CN102006820B - 针对可以是传感器和/或致动器的无线网络的一部分的传感器和/或致动器的支持装置 - Google Patents

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Abstract

一种针对传感器和/或致动器的无线网络的节点元件或终端装置(10)的传感器和/或致动器的支持装置，该支持装置包含具有多个面(2)的基体或基础模块(1)和供电区块/模块(4)，传感器和/或致动器模块或区块(3)安装到所述面(2)。基体(1)的主要特性是向节点元件(10)添加另外的传感器和/或致动器(3)和适配器元件、桥接口元件(60)或扩展模块(50)的可能性。基体(1)可具有多个连接面(2)，多个连接面(2)具有允许装配上面描述的模块的强制啮合工具(54)。强制啮合工具(54)确保许多模块之间的机电连接，并且此外有助于针对用户的简单且直观的可达性。

Description

针对可以是传感器和/或致动器的无线网络的一部分的传感器和/或致动器的支持装置
技术领域
本发明涉及监视和控制传感器和/或致动器的无线网络的装置。具体地，该装置可应用在涉及无线体域网(WBAN)或无线体传感器网(WBSN)的生物医学领域中，以通过病人可佩带的传感器和/或致动器监视生理参数。
背景技术
在针对病人的传统监视仪器中，已知为分别的专用装置提供每个记录的参数的是巨大且昂贵的系统。为此原因，可仅由医院或健康中心执行监视或传感过程。
在这种类型的监视仪器中，适合存储和传输数据的便携装置与适合检测生理参数的传感器之间的连接通常是有线连接。特别是，由于线缆限制病人的移动，因此与病人皮肤接触的这样的传感器妨碍了病人。
已知通过使用无线通信和通过低功耗电技术移除有线连接。特别地，已知网络具有传感节点，每个传感节点都具有自己的电池元件，并且每个都在病人身体上安置，传感节点能够传感不同生理参数，从而存储所述参数，和/或用无线方式将所述参数传给更强功效的装置，该更强功效装置能记录这些参数和/或将这些参数向远程的中央操作单元传送。
具体地，在借助通常称为“无线传感器网”(WSN)的系统监视生理参数时使用这样的装置。
无线传感器网(WSN)是包含小节点的网络，小节点能够容纳传感器、在每个节点上执行一些计算步骤，并能通过合适的网络协议互相通信。这样的传感器网络为通常针对节点检测的数据的性质的应用开发。在生物医学领域，例如，测量若干数据，如温度、压力、ECG信号、移动、位置、血压等等。由于适合各类应用的多个特性，WSN平台是引人关注的。这些网络的主要特性是以下内容：
-构成网络的节点的稳定性：根据特定的应用，节点具有减小的尺寸，该尺寸允许简单的安放；
-创建网络而不需要具有专用基础设施；
-低能量，是以可使用必须持续几年的电池的方式运转网络必需的；
-节点和连接器的异质性；
-单独节点的低计算能力和通信。
此外，该类网络是动态的，因为即使一些节点损坏，或如果节点的数量改变，或在缺少电池的情况下，或如果节点被置换，也没有和网络相关的问题。
“无线体域网”(WBAN)或“无线体传感器网”(WBSN)的标准体系结构提供不同的传感器化且小型化节点，每个都称为“体传感器单元”(BSU)，也称为终端装置，节点以无线方式连接到中心单元，该中心单元可由病人佩带或设置在病人附近，称为体中心单元(BCU)。
特殊地，终端装置是网络的终端节点，这些终端节点与病人的身体接触，或设置在周围环境中，而且配备合适的传感器和/或致动器，从而执行监视功能和/或主动与病人交互的功能。
许多BSU获得的数据通过BCU和互联网环境之间的连接可在线访问，该连接可通过不同技术获得，例如WLAN、GPRS、UMTS等等。
这样，WBAN监视的病人可由医生或医院工作人员持续远程观察，以便防止可能的并发症。数据可周期性存储在专用服务器中，并且医生可在任何希望的时刻执行完全检查。在紧急情况下，由于可通过病人激活的警报，以及由于响应生理参数的任何无规律性的监视系统，可在短时间内进行适当测量。
终端装置的限制/问题，以及市场上目前可获得的生物医学WBAN产品的通常限制/问题，可以是以下内容：
-“关闭”的系统目前可用，其中用户，例如医生、护士或病人同样不能改变系统结构；
-根据功能性设计和制造终端装置，该功能性不可由用户改变，除非生产商/提供商/供应商或高素质操作员帮助；
-终端装置用取决于它安装的特殊传感器/致动器的单个功能定义和设计，没有增加或改变特别的测量和/或操作功能性的可能性(例如测量的参数的类型)；
-传感器/致动器，和/或电池，是可或多或少由用户容易替换的唯一区块，但仅用非常相似的装置，即具有相同功能的装置替换。
由于制造用于测量确定的生理参数的终端装置不可由用户改变以便测量另一参数，因此这些问题包括限制和灵活性。这同样导致装置的不良利用，因为一旦系统完成它的功能，或参数不再被关注，那么整个装置完全释放它的效用并且不可经修改来执行不同功能。
美国专利申请US 2005/265269 A1公开信号传输仪器，该仪器通过线缆连接普通传感器，并向远程主计算机无线传输传感器的数据。该传输仪器(不是通过线缆连接到它的在机器上设置的传感器例如温度计、流量计等等的支持装置)。该传输仪器设置在接近该机器的合适位置，具有通向传感器的线缆，并适合工业使用，不适合个人使用。
在美国专利申请US 2006/122466中，公开模块化远距离医疗系统，该系统连接诊断、识别和声像通信功能模块。
在美国专利申请US 2002/084904中，公开手腕电子识别仪器。
发明内容
因此，本发明的特性是为传感器和/或致动器提供支持装置，所述传感器和/或致动器可以是传感器和/或致动器的无线网络的一部分，并提供在单节点中集成多个传感和/或致动组件的可能性。
本发明的另一特性是为传感器和/或致动器提供这样的支持装置，以便依靠病人可佩带的传感器和/或致动器监视生理参数，支持装置适合支持多个传感器和/或致动器，并且同时可通过粘合工具或其它连接系统容易地固定到人体，所述传感器和/或致动器可以是无线体域网(WBAN)或无线体传感器网(WBSN)的环境的一部分。
本发明的特性也是为传感器和/或致动器提供支持装置，所述传感器和/或致动器可以是传感器和/或致动器的无线网络的一部分，该无线网络提供在单个点中集成可用于家庭自动化(domotic)或工业环境中的多个传感器和/或致动器的可能性。
本发明的进一步的特性是为传感器和/或致动器提供支持装置，所述传感器和/或致动器可以是传感器和/或致动器的无线网络的一部分，其中无经验的用户可根据定制的需要选择和装配该装置的传感和/或致动器组件，该需要源自病人的情况，或源自对病人的先前检测或控制的结果。
本发明的另一特性是为传感器和/或致动器提供支持装置，所述传感器和/或致动器可以是传感器和/或致动器的无线网络的一部分，其中仅开发该装置的传感组件，以便该装置用容易且简单的连接最低限度侵入病人，并能够以用户友好的方式接合。
本发明的特性也是为传感器和/或致动器提供支持装置，所述传感器和/或致动器可以是传感器和/或致动器的无线网络的一部分，其中所述装置的长期成本低，以使终端用户可在不同时间购买替代每个佩带的和/或没有使用的区块以及通过引入其它区块而增加新功能性必需的传感组件，维持相同主构架。
这些和其它目标通过针对传感和/或致动节点网络的节点元件的传感器和/或致动器的可佩带支持装置实现，所述支持装置包含：
-具有多个面的基体，至少一个传感器和/或致动器以及供电区块可应用于所述基体；
-将所述基体固定到支持表面的固定工具；
-在所述基体中，包含微处理器或微控制器的控制单元；
-在所述基体中的存储单元，所述存储单元与所述控制单元通信，并适合存储多个配置参数、固件和数据；
-适合产生无线传感器网络的无线通信工具，该无线传感器网络使所述微处理器与远程单元通信，所述远程单元包含具有各自的传感器和/或致动器以及适合与所述基体交换数据的至少一个数据控制单元的其它基体，
所述装置的主要特性是
所述基体的至少两面是各传感器和/或致动器的连接面，以及
所述基体包含：
-强制啮合工具，用于在所述传感器和/或致动器之间用所述基体的所述连接面构成强制啮合；
-在所述强制啮合工具处的接口工具，用于构成所述传感器和/或致动器与所述控制单元之间的接口；
-识别工具，用于识别通过所述强制啮合工具与接口工具连接到所述基体的预定的传感器和/或致动器。
具体地，所述无线通信工具设置在所述基体内。
优选地，所述传感和/或致动节点的网络的所述节点元件具有在厘米范围中的减少的尺寸。然而，它的可伸缩体系结构允许它可能进一步小型化。
有利地，所述基体具有平坦形状，具体是具有四个基本矩形的延长的连接面的平行六面体，其中构成所述传感器和/或致动器之间强制啮合的所述强制啮合工具中的至少一个处于所述矩形的连接面。
有利地，提供适配器元件，或“前端”元件，该元件可固定在所述连接面上，所述前端元件提供与至少一个对应传感器和/或致动器的强制啮合连接，其中所述适配器元件包含下面元件中的一个或其组合：
-包含微处理器或微控制器的控制单元；
-信号调整仪器；
-模/数和/或数/模转换器；
-与所述基体的接口；
-识别装置；
-与所述传感器和/或致动器的接口。
优选地，提供分别连接至少两个基体的桥接口元件，其中所述桥接口元件包含下面元件中的一个或其组合：
-包含微处理器或微控制器的控制单元；
-与第一基体的第一接口；
-识别装置；
-与第二基体的第二接口。
这样，通过桥接口元件，可能增加连接面的数量，并因此增加可连接的传感器和/或致动器的数量。此外，可能增加网络节点元件的功率和/或功能性。
优选地，所述基体包含至少一个硬件输入端口，该端口适于辅助外部装置的连接，辅助外部装置例如是显示所述传感器已经测量的参数的显示器或存储器扩展装置等等。这样，通过该显示器例如显示数值，例如压力、温度等等，但同样可显示图像。相反，存储器扩展装置，可以是提高基体的存储或计算能力必需的，以及存储长期数据必需的，例如24/48小时的病人数据，以便在监视步骤结束时最后上载它们。
有利地，在所述基体上提供至少一个电池元件，该至少一个电池元件与所述连接面中的一个可啮合，所述电池元件适合向具有各自传感器和/或致动器的所述基体供电、向任何前端元件供电、向任何桥接口元件供电，以及向任何辅助外部装置供电。
具体地，所述硬件输入端口设置在所述基体的顶面或较低面。
有利地，为使所述电池元件在所述基体的所述顶面和/或所述较低面上啮合提供工具。
具体地，所述强制啮合工具具有特殊几何形状，以便阻止用户错误啮合。
有利地，所述识别工具从以下工具构成的集合中选择：
-能够测量物理量的模拟识别工具；
-数字识别工具(或基于数字数据交换)。
有利地，所述识别工具在所述控制单元中提供起动工具，从而识别从集合中选择的装置是否已经插入所述基体以及开始预定的模拟和/或数字对话过程，该集合由以下元件构成：所述传感器和/或致动器、所述前端元件、所述桥接口元件、辅助外部装置。
具体地，所述模拟识别工具测量电容器的预定容量，或被动电路元件的其它物理特性，以便不含糊地(univocally)识别连接到所述基体的所述传感器和/或致动器，或所述适配器元件或所述桥接口元件，将预定值与所述容量或所述其它物理参数比较。
有利地，所述远程单元从以下装置构成的集合中选择：移动电话、个人数字助理、计算机、家庭自动化系统或服务器计算机。
优选地，将所述基体固定到支持表面的所述固定工具可集成在所述基体上，或集成在所述传感器和/或致动器中，或集成在所述适配器元件中，或集成在所述桥接口元件中。
具体地，在医疗领域中，所述固定工具从以下工具构成的集合中选择：
-手镯，尤其可在手腕固定到病人手臂；
-带状物，尤其可固定到病人躯体；
其中所述手镯和/或所述带状物的一部分通过所述强制啮合工具在一个或更多连接面连接到所述基体。例如，手镯或带状物可在垂直于它们的平面的方向上具有到连接面的连接部分，或具有两个末端，该两个末端具有到两个相反连接面的连接末端部分。
有利地，所述带状物具有传感器的功能，并包含连接部分，该连接部分具有与所述基体的多个连接面之一强制啮合的形状。这样，手镯又是基体通过其连接端口表面中的一个连接的监视传感器；为此目的，手镯可包含一个或更多强制啮合部分，例如插头/插座配对啮合部分，用于与所述基体的各连接端口表面的连接。
具体地，所述手镯包含适于检测病人的“心跳”，或更通常地检测血压的音调传感器。具体地，所述传感器包含从手镯形连接部分开始延伸的检测表面。
相似地，所述带状物具有传感器的功能，并包含与所述基体连接的连接部分。具体地，所述带状物包含至少一对检测电极，该对检测电极从所述连接部分开始延伸，以便测量病人身体的阻抗。
有利地，所述带状物和所述手镯在长度上可调节，并可通过耦合部分与在所述连接部分上制作的外壳连接，所述连接部分除了将带状物/手镯紧固于病人之外，激活集成传感器的操作。
可替换地，所述手镯和/或所述带状物包含两部分，该两部分依靠快速可释放紧固工具互相连接。这样，手镯和/或带状物可容易且快速地进行调节并应用，而不阻碍病人的运动。
附图说明
参考附图，本发明通过下面示范性但不是限制性的其示范实施例的描述更清楚，其中：
-图1示出根据该发明的传感和/或致动节点或终端装置的网络的节点元件的基础配置，其包含传感器的支持装置；
-图1A示出根据该发明的图1的传感和/或致动节点或终端装置的网络的节点元件的基体；
-图2示出基体中存在的必要组件的框图；
-图3示出应用于病人以便监视例如生理参数的节点元件的网络，全部元件具有图1的基础配置；
-图4和5和各自的放大局部图4B、4C和5A根据该发明示出适合连接传感器和/或致动器的强制啮合工具，并且图4A的放大图根据该发明示出用于连接另外的扩展馈电模块的硬件类型连接；
-图6示出终端装置的前视图，该终端装置包含侧面安装的支持装置、传感器和/或致动器以及应用于该终端装置较低部分的电池元件；
-图7示出图6的装置的分解透视图，然而其中供电电池不可见；
-图7A示出图7的装置在装配配置中的透视图；
-图8示出概略简化图，相对于图1的概略简化图，该图包含设置在传感器和基体之间的适配器元件或前端元件；
-图9示出图8的装置的前视图，其中示出供电电池；
-图10示出图8和9的装置的透视分解图，其中不同的是供电电池没有示出；
-图11示出图10的装置的装配图；
-图12示出集成的支持装置，其相对于图9中示出的装置具有进一步的扩展元件；
-图13示出在使用时位于基体和传感器和/或致动器之间的适配器或前端元件的必要组件的框图；
-图14和14A示出传感器和/或致动器内部结构部分的框图；
-图15示出在使用时位于两个相应的基体之间的桥接口元件的必要组件的框图；
-图16和16A分别示出根据该发明的两个相应基体之间的连接桥的装配图和分解图，而图16B示出根据该发明的层叠形式的连接桥；
-图17示出通过图16的连接桥集成的两个基体的可能配置的框图；
-图18示出开启时基体的自配置步骤的框图；
-图19示出基体怎样识别模块的连接的操作概略图；
-图20示出模拟型识别工具的示范实施例的电路图，该识别工具设置在基体和模块之间，该模块从以下元件构成的集合中选择：传感器和/或致动器、接口元件或桥连接元件；
-图21示出图19的示范实施例，该示范实施例扩展到其中模块的存在的连接的识别包括接口适配器元件或前端元件的情况，该接口适配器元件或前端元件设置在基体和传感器和/或致动器之间；
-图22示出描述模拟识别工具遵循的逻辑步骤序列的流程图；
-图23示出数字识别工具遵循的逻辑步骤序列的相应流程图；
-图24示出图23的流程图的方框中一个的所谓握手过程的概略简化图；
-图25示出包括两个相应的基体之间的连接桥的进一步配置例子；
-图26示出图25的图的方框中一个的所谓握手过程的概略简化图，该握手过程在连接桥的情况下实现；
-图27示出在连接面上配备的支持装置，其中相应的传感器和/或致动器具有或没有接口元件；
-图28和28A示出测量血压的传感器化的手镯，该手镯可固定到病人手腕，具体地，两张图示出与基体的连接；
-图29示出图28的手镯的测量病人“心跳”的可能应用；
-图30示出基体和相对的电极传感器的支持带状物；
-图31示出图30的特定视图，其中示出到基体的连接；
-图32示出图30的带状物的可能应用，其应用于病人的躯体用以阻抗检测。
具体实施方式
参考图1和1A，示出传感器和/或致动器的支持装置，在可能的实施例中，所述传感器和/或致动器作为传感器和/或致动器的无线网络20(在图3中可见)的节点元件或终端装置10。具体地，终端装置10的结构构造具有包含基体或基础模块1的独特特性，如图1A中详细示出，该基体或基础模块1具有多个面2，传感器和/或致动器区块/模块3和供电区块/模块4安装到所述多个面2。基体1的主要特性是通过添加如图中所示进一步的传感器和/或致动器3和其它供电模块4或扩展模块来集成节点元件10的可能性。
图1A示出优选平行六面体平坦形状的基体1，该基体1具有四个基本矩形的延长的连接面2，连接面2在每个矩形连接面2提供传感器和/或致动器3之间的强制啮合表面。
此外，提供辅助模块，例如设置在传感器和/或致动器3与基体1之间的适配器元件40或前端模块，并提供扩展模块50(在图12中可见)，例如显示器、LED元件、存储器扩展等等，以及提供能够将两个基体1连接在一起的桥接口元件或桥模块60(在图15中可见)。
此外，基体1在提供连接表面的任何面2包含强制啮合工具54，该强制啮合工具54适合接收相应的传感器和/或致动器3或适配器元件40或桥接口元件60。在优选示范实施例中，强制啮合工具54确保许多区块之间的机电连接，并且此外制作强制啮合工具54以便允许针对用户的直观且容易的可达性。下面是详细描述。
另外，每个单独的传感器和/或致动器模块或区块3具有容易使用且简洁的外观，因此终端用户可无困难地装配它而获得具有要求的特性和功能性的最终装置。
此外，例如，可提供整个装置10的可能盖子，以便完全密封装置10，因此它可以仅在传感器和/或致动器模块3接触病人21的身体(图3中可见)。
参考图2，示出对于终端装置10的功能性和坚固性必需的，而且可以是基体1的部分的内部元件。具体地，这样的元件包含含有微处理器(未示出)的控制单元5，存储单元6，该存储单元6与控制单元5通信，并存储多个配置参数、固件、数据，并且这样的元件包含无线通信工具7，该无线通信工具7适合构成使微处理器与远程单元通信的无线传感器网络(在图3中示出)。
此外，提供接口端口表面2、11，其分别允许与传感器和/或致动器3或适配器元件40的连接工具54的强制啮合，但同样允许与具有扩展元件50(在图12中示出)的桥接口元件60和硬件连接11的连接工具54的强制啮合。
参考无线传感器网络20，图3中示出的远程单元包含其它基体1，其它的基体1具有相应传感器和/或致动器3和相对供电区块4，以及适合与基体1交换信号的至少一个数据控制单元30。
具体地，基体1提供固定工具(未示出)，用于将它固定到支持表面，例如其生理参数被监视的病人21(在图3中可见)，或在家庭自动化领域中固定到家用表面，以便测量温度、压力等等。
图3示出在卫生保健或家庭自动化领域适合测量生理参数或其它参数的节点元件的网络20的例子。具体地，网络20包含基础配置中的多个装置10，所述装置10根据一个或更多病人21确定的监视点安置。
根据图1的概略图，然后每个终端装置10包含安装在基体上的供电区块4和至少一个传感器和/或致动器3，依靠传感器和/或致动器检测的对应参数，例如温度、压力、心跳、呼吸等等。压力检测的特定情况参考图28、28A和29描述。
可配置基体1的可能方式允许获得节点元件，该节点元件非常灵活而且可实施到许多应用，尤其在监视生理参数领域。实际上，关于基体1的替换具有不同功能的传感器和/或致动器3或与其集成的特性，以及多个基体1互相连接的可能性允许发展宽领域的解决方案。
此外，每个基体1都用无线方式连接到同样可由病人21佩带的数据控制单元或BCU 30，作为便携装置30’。
数据控制单元30可用无线方式同样连接到其它控制单元，例如便携装置30’，获得数据交换网络31。
仅关于BCU 30，它可包含基体1的相同组件，并通常可具有有线或无线类型的连接36，从而连接到更强大的电子装置，例如个人数字助理33、移动电话32或个人计算机34，或通过连接37直接连接远程服务器35。通常，BCU 30可具有大于基体1的尺寸，以便容纳更强大的供电模块4，除非提供更传统的电缆供电。
根据网络20的每个单独基体1的操作，基体1与它物理连接的其它基体1或数据控制单元30通信可能的优先级指数，该可能的优先级指数对网络的每个单独节点元件必须传输的数据的相关性敏感。
例如，在医疗领域，基体1可包含优先级高于具有温度传感器的基体的ECG传感器，该优先级可明显取决于监视的病状。
反之亦然，缺少通信模块表示基体1存在问题，或简单表示传感器和/或致动器3的移除。在此情况下，数据控制单元30被信号通知以从读取的数据的列表移除该基体1，直到同样由基体1可能发送信号通知状态改变，并且开始新的初始化步骤。
参考图4和5，根据透视图从上面和从下面分别示出基体1的视图。
参考图4A，示出硬件连接11，该硬件连接11适合将基础区块1与扩展区块50(在图12中示出)集成，或用于将基础区块1与另一基础区块1连接，如图16B中表示。具体地，该硬件连接11设置在基体1的顶面上，并且在扩展模块50(在图12中图解可见)或在另一基体1(在图5中可见)上具有对应端口14。这样，啮合部分11’和相应的协作部分14’(在图5中示出)不含糊地识别连接。此外，在基体1较低部分的端口14具有供电触点16，用于连接一个或更多供电区块4。
图4B、4C和5A描绘在基体1的面2上安排的确定的连接区域的放大图，示出用来帮助模块的装配步骤，并且用于避免安装错误的强制啮合工具54。
具体地，强制啮合工具54提供在图4B中示出的凹口12，该凹口12与相应的紧固齿8(在图7中可见)啮合。这样，用户逐渐按压紧固齿8从而移除先前插入基体1的传感器和/或致动器3。该示范实施例也用于在传感器和/或致动器3’和前端40(在图10中可见)之间的连接，或在基体1和前端40之间连接，或用于将桥元件60与两个基体1(在图16中可见)连接。
此外，强制啮合工具54提供凹槽12’，如放大图4C中所示，该凹槽12’使连接独特，并帮助用户安装传感器和/或致动器3。
图5A示出另外的元件12”，该元件12”使传感器和/或致动器3或适配器元件40或桥模块60到基体1的连接独特。具体地，元件之间的区别是，在基体1的拐角，距对必须连接的模块的类型敏感的接口端口2的边缘依次产生不同距离。
更确切地，基体1可具有适合啮合某些传感器和/或致动器，而且然后啮合具有预定宽度的端口的类型，并且其它基体可具有适合啮合其它类型传感器和/或致动器，啮合具有不同宽度的接口的类型。因此，假设独特连接，前面的基体类型的传感器和/或致动器不能适配其它基体类型。
强制啮合工具54可分别为模块/区块的供电、为自动识别并为数字和/或模拟类型的双向数据通信提供许多连接针脚。
同样，硬件输入端口11包含分别针对模块的供电的许多连接针脚，从而使优选同步串行类型的数字通信成为可能，并从而允许基体1自动识别连接的区块，以及从而通过专用通信协议实施数据的双向通信。
图6示出如图1中概略示出的装置的前视图，包含电池元件4和传感器和/或致动器3分别连接的基体1。
图7和7A分别描绘装置的分解和装配的对应透视图，没有示出供电模块4。在该配置中，传感器和/或致动器3具有配合存在于基体1的面2上的强制啮合工具54的啮合部分48。此外，传感器和/或致动器3具有紧固齿8。这样，连接对于用户非常容易且直观，因此连接不会错误发生，因为如果传感器和/或致动器3’连接适配器元件40，如图10所示，相应强制啮合工具54和啮合部分48不互相配合。
图8示出配备适配器元件40的终端装置10’的概略图。具体地，如图9和10的分解图所示，终端装置10’分别提供基体1、前端模块40、传感器和/或致动器3’以及供电区块4。
图9在前视图中示出在图8中概略示出的装置的示范实施例。具体地，由于借助相应供电触点针脚16’在基体1下施加供电区块4，因此供电区块4在这里可见，而在图10的透视图中，示出基体1、适配器元件40和传感器和/或致动器3’。在该示范实施例中，传感器和/或致动器3’具有可啮合前端模块40的插头啮合部分46的插座啮合部分48。
这样，无经验的用户不能在不需要接口元件40的情况下将传感器和/或致动器3’错误地直接连接到基体1。
图11示出装配到单独的终端装置10’的上面描述的装置，终端装置10’是图3的监视网络20的节点元件的进一步配置。在图10和11中，没有示出供电区块4。
图12描绘终端装置10”的前视图，除图9的部件之外，端装置10”包含通过硬件连接器11和对应端口14(在图5中详细可见)连接的扩展模块50。具体地，扩展模块50可从以下模块组成的集合中选择：显示器、计时器、计数器模块、串行通信模块、电池状态监视块、存储器扩展块等等。
图13示出可在传感器和/或致动器3’和基体1之间的强制啮合工具54处固定到基体1的适配器工具40或前端模块。
在前端模块40中，至少必须存在下面的硬件组件：微控制器41、信号调整区块42、模/数和/或数/模转换器(ADC和/或DAC)43、前端元件的识别工具45、与基体1接合的输入/输出(I/O)接口端口44，以及与传感器和/或致动器模块3’接合的至少一个接口端口46或输入/输出啮合部分。
具体地，识别工具45从以下工具构成的集合中选择：能够测量物理量的模拟工具，或数字工具，例如用专用通信协议操作的数字工具。
这样，微控制器41能够驱动来自可能的传感器和/或致动器模块3’的信号，或指向可能的传感器和/或致动器模块3’的信号，该传感器和/或致动器模块3’连接适配器元件40。此外，微控制器41驱动模块识别部分和与基体1的通信。
信号调整区块42适合调节来自连接前端40的可能的传感器和/或致动器模块3’的信号。这样的模块可包含例如放大器、多路复用器、开关、数字电位计电路器具等等。
关于前端模块40的识别机构45，希望它在模块中，因此基体1不含糊地识别它通过接口端口44连接的任何适配器元件40。
通过传感器和/或致动器3’的前端40执行相同过程，以识别它可连接哪个元件。
图14和14A分别示出传感器和/或致动器模块3’与传感器和/或致动器模块3，具体地，它们包含传感器和/或致动器47、输入/输出接口端口48或48’，端口48或48’是分别将传感器和/或致动器模块3’和前端模块40连接，以及将传感器和/或致动器模块3和基体1直接连接的机电部分，并且与前面的情况相似，传感器和/或致动器模块3’和传感器和/或致动器模块3包含识别机构49，以便为传感器和/或致动器模块3’识别，以使模块可用独特方式识别在接口端口48连接的传感器和/或致动器3’的类型。具体地，取决于前端模块40是否必需，接口48和48’的连接端口表面相互不同。在使用中的结构区别在图7和10中示出。
图15示出桥接口元件或桥模块60的硬件组件，这些硬件组件是以下组件：微控制器81a、桥模块的识别工具85和与两个基体1接合的输入/输出接口84的两个对应连接端口表面。如在图16和16A中可见，连接的进一步的可能性提供通过相应接口84分别连接两个基体1的桥接口元件60(在图15中可见)。这样，可能增加连接面2的数量，并因此增加可连接的传感器和/或致动器3的数量。此外，可能增加网络20的每个单独节点元件的能力和/或功能性。
桥模块60和前端模块40之间的主要区别，一方面在于如图13和15描述的不同组件，并且另一方面在于它们的结构方面，因为在前端40相同侧上的相应部分13’，如图10所示，设置在桥接口60的相反侧，以便允许两个基体1的连接。可替换地，如图16B所示，两个基体1之间的连接可使用硬件连接11产生，具体地，将啮合到在基体1较低部分上制作的端口11到端口14组合(在图5中可见)。
图17示出在两个基体1之间通过桥元件60的可能的连接配置的框图。
具体地，每个终端装置10都通常由在框图中示出的以下模块组成：
-基础模块1；
-可以具有或不具有用于调节信号的适配器元件40的传感器和/或致动器模块3或3’；
-调节信号的前端模块或适配器元件40；
-供电模块4(在图中它称为电源)；
-能够连接两个基体1的桥模块60；
-能够向基体1添加功能(存储器、显示器等等的扩展)的可能扩展模块50。
制作上面描述的区块之间的连接和机电连接器54(在图4和5中示出)，以便为用户确保“即插即用”的直观过程和容易的可达性。
具体地，许多模块到基体1的连接通过首先连接至少一个供电模块4，并然后在没有特殊顺序的情况下连接其它模块实现。独特的连接通过允许在许多种连接的传感器和/或致动器中进行区分的键锁型机械接口(在图4和5中详细示出)来确保。在该连接，系统可由小型键开关开启，或在第一电池插入时自动开启。
图18示出描述在开启后基体1遵循的逻辑步骤的流程图。
具体地，对存在于基体1中的微控制器5用确保终端用户非常容易的使用和整个系统的完全可配置性的代码(固件)编程，该整个系统既是单独节点10也是由许多单独节点组成的整个网络20(在图3中可见)。特殊地，提供无线网络中的单独基体1的自配置系统，其在前者开启时触发，并且提供连接到基体1的区块的自配置系统。
程序的流程图，如图18中概略示出，提供以下步骤：
1.开启，即，连接第一电源模块4，或转换位于基体1上的开关；
2.控制无线网络的存在，并可能连接它；
3.遵循以下描述的过程，控制其它连接到基体1的模块的存在；
4.将(网络和连接的模块的)状态传送到网络协调器；
5.等待源自协调器的命令；
6.如果接收命令，就执行命令；
7.开始睡眠模式，即，低功耗模式，并在某个时间后返回到步骤25。
连接到基体的模块的网络状态和配置状态的变化包括专用中断子例程，并且它从上面描述清单的点2或3触发程序的重启动。
在开启系统时，基体1在基体1识别连接的单独模块和它们的功能期间开始起动过程。
由于它只是定义在板上提供的控制器的基础参数，因此这样的起动过程可看作微处理器系统的标准。然后遵循一步骤，该步骤专用来起动基于预定的专用协议的无线电参数。
无线网络上的数据更新步骤在起动步骤结束提供；在该阶段期间，网络20的每个单独基体1与其它基体1或数据控制单元30通信，告它连接的模块以及根据网络的每个单独节点都必须传输的数据类型的优先级的可能指数。
图19示出优选机构，根据该优选机构，基体1获知先验的未知类型的模块存在于接口的面2或11或14上的。该事件对应图22的示图的步骤26。具体地，部分64表示源自基体1边缘的两个连接针脚64’和64”，而部分63表示两个短路针脚63’和63”，该两个短路针脚存在于传感器和/或致动器模块3上，或存在于前端模块40上，或存在于桥模块60上，以通过端口2连接基体1，或存在于扩展模块50上以通过端口11或14连接基体1。更准确地，端口64是接口端口2、11和14的子系统，而63是接口44或48的连接端口表面的子系统，或是桥模块60的接口端口44的子系统，或是扩展模块50的接口端口14的子系统。连接70由底侧上的连接器的部分64限定，因为针脚64’通过另一侧上的连接器63短路接地。然后，根据需要模拟型连接识别70的模块和需要数字型连接识别70’的模块之间的区别，提供两个不同的识别过程。具体地，该区别通过电容器65的容量估计，或通过连接端口表面11或14而不是端口2估计。
在连接端口表面2连接的全部模块执行第一模拟识别步骤，如图22和25描述的，该第一模拟识别步骤基于电容器65的容量的不同值。更复杂的模块，例如在图23和24中描述的需要数字识别机构的扩展模块50可仅在端口11或14连接，并且然后不需要电容器65，以便基体1的微处理器5(在图2中可见)获知要执行的模拟或数字识别过程。
图23示出模块的模拟识别步骤70，因为该步骤70在连接成功时通过电容器65的由基础模块1的针脚激活的自动充电和自动放电的处理执行。在电容器65上的电压必需降低到低于某阈值时，通过基础模块1的输入针脚61检测和测量放电、处理。在属于同种连接70的两个不同模块之间区分的容量，通过安装在不同模块上时的电容器65的不同容量值实现。
图21示出存在于基础区块1中的微控制器5和存在于前端模块40中的微控制器41可怎样使用最小数量的电气连接，同时实现出现通过接口46和48的传感器和/或致动器3’和前端模块40之间的“连接状态”。一旦被识别，那么微控制器41驱动相似于图20中示出的过程，然而其中电容器65在此情况下处于连接前端模块40的传感器模块3’上，并且电容器65的充电和放电由存在于前端模块40中的微控制器41操作。一旦实现识别，那么微控制器41向微控制器5数字地通信传达连接的传感器和/或致动器3’的性质。在此情况下，通过经基体1的针脚64操作的电容器(未示出)的充电，基础模块1发信号通知前端模块40开始配置步骤，该配置步骤由在前端模块40上插入的微控制器41操作。一旦识别配置开始信号(电容器被充电)，那么微控制器41进展到开始关于连接的传感器和/或致动器的相似充电和放电过程。
缺少连接前端模块40的传感器和/或致动器3’表示错误状况，通过如图21中所示配置的合适数字线路向基体1发送信号告知该错误状况；该线路的状态改变向基体1发送信号告知已经解决错误状况。
图22示出许多传感器和/或致动器3与前端模块40的模拟识别过程采用的逻辑步骤的序列流程图，如上所述。
图23示出数字识别过程由扩展模块60的基体1操作，或由在所述基体1的连接端口表面11和/或14连接的其它基体1操作时采用的逻辑步骤的序列流程图。上面描述的流程图中图解的解决方案提供在单线上执行的所谓握手步骤，该单线专用于两个模块之间的数字识别。具体地，基体1激活针脚，该针脚配置为输出，连接到配置为“硬件”模块或扩展模块50的输入的针脚，在用识别连接的模块的类型的一位连续(a bit succession)响应之前，该“硬件”模块或扩展模块50将在其上已经接收信号的针脚转变为输出针脚。相似地，基体1在预定时间后将它的输出针脚转变为输入针脚，用于接收消息。针脚的接下来的转变允许基体1用进一步脉冲的确认正确收到消息。整个通信处理通过基体1生成的时钟信号同步，而且由标识符专用于在接口端口11或14上连接的模块50的针脚发送。
图24概略图解上面描述的所谓握手步骤的数据流，如图23中表示的，该握手步骤识别与基体1的连接端口表面11或14啮合的扩展模块50或其它基体1。在此情况下，与前面情况相同，模拟识别是不充分的，因为它们是许多不同种类的装置，例如显示器、外部存储器、多种接口元件，等等，这些不同种类的装置可能需要复杂的通信协议，以便与基体1通信。
参考图25，示出表示桥区块/模块60的识别步骤的流程图。
图26详细示出所谓握手步骤期间的数字数据流，如图25的流程图中表示的。在此情况下，桥模块60通过同样在图16中示出的接口2的相应连接端口表面连接两个基体1。如图25中表示的，一旦桥区块60由它连接的两个基体1识别，那么握手过程开始，其中由桥区块60给予两个基体1作为主机72的功能，即，经无线电获得和传输全部数据，以及作为从机71的功能，即，通过桥60从主机72获得数据和向主机72传输数据。
图27示出基体1，在全部连接面2上的相应传感器和/或致动器3’和3在具有或没有前端40帮助的情况下分别连接该基体1。该解决方案具有若干优点，例如用连接基体1的具有不同功能的其它模块替代传感器和/或致动器3的可能性，以及为医疗和/或家庭自动化领域中的任何监视和/或操作功能提供许多其它配置的可能性。
具体地，在医疗领域中，选择固定工具，例如可固定到病人的手腕90(图29)的手镯80(图28和28A)，或可固定到病人21的躯干(图32)的带状物100(图30和31)。
两种类型的固定工具都用来监视/测量病人的生理参数。
在图28和28A的例子中，手镯80具有适合检测病人的“心跳”，或更普遍地检测血压的传感器的功能。那么在结构上，手镯包含内部监视传感器84和连接部分81，基体1通过连接端口54中的一个连接连接部分81(图28A)。更准确地，用于与基体1连接的强制啮合连接部分81具有与基体1的连接端口54啮合的紧固齿8。
更详细地，传感器84包含检测平面84’(没有详细示出)，该检测平面84’从连接部分81伸出，并且在使用中接触病人的桡动脉(radialartery)。这样，对传感器1和其它可能的传感器和/或致动器的基体1的应用容易且有效，并允许按要求修改装置。除模块化之外，进一步的优点是尺寸与已知装置相比更紧凑，以使病人可容易携带手镯甚至更长时间。
相似地，如图30所示，带状物100包含用于检测生理参数的传感器，并且与手镯80的情况相同，包含与基体1连接的连接部分105，如图31中详细示出，该连接部分105适合将传感器电气连接到基体。具体地，传感器是一对检测电极102和104，依靠相应线缆101和103有线连接到连接部分105，用于测量病人21的病人身体的阻抗，如在图32中可见的。
在可能的实施例中，带状物100和手镯80可以在长度上可调，并且与外壳(未示出)的相互耦合可在相应连接部分80和105上提供，该连接部分80和105如果存在，则除将带状物/手镯紧固到病人之外，还操作传感器。
在进一步的示范实施例中，手镯80和带状物100可由借助快速可释放紧固工具互相连接的两部分构成。这样，可调节它们以便容易且快速适合和病人21的手腕90或躯干，而不妨碍或阻碍病人的运动。
根据概念上的观点，特殊实施例的前面的描述如此完全展现该发明，因此通过应用当前知识，其它人能够为各种应用修改这样的实施例和/或使这样的实施例适合各种应用，而无需进一步研究且不背离该发明，并且因此要理解的是，必须认为这样的调整与修改是特殊实施例的等效物。实现在此描述的不同功能的工具和材料可具有不同性质而不因为此原因背离该发明的领域。要理解的是在此采用的措辞或术语为描述目的而不是为了限制。

Claims (17)

1.一种针对传感和/或致动节点的网络(20)的节点元件的传感器和/或致动器的可佩带支持装置(10)，包含： 
-具有多个面(2)的基体(1)，至少一个传感器和/或致动器(3)和供电区块(4)可应用于所述基体(1)； 
-将所述基体(1)固定到支持表面的固定工具(80、100)； 
-在所述基体(1)中，包含微处理器或微控制器的控制单元(5)； 
-在所述基体(1)中的存储单元(6)，所述存储单元(6)与所述控制单元(5)通信，并适合存储多个配置参数、固件和数据； 
-无线通信工具(7)，其适合让无线传感器网络(20)使所述控制单元与远程单元通信，所述远程单元包含具有相应传感器和/或致动器(3)的其它基体(1)以及适合与所述可佩带支持装置中的所述基体(1)交换信号的至少一个数据控制单元(30)， 
其中 
所述可佩带支持装置中的所述基体(1)的至少两个面(2)是相应传感器和/或致动器(3)的连接面(2)， 
并且其中 
所述可佩带支持装置中的所述基体(1)包含： 
-强制啮合工具(54)，用于在所述传感器和/或致动器(3)与所述可佩带支持装置中的所述基体(1)的所述连接面(2)之间构成强制啮合； 
-设置在所述强制啮合工具(54)处的接口工具(2、11)，用于在所述传感器和/或致动器(3)与所述控制单元(5)之间构成接口； 
-识别工具(45、85)，用于识别通过所述强制啮合工具(54)和所述接口工具(2、11)连接到所述可佩带支持装置中的所述基体(1)的预定的传感器和/或致动器(3)。 
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述无线通信工具(7)设置在所述基体(1)内。 
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述基体(1)具有平坦形状，是平行六面体形状，所述平行六面体形状具有四个基本矩形的延长连接面(2)，其中构成所述传感器和/或致动器(3)之间的强制啮合的所述强制啮合工具(54)中的至少一个提供在所述矩形连接面(2)中的一个上。 
4.根据权利要求1所述的装置，其中提供可由所述强制啮合工具(54)固定在所述连接面(2)上的适配器元件或前端元件(40)，所述前端元件(40)提供与至少一个对应传感器和/或致动器(3)的强制啮合连接，其中所述适配器元件(40)包含下面元件中的一个或其结合： 
-包含微处理器或微控制器(41)的控制单元； 
-信号调整仪器(42)； 
-模/数或数/模转换器(43)； 
-与所述基体(1)接合的接口(44)； 
-识别装置(45)； 
-与所述传感器和/或致动器(3)接合的接口(46)。 
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括至少两个基体(1)，并且其中提供桥接口元件(60)，其使所述至少两个基体(1)互相连接，以便增加所述连接面(2)的数量，并因此增加可以连接的所述传感器和/或致动器(3)的数量，其中所述桥接口元件(60)包含下面元件中的一个或其结合： 
-包含微处理器或微控制器(81)的控制单元； 
-与所述至少两个基体的第一基体(1)接合的第一接口(84)； 
-识别装置(85)； 
-与所述至少两个基体的第二基体(1)接合的第二接口(84)。 
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述基体(1)包含适合连接到所述基体(1)的辅助外部装置的至少一个硬件输入端口(11)。 
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述辅助外部装置是显示已经由所述传感器测量的参数的显示器或存储器扩展装置。 
8.根据权利要求6所述的装置，其中所述硬件输入端口(11)提供在所述基体(1)的顶面和/或下表面。 
9.根据权利要求1所述的装置，其中在所述基体(1)上提供与所述连接面(2)中的一个可啮合的至少一个电池元件(4)，所述电池元件(4)适合向具有相应传感器和/或致动器(3)的所述基体(1)供电、向所述可佩带支持装置中的任何前端元件(40)供电、向所述可佩带支持装置中的任何桥接口元件(60)供电，以及向所述基体的任何辅助外部装置供电，在所述基体(1)上提供工具(16)，用于在所述基体(1)的顶面和/或下表面上啮合所述电池元件(4)。 
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述强制啮合工具(54)具有特殊几何形状，以便阻止用户做出的错误啮合。 
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述识别工具(45、85)从以下工具构成的集合中选择： 
-能够测量物理量的模拟识别工具； 
-数字识别工具。 
12.根据权利要求1所述的装置，其中所述识别工具(45、85)在所述控制单元(5)中提供起动工具，从而识别从以下装置构成的集合中选择的装置是否插入所述基体(1)：所述传感器和/或致动器(3)、前端元件(40)、桥接口元件(60)、辅助外部装置，并从而起动预定的模拟和/或数字对话处理。 
13.根据权利要求11所述的装置，其中所述模拟识别工具测量电容器(65)的预定容量或无源电路元件的其它物理参数，以便识别所述传感器和/或致动器(3)，或连接到所述基体(1)的适配器元件(40)或桥接口元件(60)，将所述电容器的所述容量或所述无源电路元件的所述其它物理参数与预定值比较。 
14.根据权利要求1所述的装置，其中将所述基体(1)固定到支持表面的所述固定工具(80、100)集成在从以下位置构成的集合中选择的位置中：在所述基体(1)上、在所述传感器和/或致动器(3)中、在适配器元件(40)中、在桥接口元件(60)中。 
15.根据权利要求1所述的装置，其中所述固定工具(80、100)在医疗领域中从以下工具构成的集合中选择： 
-手镯(80)，可在手腕(90)固定到病人(21)的手臂； 
-带状物(100)，可固定到病人(21)躯干； 
其中所述手镯(80)和/或所述带状物(100)的部分在一个或更多连接面(2)通过所述强制啮合工具(54)连接所述基体(1)。 
16.根据权利要求15所述的装置，其中所述手镯(80)具有传感器的功能，并包含连接部分(81)，所述连接部分具有与所述基体(1)的连接面(2)中的一个强制啮合的形状，所述手镯(80)包含适合检测病人(21)的血压的音调测量传感器。 
17.根据权利要求15所述的装置，其中所述带状物(100)具有传感器的功能，并包含与所述基体(1)连接的连接部分(105)，所述带状物(100)包含从所述连接部分(105)开始延伸的至少一对检测电极(102、104)，用于测量所述病人身体的阻抗。 
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