CN108885706A - 可穿戴设备和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及可穿戴设备和系统。所述可穿戴设备(20、40)包括：电子电路(21)；电源(22)；开关电路(23、43)，其被耦合在所述电子电路与所述电源之间；以及电磁场检测电路(24)，其被耦合到所述开关电路(23、43)，用于检测由NFC发射器生成的在所述电磁场检测电路的检测范围内的电磁场，并且如果在所述电磁场检测电路的所述检测范围内检测到由NFC发射器生成的电磁场则生成触发信号。所述开关电路(23、43)包括触发器(231)或晶体管电路(431)，所述晶体管电路包括输入晶体管(432)和熔断器(433)，所述晶体管电路用于响应于所述触发信号而开启所述电子电路与所述电源之间的连接。

Description

可穿戴设备和系统
技术领域
本发明涉及可穿戴设备和系统。
背景技术
当今，随着各种类型的可穿戴技术的发展和可穿戴计算的进步，存在多种类型的可穿戴设备。术语“可穿戴设备”是指能够由对象(例如，人)穿戴以对他的日常活动或工作进行整合计算并使用技术来利用高级特征和特性的任何电子设备或产品。
通常，任何可穿戴设备可以包括以下元件中的一种或多种：传感器、致动器、图像和/或言语识别技术、定位和/或网络化芯片、显示器和/或光学电子器件，以及专用监测设备。重点在于用于健身、健康监测、娱乐、企业和工业应用的可穿戴设备已经随着例如可伸展电子器件、柔性电路、传导性织物、持久电池和较小的专用可穿戴传感器的进步而越来越多。
远程监测和可穿戴技术也可以有助于有效地管理健康，监测安全和降低惊人的健康护理成本。例如，当前正在开发包括用于从对象测量生命体征或任何信号的器件的健康贴片以供在医院和家中使用。
由于长效贴片是非常重要的，因此电池管理变得越来越意义重大。为了对贴片进行加电，能够仅在操作贴片之前使用开关来激活贴片。这将使电池电源安全并增加寿命。除了寿命以外，成本也是一个重要的因素，因为贴片是(准)一次性的。另外，开关将涉及额外的成本，但且在一次性产品中是不期望的。
针对如何开启贴片这个问题的一种解决方案是使用锌-空气电池。贴片被包封在密封包装中，因此电池是未激活的。一旦用户打开包装，电池内部的化学过程将立即开始并且电源可用。这将引起对系统加电并且贴片准备好工作。然而，会经历到不良密封的包装的问题。由于电池的预先放电，当用户(例如，护理者或护士)想要将贴片放置到患者上时，贴片将不会工作。另一个问题在于贴片与患者的配对。出于该目的，可以将蓝牙智能无线电放置在贴片的板上，并且完成关于例如平板电脑或智能手机配对的应用程序。然而，使多个未分配的蓝牙设备在线能够导致贴片与患者的错误配对，这将会造成严重的后果。
US 2004/0131897公开了一种用于柔性的以剥离和粘贴电池来操作的设备的有源无线标签系统。所述设备包括用于与远程RF询问器通信的RFID标签。RF激活的开关用于将薄膜电池连接到标签的电子电路。由天线接收到的RF能量被检测到并被放大。闭合开关，从而将电池电源操作性地耦合到电子电路。
发明内容
本发明的目的是提供这样的可穿戴设备和系统：其解决了如何以容易、便宜且可靠的方式开启可穿戴设备的问题。本发明的另外的目的是提供这样的可穿戴设备和系统：其解决了如何解决贴片与患者的配对问题的问题。
在本发明的第一方面中，提出了一种可穿戴设备，包括：
-电子电路，
-电源，
-开关电路，其被耦合在所述电子电路与所述电源之间，以及
-电磁场检测电路，其被耦合到所述开关电路，用于检测由NFC发射器生成的在所述电磁场检测电路的检测范围内的电磁场，并且如果在所述电磁场检测电路的所述检测范围内检测到由NFC发射器生成的电磁场则生成触发信号，
其中，所述开关电路包括触发器(flip-flop)，或者所述开关电路包括晶体管电路，所述晶体管电路包括输入晶体管和熔断器(fuse)，所述晶体管电路用于响应于所述触发信号而开启所述电子电路与所述电源之间的连接，
其中，所述熔断器被配置为响应于由所述NFC发射器生成的所述电磁场被检测到而熔断，以允许所述输入晶体管响应于所述触发信号而开启所述电子电路与所述电源之间的连接。
在本发明的另外的方面中，提出了一种系统，包括：
-如本文所公开的可穿戴设备，以及
-NFC发射器，其用于生成电磁场以用于由所述可穿戴设备进行检测，从而激活所述可穿戴设备。
在从属权利要求中定义了本发明的优选实施例。应当理解，要求保护的系统具有与要求保护的设备(尤其是在从属权利要求中定义的和本文公开的设备)相似和/或相同的优选实施例。
本发明基于以下构思：使用近场通信(NFC)来激活可穿戴设备(尤其是贴片)并进行设备与患者的配对。NFC使得能够在兼容设备之间进行短距通信。从设备角度来说，NFC通信和配对是被动的。这种构思是使用由NFC发射器(例如，单独的设备或通过使用现有的电子设备(例如，智能手机或平板电脑)来实施)发射的能量以及被包括在可穿戴设备中的NFC标签，所述NFC标签触发电子开关对可穿戴设备(具体为可穿戴设备中包括的电子电路，例如，用于测量生命体征的传感器或测量电路)进行加电。因此，可穿戴设备并不需要处于深度睡模式或待机模式(这种模式消耗电力)，但是能够以被动方式被完全开启。通过这种方式，能够省掉在已知的可穿戴设备中提供的物理开关的成本和表面，并且可穿戴设备具有最大保存期，其仅由可穿戴设备的电源(例如，电池)的自放电来决定。
在实施例中，所述开关电路包括开关晶体管，所述开关晶体管是成本高效且简单的解决方案，其并不要求太多电力来受控。以此方式，在实际的实施方式中，所述开关晶体管的栅极被连接到所述晶体管电路或所述触发器的输出部，所述开关晶体管的源极被连接到所述电源，并且所述开关晶体管的漏极被连接到所述电子电路。
在优选实施例中，所述开关电路包括所述触发器，并且被配置为响应于所述触发信号而开启或关闭所述电子电路与所述电源之间的连接。能够容易且便宜地实现触发器而不需要太多空间。
在备选实施例中，所述开关电路包括所述晶体管电路，所述晶体管电路包括输入晶体管和熔断器，并且被配置为响应于所述触发信号而在所述电子电路与所述电源之间永久地开启连接。以此方式，触发器具有较小的占用空间，因为与建立集成触发器相比，建立具有单独晶体管的触发器需要更多的空间。
在实际的实施方式中，所述开关电路包括所述晶体管电路，所述晶体管电路包括输入晶体管和熔断器，并且所述输入晶体管的所述栅极和所述源极被连接到所述电磁场检测电路。另外，所述熔断器优选地被耦合在所述输入晶体管的所述漏极与接地之间，并且被配置为响应于由所述NFC发射器生成的电磁场被检测到而熔断。因此，通过熔断熔断器，能够实现一次性激活，即，之后不能对可穿戴传感器进行去激活，这与使用能够一次又一次激活和去激活的触发器的实施例不同。
所述开关晶体管的所述栅极优选地还被连接到所述熔断器的端子，所述端子被连接到所述输入晶体管的所述漏极并且/或者电阻器被耦合在所述电源与所述开关晶体管的所述栅极之间。这提供了简单便宜却可靠的解决方案。
熔断器可以是低功率熔断器，并且/或者电阻器可以是上拉兆欧电阻器。
在另外的实施例中，所述电磁场检测单元被配置为响应于接收到识别所述设备和/或所述NFC发射器的识别符和/或来自所述NFC发射器的命令而生成触发信号。在实施方式中，对可穿戴设备(例如，其中包括的作为电磁场检测单元的部分的NFC标签)进行编码以提供可穿戴设备与患者的可靠且安全的配对，即，能够可靠地避免贴片与患者的错误配对。
优选地，所述电磁场检测电路包括NFC标签和天线或线圈。这样的部件能够是便宜制造的，并且因此能够用于一次性产品。
在另一实施例中，所述设备还包括不透水和/或不透气的覆盖物，由于没有物理开关，这是很容易的。
本发明可以应用于各种想要可靠且容易地激活可穿戴设备的实际场景。在一个实际应用中，所述可穿戴设备是医学可穿戴设备，特别是用于安装在对象处的贴片，并且其中，所述NFC发射器被配置为便携式设备或者被包括在便携式设备中，所述便携式设备具体为智能手机或平板电脑。
附图说明
参考下文描述的(一个或多个)实施例，本发明的这些方面和其他方面将是明显的并将得以阐明。在以下附图中：
图1示出了根据本发明的系统和可穿戴设备的第一实施例的示意图，并且
图2示出了根据本发明的系统和可穿戴设备的第二实施例的示意图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的系统1和可穿戴设备20的第一实施例的示意图。系统1包括NFC发射器10和可穿戴设备20(或若干可穿戴设备)。NFC发射器10被配置为生成电磁场以用于由所述可穿戴设备20进行检测，从而激活可穿戴设备20。
通常，NFC使得能够在兼容设备之间进行短距通信。这要求至少一个发射设备(网关，在本文中被称为NFC发射器10)和另一设备(可穿戴设备20，例如以可穿戴贴片的形式)接收信号。已知的可穿戴设备具有被动式NFC标签和其他小发射器，其能够将信息发送到其他NFC设备(即，具有用于经由NFC发射和/或接收信号的NFC功能的设备)而无需它们自己的电源。这意味着被动式设备通常不要求它们自己的电源，而是能够在其进入范围时由主动式NFC部件所产生的电磁场来供电。根据本发明，也利用到这一点。
在该实施例中，NFC发射器10被包括在便携式设备11(例如，智能手机或平板电脑)中，但是也可以被配置为单独的独立实体。NFC发射器10包括NFC电路12和发射器天线13，NFC电路12具体包括NFC控制器、卡(例如，SIM)模拟器和发射电路，以及用于经由NFC32发射数据30和能量31并接收数据30的发射器天线13。
无线设备20包括电子电路21，例如，试图执行预定功能的处理器(例如，测量和/或处理传感器信号，例如，患者的生命体征)。无线设备20还包括电源22，例如，电池，其经由开关电路23在电子电路21与电源22之间被耦合到电子电路21。
电磁场检测电路24经由连接线25被耦合到开关电路23，用于检测由NFC发射器10生成的在电磁场检测电路24的检测范围内(例如，多至几厘米，例如，最大20cm，但是通常小于5cm)的电磁场。如果在电磁场检测电路24的检测范围内检测到由NFC发射器10生成的电磁场则电磁场检测电路24生成触发信号。电磁场检测电路24可以例如包括设备天线241和NFC标签242。
在图1中示出的实施例中，开关电路23包括触发器231，触发器231用于响应于触发信号而开启和关闭电子电路21与电源22之间的连接28(取决于当前状态)。因此，NFC标签242将触发触发器231，触发器231经由馈送线26受到电源22的馈送。触发器231能够激活开关晶体管232，开关晶体管232经由栅极线27被耦合到触发器231。通过这种方式，无线设备20将被加电。以相同的方式，无线设备20还能够被去激活以节约电池电力。通过这种方式，用户能够完全控制无线设备20，与已知的解决方案相比，这提供了显著的优点。
可以通过FET来实施开关晶体管232，其中，开关晶体管232的栅极233被连接到触发器231的输出部，开关晶体管232的源极234被连接到电源22，并且开关晶体管232的漏极235被连接到电子电路21。
从可穿戴设备20的角度来说，NFC通信和配对是被动的。本发明的一个构思是使用由NFC发射器10发射的能量来触发电子开关，从而对无线设备20进行供电。因此，无线设备20并不需要处于深睡模式或待机模式(这种模式消耗电力)，而是能够以被动方式被完全开启。通过这种方式，能够省掉物理开关的成本和表面，并且无线设备20具有最大保存期，其仅由电源22的自放电来决定。此外，无线设备20能够被完全包封在不透水和/或不透气的覆盖物或壳体29中，以提高空气阻隔性和/或防水性。
为了提供可靠的配对，NFC发射器10还可以包括无线设备20或NFC标签21的ID。因此，只有被识别的无线设备20将被供电，而所有其他无线设备将不被供电，使得有效避免了不正确的配对。另外，NFC发射器10可以将命令发送到无线设备20，以触发电子开关对无线设备20进行供电。
图2示出了根据本发明的系统2和可穿戴设备40的第二实施例的示意图。在该实施例中，无线设备40的开关电路43包括晶体管电路431，晶体管电路431包括输入晶体管432和熔断器433，晶体管电路431用于响应于来自电磁场检测电路24的触发信号而开启电子电路21与电源22之间的连接28。
在实施例中，输入晶体管432还可以由FET来实施，其中，输入晶体管432的栅极434和源极435被连接到电磁场检测电路24。另外，熔断器433被耦合在输入晶体管432的漏极436与接地437之间。
另外，在该实施例中，开关晶体管232的栅极233被连接到熔断器433的端子，所述端子被连接到输入晶体管432的漏极436。电阻器438(例如，上拉兆欧电阻器)可以被耦合在电源22与开关晶体管232的栅极233之间。
熔断器433(例如，低功率熔断器)具体被配置为响应于由NFC发射器10生成的电磁场被检测到而熔断，即，所生成的功率用于熔断熔断器433。因此，一旦检测到NFC发射器10的存在并且任选地其请求通过识别符核查，输入晶体管432就将开启。该序列将由所应用的外部NFC场来供电。除此之外，NFC场还用于熔断熔断器433，任选地在有效识别符核查之后。在熔断器433熔断之后，接地437与漏极436之间的连接被中断。因此，输入晶体管432将激活开关晶体管232，开关晶体管232经由栅极线233被耦合到输入晶体管432的漏极436。这将触发开关电路43，并且开关晶体管232将被激活以将电源22与电子电路21进行连接。与图1中示出的无线设备20的第一实施例不同，无线设备40不能由发射器命令来关闭，而是由于熔断器433的熔断而被永久地开启。
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元能够完成权利要求中的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种可穿戴设备，包括：
-电子电路(21)，
-电源(22)，
-开关电路(23、43)，其被耦合在所述电子电路与所述电源之间，以及
-电磁场检测电路(24)，其被耦合到所述开关电路(23、43)以用于检测由NFC发射器生成的在所述电磁场检测电路的检测范围内的电磁场，并且如果在所述电磁场检测电路的所述检测范围内检测到由NFC发射器生成的电磁场则生成触发信号，
所述可穿戴设备的特征在于：所述开关电路(23、43)包括触发器(231)，或者所述开关电路(23、43)包括晶体管电路(431)，所述晶体管电路包括输入晶体管(432)和熔断器(433)以响应于触发信号而开启所述电子电路与所述电源之间的连接，
其中，所述熔断器(433)被配置为响应于由所述NFC发射器生成的所述电磁场被检测到而熔断，以允许所述输入晶体管(432)响应于所述触发信号而开启所述电子电路与所述电源之间的所述连接。
2.根据权利要求1所述的设备，
其中，所述开关电路(23、43)包括开关晶体管(232)，
其中，所述开关晶体管(232)的栅极(233)被连接到所述触发器(231)的输出部或所述晶体管电路(431)的输出部，所述开关晶体管(232)的源极(234)被连接到所述电源(22)，并且所述开关晶体管(232)的漏极(235)被连接到所述电子电路(21)。
3.根据权利要求1所述的设备，
其中，所述开关电路(23)包括所述触发器(231)并且被配置为响应于所述触发信号而开启或关闭所述电子电路(21)与所述电源(22)之间的所述连接。
4.根据权利要求1所述的设备，
其中，所述晶体管电路(431)被配置为响应于所述触发信号而永久地开启所述电子电路与所述电源之间的所述连接。
5.根据权利要求1所述的设备，
其中，所述输入晶体管(432)的所述栅极(434)和所述源极(435)被连接到所述电磁场检测电路。
6.根据权利要求5所述的设备，
其中，所述熔断器(433)被耦合在所述输入晶体管(432)的所述漏极(436)与接地(437)之间。
7.根据权利要求6所述的设备，
其中，所述开关晶体管(232)的所述栅极(233)被连接到所述熔断器(433)的端子，所述端子被连接到所述输入晶体管(432)的所述漏极(436)。
8.根据权利要求7所述的设备，
其中，电阻器(438)被耦合在所述电源(22)与所述开关晶体管(232)的所述栅极(233)之间。
9.根据权利要求1所述的设备，
其中，所述电磁场检测电路(24)被配置为响应于接收到识别所述设备和/或所述NFC发射器的识别符和/或来自所述NFC发射器的命令而生成触发信号。
10.根据权利要求1所述的设备，
其中，所述电磁场检测电路(24)包括NFC标签(242)和设备天线(241)。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述设备天线(241)是回路天线或线圈。
12.根据权利要求1所述的设备，
还包括不透水和/或不透气的覆盖物(29)。
13.一种系统，包括：
-根据权利要求1所述的可穿戴设备(20、40)，以及
-NFC发射器(10)，其用于生成电磁场以用于由所述可穿戴设备进行检测以用于激活所述可穿戴设备。
14.根据权利要求13所述的系统，
其中，所述可穿戴设备(20、40)是医学可穿戴设备，并且其中，所述NFC发射器(10)被配置为便携式设备(11)或者被包括在便携式设备(11)中。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述医学可穿戴设备是用于安装在对象处的贴片。
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