Brevet FR2989493A1 — publié le 20131018

La présente invention concerne un détecteur de proximité inductif également capable de télécharger à partir d'un tag RFID (radio-étiquette) sa configuration et son application, lui donnant ainsi les fonctionnalités d'un micro-automate 5 programmable. Les détecteurs de proximité inductifs sont des capteurs sans contact qui permettent de détecter la présence d'une cible, comme un objet métallique, lorsque celle-ci est placée dans la 10 zone de détection du détecteur. Ils intègrent généralement une correction en température basée sur un capteur de température afin de compenser les dérives de comportement des circuits selon la température ambiante, et ce afin d'obtenir les meilleures portée et précision possibles 15 pour le détecteur. Ils fournissent soit un signal de sortie binaire indiquant par exemple la présence ou l'absence d'une cible, soit un signal de sortie analogique, en fonction de la distance de la cible par rapport au détecteur. 20 Les détecteurs de proximité peuvent, selon les besoins de l'application, être configurés de multiples façons, selon la polarité requise pour la sortie, selon l'état normalement ouvert ou normalement fermé de la sortie, selon la portée de détection requise, la temporisation sur la sortie, le mode tout ou rien ou 25 analogique, la détection sur seuil de distance ou de fréquence, etc... Toutes ces options génèrent un grand nombre de combinaisons, et autant de références possibles de produits, et ce d'autant plus que ces détecteurs se déclinent aussi selon 30 leur format et leur dimension: cylindrique ou parallélépipédique, de dimension 8, 12, 18, 30 ,40, ou 80 mm par exemple, et également selon leur mode d'alimentation continu ou alternatif. C'est la raison pour laquelle les gammes de détecteurs de proximité actuellement proposées par les fabricants limitent les 35 combinaisons, et donc les références de produits, ou bien intègrent des interfaces homme-machine rudimentaires pour paramétrer les détecteurs, à l'aide de boutons poussoirs et de diodes électroluminescentes par exemple. Dans ce dernier cas, le surcoût occasionné pour ces détecteurs 40 généralement à bas prix est loin d'être négligeable, et la manipulation pour le paramétrage du détecteur sous tension assez délicate. Les stations RFID (radio-identification) sont des équipements qui permettent de communiquer avec un tag RFID, ou étiquette RFID, lorsque celui-ci est placé dans leur zone de communication. Ils peuvent alimenter par un champ magnétique le tag à proximité, lire ou écrire sa mémoire par modulation de ce champ magnétique. Il existe plusieurs standards de fréquence de porteuse de communication RFID : 125KHz, 13.56MHz, UHF. Les tags de la gamme RFID 125KHz présentent certaines particularités par rapport aux tags fonctionnant à d'autres standards de fréquence : ils peuvent amorcer la communication grâce à leur mode TTF (Tag Talk First), et ne nécessitent donc pas de modulation d'amplitude de l'oscillateur par le détecteur pour être détectés. De plus leur faible fréquence permet de traiter le signal par échantillonnage à chaque oscillation, et ainsi d'enrichir et de sécuriser le traitement par une meilleure réactivité et un meilleur filtrage des échantillons parasités. Enfin, la technologie RFID 125KHz offre une meilleure immunité aux parasites et aux interférences métalliques que des technologies à fréquence plus rapide. Le principal avantage de la technologie 13.56MHz est le faible coût de ses tags. Les stations RFID fournissent généralement un service de communication sur une ligne série afin de renseigner par exemple un automate distant. Les stations RFID ne sont pas autonomes et nécessitent un dispositif externe pour être utilisées. Les automates programmables industriels (API) sont des dispositifs électroniques programmables destinés à la commande de processus industriels par un traitement séquentiel. Ils envoient des ordres vers les sorties en exécutant 35 une application informatique client. Ils nécessitent pour cela des données d'entrées fournies par des capteurs externes tels que par exemple des détecteurs de proximité ou des lecteurs RFID. De plus la programmation de leur application nécessite une 40 liaison série et un dispositif externe.30 La présente invention se rapporte à un détecteur de proximité inductif également capable de communiquer sans surcoût matériel ni circuit spécifique avec des tags RFID (5), et de télécharger à partir de ces tags un paramétrage de configuration (15) et/ou une application (16) exécutable, pour lui donner également une fonctionnalité d'automate, ce dernier disposant également de la mesure de température (11) et des ressources temps réel (18) intégrées dans l'unité de traitement (3). L'invention permet donc de réaliser 3 produits en un en mutualisant toutes les ressources matérielles et logicielles intégré dans le détecteur. Le premier but de l'invention est de proposer un procédé de paramétrage du détecteur de proximité économique, simple et rapide, et automatique si nécessaire. Il suffit en effet de présenter un tag RFID (5) devant le détecteur pour permettre au détecteur de télécharger les consignes de paramétrage contenues dans ce tag, pourvu que ce tag possède dans sa mémoire un champ paramétrage contenant ces consignes de paramétrage, et que le détecteur soit autorisé à les charger. Ce procédé peut convenir pour des séries importantes, le même tag pouvant être utilisé pour un nombre illimité de détecteurs ; Le procédé peut être automatisé par le passage à proximité du tag de paramétrage des détecteurs sous tension véhiculés par leur chaîne de fabrication. Une autre possibilité offerte par le procédé est l'évolutivité du paramétrage : Dans une chaîne de fabrication équipée de tels détecteurs, un tag intégré en tête de chaîne d'un nouvelle série peut modifier le paramétrage des détecteurs de façon à les adapter à cette nouvelle série. Ainsi une même référence de détecteur peut être configurée de multiples façons. La mémorisation du paramétrage d'un détecteur dans un tag en facilite également le remplacement, car il suffit de mettre ce tag à proximité du détecteur de remplacement pour obtenir la copie 40 du détecteur à remplacer. Un autre but de l'invention est de permettre le téléchargement d'une application, la ou les sorties du détecteur peuvent ainsi être utilisées, selon l'application client (16) téléchargée par le tag en vis-à-vis (5), pour être actionnées selon des temporisations programmées exploitant l'horloge temps réel (18), pour faire du comptage d'objets métalliques, du contrôle d'accès, pour détecter un seuil de fréquence de passage d'objets, d'actionner une sortie en mode analogique par modulation de rapport cyclique (PWM), d'émettre une trame 10 Weigand, de faire de la régulation de température grâce au capteur de température intégré (11), etc . La Figure 1 représente le détecteur, ses sous-ensembles, ainsi qu'une cible métallique (4) et un tag RFID (5) détectables à 15 proximité. Selon l'invention les moyens de traitement (3) déterminent lorsqu'un signal démodulé possède les caractéristiques d'une émission de tag RFID et dans l'affirmative désérialisent et 20 mémorisent la trame reçue. Selon l'invention les moyens de traitement (3) lisent la mémoire d'un tag (5) à proximité et y distinguent un certain nombre de champs séparés par des identificateurs, chacun de ces champs 25 pouvant contenir ou bien des paramètres de configuration, ou bien une application client, ou bien des données applicatives. Selon l'invention tout ou partie des champs présents dans le tag (5), peuvent être sauvegardés dans la mémoire non volatile 30 (9) du détecteur, et remplacer les paramètres (15), applications(16) et données(17) précédemment sauvegardés, pourvu que le détecteur ne soit pas protégé pour tout ou partie de ces remplacements. Selon l'invention le paramétrage (15) ainsi mémorisé dans la mémoire non volatile (9) fixe le mode de fonctionnement du détecteur, par exemple l'état normalement ouvert ou normalement fermé de chacune des sorties(14), la portée de détection requise pour la cible (4), les retards ou monostables à la montée ou à la descente sur chacune des sorties(14), le mode tout ou rien ou par modulation de type PWM, la détection sur seuil de portée ou de fréquence, le mode détection de ferrosité de la cible, le verrouillage du détecteur afin d'en figer 10 le paramétrage et/ou l'applicatif, ou toute autre caractéristique Selon l'invention le tag en vis-à-vis, certains des champs mémorisés dans la mémoire non volatile peuvent contenir un code applicatif client(16) destiné à être exécuté par le 15 détecteur. Selon l'invention, l'oscillateur LC (1), sensible à une cible métallique (4) ou à un tag RFID (5) de fréquence de résonance proche de la sienne, est excité par un générateur de fréquence 20 (2) accordé dynamiquement au LC (1), et le signal prélevé sur cet oscillateur est transmis à la fois à un démodulateur (6) afin de détecter un signal provenant d'un tag (5), et à un détecteur de seuil (7) afin de détecter un affaiblissement dû à une cible métallique (4). Le détecteur est ainsi capable de détecter aussi 25 bien une cible métallique (4) qu'un tag (5), grâce au traitement du CPU (8). Selon l'invention le générateur de fréquence (2) peut être périodiquement désactivé par le CPU (8) afin d'en moduler 30 l'émission pour transmettre une commande au tag à proximité (5), et aussi dans le but de permettre une mesure de fréquence (13) de l'oscillateur (1) oscillant librement. Cette mesure (13) permet au CPU (8) d'effectuer un accord dynamique de l'oscillateur (1) en ajustant la fréquence du générateur (2), afin 35 d'améliorer la portée de détection et la qualité de la transmission vers le tag (5). Cette mesure (13) donne aussi au CPU (8) une information complémentaire sur la nature ferreuse et la distance de la cible (4). Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, l'unité de traitement peut être entièrement intégrée dans un microcontrôleur ou un DSP (processeur de signal numérique), utilisant ses ports I/O (entrée/sortie) (14) pour la gestion des 5 sorties, son unité centrale comme CPU (8), sa mémoire EEPROM ou flash en guise de mémoire non volatile (9), un PWM en guise de générateur de fréquence (2) au standard RFID 125 KHz, un convertisseur analogique numérique dont l'échantillonnage synchronisé par le PWM permet à la CPU de 10 connaître le niveau des oscillations du circuit LC (1) pour réaliser à la fois la détection de seuil (7) pour détecter une cible (4) et le démodulateur (6) pour détecter un tag (5) en mode TTF (Tag Talk First), un comparateur analogique pour détecter une phase particulière de l'oscillateur, et donc mesurer sa période à 15 l'aide d'un timer de la CPU, et enfin permettre l'asservissement de la période du PWM sur celle de l'oscillateur. Les applications industrielles sont nombreuses, elles couvrent tous les domaines d'application tant des détecteurs de 20 proximité que des lecteurs RFID et des micro-automates. REVENDICATIONS1. Détecteur de proximité inductif également capable de communiquer avec un tag RFID et pourvu de fonctionnalités 5 d'automate programmable, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un circuit oscillant LC (1) sensible à une cible métallique (4) ou à un tag RFID (5) de fréquence de résonance proche de la sienne, et excité par un générateur de fréquence (2) accordé dynamiquement au circuit oscillant LC (1), caractérisé en ce 10 que le détecteur comporte des moyens de traitement du signal prélevé sur le circuit oscillant(1), ces moyens de traitement (3) permettant de déterminer à la proximité du détecteur la présence ou l'absence d'une cible métallique (4), mais aussi d'un tag RFID (5), et de communiquer avec ce tag (5). 15 2. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de traitement (3) sont composés d'un générateur de fréquence (2), d'un démodulateur (6), d'un détecteur de seuil (7), d'une mesure de fréquence (13) du circuit oscillant (1), 20 d'une unité centrale de traitement CPU (8) avec sa mémoire vive, d'une mémoire non volatile (9), et de sorties (14). 3. Détecteur selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que les moyens de traitement (3) peuvent détecter un tag 25 (5) à proximité en déterminant si le signal démodulé (6) possède les caractéristiques d'une émission de tag RFID (5) . 4. Détecteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par sa capacité à lire la mémoire d'un tag (5) détecté à 30 proximité et à y distinguer un ou plusieurs champs séparés par des identificateurs, chaque champ pouvant contenir des paramètres de configuration, une application client exécutable ou des données applicatives 35 5. Détecteur selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que tout champ de paramétres de configuration, application client exécutable, ou données applicatives (5), présent dans le tag, peut être sauvegardé dans la mémoire non volatile (9), en remplacement des paramètres de configuration 40 (15) et/ou de l'application client exécutable (16) et/ou desdonnées applicatives (17) précédemment sauvegardés, pourvu que le détecteur ne soit pas protégé contre tout ou partie de ces remplacements. 6. Détecteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le paramétrage (15) ainsi mémorisé dans la mémoire non volatile (9) fixe le mode de fonctionnement du détecteur, par exemple l'état normalement ouvert ou normalement fermé de chacune des sorties (14), la portée de détection requise pour la cible(4), les retards ou monostables à la montée ou à la descente sur chacune des sorties (14), le mode tout ou rien ou par modulation de type PWM de chacune des sorties, la détection sur seuil de portée ou de fréquence, le mode détection de ferrosité de la cible, le verrouillage du détecteur afin d'en figer 15 le paramétrage et/ou l'applicatif. 7. Détecteur selon l'une des revendications 5 à 6, caractérisé en ce que la ou les applications (16) mémorisées par le détecteur contiennent un code applicatif exécutable par ce 20 détecteur, lui permettant de réagir à tout ou partie des évènements liés à une cible à proximité (4), tant selon sa distance que sa fréquence de passage, de réagir aussi à un tag à proximité (5) et à son contenu, à la température fournie par son détecteur(11), aux contraintes temps réel fournies par son 25 horloge (18), et ce afin d'actionner la ou les sorties(14) du détecteur, et/ou de modifier le contenu d'un tag à proximité (4). 8. Détecteur selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le générateur de fréquence (2) peut être périodiquement 30 désactivé par le CPU (8) afin d'en moduler l'émission pour transmettre une commande au tag (5) à proximité et aussi dans le but de permettre une mesure de fréquence (13) de l'oscillateur (1) oscillant librement. 35 9. Détecteur selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que les moyens de traitement peuvent être entièrement intégrés dans un microcontrôleur ou un DSP, utilisant ses ports I/O (14) pour la gestion des sorties, son unité centrale comme CPU (8), sa mémoire EEPROM ou flash en guise de mémoire 40 non volatile (9), un PWM en guise de générateur de fréquence(2) au standard RFID 125 KHz, un convertisseur analogique numérique dont l'échantillonnage synchronisé par le PWM permet à la CPU de connaître le niveau des oscillations du circuit LC (1) pour réaliser à la fois la détection de seuil (7) pour détecter une cible (4) et le démodulateur (6) pour détecter un tag (5) en mode TTF (Tag Talk First), un comparateur analogique pour détecter une phase particulière de l'oscillateur, et donc mesurer sa période à l'aide d'un timer de la CPU, et enfin permettre l'asservissement de la période du PWM sur 10 celle de l'oscillateur.