'objet portatif et un dispositif récepteur, ces moyens comprenant des seconds moyens d'émission de données coopérant avec une antenne de manière à rayonner une onde radioélectrique modulée, ainsi que des moyens d'activation sélective des seconds moyens d'émission. Selon un certain nombre de caractéristiques subsidiaires avanta- geuses: - les moyens d'activation sélective sont actionnables à volonté par le porteur de l'objet portatif, notamment par un bouton- poussoir, avec en particulier des moyens pour détecter une séquence prédéfinie d'appuis sur le bouton-poussoir; - les données émises par les seconds moyens d'émission de données comprennent une information d'identification propre à l'objet por- tatif; - l'objet portatif comprend deux organes dissociables, dont un pre- mier organe, notamment en forme de carte, comportant un micro- circuit avec une mémoire contenant des données nécessaires à la mise en oeuvre desdites transactions électroniques et, éventuelle- ment, à la mise en oeuvre du protocole de communication par la première et/ou la seconde voie de communication, et un second or- gane, notamment en forme d'étui, comportant lesdits moyens pour établir la première et la seconde voie de communication, ainsi que des moyens de couplage au premier organe; - dans ce dernier cas, l'objet portatif peut comprendre en outre des moyens sélecteurs, commandés par les moyens d'activation sélecti- ve, pour appliquer un signal de données issu du microcircuit du premier organe soit à un circuit interne du second organe, lorsque les moyens d'activation sélective sont en position inactive, soit à une entrée de données des seconds moyens d'émission de données, lorsque les moyens d'activation sélective sont en position activée; - le rapport entre la longue portée et la courte portée est supérieur à :1, avec notamment une courte portée inférieure à 1 m, de préfé- rence inférieure à 20 cm, et une longue portée supérieure à 10 m, de préférence supérieure à 30 m. L'invention vise également un système comportant une pluralité de dispositifs récepteurs de données émises par des objets portatifs comme ci-dessus via ladite seconde voie de communication, chacun de ces dis- positifs récepteurs étant associé à une zone de couverture géographique propre, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de locali- sation pour déterminer, en cas de réception d'une onde radioélectrique modulée en provenance d'un objet portatif, celui ou ceux des dispositifs ayant reçu cette onde, de manière à permettre l'identification de la zo- ne o se situe cet objet portatif. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réali- sation, en référence à la figure unique annexée, qui est une représentation schématique d'un objet portatif incorporant les enseignements de l'invention. Sur la figure, la référence 10 désigne de façon générale un objet portatif du type "badge sans contact", qui est par exemple (mais de façon non limitative) constitué d'une carte 12 à microcircuit 14 (carte à contacts) insérée dans un étui 16 intégrant les diverses fonctions de communication sans contact en combinaison avec le microcircuit 14 via un connecteur d'interfaçage 18. Une telle structure mixte carte à contacts/étui pour communication sans contact est décrite dans le EP-A-0 565 469 précité, auquel on pourra se référer pour de plus amples détails. Cette structure est avantageuse en ce qu'elle permet de distinguer les fonctions purement numériques et logiciels de traitement du signal, propre au microcircuit 14 de la carte (qu'il est possible d'échanger ou de reprogrammer aisément) et les fonctions matérielles de communication pour l'émission/réception sans contact, ainsi que les moyens d'alimen- tation. Il est également possible de fournir à chaque utilisateur une carte à microcircuit permettant de réaliser les opérations de télébil- letique et intégrant par avance également le logiciel propre à la fonc- tion d'appel de sécurité; l'utilisateur de la carte pourra, dans un deuxi- ème temps, se procurer un étui intégrant les moyens permettant de mettre en oeuvre effectivement cet appel de sécurité. La carte à microcircuit 12 peut être éventuellement une carte mix- te contacts/sans contact autorisant un échange de données avec la mé- moire du microcircuit indifféremment via les contacts galvaniques ou par induction au moyen de circuits incorporés à la carte, circuits géné- ralement téléalimentés par la borne (ces deux modes de communication alternatifs ne constituant cependant qu'une seule "voie de communica- tion" au sens de l'invention, puisqu'ils sont destinés à transmettre es- sentiellement les mêmes données). Cette carte 12 de type mixte sera in- sérée dans l'étui 16 pour la mise en oeuvre des fonctions selon l'inven- tion. L'objet portatif 10 comporte pour l'échange de données par voie inductive un circuit accordé 20 constitué d'une bobine 22 formée d'une boucle imprimée et associée à un condensateur 24, l'ensemble étant ac- cordé sur une fréquence donnée, par exemple 13,56 MHz, permettant l'échange bidirectionnel de données avec une borne par la technique dite "par induction". L'objet portatif comporte également un circuit in- tégré analogique et numérique 26, typiquement réalisé à partir d'un microcontrôleur et de circuits d'interfaçage, le tout étant de préférence réalisé sous forme d'un circuit intégré spécifique (ASIC). Le circuit 26 reçoit sur un port I/O d'entrée/sortie de données des informations en provenance du microcircuit 14 via le connecteur d'in- terfaçage 18, une ligne 28 et un circuit sélecteur ou multiplexeur 30 dont on expliquera plus bas le rôle. Le circuit 26 est également relié au microcircuit 14 via un bus 32 (horloge, remise à zéro, tension d'alimen- tation, masse). Le circuit 26 est piloté par un quartz 34 et il est relié à un bouton-poussoir 36 actionnable extérieurement par l'usager. Enfin, l'ensemble des circuits de l'objet portatif est alimenté par une ou plusi- eurs piles 38 telles que des piles lithium. De façon caractéristiques de l'invention, l'objet portatif comporte en outre un circuit d'émission de données 40 associé à une antenne 42 pro- pre à émettre une onde radioélectrique (hertzienne). Cet émetteur est alimenté par les piles 38 (ou éventuellement une seule pile). Il peut être constitué par exemple d'un unique transistor associé à un filtre à ondes de surface et une diode à capacité variable. L'antenne associée est im- primée sur le circuit afin d'obtenir un produit compact. On notera que, pour diminuer le coût de la fonction "appel de sécurité" on a choisi une transmission unidirectionnelle, c'est-à-dire que le circuit 40 n'est, dans l'exemple illustré, pas doté de fonctions de réception. La fréquence d'émission est (de façon aucunement limitative) de 433,92 MHz, avec une modulation FSK de 10 kHz (+ 20 %) des données appliquées en entrée sur le port I/O. La puissance émise est de l'ordre de 7 mW (5 dBM), pour une consommation inférieure à 10 mA sous une tension d'alimentation de 4,5 à 6 V fournie par deux piles lithium 38 (ou éventuellement une seule pile). Le circuit 40 comporte également un port WR d'entrée d'activation sur ordre du circuit 26. La séquence de fonctionnement est la suivante. Le premier cas est celui de l'entrée de l'objet portatif dans le champ d'action d'une borne à induction. Le circuit 26 met alors sous tension le microcircuit 14, qui va alors décider de son fonctionnement en exami- nant le registre d'état du circuit 26. Le multiplexeur 30 dirige le signal I/O vers le circuit 26 pour permettre l'échange de données par induc- tion, de manière en elle-même connue et qui ne sera pas décrite plus en détail. Le second cas est celui de l'appui sur le bouton-poussoir 36. Le cir- cuit 26 met, ici encore, sous tension le microcircuit 14, qui détecte cet appui par lecture du registre d'état du circuit 26. Si cet appui est con- firmé (par exemple par maintien de l'enfoncement du bouton-poussoir ou par un second appui à bref délai après le premier), le microcircuit 14 pilote le badge afin qu'il bascule en mode "émission d'appel d'urgence". Ce mode aura pour effet de rendre actif le signal PWR, ce qui va, d'une part, faire passer le multiplexeur 30 dans la position permettant de di- riger les données issues de la ligne 28 vers le port d'entrée I/O du cir- cuit émetteur 40 et, d'autre part, commander la mise sous tension de l'émetteur. Les données propres à la séquence d'appel d'urgence sont alors codées et signées par le microcircuit 14 puis transmises par l'é- metteur vers un dispositif récepteur radio distant. Dans une variante, le signal PWR peut être engendré par les don- nées I/O issues du port d'entrée de l'émetteur 40. Afin de sécuriser l'appel, le format du message contient de la re- dondance et utilise un code correcteur d'erreur permettant de corriger deux erreurs sur huit bits. Les données transmises comportent par exemple le numéro de série de la carte accompagné d'une signature DES de ce numéro: ces informations permettent d'identifier la carte à mémoire, et donc la personne, à l'origine de l'appel. De plus, toujours par sécurité, le message d'appel d'urgence est émis à plusieurs reprises. En outre, le logiciel peut incorporer un protocole qui limite le nom- bre d'appels consécutifs afin d'éviter un usage abusif, avec réarmement par l'entrée de l'objet portatif dans le champ d'action d'une borne à in- duction. Le récepteur est d'un type classique comportant des étages de réception, de démodulation et de décodage du signal. Dans une variante, le récepteur est du type dit "scanning", qui balaie la bande de fréquen- ces d'émission prévisibles et qui se cale automatiquement sur la fré- quence effective. Les récepteurs sont disposés en divers endroits appro- priés (par exemple quais et couloirs de métro) de manière à couvrir la zone la plus large possible. Le système comporte avantageusement des moyens discrimina- teurs permettant de savoir celui des récepteurs ayant capté le signal d'appel d'urgence, ceci afin de localiser la personne ayant émis cet ap- pel. Si plusieurs récepteurs ont simultanément capté l'appel, celui-ci provient d'un point situé dans la région o se chevauchent les zones d'action de ces émetteurs. REVENDICATIONS 1. Un objet portatif (10) pour utilisation dans un système de trans- actions électroniques automatiques sécurisées sans contact, compre- nant des moyens pour établir une première voie de communication, à courte portée, entre l'objet portatif et une borne, ces moyens compre- nant des premiers moyens (26) d'émission de données et des moyens (26) de réception de données, coopérant avec un élément accordé (20) de manière à capter un champ magnétique modulé en provenance d'une borne ou à produire en réponse une perturbation modulée de ce champ magnétique, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour établir une seconde voie de communication, à longue portée, entre l'objet por- tatif et un dispositif récepteur, ces moyens comprenant des seconds moyens (40) d'émission de données coopérant avec une antenne (42) de manière à rayonner une onde radioélectrique modulée, ainsi que des moyens (26, 36, PWR) d'activation sélective des seconds moyens d'émis- sion. 2. L'objet portatif de la revendication 1, dans lequel les moyens d'activation sélective sont actionnables à volonté par le porteur de l'ob- jet portatif, et comportent notamment un bouton-poussoir (36). 3. L'objet portatif de la revendication 2, dans lequel les moyens d'activation sélective comportent des moyens pour détecter une séquen- ce prédéfinie d'appuis sur le bouton-poussoir. 4. L'objet portatif de l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les données émises par les seconds moyens d'émission de données com- prennent une information d'identification propre à l'objet portatif. 5. L'objet portatif de l'une des revendications 1 à 4, comprenant deux organes dissociables, dont un premier organe (12), notamment en forme de carte, comportant un microcircuit (14) avec une mémoire con- tenant des données nécessaires à la mise en oeuvre desdites transac- tions électroniques et, éventuellement, à la mise en oeuvre du protocole de communication par la première et/ou la seconde voie de communica- tion, et un second organe (16), notamment en forme d'étui, comportant lesdits moyens (20, 26, 40, 42) pour établir la première et la seconde voie de communication, ainsi que des moyens (18) de couplage au pre- mier organe. 6. L'objet portatif de la revendication 5, comprenant en outre des moyens sélecteurs (30), commandés par les moyens d'activation sélecti- ve, pour appliquer un signal de données issu du microcircuit du pre- mier organe soit à un circuit interne (26) du second organe, lorsque les moyens d'activation sélective sont en position inactive, soit à une en- trée de données des seconds moyens d'émission de données (40), lors- que les moyens d'activation sélective sont en position activée. 7. L'objet portatif de l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le rapport entre la longue portée et la courte portée est supérieur à 10:1. 8. L'objet portatif de la revendication 7, dans lequel la courte por- tée est inférieure à 1 m, de préférence inférieure à 20 cm, et la longue portée est supérieure à 10 m, de préférence supérieure à 30 m. 9. Un système comportant une pluralité de dispositifs récepteurs de données émises par des objets portatifs selon l'une des revendica- tions 1 à 8 via ladite seconde voie de communication, chacun de ces dis- positifs récepteurs étant associé à une zone de couverture géographique propre, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de locali- sation pour déterminer, en cas de réception d'une onde radioélectrique modulée en provenance d'un objet portatif, celui ou ceux des dispositifs ayant reçu cette onde, de manière à permettre l'identification de la zo- ne o se situe cet objet portatif.