CN104603797A - 通信网关以及包括所述通信网关的通信系统 - Google Patents

通信网关以及包括所述通信网关的通信系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种通信网关(1)，其包括经由第一通信网络(R1)与移动终端(2)通信的第一通信接口(10)；以及经由第二通信网络(R2)与至少一个外部设备(3)通信的第二无线通信接口(11)，该通信网关(1)包含：配置成恢复该移动终端(2)供应的电能的恢复电能的部件；通过恢复的电能供电的非易失性存储器(M)；以及与该非易失性存储器(M)连接和配置成经由第一通信网络(R1)与该移动终端(2)和经由第二通信网络(R2)与该外部设备(3)交换数据的微控制器(UC)。

Description

通信网关以及包括所述通信网关的通信系统
技术领域
本发明涉及通信网关以及包括所述通信网关的通信系统。
背景技术
当前，为了能效的目的，家里都装有像，例如，湿度、光强、温度、电流、功率或能量传感器那样的许多传感器。被组织成网状网络的这些传感器的大多数在无线通信网络将数据发送给中央处理单元。该无线通信网络依赖于，例如，Zigbee或Zigbee绿色电源型的协议。在传感器的网络中，人机界面使得可以与传感器交互，以便配置它们或读取它们的数据。这种人机界面使用适用于通信协议的通信网关，该通信协议采用，例如，Zigbee或Zigbee绿色电源协议。为了按照各种协议来通信，同一人机界面则需要包含几种单独通信网关。但是，这种类型的人机界面不是很常见。例如，可在市场上购买到的移动电话不支持Zigbee或Zigbee绿色电源型的通信协议。另一种可能性在于提供单独的人机界面来支持各种类型的协议。后一种解决方案是非常不切实际的或很不划算的。更进一步，为了进行操作，每个人机界面都需要电源。
本发明的目的是提供使用户可以容易地与像，例如，传感器那样的外部设备交互，而无需布置专用于控制这种设备的人机界面和不必使用电源的通信网关。
发明内容
这个目的是通过包含如下的通信网关达到的：在第一通信网络上与移动终端通信的第一通信接口；以及在第二通信网络上与至少一个外部设备通信的第二无线通信接口，该通信网关包含：
-安排成恢复该移动终端供应的电能的电能恢复部件；
-通过恢复的电能供电的非易失性存储器；以及与该非易失性存储器连接和安排成在第一通信网络上与该移动终端和在第二通信网络上与该外部设备交换数据的微控制器。
按照一种特征，该第一通信接口包含装有天线和按照近场通信技术操作或RFID型的RF标签。按照本发明，该通信网关包含，例如，设计成接纳所述移动终端的支承件，所述支承件包含所述天线。
按照本发明的另一种特征，该非易失性存储器，例如，包括在该RF标签中。
按照另一种特征，该通信网关包含该RF标签、该微控制器和该第二通信接口之间的供电链路。
按照本发明，该通信网关包含管理该电能恢复部件恢复的电能的部件，所述管理电能的部件被安排成对该微控制器和该第二通信接口供电。
按照第一变通实施例，该电能恢复部件包含与该管理电能的部件连接的光伏模块和储存电能的部件。
按照第二变通实施例，该电能恢复部件包含安排成通过磁耦合对该通信网关供电的天线。
有利的是，该第二通信接口包含按照Zigbee或Zigbee绿色电源型的协议操作的电子电路和与所述电子电路连接的天线。
本发明还涉及包含如下的通信系统：
-包含在第一通信网络上通信的通信接口和供应电能的供电接口的移动终端；
-包含在第二通信网络上通信的无线通信接口的至少一个外部设备；
-包含在第一通信网络上与该移动终端通信的第一通信接口和在第二通信网络上与该外部设备通信的第二无线通信接口的通信网关。
该通信网关包含：
-恢复该移动终端的供电接口供应的电能的部件；
-通过恢复的电能供电的非易失性存储器；以及与该非易失性存储器连接和安排成在第一通信网络上与该移动终端和在第二通信网络上与该外部设备交换数据的微控制器。
按照一种特征，该移动终端包含以近场模式或以RFID模式操作的阅读器/编码器。
按照另一种特征，该非易失性存储器存储该通信网关的唯一标识符，以及该移动终端将专用于外部设备的控制、读取和/或监视的软件应用与存储在该通信网关的该非易失性存储器中的唯一标识符相联系。
按照另一种特征，该移动终端包含使得可以控制、读取和/或监视该外部设备的人机界面。
按照另一种特征，该移动终端包含传感器或与几个传感器连接的协调单元。
按照另一种特征，该非易失性存储器被安排成在存储器中存储移动终端的唯一标识符以及将访问权与它相联系。
附图说明
其它特征和优点将在如下参考附图展示的详细描述中变得显而易见，在附图中：
-图1示出了包含移动终端、通信网关和传感器的网络的本发明的通信系统；
-图2A和2B分别用前视图和侧视图示出了放置了移动终端的本发明的通信网关的一个示范性实施例；
-图3A示意性地示出了按照第一实施例的本发明的系统的架构；
-图3B示意性地示出了按照第二实施例的本发明的系统的架构；以及
-图3C示意性地示出了按照第三实施例的本发明的系统的架构。
具体实施方式
本发明涉及应用于在移动终端2与一个或多个外部设备之间交换数据的通信网关1。
外部设备3应理解为，例如，一个或多个协调设备或负责管理几个设备的一个协调单元的意思。如图1所示，外部设备3是，例如，连接在一起的传感器30的网络的协调单元。传感器30，例如，应用于记录有关湿度、光强、气体、温度、电流、功率或能量等的数据。
在该描述的如下部分中，将考虑与单个外部设备3的通信。通信网关1与每个外部设备之间的配对通过已知方法实现。
外部设备3包含使数据能够在下文表示成第二通信网络R2的通信网络上交换的无线通信接口。这种通信网络，例如，按照Zigbee或Zigbee绿色电源型的协议操作。
移动终端2是，例如，“智能电话”型的移动电话或平板电脑。它包含像，例如，触摸屏那样的人机界面20。它还包含使数据能够在下文表示成第一通信网络R1的通信网络上交换的通信模块。除了它的通信模块之外，移动终端2还装有使得可以对存在于其范围之内的设备供电的电力供应模块。通信模块和电力供应模块，例如，一起安装在以近场(或NFC，近场通信的缩写)模式或以RFID(射频标识)模式操作的阅读器/编码器中。众所周知，阅读器/编码器21包含天线22，经由该天线22它生成使放置在其范围之内的RF标签通过磁耦合供电的磁场。
移动终端2也可以包含使其能够在像GSM、GPRS、WIFI或蓝牙网络等那样的无线网络上通信的另一个供电和通信模块210(图3B)。这个模块210也包含天线220。
移动终端2优选地包含使数据可以与外部设备3交换的专用软件应用。这种软件应用然后被配置成与同通信网关1配对的外部设备3交互。例如，每当移动终端2检测到存在通信网关1并识别出通信网关1时就执行它。
要执行的软件应用的确定根据通信网关1的唯一标识符实现。在移动终端2中，通信网关1的唯一标识符与要执行的软件应用之间的联系可以以多种方式取得。例如，可能牵涉到用户通过移动终端2第一次检测通信网关1期间实现的设置。
为了控制，阅读和/或配置每个外部设备3，软件应用尤其依赖于移动终端的人机界面20。
优选的是，移动终端2还包含可以附加特定访问权的唯一标识符。这些访问权例如由通信网关1管理，如果移动终端的用户有权这样做，则通信网关1只能与外部设备3建立通信。具有管理员标识符的移动终端2可以，例如，应用于管理在通信网关1中的存储器中存储的访问权。
通信网关1是针对给定应用，例如，房间中的开关的控制、环境传感器的监视、HVAC通风系统的控制、电子装备室中的装备的监视和诊断、一个或多个断电器的状态的监视、电能或功率传感器的读取等设计的。
通信网关1包含经由天线12，在第一通信网络R1上与移动终端2通信的第一通信接口10、和能够经由天线17，在第二通信网络R2上与外部设备3通信的第二通信接口11。通信网关1与外部设备3之间的通信可以在一个或多个路由器上实现。
通信网关1还可以包含像微控制器UC那样的处理部件。
按照本发明，通信网关1不包含任何内部电源，换句话说，没有不可再充电电池。通信网关1包含安排成对其内部电路供电的恢复电能的部件。
如下文结合图3A到3C所述，电能恢复部件可以有多个。
在显示在图3A中的第一实施例中，通信网关通过发生在移动终端2的NFC或RFID阅读器/编码器21与通信网关1之间的磁耦合供电。
在显示在图3B中的第二实施例中，通信网关1通过在移动终端2的NFC或RFID阅读器/编码器21与通信网关1之间实现的磁耦合，经由第一供电通道，和/或通过经由所述网关1的天线120，在移动终端(GSM、GPRS、WIFI或蓝牙)的通信和供电模块210与通信网关1之间实现的磁耦合，经由第二供电通道供电。
在显示在图3C中的第三实施例中，通信网关1通过移动终端2的NFC或RFID阅读器/编码器21与通信网关1之间的磁耦合，经由第一供电通道，和/或借助于像，例如，光伏模块13那样的转换器产生、和储存在适当储存部件中的电能，经由第二供电通道供电。
优选的是，为了通过与移动终端2的NFC或RFID阅读器/编码器21的磁耦合恢复电能，第一通信接口10由按照NFC或RFID技术操作的RF标签组成。因此它包含NFC或RFID芯片、和设计成与包括在移动终端2中的阅读器/编码器21的天线22磁耦合的天线12，该NFC或RFID芯片包含，例如，EEPROM型的非易失性存储器M。通信网关1因此可以通过从移动终端2的阅读器/编码器21的天线22发射的“载波”供电。将第一通信接口10的天线12拾取的能量变换成电能。非易失性存储器M，例如，由通过磁耦合产生的电能直接供电。它通过像，例如，I2C总线(集成电路间总线的缩写)那样的总线19与微控制器UC连接。
通信网关1还可以包含管理经由第一通信接口10或经由像上文所述那样的另一个供电通道恢复的电能的部件14。管理电能的部件14被安排在通信网关1中，以便将电能分配给网关的组件，换句话说，主要将电能分配给微控制器UC和第二通信接口11。
在第一实施例中，管理电能的部件14，例如，直接安装在形成非易失性存储器M的组件中。
在第二实施例中，管理电能的部件14与设计成拾取通过移动终端2的通信和供电模块210产生的电能的天线120连接。
在第三实施例中，管理电能的部件14，例如，与光伏模块13和储存恢复的电能的部件15，例如，电容器或可再充电电池连接。
NFC或RFID技术牵涉到将唯一标识符存储在通信网关1的非易失性存储器M中。如上文所述，这个唯一标识符在移动终端2中与要在移动终端2上执行的软件应用相联系。当移动终端2在通信网关1的范围之内时，移动终端2向通信网关发送初始请求，以便从网关获取唯一标识符。作出响应，通信网关将存储在其非易失性存储器M中的其唯一标识符发送给它。移动终端2然后执行与这个唯一标识符相联系的软件应用。
通信网关1的第二通信接口11包含按照第二通信网络R2的协议操作的无线电发射器/接收器型(IEEE802.15.4、Zigbee、Zigbee绿色电源)的电子电路16、和与所述电子电路16连接的天线17。电子电路16经由串行链路18与微控制器UC连接；这使得来自外部设备3的消息可以经由第二网络R2接收，以及将代表所述消息的数据传送给微控制器UC。优选的是，第二通信接口11按照Zigbee、Zigbee绿色电源型的协议操作。通信网关1因此使未装有这样的接口的移动终端2能够按照这种协议与外部设备3通信。
按照本发明，通信网关1被安排成管理对连接的每个外部设备3的访问权。如上文所述，这些访问权的管理，例如，根据放在上面的移动终端2的标识符实现。例如，取决于它们的访问权，用户只能从与通信网关1相联系的某些传感器获得数据。
参考图2A和2B，通信网关1，例如，采取包含设计成支承移动终端2的支承件101的外壳100的形式。上文所述的网关的组件，换句话说，第一通信接口10、微控制器UC、第二通信接口11和管理电能的部件14都容纳在所述外壳100内。微控制器UC和非易失性存储器M优选地被组装在容纳在外壳内的相同电路板上。
在外壳100中，第一通信接口10的天线12优选地被放置在旨在接纳移动终端2的地点的下面，以便能够生成移动终端2与通信网关1之间的最大磁耦合。
按照本发明，支承件101被安排成沿着垂直方向或沿着水平方向接纳移动终端2。它包含，例如，使支承件的间距适合移动终端2的尺寸的调整机构。
在显示在图3A中的第一实施例中，通信网关1的操作原理如下：
-将移动终端2放在通信网关1上。例如，将它固定在配备的支承件101上。移动终端2的阅读器/编码器21与通信网关1的第一通信接口10的天线12之间的磁耦合使得可以对非易失性存储器M和微控制器UC供电。
-一旦对通信网关1供电，后者就建立它可以与之通信的设备的列表。
-移动终端2向通信网关1发送请求，以便获取它的唯一标识符。响应该请求，通信网关1发送它的唯一标识符。
-移动终端2执行与通信网关1的唯一标识符相联系的软件应用。
-通信网关1可以考虑到存在的移动终端2的标识符地潜在管理有关某些设备的访问权。
-使用在移动终端2上执行的软件应用以及经由第一通信网络R1，移动终端将请求写入通信网关1的非易失性存储器M中。
-通信网关1的微控制器UC读取写入非易失性存储器M中的请求，并通过向第二通信接口11发送命令将它发送给外部设备3。
-第二通信接口11经由第二通信网络R2向外部设备发送消息，随后切换到接收模式，等待响应。
-外部设备3生成响应，并经由第二通信网络R2将它发送给通信网关1。
-让第二通信接口11接收的响应由微控制器UC读取并写入非易失性存储器M中。
-如果外部设备3在给定，例如，预存的时段结束时未发送响应，则微控制器UC将缺乏响应的消息登记在非易失性存储器M中。
-仍然经由第一通信网络R1与通信网关1连接的移动终端2读取存储在非易失性存储器M中的响应，并将相应信息显示在它的人机界面20上。
-移动终端2停止对通信网关1的电能供应。
在显示在图3B中的第二实施例中，操作原理如下：
-将移动终端2放在通信网关1上。例如，将它固定在配备的支承件101上。通过移动终端2的阅读器/编码器21与通信网关1的第一通信接口10的天线12之间的磁耦合，对非易失性存储器M和微控制器UC供电。移动终端因此经由第一供电通道对通信网关供电。
-一旦对通信网关1供电，后者就建立它能够与之通信的设备的列表。
-移动终端2向通信网关1发送请求，以便获取它的唯一标识符。响应该请求，通信网关1发送它的唯一标识符。
-移动终端2执行与通信网关1的唯一标识符相联系的软件应用。
-通信网关1可以考虑到存在的移动终端2的标识符地潜在管理有关某些设备的访问权。
-使用在移动终端2上执行的软件应用以及经由第一通信网络R1，移动终端将请求写入通信网关1的非易失性存储器M中。
-移动终端2切断第一供电通道。
-移动终端2经由第二供电通道对网关供电。
-通信网关1的微控制器UC读取写入非易失性存储器M中的请求，并通过向第二通信接口11发送命令将它发送给外部设备3。
-第二通信接口11经由第二通信网络R2向外部设备发送消息，随后切换到接收模式，等待响应。
-外部设备3生成响应，并经由第二通信网络R2将它发送给通信网关1。
-让第二通信接口11接收的响应由微控制器UC读取并写入非易失性存储器M中。
-如果外部设备3在给定，例如，预存的时段结束时未发送响应，则微控制器UC将缺乏响应的消息登记在非易失性存储器M中。
-移动终端切断第二供电通道，并经由第一供电通道对网关供电。
-移动终端2读取在非易失性存储器M中存储的响应，并将相应信息显示在它的人机界面20上。
-移动终端切断第一供电通道。
在显示在图3C中的第三实施例中，操作原理如下：
-将移动终端2放在通信网关1上。例如，将它固定在配备的支承件101上。经由移动终端2的阅读器/编码器21与通信网关1的第一通信接口10的天线12之间的磁耦合，对非易失性存储器M和微控制器UC供电。因此激活第一供电通道。
-一旦对通信网关1供电，后者就建立它能够与之通信的设备的列表。
-移动终端2向通信网关1发送请求，以便获取它的唯一标识符。响应该请求，通信网关1发送它的唯一标识符。
-移动终端2执行与通信网关1的唯一标识符相联系的软件应用。
-通信网关1可以考虑到存在的移动终端2的标识符地潜在管理有关某些设备的访问权。
-使用在移动终端2上执行的软件应用以及经由第一通信网络R1，移动终端将请求写入通信网关1的非易失性存储器M中。
-非易失性存储器M将激活信号发送给管理电能的部件14，因此使得可以对微控制器和第二通信接口供电。管理电能的部件14然后为经由第二供电通道恢复的电能从储存部件15中提取能量。
-移动终端2切断第一供电通道。
-管理电能的部件14将供应的能量提供给通信网关。
-通信网关1的微控制器UC读取写入非易失性存储器M中的请求，并通过向第二通信接口11发送命令将它发送给外部设备3。
-第二通信接口11经由第二通信网络R2向外部设备发送消息，随后切换到接收模式，等待响应。
-外部设备3生成响应，并经由第二通信网络R2将它发送给通信网关1。
-让第二通信接口11接收的响应由微控制器UC读取并写入非易失性存储器M中。
-如果外部设备3在给定，例如，预存的时段结束时未发送响应，则微控制器UC将缺乏响应的消息登记在非易失性存储器M中。
-微控制器UC切断第二供电通道。
-移动终端2经由第一供电通道对通信网关供电。
-移动终端2读取在非易失性存储器M中存储的响应，并将相应信息显示在它的人机界面20上。
-移动终端2切断第一供电通道。
本发明的通信网关1和包括所述通信网关1的系统提供了许多优点，其中：
-通信网关既不需要连接组件也不需要内部电源，
-通信网关1使数据可以在移动终端2不支持的通信协议上与设备交换，
-通信系统无需部署任何供电缆线，
-通信网关1可以适用于各种类型的应用以及通过简单地布置装有NFC或RFID型的接口的移动终端就使数据可以与各种设备交换。
在需要在移动终端2与按照移动终端2不支持的协议通信的设备之间通信的所有类型的应用中都可以采用本发明的解决方案。

Claims (15)

1.一种通信网关(1)，包含在第一通信网络(R1)上与移动终端(2)通信的第一通信接口(10)；以及在第二通信网络(R2)上与至少一个外部设备(3)通信的第二无线通信接口(11)，其特征在于，该通信网关(1)包含：
-安排成恢复该移动终端(2)供应的电能的电能恢复部件；
-通过恢复的电能供电的非易失性存储器(M)；以及与该非易失性存储器(M)连接和安排成在第一通信网络(R1)上与该移动终端(2)和在第二通信网络(R2)上与该外部设备(3)交换数据的微控制器(UC)。
2.如权利要求1所述的通信网关，其特征在于，该第一通信接口(10)包含装有天线(12)和按照近场通信技术操作或RFID型的RF标签。
3.如权利要求2所述的通信网关，其特征在于，它包含设计成接纳所述移动终端(2)的支承件(100)，所述支承件包含所述天线(2)。
4.如权利要求2和3之一所述的通信网关，其特征在于，该非易失性存储器(M)包括在该RF标签中。
5.如权利要求2到4之一所述的通信网关，其特征在于，它包含该RF标签、该微控制器(UC)和该第二通信接口(11)之间的供电链路。
6.如权利要求1到5之一所述的通信网关，其特征在于，它包含管理该电能恢复部件恢复的电能的部件(14)，所述管理电能的部件(14)被安排成对该微控制器(UC)和该第二通信接口(11)供电。
7.如权利要求6所述的通信网关，其特征在于，该电能恢复部件包含与该管理电能的部件(14)连接的光伏模块(13)和储存电能的部件(15)。
8.如权利要求6所述的通信网关，其特征在于，该电能恢复部件包含安排成通过磁耦合对该通信网关供电的天线(120)。
9.如权利要求1到8之一所述的通信网关，其特征在于，该第二通信接口(11)包含按照Zigbee或Zigbee绿色电源型的协议操作的电子电路(16)和与所述电子电路连接的天线(17)。
10.一种通信系统，包含：
-包含在第一通信网络(R1)上通信的通信接口和供应电能的供电接口的移动终端(2)；
-包含在第二通信网络(R2)上通信的无线通信接口的至少一个外部设备(3)；
-包含在第一通信网络(R1)上与该移动终端(2)通信的第一通信接口(10)和在第二通信网络(R2)上与该外部设备(3)通信的第二无线通信接口(11)的通信网关(1)，
其特征在于，该通信网关(1)包含：
-恢复该移动终端(2)的供电接口供应的电能的部件；
-通过恢复的电能供电的非易失性存储器(M)；以及与该非易失性存储器(M)连接和安排成在第一通信网络(R1)上与该移动终端(2)和在第二通信网络(R2)上与该外部设备(3)交换数据的微控制器(UC)。
11.如权利要求10所述的通信系统，其特征在于，该移动终端(2)包含以近场模式或以RFID模式操作的阅读器/编码器(21)。
12.如权利要求10和11之一所述的通信系统，其特征在于，该非易失性存储器(M)存储该通信网关的唯一标识符，以及该移动终端(2)将专用于外部设备(3)的控制、读取和/或监视的软件应用与在该通信网关(1)的该非易失性存储器(M)中存储的唯一标识符相联系。
13.如权利要求10到12之一所述的通信系统，其特征在于，该移动终端(2)包含使得可以控制、读取和/或监视该外部设备(3)的人机界面(20)。
14.如权利要求10到13之一所述的通信系统，其特征在于，该外部设备(3)包含传感器或与几个传感器连接的协调单元。
15.如权利要求10到14之一所述的通信系统，其特征在于，该非易失性存储器(M)被安排成在存储器中存储移动终端(2)的唯一标识符以及将访问权与它相联系。
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