CN106362391A - 一种可穿戴无线传感模块 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种可穿戴无线传感模块，其包括一个电路板，所述电路板的正面安装有主控芯片、无线收发芯片、第一传感器插座、第二传感器插座、天线、电源开关、按键开关、LED灯插座、通信插座，所述电路板的背面安装有下载插座及电池安装插座；所述电路板中包含有主控电路、无线收发电路、电源电路、按键开关电路、LED灯控制电路，其中所述主控电路的输出分别输入给所述无线收发电路、电源电路、按键开关电路及LED灯控制电路以控制各个电路的工作；所述电路板上设有可穿戴结构，所述可穿戴结构用于实现所述可穿戴无线传感模块的可穿戴。基于本发明，用户可以将各种具有同类型接口标准的传感器插接至本发明的可穿戴无线传感模块，从而方便地组装成可穿戴的、具有无线收发功能的传感器，以方便用户实现各种不同的功能。
Description
技术领域
本发明涉及电子领域，尤其涉及一种可穿戴无线传感模块。
背景技术
目前市场上现有的电子玩具各式各样，这些电子玩具通常包括一整块电路板，电路板上设置各种电子元件，实现一定的电子功能。但目前的电子玩具，其电子部分均为一整块电路板，当电路板上的某一个元件发生故障时，则整个电路板局无法工作，则整个电子玩具即无法实现原有的电子功能，对于普通用户来说，只能将玩具丢弃，造成浪费。
另一方面，现有的电子玩具，均为固定形状和结构的玩具，用户在玩了一段时间后就没有更多的兴趣。而现在越来越多的玩家喜欢自己动手制作各种各样的电子玩具，或者对原有的电子玩具进行改装，现有的玩具大都是不可拆卸的，即使拆卸也很可能导致产品无法恢复，而且拆卸之后也无法拼装成其他玩具。
因此有必要提供一种可以很方便地相互拼装的电子玩具，一方面在电子玩具的某一元件发生损坏时，可以仅替换该部分元件，减少浪费。另一方面也可以满足玩家自己动手制作玩具或者改装玩具的需求。
发明内容
针对上述问题，本发明一方面提供了一种可穿戴无线传感模块，其技术方案如下：
一种可穿戴无线传感模块，其特征在于：其包括一个电路板，所述电路板的正面安装有主控芯片、无线收发芯片、第一传感器插座、第二传感器插座、天线、电源开关、按键开关、LED灯插座、通信插座，所述电路板的背面安装有下载插座及电池安装插座；所述电路板中包含有主控电路、无线收发电路、电源电路、按键开关电路、LED灯控制电路，其中所述主控电路的输出分别输入给所述无线收发电路、电源电路、按键开关电路及LED灯控制电路以控制各个电路的工作；所述电路板上设有可穿戴结构，所述可穿戴结构用于实现所述可穿戴无线传感模块的可穿戴。
在一个具体实施例中，所述可穿戴结构为穿设在所述电路板上的安装孔。
在一个具体实施例中，所述可穿戴结构为设置在所述电路板的背面的夹紧部件。
在一个具体实施例中，所述可穿戴结构为设置在所述电路板的背面的磁铁。
在一个具体实施例中，所述通信插座为五针插座，其包括绝缘本体及绝缘本体内的五个导电端子，所述五个导电端子分别为：第一导电端子、第二导电端子、第三导电端子、第四导电端子及第五导电端子，其中，所述第一导电端子接地，第二导电端子接电源，第三导电端子接接收端，第四导电端子接发射端，第五导电端子接地。
在一个具体实施例中，所述下载插座为六针插座，其包括绝缘本体以及绝缘本体内的六个导电端子，所述六个导电端子分别为：第一导电端子、第二导电端子、第三导电端子、第四导电端子、第五导电端子及第六导电端子，其中，所述第一导电端子接从机输出主机输入端、第二导电端子接电源、第三导电端子接同步时钟端、第四导电端子接主机输出从机输入端、第五导电端子接重置端、第六导电端子接地。
在一个具体实施例中，所述天线为贴装在所述电路板上的贴片天线，所述天线与所述无线收发芯片连接。
在一个具体实施例中，所述主控芯片为采用型号为ATMEGA88的MCU芯片。
基于本发明的可穿戴无线传感模块，用户可以将各种具有同类型接口标准的传感器插接至本发明的可穿戴无线传感模块，从而方便地组装成可穿戴的、具有无线收发功能的传感器，以方便用户实现各种不同的功能。
另一方面，本发明提供了一种可穿戴触摸式无线传感器，其技术方案如下：
一种可穿戴无线触摸式传感器，其包括可穿戴无线传感模块及与所述可穿戴无线传感模块连接的触摸式传感器。
该可穿戴无线触摸式传感器感应到用户的触摸后产生触摸信号，并将触摸信号发送给外部的处理终端，以方便用户实现更加丰富的功能。
另一方面，本发明提供了可穿戴无线触摸式传感器作为无弦琴的琴键的应用。
用户将若干个可穿戴触摸式无线传感器穿戴在身上，然后通过碰触这些可穿戴触摸式无线传感器就能弹奏出简单的音乐，大大提升了用户的弹奏趣味性。
附图说明
图1为本发明中可穿戴无线传感模块在一个实施例中的正面示意图；
图2为本发明中可穿戴无线传感模块在一个实施例中的背面示意图；
图3为本发明中第一传感器插座在一个实施例中的引脚示意图；
图4为本发明中第二传感器插座在一个实施例中的引脚示意图；
图5为本发明中通信插座在一个实施例中的引脚示意图；
图6为本发明中下载插座在一个实施例中的引脚示意图；
图7为本发明中主控控制电路在一个实施例中的电路图；
图8为本发明中无线收发电路在一个实施例中的电路图；
图9为本发明中电源电路在一个实施例中的电路图；
图10为本发明中按键开关电路在一个实施例中的电路图；
图11为本发明中LED灯控制电路在一个实施例中的电路图；
图12为本发明中可穿戴触摸式无线传感器的连接示意图；
图13为本发明中触摸电路的电路图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1、图2所示，本发明的可穿戴无线传感模块100包括一块电路板101，所述电路板101的正面设置有主控芯片102、无线收发芯片103、第一传感器插座104、第二传感器插座105、天线106、电源开关107、按键开关108、LED灯插座109、通信插座110，所述电路板101的背面设置有下载插座112及电池安装座113。本发明不对上述元件的具体设置位置进行限定，实际应用中，可以对各元件的设置位置进行适应性调整。
为了便于穿戴，在一个实施例中，所述电路板101上穿设有安装孔111，用户可以通过所述安装孔111安装腕带，然后以类似手环的方式将本发明的可穿戴无线传感模块100戴在手腕上，以实现可穿戴。在另一个实施例中，所述电路板101的背面安装有夹子，用户可以通过夹子将本发明的可穿戴无线传感模块100夹在衣服上，从而实现可穿戴。在另一个实施例中，所述电路板101的背面安装有磁铁，用于可以将本发明的可穿戴无线传感模块100吸附在金属纽扣上或是装有磁铁的衣服口袋上，以实现可穿戴。
所述主控芯片102通过所述无线收发芯片103与手机、电脑等外部处理终端进行数据交互，以实现预定的功能。
在一个实施例中，所述主控芯片102采用型号为ATmega88的MCU芯片作为主控芯片，该MCU芯片拥有32个引脚，其引脚分别为：引脚PD3(INT1)、引脚PD4(XCK/T0)、引脚GND、引脚VCC、引脚GND、引脚VCC、引脚PB6(XTAL1)、引脚PB7(XTAL2)、引脚PD5(T1)、引脚PD6(AIN0)、引脚PD7(AIN1)、引脚PB0(ICP1)、引脚PB1(OC1A)、引脚PB2(SS/OC1B)、引脚PB3(MOSI/OC2A)、引脚PB4(MISO)、引脚PB5(SCK)、引脚AVCC、引脚ADC6、引脚AREF、引脚GND、引脚ADC7、引脚PC0(ADC0)、引脚PC1(ADC1)、引脚PC2(ADC2)、引脚PC3(ADC3)、引脚PC4(ADC4/SDA)、引脚PC5(ADC5/SCL)、引脚PC6(RESET)、引脚PD0(RXD)、引脚PD1(TXD)、引脚PD2(INT0)。鉴于MCU芯片的具体引脚，以及各引脚的功能是本领域普通技术人员所述熟知的现有技术，本说明书不再一一解释该芯片的各引脚的具体功能。
在一个实施例中，所述无线收发芯片103采用型号为nRF2401A+的无线收发芯片，该无线收发芯片拥有20个引脚，分别为：第一引脚CE、第二引脚CSN、第三引脚SCK、第四引脚MOSI、第五引脚MISO、第六引脚IRQ、第七引脚VDD、第八引脚VSS、第九引脚XC2、第十引脚XC1、第十一引脚VDD_PA、第十二引脚ANT1、第十三引脚ANT2、第十四引脚VSS、第十五引脚VDD、第十六引脚IREF、第十七引脚VSS、第十八引脚VDD、第十九引脚DVDD及第二十引脚VSS。鉴于该芯片的具体引脚，以及各引脚的功能是本领域普通技术人员所述熟知的现有技术，本说明书不再一一解释该芯片的各引脚的具体功能。
如图3所示，所述第一传感器插座104为八针插座，其包括绝缘本体及绝缘本体内的八个导电端子，所述八个导电端子分别为：第一导电端子、第二导电端子、第三导电端子、第四导电端子、第五导电端子、第六导电端子、第七导电端子和第八导电端子。其中，第一导电端子接电源VCC、第二导电端子接电源VCC、第三导电端子接地、第四导电端子接地、第五导电端子接PC3、第六导电端子接ADC6、第七导电端子接PC2、第八导电端子接ADC7。
如图4所示，所述第二传感器插座105为八针插座，其包括绝缘本体及绝缘本体内的八个导电端子，所述八个导电端子分别为：第一导电端子、第二导电端子、第三导电端子、第四导电端子、第五导电端子、第六导电端子、第七导电端子和第八导电端子。其中，第一导电端子接PD2、第二导电端子接电源VCC、第三导电端子接发射端TXD、第四导电端子接地、第五导电端子接接收端RXD、第六导电端子接地、第七导电端子接时钟线I2C_SCL、第八导电端子接数据线I2C_SDA。
通过所述第一传感器插座104及第二传感器插座105，可以将不同类型的传感器直接插接至所述电路板101上，以实现不同的功能。
在一个实施例中，所述天线106为贴片天线，其直接贴装在电路板上，所述天线106与所述无线收发芯片103连接。所述无线收发芯片103通过所述天线106能够将传感器生成的感应信号发送至外部的处理终端。
所述电源开关107为单刀双掷开关，其包括三个接线端子，所述三个接线端子分别为：第一接线端子、第二接线端子和第三接线端子，所述电源开关用于控制电源的通断。
所述按键开关108为单刀单掷开关，其包括两个接线端子，所述两个接线端子分别为：第一接线端子和第二接线端子。
所述LED灯插座109包括绝缘本体以及绝缘本体内的两个导电端子，所述两个导电端子分别为：第一导电端子和第二导电端子，通过所述LED灯插座109能够将LED灯插装至所述电路板101上，以实现指示功能，
如图5所示，所述通信插座110为五针插座，其包括绝缘本体及绝缘本体内的五个导电端子，所述五个导电端子分别为：第一导电端子、第二导电端子、第三导电端子、第四导电端子及第五导电端子，其中，所述第一导电端子接地，第二导电端子接电源VCC，第三导电端子接接收端RXD，第四导电端子接发射端TXD，第五导电端子接地。所述通信接口可以是UART通信接口，也可以作为普通的IO(输入输出)接口实用。
如图6所示，所述下载插座111为六针插座，其包括绝缘本体以及绝缘本体内的六个导电端子，所述六个导电端子分别为：第一导电端子、第二导电端子、第三导电端子、第四导电端子、第五导电端子及第六导电端子，其中，所述第一导电端子接从机输出主机输入端MISO、第二导电端子接电源VCC、第三导电端子接同步时钟端SCK、第四导电端子接主机输出从机输入端MOSI、第五导电端子接重置端RESET、第六导电端子接地，所述下载插座111用于给主控芯片102下载程序。
除上述各个芯片、插座或开关外，本发明的所述可穿戴无线传感模块100还包括主控电路、无线收发电路、电源电路、按键开关电路、LED灯控制电路，其中，所述主控电路的多个输出分别输入给所述无线收发电路、电源电路、按键开关电路及LED灯控制电路以控制各个电路的工作。
下面将通过图7至图11详细描述所述各个电路图。
图7为本发明中主控电路在一个实施例中的电路图，其以所述主控芯片102为核心，其中，所述主控芯片102(U1)的引脚PD3(INT1)外接所述无线收发芯片103的引脚IRQ，引脚PB6(XTAL1)及引脚PB7(XTAL2)分别外接外部晶振的两个接口，引脚PD5(T1)、引脚PD6(AIN0)、引脚PD7(AIN1)、引脚PB0(ICP1)及引脚PB2(SS/OC1B)分别外接所述无线收发芯片103的引脚MISO、引脚MOSI、引脚SCK、引脚CSN及引脚CE，引脚PB3(MOSI/OC2A)、引脚PB4(MISO)及引脚PB5(SCK)分别外接所述下载插座112的第四导电端子MOSI、第一导电端子MISO及第三导电端子SCK，引脚ADC6及引脚ADC7分别外接所述第一传感器插座104的第六导电端子ADC6及第八导电端子ADC7，引脚PC0(ADC0)外接所述按键开关108，引脚PC1(ADC1)外接LED灯插座109，引脚PC2(ADC2)外接所述第一传感器插座104的第七导电端子PC2，引脚PC3(ADC3)外接所述第一传感器插座104的第五导电端子PC3，引脚PC4(ADC4/SDA)外接所述第二传感器插座105的第八导电端子I2C_SDA，引脚PC5(ADC5/SCL)外接所述第二传感器插座105的第七导电端I2C_SCL，引脚PC6(RESET)外接所述下载插座112的第五导电端子RESET，引脚PD0(RXD)外接所述通信插座110的第三导电端子RXD，引脚PD1(TXD)外接所述通信插座110的第四导电端子TXD，引脚PD2(INT0)外接所述第二传感器插座105的第一导电端子PD2。
通过上述连接，所述主控电路可以通过所述下载插座112进行程序下载，并可以接收来自第一传感器插座及第一传感器插座发送的感应信号，还可以实现接口通信等功能。
图8为本发明中无线收发电路在一个实施例中的电路图，其以所述无线收发芯片103为核心，其中，所述无线收发芯片103(U1)的第一引脚CE、第二引脚CSN、第三引脚SCK、第四引脚MOSI、第五引脚MISO及第六引脚IRQ分别外接所述主控芯片102的引脚PD5(T1)、引脚PD6(AIN0)、引脚PD7(AIN1)、引脚PB0(ICP1)、引脚PB2(SS/OC1B)及引脚PD3(INT1)，第七引脚VDD接电源VCC，第八引脚VSS接地，第九引脚XC2与第十引脚XC1之间串联有一个由晶体振荡器X1、电阻R3、电容C4及电容C5组成的晶振振荡电路，第十一引脚VDD_PA经过电容C6接地，第十二引脚ANT1依次经过电感L3及电容C7后接地，第十三引脚ANT2依次经过电感L2及电容C8后接所述天线106(E1)的第一导电端子，所述天线106的第二导电端子接地，电容C8与天线106(E1)之间的连接点经过电容C9接地，第十二引脚ANT1与第十三引脚ANT2之间还串联有电感L1，第十四引脚VSS接地，第十五引脚VDD接电源VCC，第十五引脚VDD与电源VCC的连接点经过电容C3接地，第十六引脚IREF经过电阻R2接地，第十七引脚VSS接地，第十八引脚VDD接电源VCC，第十八引脚与电源VCC的连接点经电容C2接地，第十九引脚经过电阻C1接地，第二十引脚VSS。
在一个实施例中，电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9的电容值分别为33nF、1nF、10nF、22pF、22pF、2.2nF、4.7pF、1.5pF、1.0pF，电阻R2、电阻R3的阻值分别为22KΩ、1MΩ，电感L1、电感L2、电感L3的感值分别为8.2nH、3.9nH、2.7nH。
通过上述无线收发电路的连接，其可以将接收到的来自所述第一传感插座104及所述第二传感插座105上的感应信号通过所述天线106(E1)发送至外部的处理终端。
图9为本发明中电源电路在一个实施例中的电路图，所述电源电路包括所述电源开关107(S1)，所述电源开关107(S1)的第一接线端子连接所述电池安装座113，所述电池安装座内安装有电池BAT，所述电源开关107(S1)的第二接线端子连接VCC端，第三接线端子悬空。当所述电源开关107(S1)导通时，电池BAT作为电源VCC给整个可穿戴无线传感模块供电。在一个实施例中，所述电池BAT为纽扣电池。
图10为本发明中按键开关电路在一个实施例中的电路图，所述按键开关电路包括所述按键开关108(K1)，所述按键开关108(K1)的第一接线端子连接主控芯片102的引脚PC0，第二接线端子接地。
图11为本发明中LED灯控制电路在一个具体实施例中的电路图，所述LED灯控制电路包括插接在所述LED灯插座113中的LED灯D1，LED灯D1的阳极经过电阻R1接到所述主控芯片102的引脚PC1，另一端接地。
如图12所示，在一个实施例中，将一个触摸式传感器200连接至本发明的可穿戴无线传感模块100，就可以组装出一个可穿戴的、具有无线信号收发功能的可穿戴触摸式无线传感器300。其中：
所述触摸式传感器200的包括有第一安装插头201、第二安装插头202、触摸电路203及触摸按键204。所述第一安装插头201包括八个插脚，所述八个插脚与所述第一传感器插座104的八个导电端子相匹配；所述第二安装插头202也包括有八个插脚，所述八个插脚与所述第二传感器插座105的八个导电端子相匹配。安装过程中，只需要按上述对应关系，将所述接触摸式传感器200的第一安装插头201及第二安装插头202分别插入所述可穿戴无线传感模块100的第一传感器插座104及第二传感器插座105即可完成可穿戴触摸式无线传感器300的组装。
如图13所示，所述触摸电路203包括一个型号为TTP223-BA6的触摸芯片U3，所述触摸芯片U3有六个引脚，分别为OUT引脚、GND引脚、IN引脚、AHLB引脚、VCC引脚、TOG引脚。鉴于该芯片的具体引脚，以及各引脚的功能是本领域普通技术人员所述熟知的现有技术，本说明书不再一一解释该芯片的各引脚的具体功能。
当完成所述触摸式传感器200与所述可穿戴无线传感模块100的连接后，所述触摸电路203的OUT引脚接所述第二传感器插座105的第一导电端子PD2，GND引脚接地、IN引脚接所述触摸按键204(P1)，IN引脚与所述触摸按键204(P1)的连接处经电容C1接地，AHLB引脚及VCC引脚均接电源VCC，TOG引脚经电阻R2后接地。
当所述触摸电路203导通后，当用户触摸所述触摸按键204(P1)，所述触摸按键204的阻值发生变化，所述触摸芯片U3将产生相应的感应信号，感应信号经引脚OUT流至第二传感器插座105的第一导电端子PD2，并最终经所述主控芯片102的引脚PD2(INT0)进入主控芯片102，主控芯片102对感应信号进行处理后再通过所述无线收发电路的天线106发送至外部的处理终端。
在一个应用实施例中，所述可穿戴触摸式无线传感器300可以作为无弦琴的琴键使用，用户可以将八个所述可穿戴触摸式无线传感器300(分别对应于8个音符)穿戴在身上，然后，通过碰触八个所述可穿戴触摸式无线传感器300，就能弹奏出简单的音乐，大大提升了用户的弹奏趣味性。当然，为了演奏更丰富的音乐，用户也可以根据需要增加所述可穿戴触摸式无线传感器300的数目。
需要说明的是，使用触摸式无线传感器作为无弦琴的琴键使用为现有技术，本说明书中不再对其原理进行详细的描述。本领域的一般技术人员如果想要实现本发明的可穿戴触摸式无线传感器件300作为无弦琴的琴键使用，可以参考申请人的另外一项已经授权的发明专利(专利名称：一种电阻式触摸模块及无弦琴检测系统，专利号：201420129798.5)。
上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。
Claims (10)
1.一种可穿戴无线传感模块，其特征在于：其包括一个电路板，所述电路板的正面安装有主控芯片、无线收发芯片、第一传感器插座、第二传感器插座、天线、电源开关、按键开关、LED灯插座、通信插座，所述电路板的背面安装有下载插座及电池安装插座；
所述电路板中包含有主控电路、无线收发电路、电源电路、按键开关电路、LED灯控制电路，其中所述主控电路的输出分别输入给所述无线收发电路、电源电路、按键开关电路及LED灯控制电路以控制各个电路的工作；
所述电路板上设有可穿戴结构，所述可穿戴结构用于实现所述可穿戴无线传感模块的可穿戴。
2.如权利要求1所述的可穿戴无线传感模块，其特征在于：所述可穿戴结构为穿设在所述电路板上的安装孔。
3.如权利要求1所述的可穿戴无线传感模块，其特征在于：所述可穿戴结构为设置在所述电路板的背面的夹紧部件。
4.如权利要求1所述的可穿戴无线传感模块，其特征在于：所述可穿戴结构为设置在所述电路板的背面的磁铁。
5.如权利要求1所述的可穿戴无线传感模块，其特征在于：所述通信插座为五针插座，其包括绝缘本体及绝缘本体内的五个导电端子，所述五个导电端子分别为：第一导电端子、第二导电端子、第三导电端子、第四导电端子及第五导电端子，其中，所述第一导电端子接地，第二导电端子接电源，第三导电端子接接收端，第四导电端子接发射端，第五导电端子接地。
6.如权利要求1所述的可穿戴无线传感模块，其特征在于：所述下载插座为六针插座，其包括绝缘本体以及绝缘本体内的六个导电端子，所述六个导电端子分别为：第一导电端子、第二导电端子、第三导电端子、第四导电端子、第五导电端子及第六导电端子，其中，所述第一导电端子接从机输出主机输入端、第二导电端子接电源、第三导电端子接同步时钟端、第四导电端子接主机输出从机输入端、第五导电端子接重置端、第六导电端子接地。
7.如权利要求1所述的可穿戴无线传感模块，其特征在于：所述天线为贴装在所述电路板上的贴片天线，所述天线与所述无线收发芯片连接。
8.如权利要求1所述的可穿戴无线传感模块，其特征在于：所述主控芯片为采用型号为ATMEGA88的MCU芯片。
9.一种可穿戴无线触摸式传感器，其特征在于：其包括如权利要求1至8任一项所述的可穿戴无线传感模块及与所述可穿戴无线传感模块连接的触摸式传感器。
10.如权利要求9所述的可穿戴无线触摸式传感器作为无弦琴的琴键的应用。
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