欧美在线观看视频网站,亚洲熟妇色自偷自拍另类,啪啪伊人网,中文字幕第13亚洲另类,中文成人久久久久影院免费观看 ,精品人妻人人做人人爽,亚洲a视频

傳感器節(jié)點的制作方法

文檔序號:6691123閱讀:256來源:國知局
專利名稱:傳感器節(jié)點的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及能在傳感器網(wǎng)絡(luò)中利用的帶無線通信功能的傳感器節(jié)點的改良,特別是涉及能戴在人體上的傳感器節(jié)點。
背景技術(shù)
近年來,一直在研究在傳感器上附加具有無線通信功能的小型電子電路,將真實世界的各種各樣的信息實時取入到信息處理裝置中的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(以下稱作傳感器網(wǎng)絡(luò))??紤]了傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用,例如,也考慮了利用無線電路、處理器、傳感器和集成了電池的小型電子電路來在常時下監(jiān)視脈搏等生物體信息,利用無線通信將監(jiān)視結(jié)果發(fā)送到診斷裝置等,基于監(jiān)視結(jié)果判定健康狀態(tài)的醫(yī)療應(yīng)用(例如,專利文獻1~8)。
為了使傳感器網(wǎng)絡(luò)廣泛實用,關(guān)鍵在于長時間無需維護無線通信功能、傳感器和搭載電池等電源的電子電路(以下稱作傳感器節(jié)點),并且持續(xù)發(fā)送傳感器數(shù)據(jù),外形也要小型化。因此,逐步開發(fā)了微型且能設(shè)置在任何地方的傳感器節(jié)點。在現(xiàn)階段,實用上可以使用1年左右的時間而不需要更換電池,但需要從維護成本和方便使用這兩方面來考慮。
專利文獻1日本專利申請?zhí)亻_2003-102692號專利文獻2日本專利申請?zhí)亻_平10-155743號專利文獻3日本專利申請?zhí)亻_2001-070264號專利文獻4日本專利申請?zhí)亻_2002-200051號專利文獻5日本專利申請?zhí)亻_2003-010265號專利文獻6日本專利申請?zhí)亻_2003-275183號專利文獻7日本專利申請?zhí)亻_2004-139345號專利文獻8日本專利申請?zhí)亻_2004-312707號在上述傳感器節(jié)點中,需要長時間不更換電池而確保穩(wěn)定的無線通信性能,但又必須要將測定脈搏和體溫的傳感器節(jié)點戴在人體上。但是,雖然人體反射電磁波的一部分,但由于具有吸收一部分的特性,因此,為了降低發(fā)送所需的電力,并確保穩(wěn)定的通信性能,若不考慮無線電路的配置,就有難以用低功率進行穩(wěn)定的無線通信的問題。
此外,由于戴在人體上,若有人體的運動和佩戴位置的偏移等,在傳感器節(jié)點中就有生物體信息的測定精度低下的問題。
另外,在戴在人體上的傳感器節(jié)點中,鑒于考慮到傳感器節(jié)點的小型化而使用的天線的方向性、傳感器節(jié)點內(nèi)的電池和與基板等其他部件的關(guān)系,就必須要對于在上述專利文獻中沒下功夫的配置布局進行考慮。

發(fā)明內(nèi)容
因此,本發(fā)明鑒于上述問題點,其目的在于確保穩(wěn)定的無線通信性能,進一步的目的在于提供一種能維持生物體信息的測定精度的傳感器節(jié)點。
在具有無線通信電路和傳感器,利用無線通信發(fā)送傳感器測定的數(shù)據(jù)的傳感器節(jié)點中,具有配置了與上述無線通信電路連接的天線的第一基板、內(nèi)部收容上述第一基板的殼體、安裝在上述殼體上用于將該殼體固定在皮膚上的帶,上述天線配置在上述殼體的成為手表上的12點鐘方向的上部。
此外,上述天線配置在與上述殼體相對的第一基板上,上述帶與上述殼體的上部和下部連結(jié),能戴在手腕上。
此外,上述傳感器由配置在與皮膚相對的位置上的發(fā)光元件和受光元件構(gòu)成,上述發(fā)光元件和受光元件配置于在連結(jié)上述殼體的上下方向的線的中央部與其正交的軸線上。
發(fā)明效果從而,本發(fā)明通過將傳感器節(jié)點的天線設(shè)置在手表上的12點鐘方向的殼體上方,在手腕上戴上了該傳感器節(jié)點的情況下,就能在距離人體最遠的位置上配置天線,能夠設(shè)定成使得無線通信靈敏度最大。
此外,在將傳感器節(jié)點戴在手腕上的情況下,能夠?qū)l(fā)光元件和受光元件沿著手腕的大致中心配置在一條直線上,能夠沿著流經(jīng)手腕的血管配置發(fā)光元件和受光元件,在測定脈搏的情況下,就能與感應(yīng)對象的血管貼緊。其結(jié)果,能夠穩(wěn)定地進行感應(yīng),能夠提高測定精度。


圖1是示出本發(fā)明的第一實施方式的手鐲型傳感器節(jié)點的正視圖和示出天線配置的部分透視圖,示出在左腕上戴上了傳感器節(jié)點的情況。
圖2是示出從表面?zhèn)韧敢暁んw的底面時的脈搏傳感器的配置的說明圖。
圖3是示出利用本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點實現(xiàn)的健康管理傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例的方框圖。
圖4是示出在基站BS10中收集的傳感器數(shù)據(jù)的一例的說明圖。
圖5是示出傳感器節(jié)點內(nèi)部的基板單元的結(jié)構(gòu)的圖,(A)示出基板單元的俯視圖,(B)示出基板單元的正視圖,(C)示出基板單元的底視圖,(D)示出基板單元的背視圖,(E)示出基板單元的右側(cè)視圖。
圖6是構(gòu)成手鐲型傳感器節(jié)點的主體板BO1的第一面(SIDE1)的結(jié)構(gòu)圖。
圖7是構(gòu)成手鐲型傳感器節(jié)點的主體板BO1的第二面(SIDE2)的結(jié)構(gòu)圖。
圖8是構(gòu)成手鐲型傳感器節(jié)點的母插件板BO2的第一面(SIDE1)的結(jié)構(gòu)圖。
圖9是構(gòu)成手鐲型傳感器節(jié)點的母插件板BO2的第二面(SIDE2)的結(jié)構(gòu)圖。
圖10是構(gòu)成手鐲型傳感器節(jié)點的脈搏傳感插板BO3的第一面(SIDE1)的結(jié)構(gòu)圖。
圖11是構(gòu)成手鐲型傳感器節(jié)點的脈搏傳感插板BO3的第二面(SIDE2)的結(jié)構(gòu)圖。
圖12是示出了構(gòu)成手鐲型傳感器節(jié)點的主體板BO1、母插件板BO2、脈搏傳感插板BO3的結(jié)構(gòu)和各基板間的連接關(guān)系的結(jié)構(gòu)圖。
圖13是主體板BO1的剖面圖。
圖14是示出設(shè)置在手鐲型傳感器節(jié)點的母插件板BO2內(nèi)部的接地層(GPL20)、電源層(VPL20)和它們的禁止區(qū)域(NGA20)的正視圖。
圖15是示出設(shè)置在手鐲型傳感器節(jié)點的脈搏傳感插板BO3內(nèi)部的接地層(GPL30)、電源層(VPL30)和它們的禁止區(qū)域(NGA30)的正視圖。
圖16是示出在手鐲型傳感器節(jié)點中使用的LED顯示器(LSC1)的一例的電路圖,(a)示出利用反相器IV1的電流放大來驅(qū)動LED的例子,(b)示出利用微機芯片的PIO直接驅(qū)動LED的例子。
圖17是示出在手鐲型傳感器節(jié)點中使用的總線選擇(BS1、BS2)的一例的電路圖。
圖18示出在手鐲型傳感器節(jié)點中使用的緊急開關(guān)(ESW1)和測定開關(guān)(GSW1)的一例,(a)示出緊急開關(guān)ESW1的電路圖,(b)示出測定開關(guān)GSW1的電路圖。
圖19示出在手鐲型傳感器節(jié)點中使用的充電控制電路BAC1的一例,(a)是充電控制電路BAC1的電路圖,(b)是充電端子PCN1的電路圖。
圖20示出在手鐲型傳感器節(jié)點中使用的電源切斷開關(guān)(PS21、PS31)的一例,(a)示出用控制線SC10控制電源的電路圖,(b)示出用控制線SC20控制電源的電路圖。
圖21是示出在手鐲型傳感器節(jié)點中使用的模擬基準電位生成電路AGG1的一例的電路圖。
圖22是示出在手鐲型傳感器節(jié)點中使用的脈搏傳感器光量調(diào)整電路LDD1的一例的電路圖。
圖23是示出在手鐲型傳感器節(jié)點中使用的脈搏傳感器頭電路(PLS10、PLS20)的一例的電路圖,(a)示出使用了光電晶體管PT1的例子,(b)示出使用了光電二極管的例子。
圖24是示出在手鐲型傳感器節(jié)點中使用的脈搏傳感器信號放大電路AMP1的一例的電路圖。
圖25是示出脈搏傳感器信號放大電路的波形例的圖表,(a)示出脈搏傳感器信號放大電路的輸出AA與時間的關(guān)系,(b)示出脈搏傳感器信號放大電路的輸出D0的輸出與時間的關(guān)系。
圖26是示出在手鐲型傳感器節(jié)點中執(zhí)行的控制的一例的流程圖。
圖27是在圖26的P100中進行的傳感器節(jié)點的初始化程序的流程圖。
圖28是在圖26的P350中進行的LED光量調(diào)整的子程序的流程圖。
圖29是示出手鐲型傳感器節(jié)點的消耗電流與時間的關(guān)系的圖表。
圖30是示出手鐲型傳感器節(jié)點的各元件的消耗電流的說明圖。
圖31是示出緊急發(fā)報程序的一例的流程圖。
圖32是示出手鐲型傳感器節(jié)點的緊急發(fā)報時的消耗電流與時間的關(guān)系的圖表,(a)示出使用了本發(fā)明的緊急發(fā)報程序的情況,(b)示出不使用本發(fā)明的緊急發(fā)報程序的情況。
圖33示出第二實施方式,是傳感器節(jié)點的概略圖。
圖34同樣地示出第二實施方式,是示出基板BO2-2和溫濕度傳感器基板BO3-2的一例的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
以下基于

本發(fā)明的一個實施方式。
圖1是示出將本發(fā)明適用于手鐲型(或手表型)的傳感器節(jié)點SN1的例子的正視圖。該傳感器節(jié)點SN1主要測定佩戴者的脈搏。
<傳感器節(jié)點的概要>
在具有四邊的方形殼體CASE1的中央配置顯示消息等的顯示裝置LMon1。再有,作為顯示裝置LMon1,可以采用液晶顯示裝置等。并且,從第一邊向第二邊安裝帶BAND1,所述第一邊是手表上的12點鐘方向的殼體CASE1端部,所述第二邊是手表上的6點鐘方向的殼體CASE1端部,與第一邊對置,所述帶用于在手腕上固定傳感器節(jié)點SN1。再有,圖1中示出在左腕(WRIST1)上戴上了傳感器節(jié)點SN1的狀態(tài),以下,將手表上的12點鐘方向稱作殼體CASE1的上方,將手表上的6點鐘方向稱作殼體CASE1的下方。
在殼體CASE1的下端的帶BAND1與顯示裝置LMon1之間,在后述的基板BO2上,沿著手腕的長度方向配置著緊急開關(guān)SW1和測定開關(guān)SW2,并露出在殼體CASE1的表面上,佩戴者可以進行操作。再有,開關(guān)SW1是例如在佩戴者緊急時通過操作向外部通知緊急的開關(guān),開關(guān)SW2是在測定生物體信息(脈搏等)時和佩戴者對來自顯示裝置LMon1的詢問等做出響應(yīng)時進行操作的開關(guān)。作為這些開關(guān),典型的可以使用按鈕型的開關(guān),但也可以使用其他類型的開關(guān)。
然后,在殼體CASE1的上端的帶BAND1與顯示裝置LMon1之間,在殼體CASE1的內(nèi)部的基板(第一基板)BO2上配置著天線ANT1。該天線ANT1例如是使用了所謂的高介電體的片狀介質(zhì)天線(チツプ型誘電體アンテナ)。
傳感器節(jié)點SN1如后所述地具有測定脈搏的脈搏傳感器、測定體溫或周圍溫度的溫度傳感器、檢測佩戴者(生物體)的運動的傳感器、其通常為加速度傳感器。再有,不限于加速度傳感器,也可以使用能檢測運動的其他類型的傳感器。
圖2是示出配置在殼體CASE1的底面上的脈搏傳感器的配置的說明圖。本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點SN1中使用的脈搏傳感器由紅外線發(fā)光二極管和作為受光元件的光電晶體管構(gòu)成。再有,作為受光元件,除了光電晶體管之外,也可以使用光電二極管。在殼體CASE1的底面上設(shè)置的3個開口部H1~H3中設(shè)置一對紅外線發(fā)光二極管(發(fā)光元件)LED1、LED2和光電晶體管(受光元件)PT1,與皮膚相對地配置各元件,構(gòu)成脈搏傳感器。
該脈搏傳感器向皮下的血管照射紅外線發(fā)光二極管LED1、2所產(chǎn)生的紅外線,由光電晶體管PT1檢知來自血管的隨血流變動的散射光的強度變化,從該強度變化的周期推斷脈搏。
在此,在后述的基板BO3上配置紅外線發(fā)光二極管LED1、2和光電晶體管PT1,使得紅外線發(fā)光二極管LED1、2和光電晶體管PT1沿著在連結(jié)了殼體CASE1的上下方向(手表上的12點鐘和6點鐘)的線的中央部與其正交的軸線ax并列,另外,在紅外線發(fā)光二極管LED1與LED2之間以夾著光電晶體管PT1的方式配置光電晶體管PT1。
即,為了穩(wěn)定地取得脈搏,高效地捕捉血流變動非常重要。通過將圖2中示出的本發(fā)明中特有的配置、即紅外線發(fā)光二極管LED1和LED2及光電晶體管PT1配置在一條直線上,就能在手腕上戴上了本手鐲型傳感器節(jié)點SN1時,按沿著流經(jīng)手腕的血管、即沿著血管內(nèi)的血流的形式配置LED1、2和光電晶體管列。另外,如圖2所示,通過在手鐲型傳感器節(jié)點SN的中心配置這些紅外LED1、2和光電晶體管PT1,在用戶(佩戴者)進行了運動的情況下,也能使紅外線發(fā)光二極管LED1、2和光電晶體管PT1緊貼在手腕即感應(yīng)對象的血管上。其結(jié)果,就能穩(wěn)定地利用光電晶體管PT1高效地捕捉隨血流變動的紅外散射光的強度變動。
<傳感器網(wǎng)絡(luò)的概要>
圖3是示出使用本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點SN1構(gòu)筑了健康管理傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的例子的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
在圖3中,SN1~SN3是本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點。例如,以監(jiān)視用戶的健康狀態(tài)為目的,戴在用戶的手腕上。這些手鐲型傳感器節(jié)點SN1~SN3利用無線WL1~WL3與基站BS10進行無線通信。各傳感器節(jié)點SN1~3向基站BS10發(fā)送感應(yīng)到的溫度和脈搏等數(shù)據(jù)。
基站BS10由天線ANT10、無線通信接口RF10、處理器CPU10、存儲器MEM10、輔助存儲器STR10、顯示裝置DISP10、用戶接口裝置UI10和網(wǎng)絡(luò)接口NI10構(gòu)成。其中,輔助存儲器STR10典型的由硬盤等構(gòu)成。此外,顯示裝置DISP10由CRT等構(gòu)成。用戶接口裝置UI10典型的是鍵盤/鼠標等。
再有,基站BS10除了與傳感器節(jié)點SN1~3的無線通信以外,也可以例如經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)接口NI10通過廣域網(wǎng)WAN10與位于遠程的管理服務(wù)器SV10進行通信。管理服務(wù)器SV10具有CPU20、存儲器MEM20、輔助存儲器DB20和網(wǎng)絡(luò)接口NI20,使用數(shù)據(jù)庫等管理從基站BS10收集的傳感器數(shù)據(jù)。再有,廣域網(wǎng)WAN10中典型的可以使用因特網(wǎng)等。
圖4示出在圖3的健康管理傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中從各傳感器節(jié)點SN1~3向基站發(fā)送的傳感器數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)例,示出在基站BS10的輔助存儲器STR10中存儲的傳感器數(shù)據(jù)的例子。
在各傳感器節(jié)點SN1~3的傳感器數(shù)據(jù)中,按每個傳感器具有傳感器節(jié)點SN1~3的標識符(傳感器節(jié)點ID)和各傳感器節(jié)點SN1~3所測定的溫度、加速度、脈搏的傳感器ID,基站BS10按每個傳感器節(jié)點ID和傳感器ID收集測定值和測定時刻等,存儲在輔助存儲器STR10中。然后,定期或根據(jù)管理服務(wù)器SV10的請求發(fā)送測定的傳感器數(shù)據(jù)。
<傳感器節(jié)點的結(jié)構(gòu)>
圖5是示出構(gòu)成傳感器節(jié)點SN1的內(nèi)部的基板單元的配置的圖,基板單元以安裝了天線ANT1和顯示裝置LMon1的母插件板BO2為中心,共由3片基板BO1~BO3構(gòu)成,被收容在圖1中示出的殼體CASE1的內(nèi)部。
在圖5(B)的正視圖中,在母插件板BO2的上方(手表上的12點鐘方向)左側(cè)配置天線ANT1,在中央部配置顯示裝置LMon1,在母插件板BO2的下方(手表上的6點鐘方向)配置緊急開關(guān)ESW1(圖1的SW1)和測定開關(guān)GSW1(圖1的SW2)。然后,在母插件板BO2的背面安裝電池BAT1、設(shè)置了脈搏傳感器的基板(第三基板)BO3、設(shè)置了微型計算機(控制裝置)和通信芯片的基板BO1(參照(C)底視圖、(D)背視圖、(E)右側(cè)視圖)。再有,母插件板BO2的上方與殼體CASE1的上方一致。
在安裝了顯示裝置LMon1、基板BO1和BO3的狀態(tài)下,將該母插件板BO2組裝在圖1中示出的殼體CASE1中。在殼體CASE1內(nèi)組裝成母插件板BO2的上方與殼體CASE1的上方一致。
即,在本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點SN1中,其特征在于,在母插件板BO2上的表面?zhèn)?圖1的殼體CASE1的正面?zhèn)?,按照從圖5(B)的正視圖的下方開始向上方、即從戴上了本手鐲型傳感器節(jié)點SN1的用戶(佩戴者)的人體由近及遠的順序,配置了緊急開關(guān)ESW1、測定開關(guān)GSW1、顯示裝置LMon1、天線ANT1。
首先,第一,從用戶的觀察性的觀點出發(fā),如圖1所示,顯示裝置LMon1最好配置在手鐲型傳感器節(jié)點SN1的中心。第二,從緊急開關(guān)ESW1和測定開關(guān)GSW1的操作性的觀點出發(fā),最好配置成能一邊看顯示裝置LMon1一邊進行操作。即,最好是將這些開關(guān)ESW1、GSW1配置在顯示裝置LMon1的下面(手表上的6點鐘方向)、即人體側(cè)的本發(fā)明的配置。第三,天線ANT1最好配置在無線通信靈敏度最大的位置上。
另一方面,根據(jù)殼體CASE1的尺寸的限制,可內(nèi)裝在本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點SN1中的天線是使用了所謂的高介電體的片狀介質(zhì)天線。眾所周知,片狀介質(zhì)天線在垂直于天線的方向上具有方向性。
具體地說,在圖5(B)的正視圖中,天線ANT1在紙面的上下方向(手表上的12點鐘方向和6點鐘方向)上具有方向性。因此,若與圖5中示出的配置相反,將天線ANT1安裝在緊急開關(guān)SW1/測定開關(guān)SW2側(cè),則顯示裝置LMon1就成為障礙物,無線通信靈敏度就大幅度地變差了。此外,天線ANT1在圖5(B)的紙面的下方(人體側(cè))也具有無線電波的方向性,但若從傳感器節(jié)點SN1在無線通信中使用的2.4GHz頻帶(不特殊限定)的無線信號來看,手腕和人體是地電位,不透過無線電波。因此,若將天線ANT1安裝在殼體CASE1的下側(cè),由于接近人體無線通信靈敏度就顯著變差。從而,最佳配置是將天線ANT1配置成位于無線通信靈敏度最大的殼體CASE1的上方的結(jié)構(gòu)。
另外,若考慮用右手的用戶多數(shù)在左腕上戴手鐲型傳感器節(jié)點SN1,則在圖5(B)中的在殼體CASE1的上部右側(cè)配置了天線ANT1的情況下,受左手手背的影響而無線通信靈敏度降低。因此,如圖所示,通過在殼體CASE1的上部左側(cè)配置天線ANT1,就能夠配置在離開左腕手背的位置上,能夠提高無線通信靈敏度。再有,在是左撇子的情況下,由于戴在右手上,因此,通過將天線設(shè)置在殼體上部的右側(cè),就能夠降低右手手背的影響,提高天線的方向性。此外,在面向女性的、向著與手掌相同的面安裝顯示裝置的方法中,受手掌比受手背的影響大,但是可以通過如上所述地將天線配置在基板的上部,通過配置在基板的上部,來降低手掌的影響。
其次,在母插件板BO2的背面,沿著圖2的軸線ax串聯(lián)地在基板BO3上配置構(gòu)成脈搏傳感器的紅外線發(fā)光二極管LED1、2和光電晶體管PT1。如圖2中說明地,從殼體CASE1上設(shè)置的開口部(H1~H3)與皮膚相對地設(shè)置這些紅外線發(fā)光二極管LED1、2和光電晶體管PT1,該基板BO3被支撐在母插件板BO2的背面。再有,在圖5(E)中,顯示裝置LMon1側(cè)是殼體CASE1的表面?zhèn)?,基板BO1和BO3側(cè)成為殼體CASE1的底面?zhèn)?。此外,被母插件板BO2支撐的顯示裝置LMon1和緊急開關(guān)SW1、操作開關(guān)SW2配置在殼體CASE1的表面?zhèn)龋ㄟ^各自設(shè)置保護蓋,具有防止向殼體表面露出的結(jié)構(gòu)(省略圖示)。
在圖5(D)的背視圖中,在基板BO3的上方(殼體CASE1的下方)配置有安裝在母插件板BO2的背面的電池BAT1和具有微型計算機和通信芯片的基板BO1,該基板BO1被支撐在母插件板BO2的背面。然后,在圖中水平方向上相互不重疊地配置基板BO1和電池BAT1。這樣,通過在母插件板BO2的里面配置具有一定厚度的電池BAT1和基板BO1,就能夠在天線與生物體即與手腕之間確保距離,能提高天線的方向性。
下面,對于上述母插件板BO2和基板BO1、BO3進行詳細說明。
圖6是構(gòu)成本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點SN1的3片基板中的基板BO1的一個主面SIDE1。此外,圖7是基板BO1的與SIDE1相反的主面SIDE2。同樣地,圖8示出構(gòu)成本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點SN1的母插件板BO2的第一主面SIDE1,圖9中示出基板BO2的第二主面SIDE2。另外,圖10中示出構(gòu)成本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點SN1的基板BO3的第一主面SIDE1,圖11中示出基板BO3的第二主面SIDE2。這三片基板如圖12所示,利用后述的連接器(CN1、CN2、SCN1、SCN2)和天線連接電纜CA1進行連接。并且,這三片基板BO1~BO3的形狀的概要和連接器的位置關(guān)系的概要如上述圖5。
首先,按照圖6和圖7說明基板BO1(以下設(shè)為主體板BO1)的結(jié)構(gòu)進行說明。在圖6中,在主體板BO1的第一主面SIDE1上,在圖中右側(cè)配置第一無線通信半導(dǎo)體集成電路芯片(CHIP1、以下簡稱RF芯片)。然后,在RF芯片的上方配置向RF芯片供給時鐘的第一晶體振蕩器X1和測定佩戴者或周圍的溫度的溫度傳感器TS1。再有,溫度傳感器TS1與后述的信號接口IF1連接。
在圖中左側(cè)配置天線連接器SMT1和與該天線連接器SMT1連接的匹配電路MA1,匹配電路MA1與RF芯片的高頻接口RFIO連接。
在圖中右上配置用于通過第一主面SIDE1和第二主面SIDE2間的接口信號線的基板通孔(V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8)、由這些信號線構(gòu)成的信號接口IF1、用于連接第一主面SIDE1和第二主面SIDE2的電源與地的基板通孔VP1、VP2。此外,在主面SIDE1的預(yù)定位置上配置LED顯示器LSC1和電源線的電源旁路電容器C1。
如圖7所示,主體板BO1的第二主面SIDE2上配置了大致配置在中央部的第二微型計算機半導(dǎo)體集成電路芯片(CHIP2、以下簡稱為微機芯片)和向微機芯片供給時鐘的第二晶體振蕩器X2。
在第二主面SIDE2的右上配置與第一主面SIDE1的信號接口IF1,在基板BO1的內(nèi)外之間進行通信。
此外,在微機芯片的下方配置與IRQ1連接的實時時鐘電路RTC1和控制與微機芯片CHIP2的連接的第一串行總線控制電路BS1。
在圖中左下配置與第二基板BO2的連接器CN1,在其上方配置電源電路的電源旁路電容器C2。
再有,圖7是從里側(cè)(=圖6的第一主面SIDE1)透視了第二主面SIDE2的圖。因此,在從第二主面SIDE2眺望主體板BO1的情況下,實際上與本圖面左右對稱地配置部件。在本說明書中,以下的附圖也用同樣的方式進行表示。
在微機芯片上,除了可隨機重寫存儲器和搭載程序的非易失性存儲器之外,還將能用搭載程序控制的可編程輸入輸出電路PIO、能將模擬信號變換為能在微機芯片內(nèi)部運算處理的數(shù)字信號的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路ADC、能利用串行線執(zhí)行信號與外部的數(shù)據(jù)交換的串行接口電路(SIO1、SIO2)、利用來自外部的信號實現(xiàn)程序的中斷執(zhí)行的外部中斷電路IRQ和程序重寫接口DIF等集成為一個單片。
此外,在RF芯片上,將用于生成無線信號的振蕩電路、將來自微機芯片的數(shù)字信號變換為無線信號的調(diào)制解調(diào)電路及無線電路等集成為一個單片。本微機芯片根據(jù)由晶體振蕩器X2生成的時鐘信號進行工作。同樣地,RF芯片根據(jù)由晶體振蕩器X1生成的時鐘信號進行工作。
下面,按照圖8和圖9說明母插件板BO2的結(jié)構(gòu)。在圖8中,在母插件板BO2的第一主面SIDE1的上方配置天線ANT1,配置在母插件板BO2的圖中上方左側(cè);包圍天線ANT1設(shè)置的接地/電源層禁止區(qū)域NGA20,該區(qū)域不設(shè)置電源和接地電路的圖形,用圖中斜線矩形區(qū)域來表示;匹配電路MA2,配置在與接地/電源層禁止區(qū)域NGA20右側(cè)相鄰的位置上;與該匹配電路MA2連接的天線連接器SMT2;電源接通復(fù)位電路POR1,與配置在母插件板BO2的上方右側(cè)的復(fù)位開關(guān)RSW1連接;串并聯(lián)變換電路SPC1,配置在電源接通復(fù)位電路POR1的下方,與顯示裝置LMon1連接。接地/電源層禁止區(qū)域NGA20是天線ANT1的安裝位置和天線NAT1的周圍區(qū)域,是在母插件板BO2的表面、里面和內(nèi)部禁止形成電源和接地電路的區(qū)域。換言之,在母插件板BO2中,在除了接地/電源層禁止區(qū)域NGA20的區(qū)域中形成電源和接地電路。
然后,如圖1所示,在母插件板BO2的主面SIDE1的中央部配置顯示裝置LMon1,使得在殼體CASE1的正面中位于大致中央部。其中,將顯示裝置LMon1配置得不與接地/電源層禁止區(qū)域NGA20重疊。
在配置在母插件板BO2的主面SIDE1的中央部的顯示裝置LMon1的下方,在圖中下方的左側(cè)配置向母插件板BO2供給電力的電源穩(wěn)壓調(diào)節(jié)器REG1、控制對電池BAT1的充電功率的充電控制電路BAC1、用于與外部的電源連接的充電端子PCN1。
然后,在顯示裝置LMon1與母插件板BO2的下端間的主面SIDE1的大致中央部設(shè)置上述緊急呼叫開關(guān)ESW1、測定施加在傳感器節(jié)點SN1上的加速度的加速度傳感器AS1和上述測定開關(guān)GSW1。再有,加速度傳感器AS1配置在緊急開關(guān)ESW1與測定開關(guān)GSW1之間。
然后,在母插件板BO2周圍的預(yù)定位置上形成殼體安裝孔(TH20、TH21、TH22)和天線電纜通孔AH20,通過安裝孔TH20~22安裝在殼體CASE1上。
此外,在母插件板BO2的預(yù)定位置上形成用于通過第一主面SIDE1和第二主面SIDE2間的接口信號線的基板通孔(V20、V21、V22、V23、V24、V25、V26、V27、V28、V29),此外,將用于連接第一主面SIDE1和第二主面SIDE2的電源與地的基板通孔(VP20、VP21、VP22、VP23、VP24、VP25)和電源旁路電容器C20、C21配置在預(yù)定的位置上。
下面,圖9示出母插件板BO2的第二主面SIDE2。在圖9中,在母插件板BO2的圖中上方左側(cè)形成不設(shè)置電源和接地電路圖形的接地/電源層禁止區(qū)域NGA20。然后,在母插件板BO2的圖中下方的左側(cè)安裝電池BAT1。該電池BAT1可以由例如可充電的二次電池等構(gòu)成。
另外,在母插件板BO2的第二主面SIDE2的預(yù)定位置上,由下述器件構(gòu)成存儲數(shù)據(jù)等的非易失性存儲器SROM1;用于向母插件板BO2上供給電力的電源穩(wěn)壓調(diào)節(jié)器REG2;與電源穩(wěn)壓調(diào)節(jié)器REG2連接,生成基準電位的模擬基準電位生成電路AGG1;與基板BO3連接的連接器SCN1;控制供給電源穩(wěn)壓調(diào)節(jié)器REG2的電力的電源切斷控制開關(guān)PS21;連接至與主體板BO1的連接器CN2的串行總線控制電路BS2;蜂鳴器Buz1,配置為連接至與主體板BO1的連接器CN2,并與電池BAT1重疊;電源旁路電容器C22、C23。
在本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點中,其特征在于,為了在用戶(佩戴者)在手腕上戴上了本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點SN1的情況下能進行穩(wěn)定的無線通信,采用了如下的特有的部件配置。即,將天線ANT1配置在佩戴時距離人體最遠的位置、即成為圖8的上邊的CA-CB線側(cè)。另外,在天線ANT1的周圍設(shè)置不形成電源和接地電路圖形的接地/電源層禁止區(qū)域NGA20。
下面,在圖10和圖11中對于安裝在母插件板BO2的背面上部的基板BO3(以下稱作脈搏傳感插板BO3)的結(jié)構(gòu)進行說明。
在圖10中,脈搏傳感插板BO3的第一主面SIDE1在圖中左上的預(yù)定區(qū)域中具有不形成電源和接地電路圖形的接地/電源層禁止區(qū)域NGA30。該接地/電源層禁止區(qū)域NGA30如圖5(E)所示,由于脈搏傳感插板BO3與安裝了母插件板BO2的天線ANT1的接地/電源層禁止區(qū)域NGA20重疊,因此,母插件板BO2的與接地/電源層禁止區(qū)域NGA20相對的區(qū)域同樣地作為不形成電路圖形的區(qū)域。
然后,在脈搏傳感插板BO3的第一主面SIDE1的圖中右下配置用于與母插件板BO2連接的連接器SCN2,在連接器SCN2的上方,由第一主面SIDE1與第二主面SIDE2間的接口信號線和用于連接電源/接地線的基板通孔V30、V31、V32、V33、V34、V35、V36、V37構(gòu)成。
然后,在脈搏傳感插板BO3周圍的預(yù)定位置上形成殼體安裝孔TH30、TH31、TH32和天線電纜通孔AH30。
下面,圖11示出脈搏傳感插板BO3的第二主面SIDE2。在該第二主面SIDE2上,與主面SIDE1的接地/電源層禁止區(qū)域NGA30區(qū)域相對應(yīng),在圖中上方的左側(cè)配置接地/電源層禁止區(qū)域。
然后,在脈搏傳感插板BO3的第二主面SIDE2的下端,在圖中左右方向上配置由紅外線發(fā)光二極管LED1、光電晶體管PT1和紅外線發(fā)光二極管LED2構(gòu)成的脈搏傳感器頭電路PLS1,構(gòu)成脈搏傳感器。在脈搏傳感插板BO3的第二主面SIDE2的圖中左下配置控制供給紅外線發(fā)光二極管LED1、2的電力的脈搏傳感器LED光量控制電路LDD1、控制供給該脈搏傳感器LED光量控制電路LDD1的電力的電源穩(wěn)壓調(diào)節(jié)器REG3、控制供給該電源穩(wěn)壓調(diào)節(jié)器REG3的電源的接通/關(guān)斷的電源切斷控制開關(guān)PS31。
然后,在主面SIDE2的圖中右側(cè)的區(qū)域中配置放大光電晶體管PT1的輸出的脈搏傳感器信號放大電路AMP1。該脈搏傳感器信號放大電路AMP1的輸出等被連接至第一主面SIDE1和第二主面SIDE2間的接口信號線和用于連接電源/接地線的基板通孔V30、V31、V32、V33、V34、V35、V36、V37中的基板通孔V31~V34。
此外,殼體安裝孔TH30和天線電纜通孔AH30與主面SIDE1的一樣。
另外,在脈搏傳感插板BO3上的預(yù)定位置上配置電源旁路電容器C30、C31。
特征點在于,將與配置在母插件板BO2上的接地/電源層禁止區(qū)域NGA20相對的區(qū)域,作為脈搏傳感插板BO3的接地/電源層禁止區(qū)域NGA30設(shè)為不形成電路圖形的區(qū)域。這樣,在用戶(佩戴者)US1在手腕上戴上了手鐲型傳感器節(jié)點SN1的情況下,能實現(xiàn)穩(wěn)定的無線通信。
圖12是示出本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點SN1的基板單元的整體結(jié)構(gòu)的圖。如上述說明的所述,本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點SN1由主體板BO1、母插件板BO2和脈搏傳感插板BO3構(gòu)成。其中,主體板BO1和母插件板BO2由連接器CN1和CN2進行連接。
此外,母插件板BO2和脈搏傳感插板BO3由脈搏傳感器連接器SCN1和SCN2進行連接。另外,利用天線連接電纜CA1連接主體板BO1的天線連接端子SMT1和母插件板BO2的天線連接端子SMT2。這樣就實現(xiàn)了使用了母插件板上的天線ANT1的無線通信。
連接器CN1和CN2由微機芯片數(shù)字信號線DP、微機芯片復(fù)位信號線RES、微機串行總線控制信號線BC、微機芯片串行總線信號線SB、微機芯片程序重寫信號線DS、微機芯片外部中斷信號線INT、微機芯片模擬信號線AP、電源線VDD和接地線GND構(gòu)成。這些信號線中,數(shù)字信號線DP和串行總線控制信號線BC與微機芯片CHIP2的可編程輸入輸出電路PIO連接,可以利用微機芯片搭載程序進行控制。如后所述地,通過微機芯片搭載程序可用于實現(xiàn)本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點特有的動作。
串行總線信號線SB與微機芯片搭載的第二串行接口SIO2連接。通過如后所述地經(jīng)由串行總線控制信號線BC,控制主體板BO1搭載的串行總線選擇電路BS1和母插件板BO2搭載的第二串行總線選擇電路BS2,就能利用所謂的總線形式,與搭載在主體板BO1上的實時時鐘電路RTC1、搭載在母插件板BO2上的非易失性存儲器SROM1、顯示裝置LMon1、串并聯(lián)變換電路SPC1進行數(shù)據(jù)交換。
復(fù)位信號線RES通過搭載在母插件板BO2上的電源接通復(fù)位電路POR1被控制。利用該電源接通復(fù)位電路實現(xiàn)電源接通時的微機芯片的復(fù)位動作。再有,利用母插件板BO2搭載的手動復(fù)位開關(guān)RSW1,能根據(jù)需要產(chǎn)生復(fù)位信號,也能在程序動作中用手動強制地復(fù)位。
主體板BO1的模擬信號線AP與母插件板BO2搭載的加速度傳感器AS1連接,并且經(jīng)由脈搏傳感器連接器SCN1和SCN2,與脈搏傳感插板BO3搭載的脈搏傳感器信號放大電路AMP1連接。可以經(jīng)由該模擬信號線AP,使用微機芯片內(nèi)裝的模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換電路ADC讀取加速度傳感器和脈搏傳感器的輸出電壓值。如后所述地,通過利用本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點SN1所特有的感應(yīng)控制程序,組合使用這兩種傳感器,來實現(xiàn)低消耗功率的脈搏感應(yīng)動作。
外部中斷信號線INT與搭載在母插件板BO2上的緊急呼叫開關(guān)ESW1和測定開關(guān)GSW1連接,通過按壓這些開關(guān),就能使微機芯片產(chǎn)生中斷請求。如后所述地,通過與本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點所特有的緊急呼叫程序組合使用,能不降低緊急呼叫的響應(yīng)性能、即不劣化響應(yīng)時間,而成功地將消耗功率抑制到大致與待機狀態(tài)同等的水平。
重寫信號線DS是用于微機芯片搭載程序的重寫的信號線。是通過與具有適當接口的插板和程序開發(fā)工具進行組合,用于提供一種微機芯片搭載程序的調(diào)試和重寫環(huán)境的信號線。再有,開發(fā)環(huán)境和重寫環(huán)境與其他相關(guān)在此不特殊說明。
連接母插件板BO2和脈搏傳感插板BO3的連接器SCN1和SCN2由電源線Vbb、AVcc、模擬基準電位線AAG1、接地線GND、脈搏傳感器LED光量控制信號線LDS、脈搏傳感器LED電源切斷控制信號線PSS、脈搏傳感器信號線SAA構(gòu)成。
由母插件板BO2搭載的模擬基準電位生成電路AGG1生成模擬基準電位信號線AAG1。本模擬基準電位AGG1被脈搏傳感插板BO3搭載的脈搏傳感器頭電路PLS1和脈搏傳感器信號放大電路AMP1使用作脈搏傳感器受光部光電晶體管PT1的基準電位。
脈搏傳感器LED光量控制信號線LDS與脈搏傳感插板BO3搭載的脈搏傳感器LED光量控制電路LDD1連接。可以利用母插件板BO2搭載的串并聯(lián)變換電路SPC1,從微機芯片經(jīng)由串行總線SB控制本控制信號線。通過控制本信號線,就能由微機芯片搭載程序控制紅外線發(fā)光二極管LED1、2的紅外線的光量。在本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點SN1中,通過組合本發(fā)明所特有的脈搏感應(yīng)控制程序和該控制信號線,在抑制消耗功率的同時實現(xiàn)穩(wěn)定的脈搏傳感。
脈搏傳感器LED電源切斷控制信號線PSS與光量控制信號線LDS同樣地,利用母插件板BO2搭載的串并聯(lián)變換電路SPC1,被微機芯片經(jīng)由串行總線SB進行控制。通過由微機芯片搭載軟件使本控制信號線停用,就能切斷向紅外線發(fā)光二極管LED1、2的電流供給。然后,通過與本發(fā)明所特有的脈搏感應(yīng)控制程序組合,就能抑制脈搏傳感器未使用時的消耗電流到最小限度。
脈搏傳感器信號線SAA經(jīng)由連接器CN1和CN2,向微機芯片內(nèi)裝的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路ADC進行輸入。經(jīng)由本信號線SAA,就能向微機芯片取入來自脈搏傳感器的信號。再有,如后所述地,通過與本發(fā)明所特有的脈搏感應(yīng)控制程序組合使用,就能以低消耗功率且穩(wěn)定地取得脈搏信號。
<各板的動作>
以上是本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點SN1的結(jié)構(gòu)。以下從主體板BO1開始依次說明各板的動作。
在圖6、圖7中,主體板BO1由RF芯片CHIP1和微機芯片CHIP2構(gòu)成。這2個芯片利用IF1相互連接。微機芯片控制本插板搭載的溫度等傳感器TS1和脈搏傳感插板BO3搭載的脈搏傳感器,取得傳感器數(shù)據(jù)。
另外,經(jīng)由IF1控制RF芯片進行傳感器數(shù)據(jù)的收發(fā)。RF芯片用適當?shù)姆绞綄奈C芯片送來的傳感器數(shù)據(jù)變換為無線信號,通過天線ANT1無線發(fā)送到設(shè)置在基站BS10(參照圖3)中的無線終端。
另外,根據(jù)需要,RF芯片通過天線ANT1接收來自上述基站BS10的無線信號。從基站BS10典型地送來傳感器數(shù)據(jù)的取得時間間隔(取得頻率)、無線信號中使用的無線頻率和傳輸速率等動作參數(shù)、如后所述地讓搭載在本手鐲型傳感器節(jié)點SN1上的顯示裝置LMon1顯示的消息等。
再有,從基站BS10發(fā)送來的無線信號在RF芯片內(nèi)被變換為微機芯片所能處理的數(shù)字數(shù)據(jù)后,經(jīng)由IF1交給微機芯片。微機芯片解析來自基站BS10的數(shù)字數(shù)據(jù)的內(nèi)容后執(zhí)行必要的處理。例如,在接收了動作參數(shù)的情況下,反映到下一次開始的無線通信時和傳感器驅(qū)動時的設(shè)定中。此外,在接收了顯示消息的情況下,控制串行接口,使母插件板BO2搭載的顯示裝置LMon1上顯示必要的消息。再有,如后所述地,在本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點SN1中,若適當設(shè)定微機芯片上搭載的程序,則不僅能發(fā)送脈搏和溫度等傳感器信息,還能向基站發(fā)送其他數(shù)據(jù)。例如,在戴上了本手鐲型傳感器節(jié)點SN1的用戶US1的身體突然不舒服的情況下等,按下緊急開關(guān),就能利用無線通信向基站BS10發(fā)報緊急呼叫。
接口IF1(參照圖6、圖7)由RF芯片數(shù)據(jù)信號線DIO、RF芯片選擇信號線CS、RF芯片復(fù)位信號線Rst、RF芯片電源控制信號線Reg和RF芯片數(shù)據(jù)中斷信號線Dirq構(gòu)成。這些信號線中,RF芯片數(shù)據(jù)信號線DIO與微機芯片的第一串行接口SIO1連接,用于傳感器數(shù)據(jù)的發(fā)送和動作參數(shù)/顯示消息等的接收。此外,RF芯片選擇信號線CS通過微機芯片的可編程數(shù)據(jù)輸入輸出端口PIO被控制,僅在進行無線收發(fā)的情況下被激活。同樣地,RF芯片電源控制信號線Reg是用于RF芯片的電源接通/關(guān)斷目的的信號線,通過微機芯片的PIO被控制。另外,RF芯片復(fù)位信號線Rst是用于在RF芯片電源接通后將RF芯片內(nèi)部的各電路塊設(shè)定為初始狀態(tài)以進行預(yù)定動作的控制信號線。與RF芯片電源控制信號線Reg同樣地通過微機芯片的PIO被控制。
此外,RF芯片數(shù)據(jù)中斷信號線Dirq是目的在于在RF芯片結(jié)束了數(shù)據(jù)的發(fā)送準備或RF芯片內(nèi)存在從基站接收到的數(shù)據(jù)的情況下,從RF芯片向微機芯片請求適當?shù)奶幚淼男盘柧€。因此,與微機芯片的外部中斷線IRQ連接。再有,有關(guān)以上說明的信號線都只是一例??梢愿鶕?jù)使用的RF芯片和微機芯片的種類適當?shù)刈兏?。但是這樣不影響本發(fā)明的本質(zhì)。
圖13是主體板BO1的剖面圖。如該圖所示,在主體板BO1內(nèi)部設(shè)置著第一接地平面GPL1和第一電源平面VPL1。接地平面GPL1在基板內(nèi)部與連接地電位的信號線例如VP2等連接,被固定為地電位。此外,電源平面VPL1同樣地在基板內(nèi)部與連接電源線VDD的信號線例如VP1等連接,被固定為電源線VDD。再有,在本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點中,將這2個導(dǎo)電平面層用作主體板BO1的2個主面SIDE1與SIDE2間的屏蔽。通常,由以安裝在SIDE2上的微機芯片為代表的數(shù)字電路所產(chǎn)生的噪聲,若原樣不動則將蔓延至SIDE1上搭載的RF芯片中,對接收靈敏度產(chǎn)生不好的影響。但是,若在基板內(nèi)部設(shè)置與地電位或電源電位連接的導(dǎo)電層,則利用它的屏蔽效果,就能降低蔓延至SIDE1面中的噪聲成分。其結(jié)果,在有限的安裝面積限制中,能有效地抑制噪聲,提高RF芯片的有效的接收靈敏度。本方式除了提高接收靈敏度以外,對防止在數(shù)字電路中產(chǎn)生的噪聲作為無用的寄生成分從天線發(fā)射也十分有效。
<主體板BO1的詳細動作>
以下,參照圖6、圖7說明本發(fā)明的主體板BO1的RF部的結(jié)構(gòu)和動作。由于RF芯片不是本發(fā)明特有的芯片,因此,關(guān)于內(nèi)部的詳細結(jié)構(gòu)不特殊說明。一般地,數(shù)字接口(圖6的DIO、CS、Rst、Reg、Dirq)部由高頻接口部RFIO、時鐘振蕩部OS1和電源部Vdd構(gòu)成。
數(shù)字接口部進行與微機芯片的數(shù)據(jù)交換。如已經(jīng)說明的,在本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點SN1中使用的RF芯片中,利用來自微機芯片的控制信號使振蕩電路OSC停止,另外,通過切斷RF芯片的電源供給,也能使RF芯片全體轉(zhuǎn)移到待機狀態(tài)。該情況下,典型地能削減RF芯片的消耗電流到1μA以下。
在高頻接口部RFIO中,從在RF芯片內(nèi)部生成的載波信號和來自微機芯片的數(shù)據(jù)信號生成無線通信信號,經(jīng)由匹配電路MA1發(fā)送到天線ANT1。在接收時,無線信號從天線ANT1經(jīng)由匹配電路MA1,在高頻接口部中被解調(diào)后,解調(diào)后的數(shù)據(jù)信號經(jīng)由數(shù)字接口部DIO送到微機芯片。在時鐘振蕩部中,從晶體振蕩器X1生成RF芯片動作所需的時鐘。
再有,在以上的RF芯片的說明中,簡化為僅本發(fā)明的說明所必需的部分。實際上,除此之外,各種各樣的電路塊也能集成。但是,這樣當然不影響本發(fā)明的本質(zhì)。以下關(guān)于其他結(jié)構(gòu)部件的動作和結(jié)構(gòu)進行說明。
匹配電路MA1的作用如下。即,其為用于使天線ANT1的輸入輸出阻抗與RF芯片的輸入輸出阻抗匹配,使高頻無線信號能夠在這些元件間無損耗地傳遞的電路。該匹配電路MA1基本上由電感器和電容器等無源器件構(gòu)成。由于是與本發(fā)明的本質(zhì)無關(guān)的部分,故在此不詳細說明。
下面,對于主體板BO1的數(shù)字部分進行說明。是數(shù)字部分的主要部件的微機芯片CHIP2由隨機存取存儲器/非易失性存儲器、處理器、串行接口、A/D轉(zhuǎn)換器、可編程輸入輸出電路、外部中斷電路等構(gòu)成。這些電路塊利用內(nèi)部總線相互結(jié)合,能相互進行數(shù)據(jù)的交換和控制。再有,在上述圖7中僅示出了本發(fā)明的說明所必需的部分。在微機芯片的非易失性存儲器上搭載有用于實現(xiàn)后述的本發(fā)明特有的控制方式的軟件。按照搭載的軟件,處理器CPU控制微機芯片內(nèi)的其他電路塊,實現(xiàn)期望的動作。此外,如已經(jīng)說明的,串行接口電路SIO用于與RF芯片的數(shù)據(jù)交換。另外,也用于RTC等數(shù)據(jù)的交換。另外,利用AD轉(zhuǎn)換電路ADC讀入模擬類型的傳感器的數(shù)據(jù)。另外,利用可編程輸入輸出電路PIO控制以上說明的各種信號線,將本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點的電路的各塊設(shè)定為期望的動作模式。
溫度傳感器TS1是模擬型的傳感器,測定戴上了本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點SN1的用戶(佩戴者)的體溫和環(huán)境溫度。來自傳感器TS1的溫度數(shù)據(jù)被圖7的ADC變換為數(shù)字量,根據(jù)需要存儲在微機芯片的隨機存取存儲器或非易失性存儲器中。再有,以利用后述的間歇動作的低消耗功率化為目的,在本發(fā)明的傳感器節(jié)點SN1中,利用微機芯片的PIO(P8)進行溫度傳感器TS1的電源供給。即,僅在使用溫度傳感器時,將圖7的并聯(lián)信號線P8設(shè)定為“1”,向溫度傳感器供給電源后啟動傳感器,讀取溫度傳感器TS1的值。讀取結(jié)束后,將PIO/P8返回到“高阻抗狀態(tài)”,切斷電源供給。這樣就抑制了溫度傳感器TS1的無用的功率消耗。由于溫度傳感器TS1典型的消耗電流是5μA,因此,可以直接使用微機芯片的PIO輸出作為溫度傳感器TS1的電源。
再有,在對于溫度傳感器TS1例如想使用高精度類型的情況下,消耗電流就變?yōu)閿?shù)mA以上,該情況下,更好的結(jié)構(gòu)是利用微機芯片的PIO控制后述的電源切斷開關(guān),控制向傳感器的電源供給。
圖16是LED顯示器LSC1的結(jié)構(gòu)例。通常,如圖16(b)所示,由微機芯片的PIO直接驅(qū)動的類型即可。在想讓LED顯示器的光量更亮的情況下,如圖16(a)所示,也可以使用利用反相器IV1進行電流放大的類型。再有,反相器僅用作電流放大的目的。因此,不特殊限定為反相器,例如,也可以使用雙極性晶體管和MOS型晶體管等能放大電流的其他元件。
圖7的實時時鐘模塊RTC1用于削減微機芯片待機時的消耗電流,降低間歇動作時的消耗功率。在間歇動作中,為通過按一定間隔啟動電路進行期望的動作,在動作結(jié)束后立即將電路轉(zhuǎn)移到待機狀態(tài),來抑制平均消耗功率的方式。
對于傳感器節(jié)點SN1的低消耗功率化是極佳的低功率方式。例如,在本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點SN1中,只要沒有特殊情況,典型的若能按5分鐘~1小時間隔執(zhí)行感應(yīng)就足夠。剩余時間最好切斷對無用部分的電源供給,能夠達到電池的長壽命化。該間歇動作中,定時信號即感應(yīng)的時間間隔等基準時間信號必不可少。一般地,由搭載在傳感器節(jié)點SN1中的微機芯片生成該定時信號。但是,要由微機芯片產(chǎn)生定時信號,就需要由時鐘X2持續(xù)地使微機芯片繼續(xù)動作。在現(xiàn)有的半導(dǎo)體技術(shù)的情況下,典型的,若由微機芯片產(chǎn)生定時信號,則在現(xiàn)有的半導(dǎo)體技術(shù)中,將消耗10μA左右的電流。因此,在本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點SN1中采用了將專用的低消耗功率的實時時鐘模塊RTC1作為外帶裝置,利用該模塊RTC1產(chǎn)生該定時信號的方式。再有,作為專用的實時時鐘模塊,在當前的半導(dǎo)體技術(shù)中可取得消耗電流0.5μA左右的模塊。此外,由于微機芯片不需要生成上述間歇動作的定時信號,因此,就能使時鐘X2停止。即,就能將微機芯片轉(zhuǎn)移到更低消耗功率的動作模式。典型地,在保障微機芯片內(nèi)的寄存器和隨機存取存儲器的內(nèi)容保持的、所謂的軟件待機動作模式中,能將消耗電流抑制到1μA以下。即,能將消耗功率削減到由微機芯片產(chǎn)生定時信號時的1/10。
在由RTC1產(chǎn)生間歇動作的定時信號的方式中,需要根據(jù)來自RTC1的定時信號,使微機芯片從軟件待機動作模式復(fù)原。此外,為了與來自基站的動作參數(shù)變更請求等相對應(yīng),需要能夠變更間歇動作間隔等。以這些為目的,在本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點SN1中,將實時時鐘模塊RTC1的定時輸出與微機芯片的外部中斷電路IRQ的輸入端子I1連接。這樣,就能利用RTC中斷來進行從軟件待機動作模式的復(fù)原,若將適當?shù)某绦虼钶d在微機芯片中,就實現(xiàn)了間歇動作進行的感應(yīng)。另外,將RTC1與串行總線信號線SB連接,就構(gòu)成了能變更RTC1的定時信號間隔等的結(jié)構(gòu)。
除了RTC1以外,還可以將各種各樣的設(shè)備與圖7的串行總線信號線SB連接。例如,用所謂的總線形式,將母插件板BO2搭載的顯示裝置LMon1、非易失性存儲器SROM1等與本串行總線信號線連接。因此,需要在與這些設(shè)備之間進行串行總線的排他控制。為了達到本目的,在本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點SN1中搭載串行總線控制電路BS1、BS2。
圖17中示出上述串行總線控制電路的結(jié)構(gòu)例。串行總線控制電路BS1的輸入端子BI1~BI3與串行總線控制信號線BC連接,由微機芯片搭載的PIO(P9、P10、P11)進行控制。來自本輸入端子的邏輯信號被邏輯門AG100~AG107的8位譯碼。例如,僅在BI1、BI2、BI3=“0”、“0”、“0”的情況下,BE0輸出變?yōu)椤?”,可以作為用正邏輯激活的設(shè)備激活信號來使用。此外,在是用負邏輯激活的設(shè)備的情況下,可以使用例如AG107中示出的類型的邏輯門。在這樣的方式中,利用圖17中示出的串行總線控制電路BS1,就能排他地選擇與串行總線信號線SB連接的各設(shè)備。再有,圖17中示出的邏輯電路僅用于說明原理。實際上可以使用各種各樣形式的電路結(jié)構(gòu)。
以上是主體板BO1的說明。以下對于母插件板BO2進行說明。
<母插件板BO2的詳細動作>
在圖8、圖9中,母插件板BO2的最大特征在于,以得到良好的無線通信靈敏度為目的,在作為圖中上邊的CA-CB線附近設(shè)置的天線ANT1,和在ANT1周圍設(shè)置的接地/電源層禁止區(qū)域NGA20。對于這些,如已經(jīng)說明的,在手腕上戴上了傳感器節(jié)點SN1時,將天線ANT1設(shè)置在距離人體最遠的位置即CA-CB線側(cè)。另外,通過在天線ANT1的周圍設(shè)置接地/電源層禁止區(qū)域NGA20,能夠?qū)崿F(xiàn)良好的靈敏度和穩(wěn)定的通信。
以下對于母插件板BO2的其他電路塊進行說明。
首先是匹配電路MA2和天線連接器SMT2,它們經(jīng)由天線連接電纜CA1與主體板的RF芯片連接。以下是匹配電路MA2的目的。即,進行天線ANT1與天線連接器SMT2間的阻抗匹配,無損耗地向天線傳遞來自天線連接電纜的高頻無線信號。同時,經(jīng)由天線連接電纜無損耗地向RF芯片傳遞在天線ANT1上接收到的高頻無線信號。再有,有關(guān)匹配電路MA2,可以使用常用的類型,由于不是本發(fā)明所特有的,故在此不詳細說明。
下面是電源接通復(fù)位電路POR1,本電路是生成用于在電源接通時復(fù)位主體板BO1搭載的微機的信號的電路。再有,本電源接通復(fù)位電路也可以通過按壓手動開關(guān)RSW1來產(chǎn)生復(fù)位信號。在微機芯片動作中由于某種原因而失控的情況等中有效。再有,有關(guān)本電源接通復(fù)位電路也可以使用一般的電路,由于不是本發(fā)明所特有的,故在此不詳細說明。
下面,串并聯(lián)變換電路SPC1是用于經(jīng)由脈搏傳感器LED光量控制信號線LDS和脈搏傳感器電源切斷控制信號線PSS設(shè)定脈搏傳感器的動作模式的電路。本串并聯(lián)變換電路SPC1電路與串行總線信號線SB連接,可以經(jīng)由串行總線被微機芯片搭載程序所控制。再有,如已經(jīng)說明的,在從微機芯片經(jīng)由串行總線SB進行存取時,需要由安裝在SIDE2面上的串行總線控制電路BS2(圖9)預(yù)先激活本SPC1電路。
下面,顯示裝置LMon1是可根據(jù)來自微機芯片的顯示請求顯示字符串和圖形的顯示裝置。本顯示裝置為了能利用小型電池BAT1長時間進行動作,最好是低消耗電流的顯示器。因此,能在低消耗功率下進行顯示的單色LCD等顯示裝置最佳。此外,從觀察性和其他觀點出發(fā),太細的點(分辨率)不適合。另外,在手鐲型傳感器節(jié)點SN1中,尺寸的限制很嚴格。因此,典型的具有32×64點左右的顯示點的單色型的LCD是本手鐲型傳感器節(jié)點的最佳。消耗電流隨LCD顯示尺寸變化很大,但在32×64左右的點數(shù)的情況下,典型的消耗電流值是0.1mA。再有,有關(guān)本LCD顯示裝置,在用戶未使用的情況下(例如睡覺時等),從電池壽命的觀點出發(fā),具有能夠降低消耗電流的待機模式的類型最佳。若是現(xiàn)有的技術(shù),典型的可得到1μA以下的待機時的消耗電流。特別是本發(fā)明不需要特有的LCD。可以使用一般的LCD。在此不詳細說明。
由串行總線信號線SB根據(jù)微機芯片搭載程序來執(zhí)行對顯示裝置LMon1的顯示控制。再有,如已經(jīng)說明的,在對LMon1的存取之前,需要由串行總線控制電路對LMon1設(shè)定串行總線的使用權(quán),激活LMon1的片選通端子CE。再有,對于進行顯示的數(shù)據(jù),由于是點類型的,因此能進行圖形顯示。但是,在從基站BS10僅想使其顯示字符串消息的情況下,若每次將字符串消息轉(zhuǎn)換為32×64點的圖形進行下載的話,無線數(shù)據(jù)的大小就變大,從無線區(qū)間的利用效率的觀點來說不利。另一方面,若在微機芯片內(nèi)裝的非易失性存儲器中預(yù)先準備了字符字體,則從基站BS10下載的就僅是想顯示的消息的字符編碼,能大幅度地削減無線數(shù)據(jù)大小。但是,通常的微機芯片內(nèi)裝的非易失性存儲器的大小在現(xiàn)有的半導(dǎo)體技術(shù)中最大也只是大致128KB,不能內(nèi)裝全部的漢字作為字符字體。即,要與包括漢字的任意的顯示消息相對應(yīng)很不現(xiàn)實。因此,在本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點中,僅在微機芯片內(nèi)裝的非易失性存儲器中內(nèi)裝常用的字符(也包括漢字)字體,在想顯示除此以外的字符的情況下,采用了在字符消息的下載之前,從基站下載必要的字符字體的方式。利用本方式,就能不降低無線區(qū)間的利用效率,而能僅用通常的微機芯片顯示包括漢字的任意的字符。如上所述的本方式是手鐲型傳感器最佳的顯示控制方式。
下面,調(diào)節(jié)器REG1(圖8)用于由從搭載在SIDE2中的二次電池BAT1供給的電源線Vbb生成穩(wěn)定的電源線VDD。有關(guān)二次電池BAT1,典型的是可小型化并且大電流放電特性優(yōu)良的鋰離子二次電池為最佳。但是,鋰離子二次電池的放電開始電壓是4.2V左右。另一方面,在當前最流行的使用了半導(dǎo)體技術(shù)的情況下,RF芯片和微機芯片的動作電壓的最大值都是3.8V左右。即,不能從鋰離子電池BAT1原樣進行電源供給。另外,鋰離子電池伴隨著放電,電池電壓比較平穩(wěn)地減少,一般的放電結(jié)束電壓的推薦值是3.2V左右。即,電池電壓隨著放電深度在寬范圍內(nèi)變動。因此,利用調(diào)節(jié)器穩(wěn)定電源電壓VDD最好。再有,關(guān)于本調(diào)節(jié)器,由于可以使用一般的低電壓降/低消耗電流類型的器件,故在此不詳細進行說明。若是現(xiàn)有的半導(dǎo)體技術(shù),可以取得降壓0.2V以下,消耗電流1μA左右的器件。
下面關(guān)于緊急開關(guān)電路ESW1和測定開關(guān)電路GSW1進行說明。圖18(a)、(b)中示出這些電路的結(jié)構(gòu)例。圖18(a)示出緊急開關(guān)ESW1的結(jié)構(gòu),(b)示出測定開關(guān)GSW1。如該圖所示,這些開關(guān)電路ESW1、GSW1由可以從殼體CASE1進行接觸的按鈕型的開關(guān)SW1、SW2、上拉電阻RI1、RI2、噪聲濾除電容器CI1、CI2構(gòu)成。開關(guān)電路的輸出EIRQ、GIRQ與微機芯片的外部中斷輸入IRQ/I2、I3線連接。通過佩戴者按壓開關(guān)SW1或SW2,由上拉電阻RI1、R12拉起的中斷輸入線落到“0”電平,就能對微機芯片生成中斷信號。如后所述地,通過組合使用本開關(guān)和微機芯片搭載程序,就能向基站通知緊急呼叫等。再有,在圖18中示出的電路中,電容器CI1、CI2除了去除振動信號之外,還是用于防止由于噪聲而錯誤地實施中斷的電容器。如本圖所示,在按下了開關(guān)SW1或SW2的情況下,電流流向了RI1、RI2的上拉電阻。因此,為了抑制消耗電流,需要將上拉電阻RI1、RI2設(shè)定為高電阻值。典型的設(shè)定在100KΩ以上為好。但是,另一方面,若設(shè)定很高的上拉電阻,則一般對噪聲就很敏感,抗噪聲性就變差。因此,如本圖所示,從消耗功率和抗噪聲的觀點出發(fā),利用電容器構(gòu)成積分電路的結(jié)構(gòu)的方式最佳。
下面,圖19(a)示出充電控制電路BAC1,(b)示出充電端子PCN1。該電路用于通過組合使用外帶的充電器和充電端子PCN1,不拆卸內(nèi)裝的二次電池BAT1,并且不使手鐲型傳感器節(jié)點SN1的動作中斷就能進行充電。
以下按照本圖說明動作。首先,在正常動作時,充電控制電路PI端子上什么都不接。因此,從圖8的內(nèi)部電池BAT1,經(jīng)過連接了內(nèi)部電池BAT1的BA端子→二極管D2→PO端子的路徑,向母插件板的調(diào)節(jié)器REG1進行電力供給。下面說明充電時的動作。充電時,首先,由外部充電器經(jīng)由充電端子PCN1,將充電控制電路BAC1的充電控制端子CI設(shè)定為“0”電平。通過將充電端子CI設(shè)定為“0”,充電控制的P型MOS晶體管MP5就變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài),就能利用外部充電器→PI端子→MP5→BA端子→內(nèi)部電池BAT1的路徑進行充電。之后,在外部充電器側(cè)適當?shù)乇O(jiān)視充電控制電路BAC1的端子PI的電壓。然后,若端子PI的電壓達到了預(yù)定電壓,就將充電控制端子CI設(shè)定為“1”,切斷P型MOS晶體管結(jié)束充電。再有,有關(guān)充電控制方式,可以適用一般的CCCV等充電控制方式,故在此不詳細說明。
充電時,也可以經(jīng)過PI端子→二極管D1→PO端子的路徑向本手鐲型傳感器節(jié)點SN1供給電源。即,在充電狀態(tài)下也不切斷對手鐲型傳感器節(jié)點的電源供給。換言之,能不中斷手鐲型傳感器節(jié)點的動作進行充電。如上所述地,通過使用本充電控制電路BAC1,能在使用中進行充電,能實現(xiàn)最適合于本手鐲型傳感器節(jié)點的充電。
下面是加速度傳感器AS1,本傳感器是以檢測用戶是否正在運動為目的的傳感器。本加速度傳感器AS1典型的是模擬型的傳感器,在利用微機芯片內(nèi)裝的AD轉(zhuǎn)換電路變換為數(shù)字值后,能利用適當?shù)臋z知程序檢知用戶的狀態(tài)。如后所述地,通過組合使用本加速度傳感器取得的用戶狀態(tài)和微機芯片搭載程序,就能用低消耗功率穩(wěn)定地感應(yīng)脈搏。本加速度傳感器AS1中使用支持待機動作模式的類型的傳感器。這是因為,為了用小型電池BAT1實現(xiàn)長時間動作,在本手鐲型傳感器節(jié)點SN1中,需要在未使用時將加速度傳感器AS1設(shè)定為待機狀態(tài),抑制消耗功率。在現(xiàn)有的半導(dǎo)體技術(shù)中沒有特殊問題,可以取得待機時的消耗電流在1μA以下的加速度傳感器AS1。此外,有關(guān)動作時的消耗電流,也可以取得1mA左右以下的、典型的是0.5mA左右的加速度傳感器。再有是向待機狀態(tài)的轉(zhuǎn)移控制,在本手鐲型傳感器節(jié)點中,通過利用微機芯片的PIO激活加速度傳感器AS1的待機設(shè)定端子STB來實現(xiàn)。
其他的有關(guān)圖8、圖9的殼體安裝孔TH20、TH21、TH22、AH20已經(jīng)說明了,故在此不說明。此外,電容器C20和C21是以穩(wěn)定電源為目的的所謂的旁路電容器。
以上是母插件板BO2的SIDE1,下面對于SIDE2進行說明。首先,與SIDE1同樣地,為了確保天線ANT1的無線通信靈敏度,在安裝在SIDE1上的天線ANT1的里面設(shè)置接地/電源層禁止區(qū)域NGA20。
下面是非易失性存儲器SROM1電路,本電路是可隨機進行存取,并且存儲在關(guān)斷電源時不希望消失的數(shù)據(jù)、例如在無線中使用的MAC地址等的信息為目的的電路。作為該種非易失性存儲器,串行EEPROM最流行。在成本和存儲器容量來說最有利。典型的可以廉價地取得100KB左右的存儲器大小的EEPROM。因此,本手鐲型傳感器節(jié)點中也是串行EEPROM最佳。再有,串行EEPROM需要利用串行接口進行數(shù)據(jù)的讀寫。在該目的中,在本手鐲型傳感器節(jié)點中使用以與顯示裝置LMon1等同樣的方式從微機芯片經(jīng)由串行接口進行存取的方式。
下面是調(diào)節(jié)器REG2,本調(diào)節(jié)器是用于生成加速度傳感器和脈搏傳感器的動作所需的模擬電源電壓AVcc的電路。與已經(jīng)說明過的REG1不同,除了穩(wěn)定電壓之外,其主要目的是限制從電源線蔓延到這些傳感器中的噪聲到最小限度。這是由于如后所述的傳感插板BO3搭載的脈搏傳感器信號放大電路AMP1其結(jié)構(gòu)上內(nèi)裝高增益放大器,因此對噪聲十分敏感的緣故。因此,需要抑制從電源蔓延的噪聲到最小限度。再有,這樣的低噪聲類型的調(diào)節(jié)器有消耗電流大的缺點。例如,典型的恒定消耗100μA左右的電流,若原樣不動就不能用于本手鐲型傳感器節(jié)點。為了解決該問題,在本手鐲型傳感器節(jié)點中,利用電源切斷開關(guān)PS21,在不需要模擬電源電壓AVcc的情況下,切斷對調(diào)節(jié)器REG2的電流供給。這樣,就能在抑制了待機時的消耗電流的基礎(chǔ)上,解決上述噪聲的問題。
圖20中示出電源切斷開關(guān)PS21(PS31)的結(jié)構(gòu)例。在圖20的(a)中示出的類型中,通過將控制線SC10設(shè)為“1”,就能切斷從VI10端子向VO10端子的電源供給。此外,在圖20(b)中示出的類型中,通過將控制線SC20設(shè)為“0”,就能切斷從VI20端子向VO20端子的電源供給。圖20的(a)的類型是在驅(qū)動控制線SC10的控制電路的電源電壓與施加在VI10上的電壓相同的情況下最佳的電源切斷開關(guān)。另一方面,圖20的(b)的類型是在驅(qū)動控制線SC20的控制電路的電源電壓與施加在VI20端子上的電壓不同的情況下最佳的電源切斷開關(guān)。
下面是模擬電位生成電路AGG1,本電路是生成在后述的脈搏傳感器信號放大電路AMP1中必要的模擬基準電位的電路。圖21中示出本電路的結(jié)構(gòu)例。如圖21所示,是利用由運算放大器A30構(gòu)成的電壓跟隨器使被R30和R31分割生成的中間電壓穩(wěn)定,并向AG端子輸出的電路。再有,在本電路中,由于利用R30和R31的電阻分割產(chǎn)生中間電壓,因此,動作時恒定地流過電流。由于本電路的電源Vcc是AVcc,因此,若利用電源切斷開關(guān)PS21關(guān)斷AVcc,則電流完全不流動。但是,動作時消耗無用的電流不好。因此,最好將R30、R31設(shè)定為高電阻,抑制電流消耗。此外,若將R30、R31設(shè)為高電阻,則中間電位點中就容易帶有噪聲,這是不好的。為了解決該問題,最好附加噪聲去除用的電容器C30、C31、C32、C33。
另外,蜂鳴器Buz1是用于用戶接口的設(shè)備,是可利用微機芯片搭載程序設(shè)定蜂鳴器的接通/關(guān)斷的類型。此外,電容器C22、C23是電源用的旁路電容器。由于有關(guān)剩下的連接器SCN1、CN2和內(nèi)部電池BAT1已經(jīng)說明了,故在此不說明。
<脈搏傳感插板BO3的詳細動作>
以下對于脈搏傳感插板BO3進行說明。脈搏傳感插板如已經(jīng)說明的,由紅外LED(紅外線發(fā)光二極管LED1、LED2)向手腕照射紅外光,將手腕皮下流動的血流的變動作為散射光的變動,由光電晶體管PT1檢知后抽出脈搏。為了達到該目的,本插板搭載如上所述的脈搏傳感器頭電路PLS1(圖11)。脈搏傳感器頭電路PLS1如圖23(a)所示,由紅外LED(LED1、LED2)和光電晶體管PT1構(gòu)成。
由于有關(guān)使用這些設(shè)備檢知脈搏的方法已經(jīng)說明了,故在此省略說明。再有,如圖23(b)所示,脈搏傳感器頭電路PLS1可以不是光電晶體管,也可以使用光電二極管(圖中PLS20)。
下面對于脈搏傳感器信號放大電路AMP1進行說明。如已經(jīng)說明的,利用脈搏傳感器頭電路的光電晶體管PT1得到與血流強度變化相應(yīng)的電流變化。但是,一般地,該電流變化量極其微弱。因此,必須要由本信號放大電路放大到能由微機芯片內(nèi)裝的AD轉(zhuǎn)換電路充分檢知的電平。
圖24中示出本信號放大電路的結(jié)構(gòu)例。來自光電晶體管PT1的電流被由運算放大器A40、R40構(gòu)成的I-V變換電路變換為電壓信號。在本I-V變換電路中,通過使其具有由A40、R40構(gòu)成的LPF特性,來去除伴隨著熒光燈的閃變等的電流變動成分、即從作為目的的血流變動信號來看僅是噪聲信號成分。再有,需要將由R40和C40形成的截止頻率設(shè)定得比脈搏周期充分高。
如上所述地,在變換為電壓信號后,進一步通過由運算放大器A41、R43、R42、C42形成的非反相放大電路進行放大,放大到微機芯片內(nèi)裝的AD轉(zhuǎn)換電路所需的電平。再有,也使該非反相放大電路具有由C42和R43構(gòu)成的LPF特性,這也是為了去除因熒光燈的閃變等所引起的噪聲信號。
圖25中示出本信號放大電路的各部分的信號波形例。在該圖中,TP1區(qū)間是在手腕上并未戴著本脈搏傳感器的情況的波形例。
圖中WD1是圖24的D0輸出端子、即第一段的I-V變換電路的輸出波形例。此外,WA1是圖25的AA輸出端子、即第二段的非反相放大器的輸出波形例。該情況下,由于干擾光而從光電晶體管輸出過大的電流,其結(jié)果是,可知第一段的運算放大器A40是飽和狀態(tài)。
下面,TP2區(qū)間是在手腕上適當?shù)卮魃厦}搏傳感器,并且紅外LED的光量必要且充分的情況。WD2是D0輸出端子,WA2是AA輸出端子的波形例。該情況下,第一段的運算放大器也不飽和而正常動作。并且,熒光燈的閃變等所產(chǎn)生的噪聲成分也被去除干凈。再有,該情況下,可以利用照射的紅外LED控制WA2的振幅。即,在振幅有點不足的情況下,控制脈搏傳感器LED光量控制電路LDD1,增多紅外LED光量。此外,在振幅足夠,第一段的運算放大器A40有點飽和的情況下,反之減少紅外LED光量。這樣地,就能通過與LED光量控制電路LDD1組合來進行最佳狀態(tài)下的脈搏感應(yīng)。
最后,TP3區(qū)間是在手腕上戴著脈搏傳感器的用戶(佩戴者)運動、例如行走的情況下的D0和A0輸出的波形例。該情況下,如WA3和WD3所示,僅能取得散亂的波形,不能檢知正常的脈搏。這是因為,脈搏傳感器不緊貼手腕,按比脈搏周期短得多的時間間隔暴露給干擾光,其結(jié)果,第一段的運算放大器A40進行著飽和狀態(tài)且正常動作狀態(tài)。這樣,為了檢知可信賴的脈搏,就必須要在用戶處于安靜狀態(tài)的期間進行感應(yīng)。
下面說明LED光量控制電路LDD1。圖22中示出本電路的結(jié)構(gòu)例。本電路是由N型MOS晶體管MN0~MN3和電阻RL1~RL3構(gòu)成的電路例。在本電路中,通過控制LED光量控制信號線LDC,以控制MOS晶體管MN1~MN2的接通/關(guān)斷,就能控制流向LED的電流。
下面,調(diào)節(jié)器REG3是用于去除供給到脈搏傳感器紅外LED中的電源的噪聲的調(diào)節(jié)器。若LED驅(qū)動電源中載有噪聲,則從LED照射的紅外光就被噪聲信號調(diào)制,結(jié)果就在光電晶體管PT1中檢測出噪聲成分作為電流變動。其結(jié)果,就有可能被脈搏傳感器信號放大電路放大,誤檢測脈搏。因此,最好盡可能用干凈的已濾除了噪聲的電源來驅(qū)動LED。因此,使用搭載在母插件板BO2上的相同類型的低噪聲類型的調(diào)節(jié)器。再有,如圖5的說明項中已經(jīng)說明的,低噪聲類型的調(diào)節(jié)器不能忽視消耗電流。因此,從消耗功率的觀點出發(fā),最好在未使用時用與圖5同樣的方式即電源切斷開關(guān)PS31(圖11)切斷對調(diào)節(jié)器的電源供給。
<傳感器節(jié)點的結(jié)構(gòu)的效果>
在本發(fā)明的傳感器節(jié)點SN1中,如上所述地,通過將由片狀介質(zhì)天線構(gòu)成的天線ANT1配置在距人體最遠的手表上的12點鐘方向的殼體CASE1內(nèi),就能夠設(shè)定無線通信靈敏度成為最大,其結(jié)果,能夠抑制浪費的電力消耗。
如上所述地,在圖5(B)的正視圖中,在紙面的上下方向(手表上的12點鐘方向和6點鐘方向)上具有方向性。因此,若與圖5中示出的配置相反,在殼體CASE1的下部配置天線ANT1,則顯示裝置LMon1就成為障礙物,此外,由于接近人體,故無線通信靈敏度就大幅度地變差。從而,通過在無線通信靈敏度最大的殼體CASE1的上方(模擬式手表上的12點鐘方向)配置天線ANT1,就能夠提高無線通信靈敏度。
另外,若考慮用右手的用戶多數(shù)在左腕上戴手鐲型傳感器節(jié)點SN1,則如圖5(B)中的殼體CASE1所示,通過在殼體CASE1的上部左側(cè)配置天線ANT1,就能夠配置在離開左腕手背的位置上,能夠進一步提高無線通信靈敏度。
另外,在本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點SN1中,其特征在于,為了得到良好的無線通信靈敏度,在母插件板BO2和脈搏傳感插板BO3上包圍天線ANT1設(shè)置了不配置電源和接地電路的接地/電源層禁止區(qū)域NGA20、NGA30。
在該接地/電源層禁止區(qū)域NGA20和NGA30中不能配置部件。因此,單純地從安裝的小型化的觀點出發(fā)來考慮是不利的。但是,由于尺寸的限制,可內(nèi)裝在手鐲型傳感器節(jié)點中的天線是能用比無線電波的波長短的尺寸實現(xiàn)良好的靈敏度的片狀介質(zhì)天線。為了得到良好的無線通信靈敏度,該片狀介質(zhì)天線原理上需要安裝在距離地有一定距離的位置上進行使用?;谏鲜隼碛?,在本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點SN1中,通過設(shè)置接地/電源層禁止區(qū)域確保良好的無線通信性能。即,在基板單元(母插件板BO2、脈搏傳感插板BO3、主體板BO1)上取得了天線ANT1的阻抗匹配之后,通過如上所述地在手表上的12點鐘方向上配置天線ANT1,就能夠不易受人體的影響而提高無線通信靈敏度。
再有,如圖14、圖15所示,這些接地/電源層禁止區(qū)域NGA20、NGA30不僅需要設(shè)置在基板表面,也需要設(shè)置在安裝在基板內(nèi)裝中的目的為屏蔽的接地/電源層上。圖14是示出了母插件板BO2的基板內(nèi)部安裝的接地層GPL20和電源層VPL20的結(jié)構(gòu)的圖。此外,圖15是示出了與母插件板BO2重疊的脈搏傳感插板BO3的基板內(nèi)部的接地層GPL30和電源層VPL30的結(jié)構(gòu)的圖。在本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點SN1中,其特征在于,根據(jù)上述理由,在這些接地/電源層GPL20、30/VPL20、30上也設(shè)置接地/電源層禁止區(qū)域NGA20、NGA30。另外,在圖14、圖15中示出的接地/電源層中,通過確保天線自身的接地,也能實現(xiàn)穩(wěn)定的通信。
另外,在本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點SN1中,其特征在于,向著戴在手腕上時與手腕接觸的面相反側(cè)的面來配置搭載了天線ANT1的母插件板BO2。若從2.4GHz等的無線信號來看,手腕可被看作與地電位相等。即,從手腕到天線的距離相當于所謂的天線的地上高度。為了實現(xiàn)良好的無線通信性能,一般地,期望較高地設(shè)定天線的地上高度。因此,在母插件板BO2的SIDE1面上安裝天線ANT1,將其他的主體板BO1和脈搏傳感插板BO3設(shè)置在母插件板的里面,利用爭取天線的地上高度的本發(fā)明所特有的配置,就能不降低天線的放射特性而實現(xiàn)良好的無線通信靈敏度。
另外,如圖5(E)所示,作為本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點SN1所特有的配置,主體板BO1和內(nèi)部電池BAT1被安裝在從天線ANT1看的母插件板BO2的相反側(cè)。如已經(jīng)說明的,以抑制從主體板SIDE2上搭載的數(shù)字電路蔓延到SIDE1上安裝的RF芯片的噪聲為目的,在主體板BO1的內(nèi)部設(shè)置了與電源和地電位連接的2片金屬導(dǎo)電層。另外,對于電池,一般也以防止電解液的漏出為目的,用金屬殼來密封。該電池的金屬殼的電位也是地電位。另一方面,如已經(jīng)說明的,在使用小型的片狀介質(zhì)天線的情況下,需要從天線離開與地電位面的距離。因此,為了得到良好的無線通信靈敏度,圖5中示出的天線ANT1的配置為最佳配置。即,將天線ANT1和具有一面接地層的主體板BO1和二次電池BAT1配置在母插件板BO2的里面。另外,通過將這些主體板BO1和二次電池BAT1不是安裝在母插件板BO2的CA-CB線側(cè),而是安裝在CC-CD線附近,可從天線ANT1離開,實現(xiàn)最佳的配置。
此外,如圖1所示,通過在殼體CASE1的表面下部配置由用戶(佩戴者)操作的緊急開關(guān)SW1和測定開關(guān)SW2等構(gòu)成的操作開關(guān),就能夠在用戶操作傳感器節(jié)點時,通過抑制手指等人體的部分與天線ANT1接近,來確保常態(tài)下良好的無線通信靈敏度。
此外,在本發(fā)明的傳感器節(jié)點SN1中,如圖2所示,沿著通過殼體CASE1上下方向的中心的軸線ax配置紅外LED和光電晶體管PT1,另外,在紅外線發(fā)光二極管LED1與LED2之間夾持光電晶體管PT1地配置光電晶體管PT1。
即,通過將發(fā)光元件和受光元件沿著手腕的大致中心配置在一條直線上,在手腕上戴上了本手鐲型傳感器節(jié)點SN1時,就能在沿著流過手腕的血管、即血管內(nèi)的血流的狀態(tài)下配置紅外LED和光電晶體管的排列,在用戶(佩戴者)運動的情況下,也能使紅外LED和光電晶體管PT1與手腕即感應(yīng)對象的血管貼緊。其結(jié)果,就能利用光電晶體管PT1高效地捕捉血流變動而產(chǎn)生的紅外散射光的強度變動。
此外,通過在一對紅外線發(fā)光晶體管LED1、2之間配置光電晶體管PT1,作為受光元件的光電晶體管PT1就能不容易受外部光的影響,能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的脈搏的測定。
<控制的詳細情況>
以上對于本發(fā)明手鐲型傳感器節(jié)點SN1的主要硬件結(jié)構(gòu)和其特征進行了說明。以下對于本手鐲型傳感器節(jié)點SN1上搭載的程序的結(jié)構(gòu),以本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點特有的控制方式/程序為中心進行說明。
以下按照圖26說明本發(fā)明特有的控制方式。
在本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點中,在接通電源(P1)后,首先執(zhí)行節(jié)點初始化程序(P100)。圖27中示出節(jié)點初始化程序(P100)的概要。如圖27所示,在本程序中,首先執(zhí)行硬件的初始化子程序(P110)。在硬件的初始化子程序中,首先初始化微機芯片(P111)。接著,設(shè)定傳感器電源Avcc和脈搏傳感器LED電源VII的控制信號線為停用狀態(tài),使得它們確實被關(guān)斷(P112、P113)。另外,經(jīng)由串行總線信號線SB,對實時時鐘模塊RTC1進行存取,初始化實時時鐘模塊RTC1(P114)。再有,當實時時鐘模塊RTC1初始化時,讀出預(yù)先存儲在微機芯片CHIP2內(nèi)裝的存儲器電路的非易失性存儲器部分中的、存儲了動作參數(shù)等的動作設(shè)定文件PD1(PR1),以該信息為基礎(chǔ),設(shè)定確定是按多少時間間隔從待機狀態(tài)向動作狀態(tài)轉(zhuǎn)移的間歇動作的基準時間信號。再有,在圖27的PD1文件中,除了間歇動作基準時間信號以外,例如也存儲無線通信的傳輸速率、無線通信中使用的通道、脈搏傳感器的動作參數(shù)等。
接著,執(zhí)行基站搜索子程序(P120)。在本子程序中,首先激活RF芯片的電源控制信號線等,啟動RF芯片(P121)。接著設(shè)定RF芯片為發(fā)送狀態(tài),對基站BS1發(fā)送基站搜索信標信號,通知本節(jié)點已接通電源成為可通信狀態(tài)(P122)。接著,將RF芯片切換為接收狀態(tài),等待從基站對搜索信標信號的響應(yīng)。在正常接收了來自基站的響應(yīng)信號的情況下,將使用的無線通道等信息存儲在PD1文件中(PW1)。再有,在未接收響應(yīng)的情況下,變更使用的無線通道,再次執(zhí)行P122。最后,停止了RF芯片的時鐘后關(guān)斷電源(P125),移至下面的程序。
若節(jié)點初始化程序P100結(jié)束了后,則隨后,返回到圖26,執(zhí)行動作模式確定程序(P200)。從本動作模式確定程序(P200)起,可以執(zhí)行數(shù)據(jù)檢知程序(P300)、數(shù)據(jù)收發(fā)程序(P400)、待機轉(zhuǎn)移程序(P510)多個程序。在本程序中,可以利用調(diào)度程序適當啟動這3個程序。典型的通過按照數(shù)據(jù)檢知程序P300→數(shù)據(jù)收發(fā)程序P400→待機轉(zhuǎn)移程序P510的順序進行啟動來實現(xiàn)間歇動作。再有,除此之外,可以根據(jù)PD1文件變更啟動順序。
在數(shù)據(jù)檢知程序P300中,通過啟動本發(fā)明特有的多個子程序來抑制浪費的消耗功率,并且實現(xiàn)穩(wěn)定的脈搏傳感。以下依次進行說明。首先準備感應(yīng),啟動微機芯片內(nèi)裝的AD轉(zhuǎn)換電路的電源(P310)。接著執(zhí)行溫度感應(yīng)子程序(P320)。在溫度感應(yīng)子程序P320中,首先,控制微機芯片的PIO,接通溫度傳感器TS1的電源(P321)。接著,讀出與溫度傳感器TS1相對應(yīng)的AD通道,存儲在傳感器數(shù)據(jù)文件SD1中(P322、DW1)。最后關(guān)斷溫度傳感器TS1。
如已經(jīng)說明的,溫度傳感器TS1的消耗電流典型的是5μA左右,不是大電流。但是,在本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點中,在現(xiàn)有的技術(shù)中,由于尺寸的限制,僅能內(nèi)裝30mAh左右容量的電池。因此,即使在該程度的消耗電流中,未使用時也需要切斷。例如,若常態(tài)下消耗5μA的電流,則30mAh/5μA=6000小時=250天不到一年的時間就用盡了電池。
在溫度感應(yīng)子程序P320結(jié)束后,執(zhí)行本發(fā)明特有的安靜狀態(tài)判定子程序(P330)。以下依次進行說明。在本子程序中,首先接通傳感器電源AVcc,開始對加速度傳感器AS1供給電源(P331)。接著,控制微機芯片的對應(yīng)的PIO端子,激活加速度傳感器AS1的待機輸入端子,啟動加速度傳感器AS1(P332)。加速度傳感器啟動后,讀出與加速度傳感器AS1相對應(yīng)的AD通道,檢測加速度(P333)。以檢測到的加速度為基礎(chǔ),進行用戶狀態(tài)的判定(P334)。具體地說,計算檢測到的加速度的大小、即加速度的絕對值,將該絕對值與預(yù)先設(shè)定的閾值比較,若絕對值不足閾值,則判定為靜止狀態(tài)(=安靜狀態(tài))。在用戶正確地戴上了本手鐲型傳感器節(jié)點SN1的用戶手腕處于靜止狀態(tài)的情況下,判定為可以開始測定脈搏,停用加速度傳感器AS1的待機輸入(P335),接著啟動脈搏傳感子程序。在不是處于靜止狀態(tài)的情況下,利用安靜狀態(tài)等待子程序(P336),等待了由動作設(shè)定文件PD1指定的預(yù)定時間之后,再次從P333開始執(zhí)行。利用該反復(fù),等待戴上了本手鐲型傳感器節(jié)點SN1的手腕變?yōu)榘察o狀態(tài)。
再有,若達到了動作設(shè)定文件PD1指定的等待次數(shù)的上限后,就向傳感器數(shù)據(jù)SD1輸出“由于不是安靜狀態(tài)故不能測定”,關(guān)斷AD電源和傳感器電源AVcc(P360)后轉(zhuǎn)移到動作確定子程序P200。
安靜狀態(tài)判定子程序P330的目的如下。即,如圖25的說明所述,脈搏傳感器原理上只要用戶的手腕不是安靜狀態(tài)就不能期待穩(wěn)定的感應(yīng)(圖25的WD3和WA3)。此外,在這樣的狀態(tài)下檢測到的脈搏數(shù)缺乏可靠性。換言之,為了正確地取得脈搏,用戶正確地戴上了本手鐲型傳感器節(jié)點SN1的用戶手腕處于靜止狀態(tài)是大前提。因此,在本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點SN1中,在脈搏感應(yīng)之前,使用內(nèi)裝的加速度傳感器判斷是否處于安靜狀態(tài)。然后,僅在處于安靜狀態(tài)的情況下執(zhí)行脈搏感應(yīng)。
再有,也考慮首先就啟動脈搏傳感器,取得一種波形后仔細分析該波形,判斷是否是穩(wěn)定的波形的方法。例如,判斷是圖25的WA1/WD1的波形,或者是WA3/WD3的波形,或者是WA2/WD2的波形,僅采用WA2/WD2的情況。這樣的方式一般來說最簡便。但是,如已經(jīng)說明的,在本手鐲型傳感器節(jié)點SN1中,由于尺寸的限制,僅能內(nèi)裝電池容量是30mAh的電池。另一方面,如圖30所示,由于脈搏傳感原理上需要使紅外LED發(fā)光,因此,典型的動作需要10~50mA的電流。因此,若采用首先就啟動脈搏傳感器,取得波形后仔細分析波形數(shù)據(jù)進行篩選的方法,則電池的消耗劇烈,電池壽命就變得相當短。與此相對,在本發(fā)明的控制方式中,能盡量抑制浪費的脈搏感應(yīng),能夠抑制電池的消耗,使電池長壽命。
在安靜狀態(tài)判定子程序P330的后面執(zhí)行脈搏感應(yīng)子程序(P340)。在本子程序P340中,首先,控制微機芯片的該PIO,接通LED電源VII(P341)。接著,啟動本發(fā)明特有的LED光量調(diào)整子程序(P350),使脈搏傳感器LED的光量最佳化。有關(guān)本子程序在后文中詳細地說明。接著,讀出與脈搏傳感器相對應(yīng)的AD通道(P342)。在進行本讀出時反復(fù)讀出判定脈搏數(shù)所需的采樣數(shù)。典型地讀出數(shù)個波形的脈搏波形。讀出結(jié)束后,根據(jù)取得的脈搏波形計算脈搏數(shù),在傳感器數(shù)據(jù)文件SD1中寫出結(jié)果(P343、DW5)。最后,關(guān)斷LED電源,結(jié)束本子程序(P345)。另外,關(guān)斷AD電源和傳感器電源AVcc(P360),結(jié)束數(shù)據(jù)檢知程序。
以下,參照圖28,對本發(fā)明特有的LED光量調(diào)整子程序P350進行說明。在本子程序中,首先,從動作設(shè)定文件PD1讀出LED強度設(shè)定的缺省值(P351、PR2)。接著,按照讀出的值,從微機芯片經(jīng)由串并聯(lián)變換電路SPC1,控制脈搏傳感器LED光量調(diào)整電路LDD1,設(shè)定紅外LED的電流強度(P352)。接著,利用微機芯片內(nèi)裝的AD轉(zhuǎn)換電路取得脈搏傳感器信號放大電路的DO輸出的電壓值(P353)。根據(jù)取得的強度判定光電晶體管PT1的輸出電流強度(P354)。在紅外LED的光量不足的情況下,提高LED電流強度(P357)。再有,在即使設(shè)定LED電流為最大強度,光電晶體管PT1的輸出電流也不足的情況下(P356),就向傳感器數(shù)據(jù)文件SD1寫入“由于LED強度不足而不能測定”,移至動作模式確定程序P200。再有,在光電晶體管PT1的輸出電流強度充分的情況下,在更新了LED強度的情況下,將該強度設(shè)定值寫入到動作設(shè)定文件PD1中,作為從下一次開始的缺省值來使用。
本子程序的目的如下。首先,第一,檢知本手鐲型傳感器節(jié)點SN1是否正戴在手腕上,防止在沒戴在手腕上的情況下,浪費地執(zhí)行脈搏傳感。僅通過使用了加速度傳感器AS1的安靜判定程序,不可能判定是否還沒戴在手腕上。但是,通過并用本程序,就能檢測本手鐲型傳感器節(jié)點是否戴在了手腕上,能盡量防止伴隨著浪費的脈搏傳感的電池BAT1的消耗。即,在基于光電晶體管PT1的輸出的電壓變?yōu)閳D25的WA1或WD1時,就判定為傳感器節(jié)點SN1是非戴上狀態(tài)。
本子程序的另一個目的在于,修正因用戶(佩戴者)的差異實現(xiàn)穩(wěn)定的脈搏傳感。由光電晶體管PT1檢知的血流變動所引起的光量變化的強度,一般隨著用戶皮下具有多少脂肪等而有很大變動。即,在脂肪多的用戶的情況下,需要較強地設(shè)定紅外LED的光量。反之,在脂肪少的情況下,若較弱地設(shè)定紅外LED的光量,脈搏傳感器信號放大電路內(nèi)的運算放大器就飽和了,不能期待正常的動作。因此,為了穩(wěn)定地進行脈搏傳感,使用本程序調(diào)整紅外LED的光量是必不可缺的。
如上所述地,在本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點SN1中,利用本發(fā)明特有的子程序,既抑制浪費的功率消耗,又實現(xiàn)穩(wěn)定的感應(yīng)動作。
下面,對圖26的數(shù)據(jù)收發(fā)程序P400進行說明。
在數(shù)據(jù)收發(fā)程序P400中,首先,控制微機芯片的對應(yīng)PIO,接通RF芯片的電源后發(fā)行復(fù)位。另外,啟動RF芯片的時鐘X1,設(shè)定RF芯片為可使用狀態(tài)(P410)。再有,在RF芯片啟動后,參照動作設(shè)定文件PD1,取得使用的無線通道及其他參數(shù),更新RF芯片的設(shè)定。
接著,在傳感器數(shù)據(jù)收發(fā)子程序(P420)中向基站發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)SD1。在本子程序中,首先,讀出傳感器數(shù)據(jù)SD1,加工成無線通信用的數(shù)據(jù)格式(P421)。典型的,在傳感器數(shù)據(jù)中附加錯誤校正碼、本傳感器節(jié)點的標識符(=傳感器節(jié)點ID)等。在加工成了無線通信用的數(shù)據(jù)格式之后,設(shè)定RF芯片為發(fā)送狀態(tài),無線發(fā)送剛才的數(shù)據(jù)(P422)。在無線發(fā)送結(jié)束后,設(shè)定RF芯片為接收狀態(tài),等候從基站發(fā)送來ACK信號(P423)。ACK信號是通常的無線通信中的常用信號,是以確認發(fā)送的數(shù)據(jù)是否完全送給了目的對方為目的使用的信號。本程序中省略了,但在即使等待ACK信號也未從基站發(fā)送來的情況下,通過再次發(fā)送,就能準確地將數(shù)據(jù)送到基站。
作為本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點SN1特有的處理,在結(jié)束了傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送程序后,接著執(zhí)行命令取得程序(P430)。在命令取得程序P430中,首先,將RF芯片切換為發(fā)送狀態(tài),對基站BS10發(fā)送詢問是否沒有想發(fā)送給自身地址的命令的信號(P431)。在與傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送子程序同樣地發(fā)送了詢問信號后,將RF芯片切換為接收狀態(tài),等待接收ACK信號(P432)。在基站BS10中,對于詢問判斷是否有想發(fā)送的命令,在上述ACK信號中也加入有關(guān)是否有想發(fā)送的命令的信息,對傳感器節(jié)點SN1返回ACK信號。傳感器節(jié)點SN1判定ACK信號的內(nèi)容,在不存在來自基站BS10的命令的情況下,轉(zhuǎn)移到P440,停止RF芯片的時鐘,落下電源,轉(zhuǎn)移到動作模式確定程序P200。另一方面,在判定為存在命令的情況下,使RF芯片繼續(xù)在接收狀態(tài)下待機,等候從基站發(fā)送來命令(P433)。一旦接收了命令,就立即變更RF芯片為發(fā)送狀態(tài)。對基站BS10發(fā)送表示能夠正常接收命令的ACK信號(P434),轉(zhuǎn)移到P440后結(jié)束處理。再有,本程序中所說的命令中,也包括動作參數(shù)和給本手鐲型傳感器節(jié)點搭載的顯示裝置LMon1的顯示消息等。
命令取得程序P430的目的如下。即,在本手鐲型傳感器節(jié)點SN1中,利用用于削減消耗功率的間歇動作,RF芯片僅在必要的情況下,即,僅在向基站發(fā)送感應(yīng)到的數(shù)據(jù)的情況下啟動。另一方面,也存在想從基站變更傳感器的動作參數(shù)或變更顯示裝置LMon1的顯示消息,想對手鐲型傳感器節(jié)點下載數(shù)據(jù)的情況。在只單純地想實現(xiàn)從基站BS10下載的情況下,可以使傳感器節(jié)點的RF芯片的電源常態(tài)下接通處于接收待機狀態(tài)。但是,如已經(jīng)說明的,在這樣的方式中,瞬間消耗了電池,電池不能長時間使用。為了解決該問題,在本方式中,在傳感器節(jié)點SN1發(fā)送了數(shù)據(jù)的情況下,必須詢問是否有想向自身地址下載的數(shù)據(jù)。利用本方式,就能實現(xiàn)低消耗功率和從基站下載。
在數(shù)據(jù)收發(fā)程序結(jié)束后存在來自基站的命令的情況下,執(zhí)行命令解析程序(P450)。在本程序中,解析從基站送來的信號(P451),首先判定是動作參數(shù)還是給顯示裝置LMon1的顯示消息等的命令。接著,在是動作參數(shù)的情況下,利用參數(shù)設(shè)定子程序(P452)更新動作設(shè)定文件PD1。此外,在是命令的情況下,由命令執(zhí)行子程序(P460)執(zhí)行必要的處理。典型的是顯示裝置LMon1的消息的重寫等。如上所述地,在結(jié)束了必要的處理后,轉(zhuǎn)移到動作模式確定程序P200。
在動作模式確定程序P200中,在數(shù)據(jù)發(fā)送程序結(jié)束后,啟動待機轉(zhuǎn)移程序P510,轉(zhuǎn)移到待機狀態(tài)P500。在待機轉(zhuǎn)移程序P510中,停止微機芯片的時鐘X2,執(zhí)行轉(zhuǎn)移到軟件待機動作模式等的、向待機狀態(tài)轉(zhuǎn)移所必要的處理。此外,對實時時鐘模塊RTC1進行存取,設(shè)定直到下一次啟動的時間間隔,并且,許可來自實時時鐘RTC的中斷、來自緊急開關(guān)(ESW1)中斷等的外部中斷。再有,在待機時間結(jié)束后,從待機狀態(tài)P500開始的啟動如已經(jīng)說明的,利用上述的實時時鐘RTC中斷來實現(xiàn)。
圖29中示出利用本程序控制的一系列處理的流程和典型的電流波形例。此外,圖30中示出各處理狀態(tài)中的消耗電流的典型值。
時間TC1中,微機芯片處于軟件待機模式,消耗電流被抑制在1μA以下。然后,一經(jīng)過預(yù)定的時間,實時時鐘電路RTC1就進入到時間TC2,產(chǎn)生實時時鐘RTC中斷,啟動晶體振蕩器X2,啟動微機芯片后從待機狀態(tài)經(jīng)過動作模式確定程序P200進入到數(shù)據(jù)檢知程序P300。由于微機芯片的啟動,在時間TC2,I1(=5mA)的電流增大。
在時間TC3~TC5執(zhí)行數(shù)據(jù)檢知程序P300。首先,接通微機芯片的ADC電路,接通溫度傳感器TS1的電源,取得溫度傳感器TS1的測定值。在時間TC3,由于溫度傳感器TS1的啟動,電流值變?yōu)镮1+I2。
在取得了溫度后,停止溫度傳感器TS1,在時間TC4啟動加速度傳感器AS1,檢測安靜狀態(tài)(P330)。由于加速度傳感器AS1的啟動,在時間TC4,傳感器節(jié)點SN1的消耗功率變?yōu)镮1+I3(=0.5mA)。
安靜狀態(tài)檢測的結(jié)果,若是安靜狀態(tài),則在關(guān)斷了加速度傳感器AS1后,在時間TC5中,使紅外LED的輸出逐漸從缺省值上升進行最優(yōu)化。然后,在預(yù)定的時間TC6中,用紅外LED和光電晶體管PT1進行脈搏的感應(yīng)。該時間TC6的期間變?yōu)樽畲蟮南碾娏?,消耗I1+I4(=10~50mA)的電力。
脈搏的感應(yīng)一結(jié)束,就關(guān)斷紅外LED和光電晶體管PT1,之后在時間TC7中開始RF芯片的驅(qū)動。然后,在時間TC7的期間與基站BS10進行通信,如上所述地進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和命令的接收。該時間TC7期間的消耗電流等于I1+I5(=20mA),成為第二大的消耗電流。
時間TC7的收發(fā)一結(jié)束,就關(guān)斷RF芯片和時鐘X1,然后在時間TC8中轉(zhuǎn)移到微機芯片的待機狀態(tài)。進行了實時時鐘RTC等的設(shè)定后,微機芯片在時間TC9中轉(zhuǎn)移到待機狀態(tài),重復(fù)上述TC1~TC8的周期。
以上,在本發(fā)明的傳感器節(jié)點SN1中,在通過實時時鐘RTC中斷啟動軟件待機模式的微機芯片后,依次進行測定,在每次各測定(通信)結(jié)束時,通過停止已啟動的傳感器和芯片來抑制消耗電流(消耗功率)。即,在測定和通信時,加之微機芯片,僅驅(qū)動與各處理關(guān)聯(lián)的傳感器和芯片,使其他傳感器和芯片停止,由此能夠抑制到必要的最小限度的消耗功率。
然后,通過利用消耗功率小得多的加速度傳感器AS1的測定結(jié)果,判斷是否應(yīng)該驅(qū)動消耗功率最大的脈搏傳感器,由此就能在可進行正確的脈搏測定的安靜狀態(tài)以外,取消時間TC6~TC7的脈搏傳感器和RF芯片的驅(qū)動,在安靜狀態(tài)以外,禁止紅外LED等的驅(qū)動,能夠避免浪費的功率消耗,避免電池BAT1的消耗,能夠保證傳感器節(jié)點SN1長時間的工作。
再有,加速度傳感器AS1構(gòu)成檢測生物體(人體)的運動的第一傳感器,脈搏傳感器(紅外LED1、2、光電晶體管PTI)構(gòu)成測定生物體的信息的第二傳感器。
接著,如圖31所示,作為本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點特有的功能,可以利用緊急開關(guān)ESW1中斷,從待機狀態(tài)P500轉(zhuǎn)移到作為本發(fā)明特有程序的緊急發(fā)報程序P600。以下對緊急發(fā)報程序P600進行說明。
在緊急發(fā)報程序中,首先執(zhí)行誤動作防止子程序(P610)。在誤動作防止子程序中,首先對實時時鐘模塊RTC1進行存取,設(shè)定為在經(jīng)過暫時待機時間T1后進入實時時鐘RTC中斷(P612)。作為暫時待機時間T1,典型地設(shè)定為3(s)左右。接著,設(shè)定緊急開關(guān)中斷為禁止狀態(tài),停止微機芯片的時鐘X2,轉(zhuǎn)移到軟件待機動作模式。經(jīng)過了設(shè)定的暫時待機時間T1后,在產(chǎn)生了實時時鐘RTC中斷后,啟動微機芯片(P614),再次判定緊急開關(guān)輸入的電平(P615),若繼續(xù)按壓著緊急開關(guān),就啟動下面的緊急數(shù)據(jù)發(fā)送子程序P620。在再次判定時,若已經(jīng)不按壓緊急開關(guān)了,就執(zhí)行待機轉(zhuǎn)移子程序P510,再次轉(zhuǎn)移到待機狀態(tài)P500。
本誤動作防止子程序的目的如下。即,在于盡量抑制因緊急開關(guān)的誤操作而引起的浪費的功率消耗。在本手鐲型傳感器節(jié)點SN1中,為了低消耗功率化,在還沒執(zhí)行感應(yīng)的情況下,將微機芯片等轉(zhuǎn)移到待機狀態(tài),徹底抑制消耗功率。另一方面,在用戶身體不舒服等想呼出緊急呼叫的情況下,該待機狀態(tài)維持不變的狀態(tài)下不響應(yīng)用戶的請求。為了解決該問題,如已經(jīng)說明的,在本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點中,將緊急開關(guān)ESW1(SW1)分配給微機芯片的外部中斷,在按下了緊急開關(guān)(ESW1)的情況下,立即從待機狀態(tài)復(fù)原,響應(yīng)用戶的請求。但是,該開關(guān)容易被誤操作。此外,也存在振動現(xiàn)象。因此,一般地,在是這樣的緊急度高的開關(guān)的情況下,構(gòu)成為若不持續(xù)按下一定時間以上就不反應(yīng)。要實現(xiàn)該動作,可以單純地利用微機芯片構(gòu)成定時器,在經(jīng)過了指定的時間以后,再次如本方式那樣地判定是否還持續(xù)按著開關(guān)即可。但是,若是這樣的單純方式,就需要持續(xù)啟動微機芯片一定時間以上,典型的是會消耗5mA左右的電流(圖30)。即,不能適用于最重要的問題在于低消耗功率化的本發(fā)明的手鐲型傳感器節(jié)點。另外,在由于開關(guān)的誤操作等,錯誤地頻繁產(chǎn)生了緊急開關(guān)中斷的情況下,微機芯片將繼續(xù)啟動狀態(tài),消耗功率增大了。
為了解決該問題而提出的方法是本方式。在本方式中,微機芯片在緊急開關(guān)中斷產(chǎn)生后啟動了以后,設(shè)定實時時鐘RTC,立即轉(zhuǎn)移到軟件待機動作模式。在用于判斷是否持續(xù)按著開關(guān)SW1的時間中,可以一直在軟件待機動作模式下待機。即,即使在錯誤地頻繁按下了緊急開關(guān)中斷的情況下,也能將消耗電流準確地抑制到待機狀態(tài)。
圖32(a)中示出的圖表是上述緊急發(fā)報程序的效果。此外,圖32的(b)是不采用本方式(緊急發(fā)報程序)的情況。
圖中TC13是用于緊急開關(guān)再次判定的等待時間。此外,時間TC15是緊急呼叫的數(shù)據(jù)通信所花費的時間。在該圖中,時間TC13也畫得與TC15沒有大的差別,但實際上TC13為~3(s)TC15為0.1(s)以下,利用本方式削減消耗電流非常有效。
如上所述,在判斷為真的按下了緊急開關(guān)ESW1的情況下,接著執(zhí)行緊急數(shù)據(jù)發(fā)送子程序(P620)。在本子程序中,首先啟動RF芯片(P621)。接著生成向基站發(fā)送的緊急數(shù)據(jù)(P622)。接著設(shè)定RF芯片為發(fā)送狀態(tài),發(fā)送緊急數(shù)據(jù)(P623)。進一步,設(shè)定RF芯片為接收狀態(tài),為檢驗緊急呼叫是否確實到達了基站,等待接收來自基站的ACK信號。再有,也可以根據(jù)需要執(zhí)行P626~P628程序,下載來自基站的消息,使顯示裝置LMon1顯示消息。
<第二實施方式>
圖33示出第二實施方式,上述第一實施方式的溫度傳感器TS1除溫度外還測定濕度。
在安裝有感應(yīng)溫度和濕度的溫濕度傳感器TS1的傳感器節(jié)點SN1的情況下,需要直接用溫濕度傳感器TS1感應(yīng)室內(nèi)和屋外的空氣。因此,將溫濕度傳感器TS1和傳感器節(jié)點SN1的控制電路安裝在與室內(nèi)和屋外相同的環(huán)境上。由于控制電路周圍的溫度和濕度的變化,控制電路其電路表面結(jié)露,成為誤動作和故障的原因。
因此,通常,溫濕度傳感器TS1與傳感器節(jié)點SN1的控制電路分別地安裝。例如,安裝在密閉了控制電路的殼體上,將溫濕度傳感器TS1伸出到殼體的外面,用電纜連接溫濕度傳感器TS1和殼體。但是,在該情況下,由于溫濕度傳感器伸出到殼體外面,因此就需要另外考慮溫濕度傳感器的固定方法和傳感器設(shè)置的安裝,存在著安裝變復(fù)雜,安裝的成本增高的問題。
因此,本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)在一個殼體中安裝溫濕度傳感器TS1和傳感器節(jié)點SN1的控制電路。
圖33中示出感應(yīng)溫濕度的傳感器節(jié)點的一個實施例。
與上述第一實施方式同樣地,在外部殼體SN-NODE上安裝搭載著RF芯片和微機的基板BO1、搭載電源控制電路與傳感器的接口電路的基板BO2-2、電源BAT、連接天線ANT1的連接器SMA1、內(nèi)裝溫濕度傳感器基板BO3-2的內(nèi)部殼體SN-CAP(隔壁)。
在內(nèi)部殼體SN-CAP內(nèi),內(nèi)裝有溫濕度傳感器基板BO3-2。在內(nèi)部殼體SN-CAP中具有取入外部空氣的溫濕度通過窗WN1,利用該通過窗WN1,就能測定外部空氣的溫度和濕度。即,內(nèi)部殼體SN-CAP的內(nèi)側(cè)成為收容溫濕度傳感器基板BO3-2的空間,內(nèi)部殼體SN-CAP的外部和外部殼體SN-NODE的內(nèi)周成為收容基板BO1、基板BO2-2和電源BAT的第二空間。
外部殼體SN-NODE在內(nèi)部殼體SN-CAP與外部殼體SN-NODE的接觸面上安裝防水用的O型圈ORNG1,在天線用連接器SMA1與外部殼體SN-NODE的接觸面上安裝O型圈ORNG2。這樣,外部殼體SN-NODE內(nèi)的空氣與殼體外的空氣就完全被分離。
此外,基板BO2-2與基板BO3-2的接口信號貫通內(nèi)部殼體SN-CAP,在內(nèi)部殼體SN-CAP與外部殼體SN-NODE的接觸面上安裝防水用的O型圈ORNG3。這樣,內(nèi)部殼體SN-CAP內(nèi)的空氣與外部殼體SN-NODE內(nèi)部的空氣就完全被分離。
由于利用這3個O型圈,外部殼體SN-NODE內(nèi)被密閉,因此,不因為溫度和濕度的變化而結(jié)露,控制電路的可靠性提高了。此外,由于溫濕度傳感器也安裝在殼體中,所以包括傳感器都被安裝在一個殼體中,因此,具有安裝變緊湊,傳感器節(jié)點的設(shè)置變?nèi)菀椎男Ч?br> 圖34中示出在本實施例中使用的基板BO2-2和BO3-2的結(jié)構(gòu)圖?;錌O2-2具有與搭載了RF和微機的基板BO1的接口、與溫濕度傳感器基板BO3-2的接口和電源BAT的接口,在基板BO2-2上,搭載著向安裝在基板BO1和BO2-2上的各種電路供給電源用的調(diào)節(jié)器REG1、電源接通復(fù)位開關(guān)RSW1、電源接通復(fù)位電路POR1、總線選擇電路BS2、非易失性存儲器SROM1、溫濕度傳感器用電源調(diào)節(jié)器REG2、溫濕度傳感器用電源調(diào)節(jié)器的接通關(guān)斷控制電路PS21。這些電路通過來自基板BO1的控制信號(數(shù)字端口DP、總線控制信號BC、串行總線控制SB)被控制。
溫濕度傳感器基板BO3-2搭載了溫濕度傳感器TMP-SN。來自基板BO1控制信號DP經(jīng)由基板BO2-2控制溫濕度傳感器TMP-SN??刂菩盘朌P由控制傳感器的雙向數(shù)據(jù)信號和示出數(shù)據(jù)信號是否是有效的定時的時鐘信號構(gòu)成,能按照時鐘信號的定時進行控制信號和數(shù)據(jù)的收發(fā)。
對溫濕度傳感器TMP-SN的感應(yīng)過程簡單地進行說明?;錌O1控制感應(yīng)溫濕度的間隔。例如,若測定周期是5分鐘,則測定該5分鐘的周期,經(jīng)過了5分鐘后,就根據(jù)控制信號DP,從溫濕度傳感器TMP-SN讀出溫度和濕度的數(shù)據(jù),用無線通信從RF電路向基站傳送數(shù)據(jù)。基站BS10使用因特網(wǎng)和內(nèi)部網(wǎng)等通信線路,向數(shù)據(jù)服務(wù)器和應(yīng)用系統(tǒng)傳送溫度和濕度信息。
周期地進行溫濕度的測定和該測定數(shù)據(jù)的傳送,但利用本實施例中示出的結(jié)構(gòu),能夠低成本地實現(xiàn)穩(wěn)定工作的傳感器節(jié)點。
在本實施例中,對于用數(shù)字信號控制的溫濕度傳感器TMP-SN進行了說明,但在用模擬信號控制的溫濕度傳感器的情況下,可以用基板BO1將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后用無線通信傳送數(shù)據(jù)。本實施例的安裝結(jié)構(gòu)也可以適用于模擬輸出的溫濕度傳感器。
再有,在上述各實施方式中示出了將傳感器節(jié)點SN1戴在手腕上的例子,但也可以安裝在能測定脈搏的其他部位(例如,腳)上。
工業(yè)上的可利用性如上所述,在本發(fā)明中,通過在手鐲型傳感器節(jié)點中使片狀介質(zhì)天線從人體離開,能夠確保高靈敏度和穩(wěn)定的無線通信,能夠適用于能以少的消耗功率進行穩(wěn)定的無線通信的傳感器節(jié)點。
而且,由于能夠搭載多個傳感器,并且用極低的消耗功率長時間持續(xù)使用傳感器節(jié)點,因此,能夠適用于在醫(yī)療和看護等不需要維護的要求長時間使用的傳感器節(jié)點。
權(quán)利要求
1.一種傳感器節(jié)點,具有無線通信電路和傳感器,利用無線通信發(fā)送傳感器所測定的數(shù)據(jù),其特征在于,具有第一基板,配置了與上述無線通信電路連接的天線;電池,向上述無線通信電路和上述傳感器提供電源;殼體,內(nèi)部收容上述第一基板;帶,安裝在上述殼體上,并將該殼體固定在皮膚上,上述天線與上述殼體相對并配置在上述第一基板的第一面中與上述殼體的上部相對應(yīng)的位置,上述電池配置在上述第一基板的第二面中與上述殼體的下部相對應(yīng)的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的傳感器節(jié)點,其特征在于,上述天線構(gòu)成為,上述帶與上述殼體的上部和下部連結(jié),并能戴在手腕上。
3.如權(quán)利要求2所述的傳感器節(jié)點,其特征在于,在以上述第一邊為上述殼體的上部時,上述天線配置在上述第一邊的左側(cè)。
4.如權(quán)利要求1所述的傳感器節(jié)點,其特征在于,在上述第一基板上,在上述天線的下方配置顯示裝置,在該顯示裝置的下方配置操作開關(guān),上述殼體使上述顯示裝置和操作開關(guān)露出在該殼體的表面上。
5.如權(quán)利要求1所述的傳感器節(jié)點,其特征在于,上述第一基板除了包圍上述天線形成的接地/電源層禁止區(qū)域以外,形成了電源電路和接地電路。
6.如權(quán)利要求2所述的傳感器節(jié)點,其特征在于,上述傳感器由配置在與皮膚相對置的位置上的發(fā)光元件和受光元件構(gòu)成,上述發(fā)光元件和受光元件配置于在連結(jié)上述殼體的上下方向的線的中央部與其正交的軸線上。
7.如權(quán)利要求6所述的傳感器節(jié)點,其特征在于,上述傳感器構(gòu)成為多個發(fā)光元件夾持上述受光元件。
8.如權(quán)利要求7所述的傳感器節(jié)點,其特征在于,在上述殼體中容納有配置了上述傳感器的第二基板,在上述殼體的底部形成有上述發(fā)光元件和受光元件與皮膚相對置的開口部。
9.如權(quán)利要求8所述的傳感器節(jié)點,其特征在于,上述第二基板安裝在上述第一基板的第二面上,在上述第一基板的與天線相對置的位置上,除了包圍相對置的天線形成的接地/電源層禁止區(qū)域以外,形成有電源電路和接地電路,上述第一基板配置在上述殼體的表面?zhèn)取?br> 10.如權(quán)利要求9所述的傳感器節(jié)點,其特征在于,上述第二基板安裝在上述第一基板的第二面的上部,在上述第一基板的第二面?zhèn)?,在上述第二基板的下方配置有具有地電位的部件?br> 11.如權(quán)利要求10所述的傳感器節(jié)點,其特征在于,上述具有地電位的部件,是控制上述無線通信電路和上述傳感器的控制裝置、以及向上述無線通信電路和傳感器及控制裝置提供電力的電池。
12.如權(quán)利要求1所述的傳感器節(jié)點,其特征在于,上述天線是由高介電體構(gòu)成的片狀介質(zhì)天線。
13.如權(quán)利要求1所述的傳感器節(jié)點,其特征在于,上述傳感器包括測定濕度的濕度傳感器,在上述殼體中設(shè)置隔壁,將收容上述濕度傳感器的第一空間和主要是上述第一基板的第二空間隔開,以及在上述殼體上設(shè)置導(dǎo)入外部空氣的窗部。
14.如權(quán)利要求1所述的傳感器節(jié)點,其特征在于,上述殼體的上部為手表上的12點鐘的方向。
全文摘要
本發(fā)明在傳感器節(jié)點中確保穩(wěn)定的無線通信性能。在具有無線通信電路和傳感器,利用無線通信發(fā)送傳感器測定的數(shù)據(jù)的傳感器節(jié)點中,具有配置了與無線通信電路連接的天線(ANT1)的第一基板(BO2)、內(nèi)部收容第一基板(BO2)的殼體(CASE1)、安裝在殼體(CASE1)上用于將該殼體(CASE1)固定在皮膚上的帶,將天線(ANT1)配置在殼體(CASE1)的成為手表上的12點鐘方向的上部。
文檔編號G08C17/00GK1843288SQ20051009652
公開日2006年10月11日 申請日期2005年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月8日
發(fā)明者愛木清, 栗山裕之, 山下春造, 志村隆則 申請人:株式會社日立制作所
網(wǎng)友詢問留言 已有0條留言
  • 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點贊!
1
河东区| 吉首市| 惠水县| 香格里拉县| 新津县| 泉州市| 象州县| 黎川县| 昌图县| 扶绥县| 乐陵市| 玉树县| 镇坪县| 瑞安市| 自贡市| 横峰县| 扎赉特旗| 新泰市| 阳东县| 韶关市| 东港市| 东丽区| 呈贡县| 奎屯市| 枝江市| 芜湖市| 五大连池市| 永胜县| 井研县| 彭山县| 巍山| 东阳市| 靖西县| 扎鲁特旗| 兴宁市| 长寿区| 永安市| 北流市| 手游| 肇源县| 宾阳县|