CN201839449U - 一种移动智能终端扩展身体网络的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种移动智能终端扩展身体网络的装置，包括具有与移动智能终端的SD插槽相匹配的MicroSD卡封装形式，包括天线、射频收发器（RFSoC）、串行外设接口（SPI）、主控制器（MCU）、SD从控制器接口、电源与外部扩展存储单元，其中：所述天线、射频收发器（RFSoC）、串行外设接口（SPI）与主控制器（MCU），依次连接；外部扩展存储单元、SD从控制器接口与电源，分别与主控制器（MCU）连接。本实用新型所述移动智能终端扩展身体网络的装置，可以克服现有技术中协议栈过大、成本高、功耗小、传输速率低与应用范围小等缺陷，以实现成本低、功耗小、传输速率高与应用范围大的优点。

Description

一种移动智能终端扩展身体网络的装置

技术领域

本实用新型涉及移动智能终端的扩展技术，具体地，涉及一种移动智能终端扩展身体网络的装置。

背景技术

移动智能终端通常包括智能手机、个人数字助理与便携式电脑等，如果可以设置一种装置，与移动智能终端连接，允许移动智能终端作为身体网络（Body Area Network，简称BAN）的一个节点，也可以作为身体网络的基站（或网关）；那么，就可以扩展移动智能终端的身体网络，以允许承载智能家居、移动医疗与移动健康等应用。

目前，移动终端扩展身体网络的方法包括：⑴采用移动终端本身所支持的无线协议，比如蓝牙（即Bluetooth）、无线宽带（Wireless Fidelity，又称802.11b标准，简称WIFI）与红外线等；⑵使用有线建立连接。

但是，实际使用时，上述方法存在很大问题，具体地：在第一种方法中，WIFI与Bluetooth协议栈较大，不是为身体网络专门设计的，传感器单元的成本高、功耗大，红外线传输速率较低，不适合身体网络；在第二种方法中，有线连接身体网络，由于电缆的限制，佩戴不舒适，并很难做到星型拓扑，限制了应用范围。

综上所述，在实现本实用新型的过程中，发明人发现上述现有技术中至少存在以下缺陷：

⑴协议栈过大：WIFI与Bluetooth协议栈较大，不是为身体网络专门设计的；

⑵成本高：传感器单元的成本较高；

⑶功耗大：传感器单元的功耗较大；

⑷传输速率低：红外线传输速率较低，不适合身体网络；

⑸应用范围小：有线连接身体网络，由于电缆的限制，佩戴不舒适，并很难做到星型拓扑，限制了应用范围。

发明内容

本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出一种移动智能终端扩展身体网络的装置，以实现成本低、功耗小、传输速率高与应用范围大的优点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种移动智能终端扩展身体网络的装置，具有与移动智能终端的SD插槽相匹配的MicroSD卡封装形式，包括天线、射频收发器（RF SoC）、串行外设接口（SPI）、主控制器（MCU）、SD从控制器接口、电源与外部扩展存储单元，其中：所述天线、射频收发器（RF SoC）、串行外设接口（SPI）与主控制器（MCU），依次连接；外部扩展存储单元、SD从控制器接口与电源，分别与主控制器（MCU）连接。

进一步地，所述外部扩展存储单元包括电可擦可编程只读存储器（EEPROM）、静态存储器（SRAM）与闪存（MLC NAND Flash存储器），其中：所述电可擦可编程只读存储器（EEPROM）、静态存储器（SRAM）与闪存（MLC NAND Flash存储器），分别与主控制器（MCU）连接；所述静态存储器（SRAM）与闪存（MLC NAND Flash存储器），构成主控制器（MCU）的外部数据缓冲区。

进一步地，所述射频收发器（RF SoC）包括数据缓冲区与51系列单片机。

进一步地，所述天线包括LTCC陶瓷卫星天线 。

进一步地，所述射频收发器（RF SoC）与主控制器（MCU），均采用SPI或SDIO接口形式。

本实用新型各实施例的移动智能终端扩展身体网络的装置，由于具有与移动智能终端的SD插槽相匹配的MicroSD卡封装形式，包括天线、射频收发器（RF SoC）、串行外设接口（SPI）、主控制器（MCU）、SD从控制器接口、电源与外部扩展存储单元，其中：天线、射频收发器（RF SoC）、串行外设接口（SPI）与主控制器（MCU），依次连接；外部扩展存储单元、SD从控制器接口与电源，分别与主控制器（MCU）连接；可以通过SD从控制器接口与移动智能终端连接，允许移动智能终端作为身体网络（BAN）的一个节点，也可以作为BAN的基站（或网关），可承载智能家居、移动医疗与移动健康等应用；从而可以克服现有技术中协议栈过大、成本高、功耗小、传输速率低与应用范围小的缺陷，以实现成本低、功耗小、传输速率高与应用范围大的优点。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为根据本实用新型移动智能终端扩展身体网络的装置的工作原理示意图；

图2为根据本实用新型移动智能终端扩展身体网络的装置应用场景实施例的工作原理示意图；

图3为根据本实用新型移动智能终端扩展身体网络的装置的流模式数据流示意图；

图4为根据本实用新型移动智能终端扩展身体网络的装置的存储转发模式数据流示意图；

图5为根据本实用新型移动智能终端扩展身体网络的装置混合模式数据流示意图。

结合附图，本实用新型实施例中附图标记如下：

1-天线；2-射频收发器（RF SoC）；21-数据缓冲区；22-51系列单片机；3-外部扩展存储单元；31-电可擦可编程只读存储器（EEPROM）；32-静态存储器（SRAM）；33-闪存（MLC NAND Flash存储器）；4-主控制器（MCU）；5-SD从控制器接口；6-电源；7-移动终端；8-串行外设接口（SPI）。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

根据本实用新型实施例，如图1-图5所示，提供了一种移动智能终端扩展身体网络的装置，具有与移动智能终端的SD插槽相匹配的MicroSD卡封装形式。

在图1中，本实施例包括天线1、射频收发器（RF SoC）2、串行外设接口（SPI）8、主控制器（MCU）4、SD从控制器接口5、电源6与外部扩展存储单元3，其中：天线1、射频收发器（RF SoC）2、串行外设接口（SPI）8与主控制器（MCU）4，依次连接；外部扩展存储单元3、SD从控制器接口5与电源6，分别与主控制器（MCU）4连接。

这里，主控制器采用32位RISC处理器，使用RF片上系统芯片（SoC，System On Chip）收发器，收发器与主控芯片之间采用SPI串行接口；主控制器支持SPI接口与射频收发器（RF SoC）2连接，从而射频收发器（RF SoC）2能够实现数据的打包上传与接收指令等功能，完成对网络各个节点的管理和数据汇总等功能。主控制器（MCU）4的SD从控制器接口5可以实现与手机SD从控制器接口5进行数据与命令的交互，实现数据到手机的通路；主控制器（MCU）4外部同时扩展MLC NAND Flash和SRAM，实现数据与程序的存储与读取，SRAM完成CPU对数据的快速存储于读取的功能，使用PSRAM器件代替传统的SRAM以获得更好的性价比；与单纯射频收发器（RF SoC）2的设计对比来讲，此设计的好处是可以避免协议的移植，并且能降低主控芯片的资源占用，主控制器应用开发得以简化。

射频收发器（RF SoC）2与主控制器（MCU）4，均采用SPI或SDIO接口形式，也可以采用其它新型接口形式；射频收发器（RF SoC）2依照接口方式、数据带宽、频谱分配与天线1设计等要求选择，可以选择ISM频段、MICS以及BAN网络的专有频段。

进一步地，在上述实施例中，上述外部扩展存储单元3包括电可擦可编程只读存储器（EEPROM）31、静态存储器（SRAM）32与闪存（MLC NAND Flash存储器）33，其中：电可擦可编程只读存储器（EEPROM）31、静态存储器（SRAM）32与闪存（MLC NAND Flash存储器）33，分别与主控制器（MCU）4连接；静态存储器（SRAM）32与闪存（MLC NAND Flash存储器）33，构成主控制器（MCU）4的外部数据缓冲区21。

这里，主控制器（MCU）4采用基于精简指令架构的32位微处理器上运行嵌入式操作系统，完成任务调度、数据处理与驱动等任务；使用EEPROM加载，也可以从MLC NAND Flash加载，或者两者结合；MCU有足够的计算资源和存储资源，可软件实现符合BAN协议的MAC，以在BAN协议未成熟的时候，保护已有的资源。

使用SRAM，作为移动智能终端扩展身体网络的装置运行内存和数据缓存，为了降低成本，可采用PSRAM等新式器件，使用PSRAM作为移动智能终端扩展身体网络的装置运行内存和数据缓存，可以获得较高的性价比。

采用通用的SD从控制器接口5与移动智能终端通信，该SD从控制器接口5符合SD标准，其内置的电源6支持从SD从控制器接口5取电，为其它模块供电，对于使用标准SD、MiniSD两种的移动终端7，将其插入MicroSD到SD/MiniSD转换后，再插入移动终端7。

上述射频收发器（RF SoC）2包括数据缓冲区21与51系列单片机，上述天线1包括LTCC陶瓷卫星天线1 。这里，在射频收发器（RF SoC）2内置51系列单片机，具备单指令单周期；射频收发器（RF SoC）2实现无线发射与接收功能，并实现无线通信协议的解析，与存在于身体网络中的各个节点建立连接并且进行通信，接收各个节点所采集的数据；射频收发器（RF SoC）2所需要的天线1采用低温共烧陶瓷材料天线1（Low temperature co-fired ceramic，LTCC），实现天线1的微型化以能够放置进Micro SD封装内。

在上述实施例中，移动智能终端扩展身体网络的装置使用低功耗、高集成度的器件，使用Flip-Chip，立体实现封装的小型化，具有唯一的身份识别号码，还内置了安全算法，保证通信的安全，该身份识别号码和安全算法均固化在MCU内部的Flash或者EEPROM中。

另外，在上述实施例中，移动智能终端扩展身体网络的装置允许通过SD从控制器接口5在线编程，实现生产或者相应设备的升级；需要移动智能终端实现时间同步，该时间可能来自移动智能终端本身，或者来自移动网络，或者来自GPS等时钟信息；通过相应的系统软件实现与移动智能终端的通信协议，并且在移动智能终端上也需要运行相应的驱动程序，以实现相应的功能。

上述实施例的移动智能终端扩展身体网络的装置，为一个嵌入式系统，采用MicroSD卡的封装方式，采用低功耗、高集成度的器件和SIP工艺，插入带SD扩展能力的移动终端7（手机或者个人数字助理等），使得移动终端7作为身体网络（BAN）的协调器（Coordinitor）,可以通过SD从控制器接口5与移动智能终端连接，允许移动智能终端作为身体网络（BAN）的一个节点，也可以作为BAN的基站（网关）；可以承载智能家居、移动医疗与移动健康等应用; 可以解决移动终端7扩展身体网络的问题，以及身体网络低成本接入移动网络的问题。

在上述实施例中，为了将多个芯片以及元器件集成在微小的Micro SD封装内，此移动智能终端扩展身体网络的装置采用了领先的系统级封装（System in Package，简称SiP）技术，SiP技术是指将不同种类的元件，通过不同技术，混载于同一封装之内，由此构成系统集成封装形式；移动智能终端扩展身体网络的装置所有用到的芯片以及元器件全部放置在基板上，通过堆叠，表面贴装（SMT）以及打线连接（Wire Bonding）的形式在基板上实现连接导通。

该移动智能终端扩展身体网络的装置通过SiP封装技术，将基板（substrate），芯片与元器件高度整合并且集成在Micro SD的封装里，使得此装置的可适配性大大增强，从而能够接入各种移动智能终端，使得移动终端7最终能够实现对身体网络的各个节点进行管理与数据采集的功能。

可见，上述实施例的移动智能终端扩展身体网络的装置，还具有以下优点：⑴不需要改变移动终端7设计，就可以扩展身体网络应用；⑵支持从SD从控制器接口5取电，由此采用低功耗器件，特式封装方式，开发了相应的软件来实现这个功能，做到即插即用。

如图2所示，该移动智能终端扩展身体网络的装置与带射频收发的传感器单元共同组成无线身体网络，实现传感器单元采集的心电、运动、血氧等健康信息的汇聚；该移动智能终端扩展身体网络的装置与移动终端7开发的应用一起实现健康信息的存储，显示，分析和上传，通过移动终端7接入移动网络，可移动网络开展个人健康服务。

在上述实施例中，如图3-图5所示，设计三种工作模式，以满足身体网络应用的不同需求，具体如下：

（一）模式一为流模式，本模式要求SD从控制器接口5工作在SDIO模式：

如图3所示，包括以下步骤：

⑴从射频接收MAC数据，解析出APU数据，存入收发器缓冲区（SRAM或者Flash）里；

⑵射频收发器SoC将缓冲区数据（SRAM或者Flash）通过SPI接口发送至主控芯片，主控芯片接收数据存入其缓冲区(SRAM)里，根据业务数据的不同，可能需要在主控芯片内对业务数据进行处理；

⑶主控芯片接收移动终端7的SDIO命令，将缓冲区数据（SRAM）放到SDIO上，移动终端7接收数据，直接显示或者进行进一步处理。

在流模式中，应用数据从收发器接收到，经过处理、缓冲、协议分析等，将它实时‘发送’到SD从控制器接口5上；该模式使得移动智能终端扩展身体网络的装置成为一个移动终端7的流设备。

（二）模式二为存储和转发模式，本模式要求SD从控制器接口5工作在SD模式：

如图4所示，包括以下步骤：

⑴从射频接收MAC数据，解析出APU数据，存入收发器缓冲区（SRAM或者Flash）里；

⑵射频收发器SoC将SRAM的数据通过SPI接口发送至主控芯片，主控芯片接收数据存入其缓冲区A（SRAM）里，根据不同业务数据的不同，可能需要在主控芯片内对业务数据进行处理；

⑶主控芯片将业务数据按照结构化的方式存储在外部的NAND Flash里。为了便于管理，采用基于FAT的文件系统，数据以文件方式存取；

⑷主控芯片实现SD协议，接收移动终端7的SD命令，读取NAND Flash的相应文件，将结构化的数据放到缓冲区B里；

⑸主控芯片接收移动终端7的SD命令，将缓冲区B里放到SD上，移动终端7接收数据，直接显示或者进行进一步处理。

在存储和转发模式中，应用数据从收发器接收到，经过处理、缓冲、协议分析等，将它存储到Flash内。移动终端7通过SD从控制器接口5可以访问这些数据；本模式工作状态下可以不需要移动设备的参与（初始化状态，配置状态，供电除外），便于降低移动终端7的资源占用；该模式使得移动智能终端扩展身体网络的装置成为一个存储设备。

（三）模式三为混合模式，本模式要求SD从控制器接口5工作在SD模式：

如图5所示，包括以下步骤：

⑴从射频接收MAC数据，解析出APU数据，存入收发器缓冲区（SRAM或者Flash）里；

⑵射频收发器SoC将缓冲区数据（SRAM或者Flash）通过SPI接口发送至主控芯片，主控芯片接收数据存入其缓冲区A(SRAM)里，根据业务数据的不同，可能需要在主控芯片内对业务数据进行处理；

⑶主控芯片将业务数据按照结构化的方式存储在外部的NAND Flash里。为了便于管理，采用基于FAT的文件系统；

⑷主控芯片实现SD协议，接收移动终端7的SD命令，读取NAND Flash的相应文件，将结构化的数据放到缓冲区B（SRAM）里；

⑸主控芯片接收移动终端7的SD命令，将缓冲区A（SRAM）数据组织成结构化文件，放到缓冲区B（SRAM）的特定区域上；

⑹主控芯片接收移动终端7的SD命令，将缓冲区B数据里放到SD上，移动终端7接收数据，直接显示或者进行进一步处理。

在混合模式中，应用数据从收发器接收到，经过处理、缓冲、协议分析等，将它‘发送’到SD从控制器接口5上同时还将其存储到Flash内；移动终端7既可以接收实时数据也可以访问存储数据；该模式使得移动智能终端扩展身体网络的装置作为一个存储设备。

综上所述，本实用新型各实施例的移动智能终端扩展身体网络的装置，由于具有与移动智能终端的SD插槽相匹配的MicroSD卡封装形式，包括天线、射频收发器（RF SoC）、串行外设接口（SPI）、主控制器（MCU）、SD从控制器接口、电源与外部扩展存储单元，其中：天线、射频收发器（RF SoC）、串行外设接口（SPI）与主控制器（MCU），依次连接；外部扩展存储单元、SD从控制器接口与电源，分别与主控制器（MCU）连接；可以通过SD从控制器接口与移动智能终端连接，允许移动智能终端作为身体网络（BAN）的一个节点，也可以作为BAN的基站（或网关），可承载智能家居、移动医疗与移动健康等应用；从而可以克服现有技术中协议栈过大、成本高、功耗小、传输速率低与应用范围小的缺陷，以实现成本低、功耗小、传输速率高与应用范围大的优点。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种移动智能终端扩展身体网络的装置，其特征在于，具有与移动智能终端的SD插槽相匹配的MicroSD卡封装形式，包括天线、射频收发器RF SoC、串行外设接口SPI、主控制器MCU、SD从控制器接口、电源与外部扩展存储单元，其中：

所述天线、射频收发器RF SoC、串行外设接口SPI与主控制器MCU，依次连接；外部扩展存储单元、SD从控制器接口与电源，分别与主控制器MCU连接。

2.根据权利要求1所述的移动智能终端扩展身体网络的装置，其特征在于，所述外部扩展存储单元包括电可擦可编程只读存储器EEPROM、静态存储器SRAM与闪存MLC NAND Flash，其中：

所述电可擦可编程只读存储器EEPROM、静态存储器SRAM与闪存MLC NAND Flash，分别与主控制器MCU连接；所述静态存储器SRAM与闪存MLC NAND Flash，构成主控制器MCU的外部数据缓冲区。

3.根据权利要求1或2所述的移动智能终端扩展身体网络的装置，其特征在于，所述射频收发器RF SoC包括数据缓冲区与51系列单片机。

4.根据权利要求3所述的移动智能终端扩展身体网络的装置，其特征在于，所述天线包括LTCC陶瓷卫星天线 。

5.根据权利要求4所述的移动智能终端扩展身体网络的装置，其特征在于，所述射频收发器RF SoC与主控制器MCU，均采用SPI或SDIO接口形式。

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