CZ2005616A3

CZ2005616A3 - Modul pro bezdrátovou komunikaci elektrických nebo elektronických zarízení nebo systému, zpusob jeho rízení a zpusob vytvorení generické platformy pro uzivatelské aplikace v oblasti bezdrátové komunikace s tímto modulem

Info

Publication number: CZ2005616A3
Application number: CZ20050616A
Authority: CZ
Inventors: Sulc@Vladimír
Original assignee: Microrisc S. R. O.
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2007-04-25
Also published as: US20070188343A1; CZ302502B6; US8531265B2; EP1768268A3; EP1768268A2

Abstract

Modul pro bezdrátovou komunikaci elektrických nebo elektronických zarízení nebo systému, ve vysokofrekvencních pásmech alespon v rozsahu 300 MHz az 2,60 GHz, zejména pro systémy domácí a kancelárské automatizace, zahrnuje blok (RF) pro bezdrátovou komunikaci, pripojený k anténnímu rozhraní (ANT) a napájecímu rozhraní (Uin) a dále k ovládacímu bloku (RFCON). Modul dále obsahuje rídící jednotku (MCU), zahrnující centrální procesorovou jednotku (CPU), pamet (MOS) s rídícím kódem operacního systémupro zajistení funkcí bezdrátové komunikace a pamet (MAP) pro ulození nebo spustení uzivatelsky definovaného aplikacního rídícího kódu. Rídící jednotka (MCU) je pripojena k ovládacímu bloku (RFCON), ke komunikacnímu rozhraní (COM) modulu a napájecímurozhraní (Uin). Pamet (MOS) s rídícím kódem operacního systému a pamet (MAP) pro ulození nebo spustení uzivatelsky definovaného aplikacního rídícího kódu mohou být integrovány v pametovém bloku (MEM)rídící jednotky (MCU).

Description

Modul pro bezdrátovou komunikaci elektrických nebo elektronických zařízení nebo systémů, způsob jeho řízení a způsob vytvoření generické platformy pro uživatelské aplikace v oblasti bezdrátové komunikace s tímto modulem.

Oblast techniky

Předložený vynález se týká uspořádání modulu pro bezdrátovou komunikaci elektrických nebo elektronických zařízení nebo systémů, ve vysokofrekvenčních pásmech alespoň v rozsahu 300 MHz až 2,60 GHz, zejména pro systémy domácí a kancelářské automatizace. Uvedená elektrická nebo elektronická zařízeni zahrnují řídící elektroniku, mohou být ovládaná nebo mohou poskytovat data, například bezdrátový teploměr. Dále se vynález týká způsobu jeho řízení a způsobu vytvořeni generické platformy pro uživatelské aplikace v oblasti bezdrátové komunikace s tímto modulem.

Dosavadní stav techniky

V oblasti levnějších komunikačních zařízení a modulů, vhodných pro bezdrátovou komunikaci v systémech domácí a kancelářské automatizace, jsou v současné době dostupné jednoduché moduly přijímačů, moduly vysílačů, méně často se lze setkat s moduly transceiverů, případně s dalšími specializovanými samostatnými moduly, například pro ovládání. Takové moduly většinou neobsahují procesor.

Pro náročnější aplikace existují definované standardy jako například Wi-Fi, BJuetooth nebo ZigBee, pro které jsou vytvářeny specializované obvody nebo moduly, jejichž vyšší cena odpovídá komplexnosti těchto řešení a standardů. Taková řešení jsou obvykle představována tak zvaným programovým zásobníkem (Software stack), to je souborem rutin, zajišťujícím kompletní funkci aplikace a implementovaným na příslušný hardware. Komplexnost, složitost a vysoké nároky těchto řešení na používaný hardware znesnadňují jejích nasazení v méně náročných systémech, například v prostředích domácí a kancelářské automatizace. Na trhu tak chybí ucelená koncepce generické platformy pro konstrukci levných zařízení zajišťujících bezdrátovou konektivitu, která by byla vhodná pro domácí a kancelářskou automatizaci, tedy pro oblast levnějších systémů s nižšími přenosovými rychlostmi a .....s menším objemem přenášených dat, především taková, která by umožnila snadno • · • · · · · · • · « ·· ·· přidat levnou bezdrátovou konektivitu běžným elektronickým a elektrickým zařízením a která by také umožňovala rychlý a efektivní vývoj uživatelských aplikací.

Tuto nevýhodu do značné míry odstraňuje předložený vynález, týkající se uspořádání modulu pro bezdrátovou komunikaci elektricky nebo elektronicky ovládaných zařízení nebo systémů, ve vysokofrekvenčních pásmech alespoň v rozsahu 300 MHz až 2,60 GHz, který lze využít pro budování nízkonákladové modulární komunikační platformy vhodné zejména pro oblast domácí a kancelářské automatizace a pro použití v automobilovém průmyslu, s možností efektivního vývoje nových aplikací.

Podstata vynálezu

Předložený vynález se týká uspořádání modulu pro bezdrátovou komunikaci elektrických nebo elektronických zařízení nebo systémů, ve vysokofrekvenčních pásmech alespoň v rozsahu 300 MHz až 2,60 GHz, zejména pro systémy domácí a kancelářské automatizace, zahrnující blok pro bezdrátovou komunikací, připojený k anténnímu rozhraní a napájecímu rozhraní a dále k ovládacímu bloku. Podstata vynálezu spočívá v tom, že modul dále obsahuje řídící jednotku, zahrnující centrální procesorovou jednotku, paměť s řídícím kódem operačního systému pro zajištění funkcí bezdrátové komunikace a paměť pro uložení nebo spuštění uživatelsky definovaného aplikačního řídícího kódu, kde řídící jednotka je připojena k ovládacímu bloku, ke komunikačnímu rozhraní modulu a napájecímu rozhraní. Paměť s řídicím kódem operačního systému a paměť pro uložení nebo spuštění uživatelsky definovaného aplikačního řídícího kódu mohou být integrovány v paměťovém bloku řídící jednotky. Jedná se o takovou topologii modulu, která může být použita pro budování generické komunikační platformy je levná, realizačně jednoduchá (modulární provedení) a umožňuje velmi rychlý vývoj nových aplikaci. Oddělení paměti s řídícím kódem operačního systému pro zajištění funkcí bezdrátové komunikace a paměti pro uloženi nebo spuštění uživatelsky definovaného aplikačního řídícího kódu, spolu s řídícím kódem operačního systému přináší ekonomicky výhodnou možnost nezávislého vývoje operačního systému a aplikačního kódu.

Jestliže jsou paměť s řídícím kódem operačního systému a paměť pro uložení nebo spuštění uživatelsky definovaného aplikačního řídícího kódu integrovány .......................................................................................................

• · ··· · v paměťovém bloku řídící jednotky, je to ještě jednodušší a levnější, protože odděleni obou těchto paměti lze realizovat virtuálně programovými prostředky v jediném paměťovém bloku.

V alternativním provedení modul dále obsahuje řídící jednotku, zahrnující centrální procesorovou jednotku a paměťový blok pro řídící kód operačního systému pro zajištění funkcí bezdrátové komunikace a pro uložení nebo spuštění uživatelsky definovaného aplikačního řídícího kódu, kde řídící jednotka je připojena k ovládacímu bloku, ke komunikačnímu rozhraní modulu a napájecímu rozhraní. Výhodou je snadné přizpůsobení specifické uživatelské implementaci, s možností zakázkových úprav a vylepšení a úspory paměti. Je možno používat levnější mikrokontrolér s menší pamětí, implementovanou přímo na čipu.

Ovládací blok může být integrální součástí bloku pro bezdrátovou komunikaci, případně integrální součástí řídící jednotky. Integrace některých funkcí přímo do bloku pro bezdrátovou komunikaci nebo do specializovaných obvodů vytvořených v jednom pouzdru přináší další zjednodušení ovládání a snížení nákladů.

Ovládací blok může být připojen k napájecímu rozhraní. Protože ovládací blok může provádět nastavování vysílacího výkonu, je vhodné jeho připojení k napájecímu rozhraní. Výhodou tohoto připojení je možnost implementace dalších pokročilejších funkcí, například ovládací obvod může být použit i jako IN/OUT buffer.

Modul může v alternativním provedení zahrnovat zdroj napětí, v takovém případě je napájecí rozhraní vnitřním rozhraním mezi tímto zdrojem napětí a funkčními bloky modulu. Modul dále může zahrnovat anténu, přičemž anténní rozhraní je vnitřním rozhraním mezi anténou a funkčními bloky modulu. Výhodou je, že modul může být použit v mobilních aplikacích, odpadá vnější zdroj napětí.

Řídící jednotka může obsahovat periférie, vybrané ze skupiny, zahrnující analogově/digitální nebo digitálně/analogové převodníky, periférie pro pulsně šířkovou modulaci, další sériová komunikační rozhraní, nebo samostatné vstupy a výstupy pro připojení dalších zařízení k modulu.

44

4 4

4 4 4 • 4 ·

4444 44 •4 4444

4 4 4 4 4

Přidáním dalších periférií se podstatně zvyšují možnosti využití modulu, v některých případech s dostatečným množstvím periférií může být modul použit i jako samostatná aplikace.

Předmětem tohoto vynálezu je dále způsob řízení uvedeného modulu, spočívající v tom, že v paměti s řídícím kódem operačního systému nebo v paměťovém bloku se implementuje řídící kód funkčních režimů vysílání a příjem modulu, který se pro spouštění těchto režimů volá (iniciuje) z aplikačního řídícího kódu. Řídící kód operačního systému v pamětí nebo paměťovém bloku zahrnuje funkce pro uvedení modulu do režimu programování, s možností změny stávajícího řídícího kódu nebo vložení jiného řídícího kódu, a/nebo funkce pro vložení nebo změnu řídících dat.

Jde o takový způsob řízení, který může být použit pro budování generické komunikační platformy. Oddělení řídícího kódu operačního systému a aplikačního kódu přináší možnost nezávislého vývoje operačního systému a aplikačního kódu. Generická komunikační platforma dále snižuje nároky na používaný hardware, není například zapotřebí univerzální programátor pro přesouvání (upload) aplikačního řídícího kódu, ale postačuje pouze kombinace jednoduchého komunikačního rozhraní a software.

Vysílací a/nebo přijímací parametry bloku pro bezdrátovou komunikaci se přitom mohou ovládat ovládacím blokem modulu. Přenesení specializovaných funkcí řízení bloku pro bezdrátovou komunikaci do ovládacího bloku přináší zjednodušení řídícího kódu v řídící jednotce a možnost využít paměť určenou pro tento kód pro jiný nebo možnost použit mikrokontrolér s menší pamětí.

Dalším předmětem tohoto vynálezu je způsob vytvoření generické platformy pro uživatelské aplikace v oblasti bezdrátové komunikace, s výše uvedeným modulem, kdy do paměti modulu s řídícím kódem operačního systému nebo paměťového bloku modulu se přidá řídící kód funkčního režimu programování, funkčně se dedikují vstupní a výstupní vývody l/O řídící jednotky a zveřejní se adresy a způsob volání jednotlivých služeb operačního systému, přičemž se pro nahrání aplikačního řídícího kódu do paměti pro uložení nebo spuštění uživatelsky definovaného aplikačního « 9

99

9 9 9 • 9 9 9

9 ·9 9

9 · ·· •9 9999 • 9 9

9 999 ·9· 9 • 9 · • 9 999 řídícího kódu použije komunikační rozhraní modulu. Tato generická platforma, kde aplikační řídící kód, nahraný do paměti pro uložení nebo spuštění uživatelsky definovaného aplikačního řídícího kódu pomocí komunikačního rozhraní nebo bezdrátově, využívá služeb řídícího kódu operačního systému uloženého v paměti s řídícím kódem operačního systému, umožňuje efektivně vytvářet nové aplikace a znamená podstatné zjednodušení vývoje nových aplikací.

Přehled obrázků na výkresech

Pro bližší vysvětlení jsou příklady provedení tohoto vynálezu vyobrazeny na připojených výkresech a následně popsány. Na obr. 1 je blokové zapojení modulu pro bezdrátovou komunikaci, na obr.2 příklad konkrétního zapojení tohoto modulu.

Na obr.3 je fotografie modulu, který připojením na základní desku s požadovanými rozhraními a dalšími komponentami, například stabilizátorem napětí a relé, vytváří vývojový kit pro využití při vývoji dalších zařízení a aplikací pro vysokofrekvenční bezdrátovou komunikaci. Na obr.4 je zobrazen příklad použití modulu pro konstrukci dálkového ovládače. Na obr.5 je fotografie tří modulů v typové řadě, které se odlišují pouze pracovní frekvencí (433.92 MHz, 868.35 MHz a 916.5 MHz).

Příklady provedení vynálezu

Na obr.1 je blokové schéma zapojení modulu pro bezdrátovou komunikaci elektricky nebo elektronicky ovládaných zařízení nebo systémů, ve vysokofrekvenčních pásmech v rozsahu 300 MHz až 2,60 GHz, zejména pro systémy domácí a kancelářské automatizace, zahrnující například topné soustavy, bezpečnostní systémy, světla, měřící systémy, systémy sběru dat a podobně. Na obr.2 je jedno z možných konkrétních zapojení tohoto modulu. Modul zahrnuje blok RF pro bezdrátovou komunikaci, připojený k anténnímu rozhraní ANT a napájecímu rozhraní Uin a dále k ovládacímu bloku RFCON. Modul dále obsahuje řídící jednotku MCU. zahrnující centrální procesorovou jednotku CPU, paměť MOS s řídícím kódem operačního systému pro zajištění funkcí bezdrátové komunikace a paměť MAP pro uložení nebo spuštění uživatelsky definovaného aplikačního řídícího kódu. Řídící jednotka MCU je připojena k ovládacímu bloku RFCON, ke komunikačnímu rozhraní COM modulu a napájecímu rozhraní Uin. Paměť MOS s řídícím kódem operačního systému a paměť MAP pro uložení nebo spuštění uživatelsky definovaného aplikačního řídicího kódu mohou být integrovány v paměťovém bloku MEM řídící ·« toto » » · • to·· • · · • · · ···· ·· ·· ·· «to · • ·· · • · ··· · ·· · • to ·· • to toto·· • · • toto* jednotky MCU. Alternativně mohou být řídící kód operačního systému pro zajištění funkcí bezdrátové komunikace i aplikační řídící kód uloženy v jediném paměťovém bloku MEM. který není dále rozdělen na paměť MQS s řídicím kódem operačního systému pro zajištění funkcí bezdrátové komunikace a paměť MAP pro uložení nebo spuštění uživatelsky definovaného aplikačního řídícího kódu. Ovládací blok RFCON může být integrální součástí bloku RF pro bezdrátovou komunikaci, případně integrální součásti řídící jednotky MCU. Může být rovněž připojen k napájecímu rozhraní Uin.

Blok RF pro bezdrátovou komunikaci zajišťuje základní funkce pro bezdrátovou komunikaci, to je příjem a vysílání bezdrátovým komunikačním kanálem. Při vysíláni moduluje data na vstupu z ovládacího bloku RFCON na vysokofrekvenční signál a při přijmu převádí vysokofrekvenční signál na data, která následně odesílá do ovládacího bloku RFCON. Blok RF pro bezdrátovou komunikaci může být tvořen vhodným transceiverem, rádiově integrovanými obvody RFIC nebo kombinací vysílače a přijímače (například transceivery firmy RFM, založené na SAW technologií, obvody RFIC firmy Chipcon nebo jakékoli řešení dostupné na trhu, které umožňuje bezdrátový příjem a vysílání v požadovaném frekvenčním pásmu). Ovládací blok RFCON je blokem nebo rozhraním, pomocí kterého může řídící jednotka MCU ovládat blok RF pro bezdrátovou komunikaci a pomocí kterého s tímto blokem komunikuje. V základním provedení, kdy obvod transceiveru pracuje zcela autonomně v plně duplexním režimu, může ovládací blok RFCON sloužit pouze jako datové rozhraní mezi řídící jednotkou MCU a blokem RF pro bezdrátovou komunikaci a může být realizován odpovídajícími vstupy a výstupy řídící jednotky MCU a bloku RF a být zakomponován přímo do těchto bloků. Může však také umožňovat konfiguraci bloku RF pro příjem a pro vysílání, případně, podle konkrétního aplikačního řešení, sloužit pro přepnutí bloku RF do stavu režimu snížené spotřeby (Sleep) nebo pro nastavení vysílacího výkonu nebo dalších parametrů bloku RF pro bezdrátovou komunikaci. V nejjednodušším případě může být ovládací blok RFCON vytvořen spoji mezi vstupy a výstupy bloku RF a řídící jednotky MCU nebo jako pole rezistorů. Jestliže blok RF pro bezdrátovou komunikaci umožňuje nastavit vysílací výkon modulu tak, že je úměrný proudu do příslušného vstupu (viz například obvody transceiverů firmy RFM), lze část ovládacího bloku RFCON pro řízeni vysílacího výkonu realizovat s výhodou jako odporovou síť tak, že všechny odpory jsou jedním • · • · · · společným koncem připojeny k bloku RF pro bezdrátovou komunikaci a druhé konce mají připojeny k různým výstupům řídící jednotky MCU. která tak zvolí vysílací výkon jednoduše sepnutím příslušného výstupu.

Některé obvody RF transceiverů umožňují nastavit též jiné RF parametry bloku RF pro bezdrátovou komunikaci (citlivost příjmu, pracovní frekvence, vysílací výkon) přes vlastní komunikační rozhraní (například sériové) bloku RF pro bezdrátovou komunikaci tak, že se přes něj zapíše nějaká definovaná posloupnost dat. V tomto případě musí ovládací blok RFCON zajistit přizpůsobení se rozhraní bloku RF pro bezdrátovou komunikaci. Pokud bude rozhraním tohoto bloku například nějaké sériové rozhraní, lze s výhodou použít implementaci ovládacího bloku RFCON do řídící jednotky MCU a využít příslušnou periférii řídící jednotky MCU pro sériovou komunikaci.

Může být také výhodné ukládat výstupní nebo vstupní data do zásobníku. Sníží se tím zatížení řídící jednotky MCU (není třeba čekat). V tomto případě může ovládací blok RFCON obsahovat další paměť pro realizaci tohoto zásobníku.

Minimálně by měl ovládací blok RFCON obsahovat výstup bloku RF pro bezdrátovou komunikaci pro přijímaná data (vstup řídicí jednotky MCU) a vstup pro data vysílaná z řídící jednotky MCU.

Řídící jednotka MCU provádí řízení celého modulu na základě uživatelsky definovaného aplikačního řídícího kódu, uloženého v aplikační části paměti MAP pro uložení nebo spuštění uživatelsky definovaného aplikačního řídícího kódu a využívajícího služby operačního systému, uloženého v části paměti MOS s řídícím kódem operačního systému. Pří vlastní realizaci řídící jednotky MCU mohou být části MOS a MAP paměti fyzicky oddělené nebo mohou být realizovány v jednom paměťovém bloku. Protože je zpravidla žádoucí zabránit zveřejněni řídícího kódu uloženého v paměti MOS a naopak umožnit uživatelům zápis řídícího kódu do aplikační části paměti MAP, je výhodné zajistit alespoň na úrovni hardware nebo software oddělení přístupu k těmto dvěma pamětem. Pro vlastní implementaci řídící jednotky MCU lze využít například hradlové pole, procesor nebo mikrokontrolér.

Řídící jednotka MCU může obsahovat další periférie vhodné k provádění dalších specifických činností, jako je například A/D převodník, další sériová komunikační rozhraní (SPI, UART, ICSP apod.) nebo samostatné vstupy a výstupy, pomocí kterých lze k modulu připojovat další zařízení. Paměť MAP může být realizována též jako samostatná (mimo řídící jednotku MCU).

Anténní rozhraní ANT může být tvořeno vysílací a přijímací anténou nebo vstupem pro připojení externí antény, v případě, že anténa není přímo integrovaná na modulu. Napájecí rozhraní Uin je tvořeno vstupy pro připojení externího napájení (+, -). Podle konkrétního provedení to může být rovněž baterie či napájecí zdroj, integrované přímo v modulu. Komunikační rozhraní COM modulu je většinou tvořeno nějakou modifikací sériového portu řídící jednotky MCU. S výhodou lze využít například periférie mikrokontroléru, podporující různé sběrnice a protokoly - UART, SPI, I2C, CAN, LIN, ICSP nebo jejich kombinace. Komunikační rozhraní COM lze realizovat také programově (bez specializovaných periférií řídící jednotky MCU), využitím standardních l/O vývodů procesoru.

V závislosti na konkrétní realizaci a na řídícím kódu může modul pracovat v základních funkčních režimech „vysílání nebo „příjem“, případně též v dalších režimech jako například „programování“ nebo „sleep“. V režimu „příjem“ se přivádí vysokofrekvenční signál z anténního rozhraní ANT do bloku RF pro bezdrátovou komunikaci, ve kterém je demodulován a převeden na data, většinou na binární, tedy posloupnost jedniček a nul, která jsou následně přes ovládací blok RFCON předávána do řídící jednotky MCU. kde jsou zpracována na základě řídícího kódu uloženého v paměti MOS s řídícím kódem operačního systému tak, aby mohla být dále využita funkcemi řídícího kódu uloženého v této paměti MOS nebo v paměti MAP pro uložení nebo spuštění uživatelsky definovaného aplikačního řídícího kódu.

V režimu „vysílání“ posílá řídící jednotka MCU data přes ovládací blok RFCON do bloku RF pro bezdrátovou komunikaci, kde jsou následně namodulována (OOK, ASK či FSK) na vysokofrekvenční signál (na pracovní frekvenci modulu) a přes anténní rozhraní ANT vyzářena do okolí. V závislosti na konkrétní realizaci a na hardwarovém vybaveni modulu mohou funkční režimy „vysílání“ a „příjem“ probíhat simultánně, to znamená může zároveň probíhat přijímání dat z bloku RF pro bezdrátovou komunikaci do řídící jednotky MCU i z řídící jednotky MCU do bloku RF a

pro bezdrátovou komunikaci s tím, že vysokofrekvenční signál je přiváděn z/do anténního rozhraní ANT.

Do režimu „sleep“ je modul pomocí řídícího kódu přepnut v případě požadavku na snížení spotřeby modulu v závislosti na konkrétní aplikaci, která se pomocí modulu bude realizovat, je tomu například v případě využití modulu pro mobilní, většinou baterií napájená, zařízení pro měření analogových veličin v určitých časových intervalech. V těchto časových intervalech se provede měření veličiny, následné odvysílání dat a přejde se opět do režimu snížené spotřeby. Přepnutí do režimu snížené spotřeby tak zaručí podstatně delší životnost baterie zařízení, realizovaného pomocí modulu.

V režimu „programování“ je možné nahrát aplikační řídící kód nebo data do paměti MAP pro uložení nebo spuštění uživatelsky definovaného aplikačního řídícího kódu.

Podstatou popisovaného způsobu řízení modulu je implementace řídícího kódu funkčních režimů „vysílání“ a „příjem“ v paměti MOS s řídícím kódem operačního systému, odkud může být volán aplikačním řídícím kódem. Řízení modulu zajišťuje řídící jednotka MCLJ pomocí řídících kódů uložených v paměti MOS, případně i v paměti MAP. Protože vytvoření kvalitního řídícího kódu pro příjem a vysílání je založeno na dlouhodobé práci, pokusech a ověřování, lze říci, že samotná implementace řídícího kódu pro příjem a vysílání dat bezdrátovým RF kanálem a její možné využití pouhým voláním tohoto kódu přináší značnou úsporu času a tedy i nákladů potřebných na vývoj nové aplikace.

Cílem tohoto vynálezu bylo vytvořit takovou platformu, pomocí které bude možné efektivně vyvíjet další aplikace. Z tohoto důvodu byla standardní programová paměť řídící jednotky MCLJ virtuálně pomocí programových nástrojů a hardwarového vybavení řídící jednotky MCU rozdělena na dvě části. Na paměť MOS obsahující řídící kód operačního systému a na paměť MAP pro řídící kód uživatelské aplikace. Rozdělení paměti, alespoň virtuální, umožňuje nezávislý vývoj řídícího kódu operačního systému a řídícího kódu uživatelské aplikace, která využívá implementované služby operačního systému, což je výhodné mimo jiné i pro zajištění konzistence řídícího kódu uloženého v MOS. Oddělení přináší i možnost skrýt nebo znepřístupnit zvlášť řídicí kód uložený v paměti MOS s řídícím kódem operačního • ·

systému a v paměti MAP pro uložení nebo spuštění uživatelsky definovaného aplikačního řídícího kódu, což může být výhodné například pro implementaci funkcí zabezpečení, kódování a dekódováni do řídícího kódu uloženého v paměti MOS.

Přidáním řídícího kódu režimu „programování“ do paměti MOS s řídicím kódem operačního systému, funkční dedikací l/O vývodů řídící jednotky MCU a zveřejněním adres a způsobu volání jednotlivých služeb operačního systému se vytvoří generická platforma pro vývoj uživatelských aplikací pro oblast bezdrátové komunikace využívající komunikační rozhraní COM pro nahrání aplikačního řídícího kódu do paměti MAP.

Přidat možnost vysokofrekvenční bezdrátové komunikace existujícímu elektronickému zařízení sestává z vytvoření komunikačního hardware a odpovídajícího programového vybavení. Hardware provádí vlastní konverzi dat na vysokofrekvenční signál a zpět na data, komunikační programové vybaveni zajišťuje zpracování posloupnosti dat, odstranění chyb v důsledku interferencí v přenosovém kanálu nebo při zpracováni a obstarává také základní řízení periférií modulu. Vytvořit takový hardware a příslušné programové vybavení, které bude optimalizované pro vysokofrekvenční radiovou komunikaci, je časově i finančně velice nákladné.

V případě použití modulu podle tohoto vynálezu a využití řídícího kódu operačního systému uloženého v jeho paměti MOS s řídícím kódem operačního systému lze velmi rychle a úsporně vytvořit aplikaci pro bezdrátovou komunikaci. Důvodem je opakované využívání komunikačních rutin pro funkční režimy „vysílání a „příjem, které jsou uložené v této paměti MOS a které proto není nutné programovat nebo optimalizovat.

Pokud se do řídicího kódu uloženého v paměti MOS přidají další rutiny například pro konfiguraci nebo inicializaci hardware či periférií modulu, rutiny pro obsluhu vstupů a výstupů, eventuálně další rutiny provádějící časové plánování různých úloh, dojde k dalšímu podstatnému snížení časové náročnosti vývoje aplikace. Uživatel nemusí tyto funkce programovat, ale pouze je zavolá jako službu operačního systému uloženého v paměti MOS.

Přidáním řídícího kódu pro „programování“, tedy pro uložení řídícího aplikačního kódu do paměti MAP (paměti pro uložení nebo spuštění uživatelsky definovaného aplikačního řídícího kódu), je možné přepnout modul do funkčního režimu „programováni“. Pomocí tohoto způsobu lze využit jakékoliv standardní komunikační rozhraní modulu (nebo bezdrátovou komunikaci) pro vložení řídícího kódu aplikace. Tím odpadá nutnost pořizování jakéhokoliv specializovaného programovacího hardware.

Osazením výše popsaného modulu na základní desku obsahující požadovaná rozhraní, případně další komponenty jako například stabilizátor napětí a relé, lze vytvořit vývojový kit, který lze efektivně využít při vývoji dalších zařízení a aplikaci pro vysokofrekvenční bezdrátovou komunikaci. Na obr.3 je znázorněno vytvořeni vývojového kitu osazením modulu na takovou základní desku. Na obr.4 je znázorněno využiti modulu podle tohoto vynálezu pro konstrukci dálkového ovladače.

Tento vynález je určen zejména k využití v systémech domácí a kancelářské automatizace, zahrnujících řízení topných systémů. Využití modulů pro bezdrátovou komunikaci v rámci topného systému odstraňuje nutnost budovat datovou kabeláž, odpadají také stavební práce. Názorným příkladem výhodnosti využití modulů pro řízení topných systémů je modulární topný systém složený z elektrických přímotopných radiátorů a ze senzorů teploty. Základní verze řídící elektroniky každého radiátoru provádí pouze jednoduché řízení radiátoru v závislosti na nastavené teplotě. Teplota je snímána z teplotního senzoru umístěného v radiátoru a podle této teploty je radiátor regulován. Takové základní provedení radiátoru je levné, nevýhodou je však nízká míra komfortu - jednak je zde deformace regulované teploty, protože teplota je regulována podle lokální teploty v blízkosti radiátoru a jednak zde chybí funkce pro zvýšení uživatelského komfortu, například možnost programování teploty v závislosti na čase (například úsporný režim v nepřítomnosti ve všední dny), možnost centrálně vypnout, zapnout nebo změnit nastavení regulované teploty pro všechny radiátory.

Pokud však tato základní elektronika obsahuje rozhraní pro připojení komunikačního modulu, může být radiátor kdykoli rozšířen vložením modulu o další funkce, včetně • · 99 99

9 9

9 999 • · · · · •··9 99 ·9 99 funkce centrálního řízení. Připojením modulu a přidáním možnosti bezdrátové komunikace lze získávat údaje o teplotě z „místa komfortu“, tedy z místa, kde se nachází uživatel a provádět regulaci v závislosti na této teplotě. Uživatel může vložit pomocí příslušného programového a hardwarového vybavení z počítače bezdrátově řídící kód nebo data do aplikační části paměti MAP pro uložení nebo spuštění uživatelsky definovaného aplikačního řídícího kódu a přes komunikační rozhraní COM modulu spolupracovat se základní elektronikou. Z počítače tak lze nastavit například časově závislý teplotní režim nebo synchronizovat čas s některým dalším uzlem, zapojeným do takto vytvořené bezdrátové komunikační sítě. Tím odpadá nutnost generovat v zařízení vlastní hodiny reálného času, což vede kjeho zlevnění. Díky spolupráci s počítačem je následné nastavování nebo ovládání systému navíc pohodlné a efektivní.

Další oblasti možného využití modulu podle tohoto vynálezu je jeho použití jako základního stavebního prvku rozsáhlejších systémů v oblasti bezkontaktního sběru dat, například o spotřebě vody, elektřiny nebo plynu. Stejně jako u výše popsaného řízení topných systémů, sestává zde zařízení pro měřeni spotřeby ze základní elektroniky a z rozhraní pro připojení modulu. Základní elektronika provádí pouze vlastní měření a ukládání údajů o spotřebě. Je proto levná. Vybavení desky elektroniky rozhraním pro pozdější připojení modulu je nenákladné a umožňuje další postupné rozšiřování systému.

Připojením modulu s příslušným řídícím kódem umístěným v paměti MOS s řídícím kódem operačního systému pro zajištění funkcí bezdrátové komunikace k zařízení, provádějícímu měření spotřeby, se tomuto zařízeni přidá možnost dálkového bezdrátového odečtu spotřeby, což je ekonomicky zajímavé. Zároveň lze toto rozhraní využít například pro bezdrátový přenos dalších užitečných informaci do nadřazené jednotky. Takovou informací může být například informace o stavu baterie v zařízení provádějícím měření spotřeby, čímž lze zabránit poruše nebo nefunkčnosti zařízení. Uživatelskou paměť MAP pro uložení nebo spuštěni uživatelsky definovaného aplikačního řídícího kódu lze využít pro uloženi uživatelského kódu jako je například identifikační číslo měřidla nebo pro verifikační údaje pro zvýšení zabezpečeni měřených údajů.

• « · · · * • · · »»

Modul podle tohoto vynálezu lze také využit jako bezdrátové komunikační rozhraní pro elektrická nebo elektronická zařízení, ale rovněž jako samostatné aplikace.

Pro maximální univerzálnost využití a pro pokrytí co největšího počtu aplikací lze k modulu přidat další rozhraní například A/D převodníky, vstupy, výstupy a podobně. Zachováním kompatibility vývodů modulu a vnitřní modulární architektury různých modulů lze pouhou záměnou bloku RF pro bezdrátovou komunikaci dosáhnout značné univerzálnosti využití modulů. Protože mají jednotlivé moduly v dané řadě plně kompatibilní architekturu a liší se pouze blokem RF pro bezdrátovou komunikaci, který vysílá a přijímá na jiné frekvenci, lze využít již vytvořený aplikační řídící kód bez nutnosti jakýchkoliv úprav pro jiný modul v dané řadě. To mohou využít například firmy, které exportují své výrobky do různých zemí, kde platí různá pravidla pro využívání frekvenčních pásem, a umístí do svého zařízení komunikační modul s pracovní frekvencí povolenou v zemi vývozu, aniž by bylo nutné měnit zapojení zařízení nebo aplikační řídící kód. Vložením aplikačního řídícího kódu do paměti MAP pro uložení nebo spuštění uživatelsky definovaného aplikačního řídícího kódu lze vytvářet pomocí uvedené modulární koncepce velké množství různých aplikaci.

Průmyslová využitelnost

Vynález může být využit pro zefektivnění vývoje bezdrátových aplikací, pro zajištěni bezdrátové konektivity elektrických a elektronických zařízení a k nim připojených dalších zařízení jako jsou například prvky topných soustav, bezpečnostní systémy nebo světla. Dále jsou moduly určeny k použití jako uzly v MESH sítích, kdy pouhým přidáním dalších prvků, jako jsou například snímače, mohou být využity také jako samostatné aplikace, například jako senzory, které naměřené analogové nebo digitální veličiny odesílají k dalšímu zpracování bezdrátovým komunikačním kanálem. Využití vynálezu je především v aplikacích domácí a kancelářské automatizace, v měřících systémech, v systémech sběru dat a všude tam, kde použití kabelů nebo jiného přímého propojení pro přenos dat je neefektivní a kde z důvodů cenových nebo z důvodu složitosti nelze použít technologie ZigBee, WiFi nebo Bluetooth.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Modul pro bezdrátovou komunikaci elektrických nebo elektronických zařízení nebo systémů, ve vysokofrekvenčních pásmech alespoň v rozsahu 300 MHz až 2,60 GHz, zejména pro systémy domácí a kancelářské automatizace, zahrnující blok (RF) pro bezdrátovou komunikaci, připojený k anténnímu rozhraní (ANT) a napájecímu rozhraní (Uin) a dále k ovládacímu bloku (RFCON), vyznačující se tím, že modul dále obsahuje řídící jednotku (MCU), zahrnující centrální procesorovou jednotku (CPU), paměť (MOS) s řídícím kódem operačního systému pro zajištění funkcí bezdrátové komunikace a paměť (MAP) pro uložení nebo spuštění uživatelsky definovaného aplikačního řídícího kódu, kde řídící jednotka (MCU) je připojena k ovládacímu bloku (RFCON), ke komunikačnímu rozhraní (COM) modulu a k napájecímu rozhraní (Uin).
2. Modul podle nároku 1, vyznačující se tím, že paměť (MOS) s řídicím kódem operačního systému a paměť (MAP) pro uloženi nebo spuštění uživatelsky definovaného aplikačního řídícího kódu jsou integrovány v paměťovém bloku (MEM) řídící jednotky (MCU).
3. Modul pro bezdrátovou komunikaci ve vysokofrekvenčních pásmech alespoň v rozsahu 300 MHz až 2,60 GHz, zejména pro systémy domácí a kancelářské automatizace, zahrnující blok (RF) pro bezdrátovou komunikaci, připojený k anténnímu rozhraní (ANT) a napájecímu rozhraní (Uin) a dále k ovládacímu bloku (RFCON), vyznačující se tím, že modul dále obsahuje řídící jednotku (MCU), zahrnující centrální procesorovou jednotku (CPU) a paměťový blok (MEM) pro řídící kód operačního systému pro zajištění funkcí bezdrátové komunikace a pro uloženi nebo spuštění uživatelsky definovaného aplikačního řídícího kódu, kde řídící jednotka (MCU) je připojena k ovládacímu bloku (RFCON), ke komunikačnímu rozhraní (COM) modulu a napájecímu rozhraní (Uin).
4. Modul podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že ovládací blok (RFCON) je integrální součástí bloku (RF) pro bezdrátovou komunikaci.
5. Modul podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že ovládací blok (RFCON) je integrální součástí řídicí jednotky (MCU).
6. Modul podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že ovládací blok (RFCON) je připojen k napájecímu rozhraní (Uin).
7. Modul podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že zahrnuje zdroj napětí, přičemž napájecí rozhraní (Uin) je vnitřním rozhraním mezi tímto zdrojem napětí a funkčními bloky modulu.
8. Modul podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že zahrnuje anténu, přičemž anténní rozhraní (ANT) je vnitřním rozhraním mezi anténou a funkčními bloky modulu.
9. Modul podle některého z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že řídící jednotka (MCU) obsahuje periférie, vybrané ze skupiny, zahrnující analogově/digitálni nebo digitálně/analogové převodníky, periférie pro pulsně šířkovou modulaci, další sériová komunikační rozhraní, nebo samostatné vstupy a výstupy pro připojení dalších zařízení k modulu.
10. Způsob řízení modulu podle některého z předcházejících nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že v paměti (MOS) s řídícím kódem operačního systému nebo v paměťovém bloku (MEM) se implementuje řídící kód funkčních režimů vysíláni a příjem modulu, který se pro spouštěni těchto režimů iniciuje z aplikačního řídícího kódu.
11. Způsob řízení modulu podle nároku 10, vyznačující se tím, že řídící kód operačního systému v paměti (MOS) nebo paměťovém bloku (MEM) zahrnuje funkce pro uvedení modulu do režimu programování, s možností změny stávajícího řídícího kódu nebo vložení jiného řídícího kódu, a/nebo funkce pro vložení nebo změnu řídicích dat.
12. Způsob řízení modulu podle nároku 10 nebo 11, vyznačující se tím, že vysílací a/nebo přijímací parametry bloku (RF) pro bezdrátovou komunikaci se ovládají ovládacím blokem (RFCON).
13. Způsob vytvořeni generické platformy pro uživatelské aplikace v oblasti bezdrátové komunikace, s modulem podle některého z předcházejících nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že do paměti (MOS) modulu s řídícím kódem operačního systému nebo paměťového bloku (MEM) modulu se přidá řídící kód funkčního režimu programování, funkčně se dedikují vstupní a výstupní vývody l/O řídící jednotky (MCU) a zveřejní se adresy a způsob voláni jednotlivých služeb operačního systému, přičemž se pro nahrání aplikačního řídicího kódu do paměti (MAP) pro uložení nebo spuštění uživatelsky definovaného aplikačního řídícího kódu použije komunikační rozhraní (COM) modulu.
14. Způsob přidání bezdrátové konektivity elektrickým a elektronickým zařízením, vyznačující se tím, že tato zařízení se opatří rozhraním pro volitelné připojení modulu podle některého z předcházejících nároků 1 až 9.