CN1348257A - 无线通信装置 - Google Patents

Abstract

提供一种包括用来发射控制信号或数据信号而不需要电池的发射装置的无线通信装置,它可通过使用仅从自然能产生的电力来缩小体积,并且可通过使用日本无线电法律不要求有许可证的非常微弱的电波来减少其电力消耗。该无线通信装置包括小型发电装置;用来产生控制信号或数据信号以进行无线通信的信号发生装置;用来发送/接收上述信号的通信装置;以及用来控制上述装置的控制装置,而且所述无线通信装置由上述小型发电装置产生的电力来驱动,在由上述小型发电装置产生的电力的供应过程中进行通信,而且把各种类型的能量作为惯性能来储存以通过其转矩发电。

Description

无线通信装置

技术领域    本发明涉及用发电系统利用自然能产生的电力来发射/接收无线电波信号的无线通信装置以及所述装置的用法。

背景技术    通过遥控装置的控制信号或代码输入来开/关家用电器或各种其他设备、或者通过发射机发送数据所用的传统技术已经广泛用于家庭或商业用途。

其中，把电子锁或遥控装置的传输数据、记录介质中记录的数据、或用0-9数字小键盘输入的输入数据判定为用户ID(识别)码，从而完成锁定/解锁操作的技术已经用于建筑物管理和车辆门锁。

另一方面，利用非常微弱的电波的无线通信装置包括，例如，无键进入系统、开门装置或移动电话接收器(与移动电话主体分离的可佩带的振动器)。这些装置通常采用在300MHz(兆赫)频带内的频率，其载波用振幅键控(ASK)或频移键控(FSK)进行调制，占用较窄的带宽，而传输速率约为每秒几千比特(Kbps)。

对于利用300MHz频带中频率的这种非常微弱的电波的通信装置，日本无线电法律规定，其任何用户或制造商都不必持有许可证，因此，目前在各种廉价的日用设备中得到广泛的应用。

另外，这种无线通信设备消耗相对较少的电力，可以用原电池如锂钮扣电池或干电池长期运行几个月至一年。

上述通过遥控来发送控制信号或数据信号的技术已经广泛用于均带有原电池的各种遥控装置。当其内部的原电池耗尽时，这种遥控装置就不再能够工作，而用于通信的较大电力消耗要求原电池具有大容量，这妨碍了遥控装置的小型化。因此，使用小的原电池时，就要频繁地更换电池。尤其是，用于电子锁的遥控装置不能同时满足提高便携性和小型化后要有较长电池寿命的要求。

作为先有技术，在日本公开特许公报No.7-217280中描述了带有在小型发电装置下工作、通过无线电波进行通信的装置的电子设备。上述发电装置产生的电力经整流、然后储存在大容量的电容器内以驱动传输数据信号发生电路和发送电波形成电路，用来通过无线电波发送传输数据。还公开了另一种用于在电子设备收到无线电波时显示已收到发送的数据这一事实的装置。

但是，由于近年来提高了对生态学问题的认识，需要一种能够长期使用而无排泄物质或者可配置得能够循环的能量系统。对于上述先有技术，采用所谓大容量电容器或超级电容器的二次电池，但是，这种电池会被重复使用，最后在其有用寿命结束时变成废物。另外，电力储存所用的化学物质会导致稀有矿物资源损耗。

尽管普通无线通信装置需要用于其接收操作的驱动电力，但是上述先有技术并未描述如何供应这样的电力或者如何执行接收操作。

为了解决这些问题，本发明的一个目的是提供一种无线通信装置，其中消除了对用来发射控制信号或数据信号的发射装置中所用的任何电池的需要，使得可以采用只从自然能产生的电力并且能实现小型化，而且可通过使用日本无线电法律中不要求有许可证的非常微弱的电波来减少其电力消耗。

本发明的另一个目的是提供一种用于可仅使用由自然能产生的电力的无线通信装置的接收方法。

发明内容    为了达到上述目的，按照本发明的一个方面的无线通信装置是包括下列部分的无线通信装置：小型发电装置；用来产生控制信号或数据信号以进行无线通信的信号发生装置；用来发送/接收由上述信号发生装置产生的控制信号或数据信号的通信装置；以及用来控制上述信号发生装置和上述通信装置的控制装置，其中上述信号发生装置和上述通信装置在上述控制装置控制下、被上述小型发电装置产生的电力驱动，其中上述通信装置在上述小型发电装置产生的电力供应期间进行通信。

在按照本发明的实施例的无线通信装置中，设置显示装置以指示按照本发明的第一方面的无线通信装置能够在上述发电装置连续地产生电力时进行通信。

在按照本发明的实施例的无线通信装置中，上述小型发电装置是包括下列部分的发电装置：重心偏心的旋转重物；用来通过上述旋转重物的旋转发电的电磁换能器；以及把旋转能转化成惯性能的机构。

在按照本发明的实施例的无线通信装置中，上述机构是飞轮。

在按照本发明的实施例的无线通信装置中，上述小型发电装置是包括下列部分的发电装置：用于储存来自弹性元件的弹性能的机构；以及把弹性能转换成旋转能、然后转换成惯性能的机构。

在按照本发明的实施例的无线通信装置中，上述小型发电装置利用上述惯性能发电。

在按照本发明的实施例的无线通信装置中，上述无线通信装置在产生上述旋转能和惯性能的同时进行发送和接收。

在按照本发明的实施例的无线通信装置中，上述无线通信装置是在其间进行通信的、装在电子锁中的无线通信装置和装在汽车上的无线通信装置。

在按照本发明的实施例的无线通信装置中，上述无线通信装置是装在鼠标指示器中与计算机进行通信的无线通信装置。

在按照本发明的实施例的无线通信装置中，上述无线通信装置使用非常微弱的电波。

在按照本发明的实施例的无线通信装置中，上述无线通信装置是装在电子手表中与无线基站进行通信的无线通信装置。

在按照本发明的实施例的无线通信装置中，上述电子手表响应上述数据信号来校正时间。

附图说明

图1是用来表示按照本发明的无线通信装置的内部电路的方框图；

图2是用来表示按照本发明的无线通信装置的另一种内部电路的方框图，其中惯性装置附加在发电线圈1上；

图3表示自动发电系统(AGS)与惯性装置结合装在按照本发明的无线通信装置内时发电装置21的内部结构；

图4A表示按照本发明的无线通信装置中AGS的旋转重物机构；

图4B表示按照本发明的无线通信装置中带齿转轮23的内部结构；

图4C表示能量发生器的另一种实现；

图5是表示按照本发明的无线通信装置中无线电路部分的方框图；

图6表示在按照本发明的无线通信装置中功率控制操作和通信分组的关系；

图7示出用来说明按照本发明的无线通信装置可应用的一种应用场合的电子手表。

图8A示出用来说明按照本发明的无线通信装置可应用的第二种应用场合的鼠标的下侧；

图8B示出用来说明按照本发明的无线通信装置可应用的第二种应用场合的个人计算机；以及

图9示出用来说明按照本发明的无线通信装置可应用的第三种应用场合的无键进入系统。

具体实施方式  现将参照附图描述本发明的各个实施例。一种装置具有装于其中的、用来随着其佩带者的运动而发电的自动发电机构[以下称为自动发电系统(AGS)]。AGS包括重心偏心的转子，为了得到最大的转矩，最好是外部较厚、中心部分较薄的单侧重的形式的旋转重物；用于提高旋转重物的旋转速度的加速轮系；通过加速轮系的旋转传动来高速旋转的极化AG(交流发电机)转子；面向AG转子的AG定子；以及绕在AG定子上的发电线圈或者与AG定子连接的铁芯。

图1是表示按照本发明的无线通信装置的内部电路的方框图。在图中，带有开关晶体管的限幅电路2与发电线圈1并联设置在所述AGS内。类似地，整流二极管3与发电线圈1串联，以便对发电线圈1产生的交流电进行整流。电源电路6是包括平滑电容器和调整器的电压递降电路，它使稍后描述的无线电路7产生直流电压。因为发电线圈在无负载的情况下可以瞬间产生大约高于10V的电压，或者在有负载的情况下产生大约几mA(毫安)的电流，电源电路6把这个电力转换成具有大约1至2V(伏)电压和大约1至2mA输出电流的直流电。

电源电路6向无线控制电路5提供驱动功率。指示器4在已产生足量的驱动功率时提供某种指示，并且例如用发光二极管指示器或显示字符的液晶显示器来实现。当出现指示时，无线电路7准备工作。

在无线电路7的几种功能中，数据信号处理电路9具有产生要发送的数据的功能和判定收到的信号的功能。具体地说，它从包括判定码和ID(识别)码的传输数据中产生数据信号，用作后述的传输信号，或者对于已收到的信号、把判别码和ID码与储存于其中的相应代码作比较。在后一种情况下，若这些码匹配，它便通知无线控制电路5信号已收到，并用指示器4通知它。在无线电路7的几个功能中，无线信号处理电路10具有把传输数据调制成高频信号、对要用天线11发射或接收的高频信号进行解调和再现所接收的数据的功能。在按照本发明的无线通信装置的所有组件中，无线信号处理电路10需要最大的功率消耗。

按照本发明，因为发电功能和无线电路功能直接互相结合，无线电路只能在产生电力的同时工作。这消除了对二次电池的需要，因而提供一种本质上能够只靠自然能进行无线通信的设备。

图2是表示按照本发明的无线通信装置的另一种内部电路的方框图，其中惯性装置附加在发电线圈1上。

如上所述，包括发电线圈1的AGS通过重心偏心的转子在振动环境下将其振动能转换成旋转能。为此目的，安装惯性装置12作为储存施加于它的任何振动或强制转动的能量的装置。该组件以机械方式保存能量，因此，即使停止外部能量的供应，它也可以靠惯性能继续旋转一段时间。

按照本发明，所附加的惯性装置12可以允许发电线圈1继续其发电工作一段时间，使得无线电路7可以继续工作。

图3表示当AGS与惯性装置结合装在按照本发明的无线通信装置中时、发电装置21的内部结构。

旋钮20接在轴33上，使得旋转能可以用手从外部施加在该装置上。能量发生器22连接到轴33上。AGS的这一部分包括采取中心部分较薄的单侧重形式的旋转重物。图4A表示AGS的旋转重物机构。当圆筒36中的旋转重物35受到振动时，它便绕轴33旋转。若检测到振动能量并且将其用在这个装置中，则该装置不用旋钮20即可工作。或者，若无振动，则可附加旋钮20，用以手工旋转。

然后，把传到轴33上的旋转能传递到带齿转轮23，图4B表示其内部结构。当轴33和齿轮39沿箭头方向旋转时，齿38被齿轮39的齿钩住以使圆筒37沿着同一方向旋转。当振动停止、因而齿轮39的扭转停止时，圆筒的齿38被放开，使得只有圆筒37靠惯性能继续旋转。

图4C表示能量发生器22的另一种实现。在这种实现中，把弹簧40用作能源。通过旋转旋钮20用手上紧弹簧40，而当放开旋钮20时，弹簧40的弹性使轴33旋转。于是，可在瞬间获得一股大的力量，然后将其传递到带齿转轮23。

接着，旋转能被传递到连接杆24和转轮25以转动小齿轮26。响应小齿轮26的旋转，齿轮31旋转。小齿轮和齿轮的齿轮比把高速旋转转换成大转矩的低速旋转。图4D表示小齿轮和齿轮的实例。

接着，该转矩经由轴32传递给飞轮30。飞轮30具有大的转动惯量，因此可以储存惯性能量。例如，在弹簧40的情况下，当回绕弹簧40以停止旋转能的供应时，靠惯性能量和带齿转轮23可以继续旋转。于是，发电线圈1可以继续发电。

然后，旋转能经由轴32传递到发电线圈29。通过电缆28传输产生的电力。

图5是表示按照本发明的无线通信装置中的无线电路部分的框图。已经开发出这种类型的无线通信设备，以利用非常微弱功率的电波来取得成本上的好处。本发明已做到提供一种能够用自然能驱动的无线电路，因为自然能不仅在成本上、而且在功率消耗上是有利的。

构成该无线电路的核心的无线信号处理电路10是在能够实现低电压下工作的电路的制造方法中制造的。这样的制造方法包括从CMOS(互补型金属氧化物半导体)技术进步中得出的SOI(硅-绝缘体)技术。具体地说，无线电路可以通过利用0.5V或更低的、甚至0.2V或更低的MOS晶体管阈值的工艺，以1V或更低的电源电压来实现。

下面将描述发送操作。当无线控制电路5意识到已经产生了足够的电力时，把电力提供给无线电路7。数据信号处理电路9开始按照内部时钟提供储存于其中的ID码或判别码。对任何数据加以称作前置码的“1”和“0”比特的信号以用于位同步。数据传输速度约为600至2000bps(比特/秒)。这种包括上述前置码的数据串称为分组，而其长度约为50比特。因此，1000比特/秒的数据传输速度相当于每分组50毫秒的周期。这个周期称作传输时间。

在这个周期加上该周期之前和之后的余量的长度期间，无线控制电路5继续提供所产生的电力。对于这里描述的发送操作，电力只施加在发送所需要的功能部分上。因为传输数据串是以方波的形式提供的，故其带宽受基带滤波器41限制。

然后，将其提供给调频器42。这个把电压转换成频率的特征可以用例如压控振荡器来实现。在日本，在载波作为非常微弱的电波、具有322MHz或更低的频率的情况下，在离发射装置的天线3米距离处的场强应为500μV/m或更低。因此，例如，调频器具有这样的电路配置，其中用SAW(声表面波)谐振器来直接实现300MHz的科耳皮兹(Colpitts)振荡，以产生载波，并且用调制电压对该载波进行频率调制。功率放大器43是一种用于放大调制在300MHz高频上的载波的电路。若提供非常微弱的电波，则可以省略这个放大器。另外，把切换电路44切换到发射端以连接到天线11。滤波器45让300MHz高频调制过的载波通过，而抑制不希望有的辐射噪声。在采用SAW谐振电路时，其基本振荡模式可以在300MHz下以相乘频率和更高频率的增大的增量来实现，因此，也可以省略这个电路。

接着，下面将描述接收操作。

因为切换电路切换到接收端，所以用天线11接收的300MHz高频调制的载波通过滤波器45，然后提供给低噪声放大器46进行放大。接着，用降频变频器47将其转换成中频信号，例如，10.7MHz的信号，然后通过中频滤波器48进行调频检波。在该图中，检波电路包含在数据信号处理电路9中。当对数据进行解码时，验证前置码中的ID或判别码以进行位同步，以检测数据是否已收到。所检测的信号被传输到无线控制电路5，然后由指示器4指示。

接收操作期间无线控制电路5用的电力控制操作是在接收操作伴随发射操作、或者周期性地发射要被接收的高频信号的假设下完成的。

图6表示按照本发明的无线通信装置中电力控制操作与通信分组之间的关系。

能量发生器22产生的旋转能的波形54如所示地上升。使由发电线圈1提供并被整流的电压波形50平滑化，用电源电路6使其恒定，以产生电压波形51。无线控制电路5在时刻T1开始驱动，并通过指示器4提供某种指示。接着，提供传输数据，通过传输分组52发射非常微弱的电波。然后，从接收端来的ACK(确认)分组被发送出去并且被接收。在这个实例中，重复这些操作3次。即使来自能量发生器22的能量供应终止，仍能驱动该电路一段时间直至T2。例如，在弹簧40的情况下，在T1和T2之间的周期可以约为5至10秒，因此在这个周期期间，可以令人满意地驱动无线电路7。若代替上面描述的弹簧或旋转重物的某种东西在形状和尺寸上不受限制，则这个周期还可以进一步延长。

具有该接收特征的无线通信装置只是不能检测电波到达的定时，但若数据发送如上所述是每5至10秒完成一次，则可以利用由弹簧等产生的旋转能在任何时间接收数据。

图7表示按照本发明的无线通信装置的应用。

发射站55发送时间校正信息。发射站可以用移动电话、个人计算机等代替。为了让电子手表56进行时间校正操作，以时间间隔Ts发送校正数据。若时间间隔Ts的长度比T1到T2之间的周期短，则接收端可以接收信号而不必知道它的到达定时。尽管这可能取决于在电力供应期间要通过哪一个分组，但若Ts的长度短于T1与T2之间的周期，则至少可通过一个分组，并能对时间进行校正。

图8A和8B表示按照本发明的无线通信装置的第二个应用。

在该图中，把本发明结合在个人计算机和鼠标中。鼠标64与装入个人计算机62中的无线通信装置63进行无线数据通信。装置62用的电源可以是商用电源或太阳能电池。

图8A表示鼠标64的下侧，把鼠标64中球69的运动传递给辊子65，并且从转数获得相对坐标以在显示器60上显示一个指针。按照本发明，辊子65的旋转通过轴66连接到发电装置67。与图3中所示的发电装置相比，发电装置67与图3的相当，只是去掉了能量发生器22和旋钮20，而随着鼠标移动，辊子65旋转来发电。当鼠标移动或鼠标静止而按动按钮时鼠标产生传输数据。当鼠标静止时，可以通过按下按钮，在按钮71按下时发电。另一个发电装置72可借助于把压力转换成旋转能的机构来发电，例如，利用齿轮或弹簧斥力的附加机构。所产生的电力可以通过电缆68传给无线控制电路5，然后用天线(未示出)从无线电路7发射出去。接收操作可以用类似的方式通过上面参照图6描述的过程完成。

图9表示按照本发明的无线通信装置的第三种应用。

图中，本发明结合在可以作为适当用途之一的无键进入系统中。

电子锁79包括按照本发明的无线通信装置80。它还具有操作按钮77、78。另外，设置了LED(发光二极管)检查灯81以验证传输。包括由电子锁79提供的传输数据的电波通过安装在汽车内的无线通信设备76驱动在汽车门73内形成的门锁机构75，进行开关锁操作。

当门73处于锁定状态而在无线通信设备76收到由电子锁79发射的电波之后一段预定的时间内、门的按钮74被拉起时，门锁机构75响应来自与之协调操作的开关的信号而打开门锁。反之，当门73处于未锁定的状态时，门锁机构75响应这样电波的接收而将门锁上。

操作按钮77、78中的一个用来上锁，另一个用来开锁。当它们之中任何一个被按下时，将如图6所示发射传输数据。按照是想上锁还是想开锁，传输数据部分地不同，这由接收端决定。

接着，无线通信设备76根据该数据判断门73的状态，并发送信号通知该操作已经成功地完成。电子锁79收到该信号，并点亮检查灯81。因为检查灯是在该装置准备供电时、进行发射操作时或者接收操作成功完成时验证功能用的，故可设置多个检查灯或不同颜色的检查灯。

尽管上面已经描述了按照本发明的无线通信装置的三个应用，但本发明不限于此，当它用于例如，皮带、帽子、发带、支架、或者某些其他带有带子、扣紧带等固定装置的可佩带设备中的任何振动位置，以及用在蜂鸣器、电子记事本、PDA(个人数字助理)、移动电话包或其他可携带的设备时，它都可以具有与上述实施例类似的效果。

尽管已经参照利用无线电波的通信方法描述了这些实施例，但本发明也可以类似地用红外通信技术来实现。

尽管已经参照利用300MHz频带上非常微弱的电波进行无线通信的情况描述了这些实施例，但是本发明也可以应用于具有不同频带上的较大输出功率的任何其他无线通信系统，只要用来制造无线电路IC(集成电路)的工艺进步或电路的进步使得能够开发低功率系统。

如上所述，因为按照本发明的无线通信装置利用在日本无线电法律中不要求有许可证的非常微弱的电波，所以它可以实现为低功率系统。另外，本发明通过装入可以靠自然能而不靠电池工作的发电系统，可提供生态上友好的无废物无线通信装置。此外，若用飞轮把振动能或旋转能转化成惯性能并储存起来，发电就可以持续一段时间，因而这种无线通信装置可以互相进行双向通信。

本发明可应用的任何应用场合都能利用自然能，而不使用户感觉到这一点。因此，该应用在可用性上比利用电池的传统装置优越。

Claims (12)

1.一种无线通信装置，它包括：

小型发电装置；

用来产生控制信号或数据信号以进行无线通信的信号发生装置；

用来发送/接收由所述信号发生装置产生的所述控制信号或数据信号的通信装置；以及

用来控制所述信号发生装置和所述通信装置的控制装置，

其中在所述控制装置的控制下、由所述小型发电装置产生的电力来驱动所述信号发生装置和所述通信装置，

其中所述通信装置在所述小型发电装置产生的电力的供应过程中进行通信。

2.按照权利要求1的无线通信装置，其特征在于，

设置显示装置以指示所述无线通信装置能够在所述发电装置连续产生电力的同时进行通信。

3.按照权利要求2的无线通信装置，其特征在于，

所述小型发电装置是包括下列部分的发电装置：

重心偏心的旋转重物；通过所述旋转重物的旋转来发电的电磁换能器；以及把旋转能转化成惯性能的机构。

4.按照权利要求3的无线通信装置，其特征在于，

所述机构是飞轮。

5.按照权利要求2的无线通信装置，其特征在于，

所述小型发电装置是包括下列部分的发电装置：

用于储存来自弹性元件的弹性能的机构；以及用于把弹性能转换成旋转能、然后转换成惯性能的机构。

6.按照权利要求4至5的无线通信装置，其特征在于，

所述小型发电装置利用所述惯性能来发电。

7.按照权利要求6的无线通信装置，其特征在于，

所述无线通信装置在产生所述旋转能和惯性能时进行发射和接收。

8.按照权利要求7的无线通信装置，其特征在于，

所述无线通信装置是在彼此之间进行通信的、装在电子锁中的无线通信装置和装在汽车上的无线通信装置。

9.按照权利要求7的无线通信装置，其特征在于，

所述无线通信装置是装在鼠标指示器中、与计算机进行通信的无线通信装置。

10.按照权利要求9的无线通信装置，其特征在于，

所述无线通信装置使用非常微弱的电波。

11.按照权利要求7的无线通信装置，其特征在于，

所述无线通信装置是装在电子手表中、与无线基站进行通信的无线通信装置。

12.按照权利要求11的无线通信装置，其特征在于，

所述电子手表响应所述数据信号来校正时间。

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