CN1791884A - 制造可循环使用的电子产品的方法和利用该方法获得的电子产品 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于制造包括各模块(14，16，18)的电子产品的方法，所述模块具有一个无线电通信协议和通信装置(20)。所述模块包括描述数据(40)，当该描述数据与产品蓝图数据(50)匹配时，使得工厂能够为产品选择所述模块。产品内的各模块之间的互连部分地由无线电内联网(100)取代，该无线电内联网由产品的主模块(16)建立。该内联网的范围(60)可以基本上被限制在产品的外壳(10，12)之内。所述模块例如可以是分开的显示模块和小键盘模块，在产品的使用寿命终结时，可以根据对应的产品蓝图数据(50)和所述模块的描述数据(40)来选择所述模块，以在其它产品中进行再利用。

Description

制造可循环使用的电子产品的方法 和利用该方法获得的电子产品

本发明涉及一种制造包括模块和无线电单元的电子产品的方法，并且还涉及适于实践所述方法的模块描述和产品蓝图。本发明特别(但不限于)应用于制造以及循环使用电子产品，比如桌面计算器、闹钟、个人音乐播放器、收音机以及其它普通电子产品。

全世界所使用的电子产品数量正急剧增加，同时产品的使用寿命正在减少。当使用寿命完结时，很难对产品部件进行循环使用，因为大多数部件被永久性地连线或互连在印刷电路板(PCB)上。因此材料回收很有限。这已经导致大量使用用于电子废品的垃圾掩埋场，包括欧洲在内的许多地方的立法者已经意识到这一情况是无法持续的。在欧洲，近来通过了《报废电气电子设备指令》(WEEE指令)作为欧洲法律，并且规定对使用寿命终结的设备进行收集以便回收、循环使用和再利用。

诸如计算器或随身听或移动电话之类的当前产品具有许多共同特征，比如显示模块和小键盘。由于物理互连的存在，对当前产品中的此类有用模块进行循环使用或者回收是很困难的。

美国专利US 5,832,371描述了一种具有分离的电子机械模块或者电子模块的组合式蜂窝电话，所述电子机械模块或者电子模块是以可拆卸的方式电子互连的。虽然该发明使得能够实现对电话的一定程度的循环使用，但是对模块的再利用仅限于电话产品。

因此，本发明的一个目的在于提供一种制造电子产品的方法，其中可以在不同的产品中对模块进行再利用。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于从多个可再利用的电子模块制造电子产品的方法，所述电子模块适于按照一个预定义协议来发送和接收无线消息，其中每个模块包括描述其功能的描述数据，并且其中至少一个模块是一个适于建立和协调产品内联网的主模块，该方法包括：

提供一个描述该产品所需要的各模块的内联网蓝图；

基于模块各自的描述数据和该产品蓝图来为包括一个主模块的该产品选择各模块；以及

建立一个包括所选择的所述模块的产品内联网，通过该内联网，所述产品至少部分地操作。

根据本发明的第二方面，提供了一种电子产品，包括：

具有多个电子模块的外壳，其中每个电子模块具有用于发送和接收消息的收发信机装置，并且其中至少一个模块是一个主模块，该主模块具有：

用于存储一个产品内联网蓝图的装置；以及

用于根据该蓝图建立一个产品内联网的装置。

根据本发明，诸如小键盘和显示模块之类的电子模块配备有一个无线电单元，该无线电单元能够按照一个预定义协议来发送和接收无线电消息。包括一个无线电单元和一个处理器的主模块在各模块之间建立并协调一个内联网。因此，由一个模块(比如按键)产生的数据经由无线内联网被发送到该主模块，以用于按照产品应用代码进行处理。因此，产品内部的短距离无线电链路至少部分地取代了一些传统上需要的互连连线。此外，各模块包括描述数据，当在工厂中将该描述数据与产品蓝图数据相匹配时，该描述数据使得工厂能够选择适当模块并组装产品。

在一个优选实施例中，所述产品通过按照一个由ZigBee联盟定义的通信协议交换包括无线电数据分组的消息来操作。为所述主模块提供产品程序代码，该程序代码限定产品的功能，例如对本实施例来说是一个桌面机算器。产品蓝图以与由模块存储的数据描述一致的方式来描述产品所需要的各模块，该数据描述用来描述模块的功能，比如分类、类型以及其它属性。对于该计算器实施例来说，需要一个小键盘模块和一个显示模块。工厂选择适当的模块，并且将它们放置在一个计算器外壳中，该外壳被设计来容纳各模块。

一旦被组装在外壳中，所述主模块就通过在其上登记各模块并提供一个周期性的参考或信标信号来建立一个与其它模块的内联网。因此，小键盘上的输入被转换成无线电消息中的数据以发送到该主模块，该主模块接收数据并按照所述程序代码来处理所述数据。举例来说，该数据被发送到该显示模块并被显示在显示器上。按照程序代码对其它输入进行操作，以使所述产品作为计算器来操作。

有利地，可以无线地从一个模块接收该模块的描述数据，从而允许工厂自动地将该模块循环使用到需要该模块的另一个产品。

根据本发明的其它方面包括用在电子产品中的电子模块以及用于上载到可循环使用的电子产品中的产品内联网蓝图，其包括描述所述产品的模块要求的数据。

本发明的其它特征和优点在所附权利要求书中引述，其公开内容在此引用以供读者参考。

现在将以举例的方式参照附图来描述本发明，其中：

图1是具体实现本发明的桌面计算器的三维分解图；

图2说明了包括该计算器产品的无线电单元的电子模块；

图3说明了无线电单元、协议栈以及无线电消息；

图4示出由各模块存储的示例描述数据；

图5示出用于制造产品的示例电子蓝图；

图6示意地说明了用于制造产品的工厂设置；

图7以流程图的形式说明了用于制造处理的各示例步骤；

图8说明了具有产品内联网的产品，该产品内联网具有一个广播范围；

图9说明了数字时钟形式的电子产品，其包括从前一产品循环使用的各模块。

应当注意，附图是示意图，并非依比例绘制。为了清楚及绘制方便起见，这些附图的各部件的相对尺寸和比例已被夸大或缩小。相同的附图标记通常用于表示经修改的或不同实施例中的对应的或相似的特征。

在下面的实例中描述了桌面计算器形式的可循环使用的电子产品，该产品包括一个产品内通信网络，该网络按照诸如由ZigBee联盟定义的ZigBee标准之类的无线电协议进行操作。其中还描述了对模块进行拆解并且在闹钟内对其进行再利用。这些实例是示例性的，本领域技术人员将意识到，可以组装或者再利用许多种具有相同、相似或附加模块的产品。

图1示出了桌面计算器形式的电子产品。外壳10、12封装可再利用的电子模块14、16和18。这些模块由电池电源20供电。在这个计算器实施例中，模块14是显示模块，模块16是处理模块，而模块18是小键盘模块。图2中详细地描述了这些模块。

图2说明了模块14、16和18。显示模块14具有一个无线电单元20，该无线电单元通过数据总线14b连接到显示部件14a。在该实例中，该显示部件包括一个能显示一行10个字符的7段液晶显示器，正如在桌面计算器中通常使用的一样。小键盘模块18包括一个具有4×4个按钮的小键盘，其通过总线18b连接到无线电单元20。数据总线可以是简单的三线结构，包括输入/输出线以及控制线，正如本领域技术人员所公知的那样。

处理器模块16包括一个8位微控制器形式的处理装置，比如公知的8051集成电路微控制器。该模块优选地包括存储用的存储器16b，其通过总线16c与该微控制器互连。存储器16b可以包括非易失性存储器，比如用于存储产品应用程序代码的闪速存储器。所述代码在本实施例中包括用于桌面计算器应用的程序指令。当然也可以在处理模块中提供更为复杂的微控制器或者微处理器以及存储器装置，这取决于预定的应用分类。微控制器16a也通过数据总线16d链接到无线电单元20。图3中示出一个示例无线电单元20。

图3说明无线电单元20，其包括无线电微控制器(比如低成本的8051)22、存储器26以及具有天线25的收发信机24。存储器26存储描述ZigBee^TM数字无线电协议程序代码。本领域技术人员经常使用OSI层或者“栈”模型来描述这种协议或标准。图中示出了ZigBee无线电“栈”28，其包括较低的硬件层30(物理层“PHY”和介质接入控制层“MAC”层)、软件网络“NWK”或链路层32以及应用代码“AC”层34。

所述无线电单元在无线电存储器26(其本身可以集成到微控制器22中)中存储“栈”28，并且发送和接收格式化的数据报或无线电消息36，其包括报头字段36a以及数据或有效载荷字段36b。在概念上，在操作中由应用代码层34产生待发送的数据，并将其插入到消息36的有效载荷段中。该消息随后由网络层进行操作(例如在报头字段36b中插入用于预定目的地的源地址和目的地地址)，该网络层在最终通过收发信机24和天线25无线发送该消息之前将该消息传递通过MAC层和PHY层。这样的操作模式(其中在无线电单元中提供一个协议“栈”，该无线电单元于是按照该协议栈进行操作)在无线电系统领域中是公知的，并且使得具有相同协议的无线电单元之间具有互操作性。

ZigBee协议当前被标准化为IEEE802.15.4，并且通常定义一个主要操作在2.4GHz处的ISM频带中的低功率、低带宽的无线电标准。其主要针对控制应用和仪器应用，比如照明和加热。ZigBee无线电单元具有高达约50m的预计操作范围，并且每个无线电设备或单元包括一个64位长的独特标识符，以便能够对消息进行编址以及在网络上进行登记。

在ZigBee联盟的网站( www.zigbee.com)中可以获得ZigBee无线电系统的其它细节，并且在申请人共同未决的申请WO 01/37488(2001年5月25日公布)中公开了这些细节，有兴趣的读者可以参考。

回到图2，显示模块14中的单元20具有显示应用代码，该代码把在消息36中接收到的数据通过互连14c传送到显示控制器14b，该显示控制器随后在显示器14a上显示所述数据。类似地，为小键盘模块18提供了使得无线电单元20监控小键盘18a的应用代码，其检测按键并将代表该键的代码(例如ASCII)传送到单元20。该单元随后可以产生包含用于传输的代码的无线电消息36。

主处理模块16包括总体应用程序代码，该应用在这里是计算器应用。此外，模块16的无线电单元20监控包括按键数据的消息，并且可以将该数据发送到显示模块14以供显示，或者可以对该数据进行处理(例如执行加法)并且随后将结果发送到显示模块14以供显示。因此，由主处理模块16来协调计算器的总体操作。

这样的产品(其中各模块经由无线电链路来传送信息)要求在制造时各模块在该产品内形成一个短距离无线电网络。为了能够对模块进行再利用或者循环使用，也需要有一个分类方案，这样当各模块形成网络或者当在制造工厂或生产线中为产品选择模块时就能够识别各模块，并且能够评估它们的功能。图4中示出一个示例方案，该方案显示分别由模块18、14和16存储的描述数据40、42、44。通常按照分类、类型和属性来对模块描述和功能进行分类。

表40示出用于小键盘模块18的描述数据，该数据被存储在无线电单元20的存储器26中。如图所示，该模块的分类为“小键盘”，类型为“数字”，属性为“4×4键”。因此，具有例如20键的不同的小键盘(例如适用于移动电话)的模块将具有下面的相关描述数据：分类＝“小键盘”，类型＝“字母数字”，属性＝“4×5键”。

类似地，表42示出与显示模块14的无线电单元相关联并被存储在其中的示例描述数据。在该例中，模块14具有分类＝“显示器”、类型＝“分段”以及属性＝“1×10”，以用来表示一行10个字符的显示器功能。当然，诸如矩阵显示器的其它显示器类型可以具有类型＝“矩阵”以及例如表示像素分辨率和颜色的不同属性(例如120×120×RGB)。

存储在主处理模块16的无线电单元中的表44描述了这样的模块：分类＝“处理器”(用于处理)，类型＝“一般”，属性＝“1MHz，32kb”。因此，该处理器或微控制器是可编程的，并且具有如描述数据表44的属性字段中所示的时钟频率和板上高速缓存。

通过提供模块描述数据40、42、44，有利地允许自动制造产品，或者允许根据产品内联网蓝图来将一个产品的模块循环使用到另一个产品中。图5中以表60示出了这样的蓝图。蓝图60描述了该产品所需要(REQ)的模块(按照分类、类型和属性来描述)。当被合并在产品中时，这些模块将在如前所述的产品内联网无线电网络中通过它们的无线电单元20来交换数据。在该计算器实例中，蓝图60需要小键盘、显示器和处理器模块，如图5所示。

图6a示出一个示例性的产品制造线。在该图中，工厂计算机72控制捡放机74。在该机器中合并有无线电单元75，其能够按照如前所述的ZigBee标准进行操作。在生产线76上的电动架78、80中提供了大量模块14、16、18，该生产线76还具有产品外壳10。计算机72可以访问存储器70，该存储器存储产品内联网蓝图50，并且可选地访问产品应用代码52。在计算机72的控制下，捡放机74通过无线电与模块18联系，并且请求数据描述40。模块无线电单元20用其存储的数据描述40进行答复，该数据描述40被传送到计算机72。该计算机将该描述与所述蓝图要求进行比较，如果匹配则捡放机74获取该模块18，并将其放置在外壳10中。重复这一过程，直到已经按照该蓝图选择了所有模块并将它们放置在了外壳10中。此外，如果所述处理器/微控制器是可编程处理器的话，工厂计算机将程序应用代码和产品蓝图上载到该处理器/微控制器中。然后将所述外壳运送到工厂的如图6b所示的产品内联网建立区域。

在图6b中，该产品包括外壳10和所选择的模块14、16、18，并且由生产线76提供电力80。此外，已经在该产品的上方和周围放置了法拉第笼形式的电磁干扰(EMI)屏蔽82。该屏蔽隔离该产品，以防止附近的其它产品的模块加入还产品内联网。在主处理模块16的控制下，如下建立该内联网。

主模块16中的应用代码使得其无线电单元20广播一个周期性的参考信号，该参考信号包含一个随机选择的16位网络标识符。模块14接收该周期性(或“信标”)信号，并且初始地在一个加入该网络的请求中以其独特的64位标识符和描述数据做出响应。该主模块接收这些标识符(由于有EMI屏蔽82，因此不接收工厂中的其它模块的请求)，并将所述描述数据与蓝图数据进行比较。如果该模块是所需要的模块，则主模块16分配一个较短的8位无线电身份代码(RIC)并将其发送到所述发出请求的模块14，以及在存储器26内的内联网表中存储所述标识符和较短的无线电代码(8位标识符)。所述模块接收该RIC、存储该RIC并且通过发送一则确认消息(ACK)来确认该消息。对于其它的模块18重复这一过程。因此，各模块被登记在主模块上，从而建立其产品内联网。在登记之后，模块14、18侦听具有它们的网络标识符的信标，并且把包含它们各自的无线电身份代码的消息发送到主模块以用于处理。

一旦建立了所述网络或者内联网就去除EMI屏蔽82，并且在生产线上继续移动所述产品以进行最后加工(例如用外壳12来完成外壳10)和测试。

图7针对图6a、b说明上述的一般处理。该处理从步骤82开始，其中工厂计算机获取产品蓝图(PBP)。随后流程继续到步骤84，其中联系一个模块(CM)，并且该模块将其描述数据提供给计算机，随后该计算机在步骤86将该数据与所述蓝图作比较，以决定是否选择(SEL？)该模块以便合并在当前制造的产品中。如果未选择该模块，则处理流程通过路径87回到步骤84，其中联系另一个模块。

然而，如果所述描述数据与蓝图要求相匹配，则选择该模块(路径88)，并且所述处理继续到决定步骤90，其中工厂计算机测试其是否已经选择了该产品的全部所需模块(ALL？)。如果所述描述数据与蓝图要求不匹配，则如路径91所示重复处理步骤84、86。一旦已经选择了全部模块，所述流程从步骤90通过路径92继续到步骤94，其中将蓝图数据上载到主模块，并且各模块随后建立(EST)一个如前所述的产品内联网。最后，该处理在步骤96结束(FIN)，其中对产品进行测试以准备好销售给消费者。

图8说明了具有在图中以“r”表示的无线电范围60的产品内联网100。典型的ZigBee无线电20的无线电范围是约10-50m。这一范围部分地由ZigBee标准的要求所规定，该标准规定了约-85dBm或更好的接收机灵敏度(从而限定了收发信机必须能够接收的最弱输入信号)以及0dBm(～1-10mW)的发射功率。当然，改变发射功率也就改变了范围，并且更好的接收机灵敏度会允许更低的发射功率。申请人的当前ZigBee无线电单元具有约-100dBm的灵敏度，并且允许40dBm的室内路径损耗，计算表明可以有约300微瓦的最小发射功率。这将无线电单元的广播范围限制到约1米或更小。

因此，可编程衰减器电路形式的控制装置可以被用来减小收发信机的发射电路的发射功率。在制造过程中，各模块的无线电单元可以在普通ZigBee范围内进行广播，直到建立产品内联网，此后该范围被衰减。可以通过被包括在无线电单元内的应用代码指令来操作该衰减器电路，从而能够用软件来控制所述范围。

附加地或替换地，可以使用产品外壳10和12之内的屏蔽来衰减所述范围60，以使得内联网的范围基本上被限制在外壳内。举例来说，可以在外壳10、12的内表面上喷涂镍屏蔽混合物(NSC-热塑树脂中的镍粉末)的气雾剂溶液。ElectrolubeTM公司制造并且销售产品码为NSC400H的这种产品。本领域技术人员公知的其它示例屏蔽溶液包括硅树脂海绵泡沫(silicone sponge foam)以及织线网带(knitted wiremesh tape)。

外壳屏蔽和收发信机/软件设计的组合允许在节省功率的同时显著减小所述范围。因此，尽管ZigBee无线电单元被设计成具有非常低的占空比(例如，发射机只有恰好在信标信号之前才处于工作状态，从而导致在1小时中例如只有平均几秒钟的“打开”时间)，使用上述技术仍可以有利地延长电池寿命。

本领域技术人员将意识到，此前描述的产品、模块和制造处理使得可以容易地对所述产品及其组成模块进行有效的循环使用。举例来说，数字时钟形式的产品的蓝图50可能需要一个显示模块、一个处理模块和一个用于设置时间的三按钮模块(设置，小时，分钟)。图6a的生产线可以拆解寿命终结的计算器产品，并且组装出如图9所示的包括一个新外壳10、该显示模块14和经重新编程的主模块16以及一个三按钮小键盘模块102的新产品(时钟)。

在上面描述了一种用于制造电子产品的方法，该电子产品包括模块14、16、18，所述模块具有一个无线电通信协议和通信装置20。所述模块包括描述数据40，当该描述数据与产品蓝图数据50匹配时，使得工厂能够为产品选择所述模块。产品内的各模块之间的互连部分地由无线电内联网100取代，该无线电内联网由产品的主模块16建立。该内联网的范围60可以基本上被限制在产品的外壳10、12之内。所述模块例如可以是分开的显示模块和小键盘模块，在产品的使用寿命终结时，可以根据对应的产品蓝图数据50和所述模块的描述数据40来选择所述模块，以在其它产品中进行再利用。

此外，这允许对产品进行有效的组装和拆解，并且允许根据产品蓝图数据在其它产品中对至少一些模块进行再利用。

通过阅读本公开内容，本领域技术人员可以想到其它修改。举例来说，可以利用本发明来设计上述产品之外的其它产品，并且可以创建具有想要的功能的其它配备无线电的模块，前提示描述数据和蓝图数据遵循相同的分类方案。

其它的修改可以包括在无线电单元、电子模块以及工厂生产线及其组成部分的设计、制造和使用中已知的其它特征，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以代替这里描述的特征、或者与这里描述的特征一起使用所述已知的其它特征。

Claims (18)

1、一种用于从多个可再利用的电子模块(14，16)制造电子产品的方法，所述电子模块适于按照一个预定义协议来发送和接收无线消息(36)，其中每个模块包括描述其功能的描述数据(40)，并且其中至少一个模块是一个适于建立和协调产品内联网的主模块(16)，该方法包括：

提供一个描述该产品所需要的各模块的内联网蓝图(50)；

基于模块各自的描述数据和该产品蓝图来为包括一个主模块的该产品选择各模块；以及

建立一个包括所选择的所述模块的产品内联网(100)，通过该内联网，所述产品至少部分地进行操作。

2、如权利要求1所述的方法，其中所述产品蓝图(50)还包括用于所述主模块的产品程序代码(52)，并且在建立所述产品内联网之前，所述蓝图被上载到该主模块中。

3、如权利要求1或2所述的方法，其中所述模块包括独特的标识符，并且建立所述产品内联网包括由主模块以网络标识符无线地交换所选择的其它模块的标识符以便登记所述模块。

4、如权利要求1、2或3所述的方法，其中在建立所述内联网之前将所选择的各模块安排在一个屏蔽的(82)区域之内，以确保在所述内联网(100)中只包括所选择的模块。

5、如权利要求4所述的方法，其中在所述选择之后将各模块基本上安排在一个产品外壳(10，12)之内。

6、如权利要求5所述的方法，其中减小各模块的发射功率，以便限制所述产品内联网的范围(60)。

7、如权利要求6所述的方法，其中所述内联网的范围在1厘米到1米之间。

8、如权利要求5所述的方法，其中所述产品外壳(10，12)包括屏蔽，该屏蔽将所述内联网的范围基本上限制在所述外壳之内。

9、一种电子产品，包括：

一个具有多个电子模块(14，16)的外壳(10)，其中每个电子模块具有用于发送和接收消息(36)的收发信机装置(24)，并且至少其中一个模块是一个主模块(16)，该主模块具有：

用于存储一个产品内联网蓝图的装置(16b)；以及

用于根据该蓝图建立一个产品内联网的装置(22，28)。

10、如权利要求9所述的电子产品，还包括用于控制所述收发信机装置的功率输出的控制装置(22)。

11、如权利要求10所述的电子产品，其中所述控制装置还包括一个可编程衰减器。

12、一种按照权利要求1-8中的任一条所述的方法制造的电子产品。

13、一种电子模块(14，16)，包括：

-用于接收一个产品内联网蓝图(50)的收发信机装置(24)；

-用于存储模块描述数据和用于存储所述蓝图的存储装置(26)；

-用于根据所述蓝图建立一个产品内联网(100)的装置(22，28)。

14、如权利要求13所述的模块，还包括用于控制所述收发信机装置以便限制所述内联网的操作范围(60)的控制装置(22)。

15、如权利要求13或14所述的模块，还包括一个小键盘部件(18a)。

16、如权利要求13-15中的任一条所述的模块，还包括一个显示部件(14a)。

17、一种用于上载到可循环使用的电子产品中的产品内联网蓝图(50)，包括描述所述产品的模块要求的数据。

18、如权利要求17所述产品内联网蓝图，还包括用于操作该产品的产品功能代码(52)。

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