CN220894886U - 便携式无线数据加卸载装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的便携式无线数据加卸载装置，其内部集成大容量数据存储、无线供电、无线通信等功能，自成一体，随放随用，除了自身外不需要额外的配套设备，即可完成对目标设备的无介入式数据加卸载功能。解决了现有数据加卸载方式需要有线连接、数据传输速率慢、功能组件分散等问题，可用于外场嵌入式计算系统的无介入式、高速率、大容量、便携式数据加卸载。

Description

便携式无线数据加卸载装置

技术领域

本实用新型属于嵌入式计算机数据加卸载的技术领域，尤其涉及一种便携式无线数据加卸载装置。

背景技术

随着AI技术的使用及普及，外场使用(如，民用机场等)的嵌入式计算系统中的程序数据通常需要频繁升级，同时工作过程中产生的关键数据需要及时下载分析。目前，外场便携式数据加卸载装置的主要需求如下：

一是需要对目标设备进行无介入式数据加卸载。嵌入式计算系统通常深度嵌入目标设备，而设备的密封性要求越来越高、外场不允许拆卸，当前U盘/电子盘/SD卡等数据存储卡升级方式已不满足需求；

二是数据加卸载数据量大，通信速率要高。随着嵌入式计算系统智能化水平不断提升，数据规模达到TB量级，大批量数据加卸载将成为常态，需要在容许时间内完成对数据的加卸载。当前通常采用有线1553B、1394B等串行总线进行数据加卸载，已远远不能满足数据传输速率需求；

三是功能独立，自成一体，便于携带。外场条件简陋、升级时间有限，为了缩短时间，通常要求同时对多台嵌入式系统同时进行数据加卸载，需要设备小巧便于携带。当前采用多部件组合式升级方式(通常含笔记本+电缆+电源等)已不能满足人力、物力等节约成本需求。

随着无线技术的发展，为了便于软件升级，目前通过无线进行软件升级的方法已较为普遍，一类是目标设备自备电池或外部有线供电，目标设备通常处于休眠状态，可通过唤醒方式进入工作状态，再与外部无线升级设备进行通信，从而完成升级，此类方法存在的问题是目标设备中需要自备电池或依赖外部供电，带来一定的维护难度，降低了便利性；另一类是通过提供无线供电方式对目标设备进行供电，再进行软件升级，但此类方法通常需要结合升级服务器、无线中间件等外部设施的组合才能实现相关操作，缺乏外场随身携带的便利性，同时通信速率低。

当前的无线通信技术包括ZigBee、蓝牙、Wifi(2.4GHz/5Ghz，有效频宽最大160Mbps)、5G(59-66GHz，有效频宽最大5Gbps)、激光(可达5Gbps及以上)等，其中ZigBee、蓝牙通信速率低，不满足大容量数据传输需求，Wifi速率受限，同时在多个设备近距离通信时存在同频干扰，而5G和激光通信定向性好、抗干扰能力强，较适合复杂电磁环境下使用；同时目前5G天线、收发器和激光收发器的体积都已小型化，适合小型化便携式设备使用。

传统的无线供电技术主要包括：电磁能耦合传能和激光传能，其中，激光传能方式具有抗干扰能力强等特点，但对接精度要求高，且对通信链路上异物遮挡要求比较高，同时激光供能装置峰值功率通常较大(10W以上)，需要考虑安全防护措施，目前通常用在民用地对空及空对空等无人装备通信领域，而电磁耦合则采用近距离耦合方式工作，成熟应用，安全性较好。

综上分析，迫切需要一种便携式无线数据加卸载装置，集成大容量数据存储、无线供电、无线通信等功能，自成一体，随放随用，除了自身外不需要额外的配套设备，即可完成对目标设备的无介入式数据加卸载功能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种便携式无线数据加卸载装置，为解决当前数据加卸载装置存在的有线连接、无线传输速率低、功能组件分散不便携带等问题。本案的技术方案有诸多技术有益效果，见下文介绍：

提供一种便携式无线数据加卸载装置，适用于与机载上的目标设备连接，包括壳体和安装在壳体外侧面上的人机交互型的显示装置，所述壳体内设置有第一处理器、第一存储器、第一电源组件和第一无线通讯器，所述第一处理器分别与显示装置、第一存储器、第一电源组件和第一无线通讯器连接，所述第一电源组件包括第一电池、第一电源转换电路和无线供电发射器，所述第一电池的电能经第一电源转换电路调整成预设电压或电流后为第一处理器、第一存储器、第一无线通讯器和显示装置供电；

所述目标设备内设置有第二处理器、第二存储器、第二电源组件和第二无线通讯器，所述第二处理器分别与第二存储器、第二电源组件和第二无线通讯器连接，所述第二电源组件包括第二电池、第二电源转换电路和无线供电接收器，无线供电接收器与无线供电发射器电连接，第一无线通讯器与第二无线通讯器通讯连接，其中：

当壳体距离目标设备预设距离时，所述无线供电发射器以无线的方式向所述无线供电接收器进行供电，所述无线供电接收器用于将交流电转换成直流电后并存储在所述第二电池中，第二电源转换电路用于将所述第二电池的电能调整成预设电压或电路后为第二处理器、第二存储器和第二无线通讯器供电；

在完成第一处理器与第二处理器主、从通讯协议交互时，所述显示装置用于以人机交互的方式将第二存储器中指定的数据下载至所述第一存储器中，或是，在所述第一无线通讯器与第二无线通讯器建立通讯后，且完成第一处理器与第二处理器主、从通讯协议交互时，用于将所述第一存储器中的指定数据加载至所述第二存储器中。

优选的，外部设备为PC机，所述第一处理器通过接口的方式与PC机电连接。

优选的，所述第一处理器与PC机通过电子通讯模块或通过USB接口的方式通讯连接。

与现有技术相比，本实用新型提供的技术方案包括以下有益效果：

该加卸载系统的硬件组成包括便携式无线数据加卸载装置和目标设备中的无线数据加卸载单元，采用无线传能、无接触式通信等技术实现无需设备供电及拆卸的便捷数据加卸载功能。具备独立的大容量数据存储、对外无线供电、对外无线通信功能，相当于添加了无线接口即放即用功能的移动U盘，及，小巧便携，易于携带，不需要额外的设备，即可独立完成对目标设备的无介入式数据加卸载，在外场使用具有良好的便利性，及，该装置数据存储容量大，数据加卸载速度高，抗干扰能力强，以单路双向通信为例，在采用5G或激光通信方式下，加卸载速率最高可达400Mbtye/s，是Wifi通信速率的40倍，以1TB数据为例，数据下载时间大约43.6分钟。在外场升级时，可以采用多个装置并行对目标设备进行数据加卸载。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为便携式无线数据加卸载系统的功能结构图；

图2为使用激光技术完成无线通信的系统结构示意图；

图3为使用5G技术完成无线通信的系统结构示意图；

图4为第二无线供电磁线圈转换电路的示意图；

图5为便携式无线数据加卸载装置的示意图，其中：

1、壳体；2、盖体；3、显示装置；4、第一处理器；5、第一存储器；6、第一电源组件；7、第一无线通讯器；8、无线供电发射器。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本实用新型，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践方面。为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

参见图1至图5所示的便携式无线数据加卸载装置，适用于与机载上的多个目标设备连接，因此，设置多个便携式无线数据加卸载装置，如图5所示，每个便携式无线数据加卸载装置包括壳体1和安装在壳体1外侧面上的人机交互型的显示装置3，壳体1配套有盖板，壳体1内设置有第一处理器4、第一存储器5、第一电源组件6和第一无线通讯器7，第一处理器4分别与显示装置3、第一存储器5、第一电源组件6和第一无线通讯器7连接，第一电源组件6包括第一电池、第一电源转换电路和无线供电发射器，第一电池的电能经第一电源转换电路调整成预设电压或电流后为第一处理器4、第一存储器5、第一无线通讯器7和显示装置3供电，第一电源转换电路采用现有技术的电路结构即可；

目标设备内设置有第二处理器、第二存储器、第二电源组件和第二无线通讯器，第二处理器分别与第二存储器、第二电源组件和第二无线通讯器连接，第二电源组件包括第二电池、第二电源转换电路和无线供电接收器，无线供电接收器与无线供电发射器电连接，第一无线通讯器7与第二无线通讯器通讯连接，第二电源组件采用现有技术产品即可，其中：

当壳体1距离目标设备预设距离时(优选的，接触式接触的方式)，无线供电发射器以无线的方式向无线供电接收器进行供电，无线供电接收器将交流电转换成直流电后并存储在第二电池中，第二电池的电能经第二电源转换电路调整成预设电压或电路后为第二处理器、第二存储器和第二无线通讯器供电；

完成第一处理器4与第二处理器主、从通讯协议交互时，通过显示装置3以人机交互的方式将第二存储器中指定的数据下载至第一存储器5中，或是，当外部设备中指定的数据通过第一处理器4存储在第一存储器5中，及在第一无线通讯器7与第二无线通讯器建立通讯后，且完成第一处理器4与第二处理器主、从通讯协议交互时，将第一存储器5中的指定数据存储在第二存储器中。第一存储器5和第二存储器优选的，为大容量电子数据存储盘。

该结构作用有二：一是在目标设备处于下电状态时，便携式无线数据加卸载装置接触目标设备，通过无线供电发射器和无线供电接收器的作用，最终为目标设备的第二电源组件提供电能，由第二电源组件在目标设备处于下电状态下带动第二处理器、第二无线通讯器和第二存储器等工作，为数据的加载和卸载提供外围工作环境；二是便于目标设备中指定数据的卸载或向目标设备中的第二存储器加载指定的数据，提供更加便携式的数据加载或卸载方式。

作为本案所提供的具体实施方式，外部设备为PC机，第一处理器4通过接口的方式与PC机电连接，例如，第一处理器4至少设置有USB、以太网、SD或NAND Flash接口，优选的，第一处理器4与PC机通过电子通讯模块或通过USB接口的方式通讯连接，在需要向第二存储器加载指定数据时，先将指定数据的数据存储在第一存储器5中。

作为本案所提供的具体实施方式，本案的装置与目标装置的通讯方式有电两种，如下，参见表1：

表1

第一种，如图3所示，第一无线通讯器与第二无线通讯器均为收发一体式天线，二者通过天线的方式通讯连接，具体的：

采用5G技术时，第一无线通讯器7由射频芯片和喇叭天线构成。第一处理器4通过PHY芯片和射频芯片与第一无线通讯器7相连，同理，第二无线通讯器由射频芯片和喇叭天线构成，第二处理器通过PHY芯片和射频芯片与第一无线通讯器7相连，实现二者之间的数据传输。

第二种，如图2所示，通过激光的方式通讯连接

采用激光通信技术时，第一无线通讯器7和第二无线通讯器均由激光收发器及周围电路组成。第一处理器4中的芯片以太网接口通过PHY芯片和激光收发器相连，进行数据传输。激光收发器将LVDS信号转换为光数据传输出去，或将接收到的光数据转换为LVDS信号，当第一无线通讯器7和第二无线通讯器完成通讯连接时，将第一存储器5中指定的数据存在第二存储器中，或是，将第二存储器中的数据卸载至第一存储器5中。

作为本案所提供的具体实施方式，无线供电接收器由接收磁线圈构成，接收线圈将电磁信号转换为交流信号后，传输给单元内的电源转换模块及储能模块，实现单元的供电功能。优选的，采用无线供电发送电路及其配套的无线供电发送线圈兼容无线充电联盟(WPC)紧耦合的Qi标准，单路最大供电功率不小于15W。接收线圈，例如，采用深圳顺络电子股份有限公司生产的MQQRR514012S120,该型线圈是铜丝缠绕的椭圆形线圈，符合Qi标准，尺寸51mm*40mm，厚度1.2mm，其内部的电路参见图4所示。

进一步的，无线供电发射器8的控制器采用IDTP9242-R，输入电源采用弹上+12V，发送线圈磁盘材料均采用纳米晶，磁盘直径40±1.0mm，线圈直径37.4±1.0mm，发送线圈总厚度≤1.4mm，并配置发送电路及其配套的无线供电发送线圈兼容无线充电联盟(WPC)紧耦合的Qi标准，单路最大供电功率不小于15W。

发送线圈和接收线圈的结构，如下表2所示的15W发送线圈和接收线圈的尺寸，见下：

COIL

A(mm)

B(mm)

C(mm)

D(mm)

E(mm)

F(mm)

发送线圈

40±1.0

37.4±1.0

1.4Max

10±2

20±0.5

4±2

接收线圈

40±1.0

35.6±1.0

0.8Max

10±2

19±0.5

4±2

表2

如下表3所示，为15W发送线圈和接收线圈仿真电性结果，如下表4所示，为线圈仿真质量结果。表3为15W发送线圈和接收线圈仿真电性结果(激励电流：100kHz)，如下：

表3

质量	发送线圈	接收线圈
			铜线的质量(g)	1.48	3.17
纳米晶带材的质量(g)	0.72	0.72
			质量(g)	2.2	3.89

表4

第一处理器4和第二处理器中的处理器芯片均选择赛灵思的Zyqn010，将其以太网接口通过PHY芯片和激光收发器相连，通过LVDS信号进行数据传输。PHY芯片可选择MARVELL的88E1512，激光收发器选择BroadCom的AFBR-FS50B00，最大速率可达5Gb/s，最大传输距离为100mm。AFBR-FS50B00支持全双工双向通信和紧密型设计，并且支持围绕光轴做360°旋转，减小系统级调整的复杂度，可以应用在旋转系统中。激光收发器将LVDS信号转换为光数据传输出去，或将接收到的光数据转换为LVDS信号。电路连接方式见图2。

采用5G技术时，第一无线通讯器7和第二无线通讯器均由射频芯片和喇叭天线构成。5G射频芯片选择ST60A2，芯片为60GHz V基带无线收发器，具有LVDS及SGMII典型接口。ST60A2的发送功率为40mW，接收功率为25mW，可以达到6.25Gbps的通讯速率，天线可以灵活配置。SGMII接口支持十兆、百兆、千兆以太网通讯，且无需收发时钟。传输处理器模块中处理器芯片选择赛灵思的Zyqn010，其以太网接口可直接与射频芯片相连，实现二者之间的数据传输。喇叭天线负责发送和接收无线数据，选择5G适配型号。喇叭天线可以使用Radiall公司的ANTENNA系列产品，产品在PCB上的安装。

本新型工作方法的介绍，其包括：

步骤一：便携式无线数据加卸载装置通过触摸按键启动后，经过主机通信模块与主机进行数据传输，并将数据存储在大容量数据存储模块中；工作人员可通过按键选择上传或下载数据。

步骤二：将便携式无线数据加卸载装置贴近目标设备的无线数据加卸载单元放置，通过无线供电发射器(含线圈)与无线数据加卸载单元的无线供电接收器(含线圈)对接，可利用装置上的按键开启向无线数据加卸载单元的供电，使得无线数据加卸载单元启动工作；

步骤三：便携式无线数据加卸载装置通过无线通信模块与无线数据加卸载单元的无线通信模块对接，完成与无线数据加卸载单元之间的数据加卸载操作；工作人员可通过便携式无线数据加卸载装置的相应按键选择上传或下载数据。数据传输完成后，无线数据加卸载单元将数据存储在自身的大容量数据存储模块。整个工作过程的控制由便携式无线数据加卸载装置及目标设备中无线数据加卸载单元的处理器模块完成。

步骤四：数据加卸载完成后，工作人员通过便携式无线数据加卸载装置的关机按钮关闭该装置。

整体而言，本新型的装置其内部集成大容量数据存储、无线供电、无线通信等功能，自成一体，随放随用，除了自身外不需要额外的配套设备，即可完成对目标设备的无介入式数据加卸载功能。解决了现有数据加卸载方式需要有线连接、数据传输速率慢、功能组件分散等问题，可用于外场嵌入式计算系统的无介入式、高速率、大容量、便携式数据加卸载。

以上对本实用新型所提供的产品进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离实用新型创造原理的前提下，还可以对实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入实用新型权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种便携式无线数据加卸载装置，适用于与机载上的目标设备连接，其特征在于，包括壳体和安装在壳体外侧面上的人机交互型的显示装置，所述壳体内设置有第一处理器、第一存储器、第一电源组件和第一无线通讯器，所述第一处理器分别与显示装置、第一存储器、第一电源组件和第一无线通讯器连接，所述第一电源组件包括第一电池、第一电源转换电路和无线供电发射器，所述第一电池的电能经第一电源转换电路调整成预设电压或电流后为第一处理器、第一存储器、第一无线通讯器和显示装置供电；

所述目标设备内设置有第二处理器、第二存储器、第二电源组件和第二无线通讯器，所述第二处理器分别与第二存储器、第二电源组件和第二无线通讯器连接，所述第二电源组件包括第二电池、第二电源转换电路和无线供电接收器，无线供电接收器与无线供电发射器电连接，第一无线通讯器与第二无线通讯器通讯连接，其中：

当壳体距离目标设备预设距离时，所述无线供电发射器以无线的方式向所述无线供电接收器进行供电，所述无线供电接收器用于将交流电转换成直流电后并存储在所述第二电池中，第二电源转换电路用于将所述第二电池的电能调整成预设电压或电路后为第二处理器、第二存储器和第二无线通讯器供电；

在完成第一处理器与第二处理器主、从通讯协议交互时，所述显示装置用于以人机交互的方式将第二存储器中指定的数据下载至所述第一存储器中，或是，在所述第一无线通讯器与第二无线通讯器建立通讯后，且完成第一处理器与第二处理器主、从通讯协议交互时，用于将所述第一存储器中的指定数据加载至所述第二存储器中。

2.根据权利要求1所述的便携式无线数据加卸载装置，其特征在于，外部设备为PC机，所述第一处理器通过接口的方式与PC机电连接。

3.根据权利要求2所述的便携式无线数据加卸载装置，其特征在于，所述第一处理器与PC机通过电子通讯模块或通过USB接口的方式通讯连接。

4.根据权利要求1所述的便携式无线数据加卸载装置，其特征在于，所述第一存储器为电子数据存储盘。

5.根据权利要求1所述的便携式无线数据加卸载装置，其特征在于，所述第二存储器为电子数据存储盘。

6.根据权利要求1所述的便携式无线数据加卸载装置，其特征在于，所述第一无线通讯器与第二无线通讯器为收、发一体式的天线。

7.根据权利要求1所述的便携式无线数据加卸载装置，其特征在于，所述第一无线通讯器与第二无线通讯器均为激光收、发器。

8.根据权利要求7所述的便携式无线数据加卸载装置，其特征在于，第一无线通讯器与第二无线通讯器对应的配置有PHY芯片，并通过SGMII接口的方式与对应的处理器连接。