WO2007077090A1 - Drahtlose kommunikationsvorrichtung - Google Patents

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WO2007077090A1
WO2007077090A1 PCT/EP2006/069402 EP2006069402W WO2007077090A1 WO 2007077090 A1 WO2007077090 A1 WO 2007077090A1 EP 2006069402 W EP2006069402 W EP 2006069402W WO 2007077090 A1 WO2007077090 A1 WO 2007077090A1
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WO
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communication device
radio module
processor unit
sensor
motion sensor
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/069402
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English (en)
French (fr)
Inventor
Joachim Bamberger
Michael Krüger
Henning Lenz
Gunter Magin
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to US12/087,135 priority Critical patent/US7986963B2/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H04B1/3805—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving with built-in auxiliary receivers

Definitions

  • the invention relates to a wireless communication device.
  • wireless Kommunikati ⁇ commutation equipment can be used, which are attached to the objects and to be located on a radio module wire ⁇ los communicate with other units.
  • the positions of the objects can then be determined via the wirelessly transmitted communication signals.
  • the position of the communication device can be detected via the field strength of the radio link to the access points of the network and from this the location of the device can be estimated.
  • Another possible wireless link to the place of destination a device are mobile radio links as well, are gen at the satellite signals through a GPS antenna are received, ⁇ GPS and from this the position is calculated.
  • Radio modules used in the devices have a relatively high transmission power of 100 mW to 2000 mW. Due to this high energy consumption, the useful life of such devices is low, especially in mobile applications, since these devices are often provided with batteries that are quickly discharged due to the high transmission power.
  • the object of the invention is therefore to provide a wireless communication ⁇ cation device, which has a longer life than conventional devices and ensures rapid detection of changes in position.
  • the wireless communication device comprises an electrically operated radio module for wireless
  • Communication by receiving and / or transmitting communication signals in a transmission and / or reception mode.
  • the wireless communication is controlled by an electrically powered processor unit.
  • a sensor for detecting movements and / or accelerations of the communication device is provided in the device, which is referred to below as a motion sensor.
  • the motion sensor outputs at least one detection signal to the processor unit when movements and / or accelerations of a predetermined magnitude occur.
  • the processor ⁇ unit is coupled to the motion sensor and the radio module such that it sets the radio module temporarily, ie a predetermined period of time in the transmission and / or reception mode in the output of the at least one detection signal of the motion sensor.
  • the transmitting and / or receiving mode is here only temporarily turned on and then this loading is operating mode terminated, and the radio module then goes on ⁇ play, in an energy-saving sleep mode than is possible in which no transmission or reception of communication signals. Since the radio module only temporarily goes into the energy-intensive transmission and / or reception mode when required, the energy consumption compared with devices in which the radio module is always active is greatly reduced by the inventive communication device. Nonetheless, communication is always ensured in the position change of the wireless communication device via the radio module, so that position changes are always detected.
  • the processor unit of the communication device is configured such that it sets the radio module in the transmission and / or reception mode until a transmission and / or reception transaction is performed by the radio module and / or until a predetermined time period has elapsed without output of a detection signal from the motion sensor. Subsequently, the radio module can be reset again in ei ⁇ nen sleep mode. It is thereby guaranteed guaranteed ⁇ that the radio module any longer than necessary remains in the e- nergieintensiven transmit or receive mode. After the execution of a send or receive transaction, sufficient information is available for determining the position, so that a radio link no longer has to be maintained.
  • the transmission and / or reception mode can then be ended when the position of the communication device no longer changes, which is always the case when the motion sensor detects no movement or acceleration.
  • the processor unit sets the radio module characterized in the transmit and / or receive mode to supply a voltage ⁇ for electrical operation of the radio module and connects the processor unit to the radio module.
  • the power supply can be a separate supply, but it can also be part of the communication device itself.
  • this power supply is constructed in two stages, a first stage provides a nied ⁇ membered power for operation of the processor unit, said power is so large that both an operation in the sleep mode of the processor as well as a normal operation of the
  • a second Stu ⁇ fe of the voltage supply provides a high performance ready which is so selected large that it is sufficient for the operation of the radio module in the transmission and / or reception mode.
  • the power supply comprises at least one current source.
  • the power supply can also comprise only a single power source, by which both the processor unit and the radio module are operated. Since only one power source is provided, the structure of the unit is simple.
  • the power source is here preferably ei ⁇ ne DC power source.
  • Radio module is coupled to the power source.
  • Ver ⁇ this voltage regulator application ensures that imported sufficient power is provided with constant voltage for both the operation of the processor unit and for the operation of the radio module.
  • the at least one voltage source comprises one or more batteries, in particular rechargeable batteries. This can ensure easy integration of the power source in the commu ⁇ nikationsvorraum.
  • the at least one power source is further coupled to at least one Autar ⁇ ken energy generating means for generating electric energy.
  • Such self-sufficient energy generating means include, for example, a solar cell unit and / or egg ⁇ nen inertia generator and / or a unit for obtaining electrical energy from electrical and / or magnetic and / or electromagnetic fields and / or a converter of mechanical energy into electrical energy. In this way the working life of the communication device may be extended in addition, since the apparatus itself generates and applies energy through appropriate means for its operation ⁇ ver.
  • the motion sensor is a vibration sensor.
  • the motion sensor is also a passive mechanical sensor that does not require a separate power supply. Use of a passive sensor again reduces the energy consumption of the communication device.
  • a determination of the position of the communication device from received or transmitted communication signals takes place immediately in the processor unit.
  • the position is calculated not in the communication device, but in a separate arithmetic unit, whereby this Re- chentician wireless, for example via the radio module communicates with the communication ⁇ nikationsvorraum.
  • the processor unit can process signals from one or more further sensors, in particular from a temperature sensor and / or from a push-button switch.
  • additional parameters besides the position of the communication device can be detected. For example, a message that the ambient temperature exceeds a predetermined value wirelessly over the
  • Radio module are output. Then, if necessary, measures can be taken to remove the communication device or the good to which it is attached, from the too hot environment.
  • the communication device may also have one or more interfaces, in particular via at least one serial interface, wherein the interfaces can be controlled by the processor unit.
  • additional units e.g. additional radio modules to be connected to the communication device.
  • the communication device is constructed very compact in a particularly preferred embodiment of the invention, so that it is mobile, ie it can be carried by a user ⁇ ge and / or attached to objects to be located.
  • the wireless communication of the radio module can be done via arbitrary ge wireless networks into consideration here in particular ⁇ come sondere Wi-Fi, Bluetooth, DECT, GSM, UMTS and GPS.
  • Fig. 1 is a schematic block diagram showing the components of an embodiment of the communication device according to the invention.
  • a mo ⁇ bile unit with compact dimensions so that the unit can be carried by a user or attached to objects or goods.
  • the dimensions of the unit correspond to roughly the size of a paperback book, whereby further miniaturization is up to the size of a mobile tele ⁇ Fons or smaller conceivable.
  • FIG. 1 the structure of this communication device is shown schematically.
  • An essential component of this device is a radio module 2, for example in the form of a card for wireless commu nication ⁇ , in particular a WLAN card.
  • the radio module 2 is connected to the bus 3a of a processor 3 via the compact flash interface, which is well known from the prior art.
  • a processor for example, the processor LPC2138 from Philips or the MSP430 processor from Texas Instruments can be used.
  • the Vorrich invention ⁇ processing may possibly however be realized with other processors.
  • the processor unit 3 has several converters or Steuerun ⁇ on gen.
  • the processor unit comprises an analog / digital converter 3b, to which an external device, for example a measuring device, can be connected, so that the analog signals of the measuring device are converted by the converter 3b into corresponding digital signals and processed in the processor can.
  • the processor unit 3 includes a digital / analog converter 3c, which can output analog voltages, for example for driving a loudspeaker.
  • the key switch 12 may be provided, for example, for operation by a user, wherein the user actuates the key switch under certain circumstances, for example in the presence of an emergency situation, whereupon a corresponding signal is sent wirelessly via the radio module 2 to a central unit.
  • Vibration ⁇ sensor 10 forms an integral part of the communication device according to the invention is, as above up the signals of this sensor, the electrical power supply for the radio module 2 is controlled, as will be written ⁇ detail below.
  • a vibration sensor 10 for example, a mechanical sensor can be used, which works only passively, ie without its own power supply, whereby the energy consumption of the communication device is further reduced.
  • a suitable sensor for example, the sensor of type MS24 Assemtech has been found.
  • the processor unit 3 further comprises a so-called. I 2 C interface 3e, via which any I 2 C sensors can be connected. In the embodiment of FIG. 1, a temperature sensor 11 is connected to this interface. Finally, the processor unit 3 also comprises a so-called UART control 3f, with which a serial interface 13 can be controlled.
  • further radio modules for example a GPS module or a GSM module, can be connected to the processor via the serial interface 13.
  • the processor is preferably programmed to determine the position of the communication device via the communication signals received by the radio module 2. The communication device can thus locate its own position and forward it via the radio module to a central location.
  • the communication device has its own power supply, which is a power source 4 in the form of rechargeable Batteries includes.
  • the current source 4 is connected to the processor via a first voltage regulator 5 and to the radio module via a second voltage regulator 6.
  • the first voltage regulator regulates the voltage required for the processor and the second voltage regulator regulates the voltage required for the radio module 2.
  • the first voltage regulator 5 in this case provides only the power required for the operation of the processor, whereas the second voltage regulator 6 supplies the much higher power for the operation of the radio module.
  • the voltage regulator 5 is a linear regulator in the embodiment shown in FIG. 1, and the voltage regulator 6 is a so-called DC / DC DC voltage converter.
  • the supplied via the voltage regulator 5 is located in the power consumption of the processor Ru ⁇ hertz LPC2138 at about 30 microamps, while via the voltage regulator 6 80 mA and 120 mA for the receiving or transmitting mode of a wireless radio module can be provided.
  • the processor has a control with which the current source 4 can be disconnected from the second voltage regulator 6 and thus from the radio module 2 via a switch 8.
  • the control of the switch 8 is indicated schematically in Fig. 1 by an outgoing from the processor arrow P towards the switch 8.
  • Radio module 2 in the Transmit or receive mode is set and can be performed by the Prozes ⁇ sor a new location of the position of the communication device.
  • the power source 4 is disconnected again via the switch 8 of the radio module 2, so that this goes back to the sleep mode.
  • the device of FIG. 1 thus consumes high energy only in the detection of shocks or accelerations and is the rest of the time in a power saving mode, the single ⁇ least ensures a minimum power supply for the processor (so-called sleep mode).
  • the device of FIG. 1 may optionally include a self-sufficient energy source 7, which in FIG. 1 is a solar cell.
  • the solar cell is connected to the voltage source 4 via a charge controller, which is integrated, for example, in the regulator 5.
  • the charging of the power source 4 can be effected with sufficient illuminance. In this way, the power consumption of the device is further reduced even further.
  • a solar cell it is also possible to provide other units for generating energy, for example an inertia generator which converts accelerations of the device into corresponding electrical energy.
  • a converter for converting mechanical energy into electrical energy for example in the form of a DC generator, may be provided.
  • the device can also extract energy from electromagnetic fields, in particular from the radio field of the communication network with which the radio module 2 communicates. Likewise, energy can be obtained by inductive or capacitive coupling from corresponding magnetic or electric fields.
  • a single solar cell is sufficient to generate sufficient power for the quiescent current of the processor 3 in office lighting.
  • the illuminance for office lighting is about 500 lux.
  • an efficiency of the solar cell 10%, an area of the solar cell of 5 x 6 cm and an efficiency of the clamping ⁇ voltage regulator 5 and 6 of 0.5 from, there is an electrical ⁇ specific Net power at office lighting of 110 .mu.W.
  • the quiescent power dissipation of the above-mentioned processor LPC2138 from Philips is 100 .mu.W and the power dissipation for the e- b within above-mentioned processor MSP430 of Texas Instru ments ⁇ is 3 ⁇ W. Both values are less than the net ⁇ performance in office lighting.
  • the power of the power source 4 is thus required only when turning on the radio module, since then a high power for the radio module itself and for the normal operation of the processor is required.
  • the energy consumption in the case of a radio transaction is much higher, the result for office lighting is a charging time of 30 days when using a solar cell. Therefore, it is always necessary that the further current source 4 is provided, which accounts for the much higher energy requirement for the normal operating state of the processor, for the operation of the radio module and for buffering times with insufficient lighting and other tasks in the device is covered. In phases with excess energy, ie in Ru ⁇ he state of the processor and with good lighting, then charging of the power source 4 can be achieved.
  • the tat ⁇ neuter lifetime of the device - in contrast to the maximum life in idle power - the result of the actual lighting conditions and the energy requirements for processor activity, receive and transmit operations of the radio module and other operations such as data acquisition, etc battery monitoring ..

Abstract

Die Erfindung betrifft eine drahtlose Kommunikationsvorrich- tung (1), umfassend ein elektrisch betriebenes Funkmodul (2) zur drahtlosen Kommunikation durch Empfangen und/oder Aussen- den von Kommunikationssignalen in einem Sende- und/oder Emp- fangsmodus; eine elektrisch betriebene Prozessoreinheit (3) zum Steuern der drahtlosen Kommunikation über das Funkmodul (2); einen Bewegungssensor (10) zur Detektion von Bewegungen und/oder Beschleunigungen der Kommunikationsvorrichtung (1), wobei der Bewegungssensor (10) beim Auftreten von Bewegungen und/oder Beschleunigungen mit einer vorbestimmten Größe wenigstens ein Detektionssignal an die Prozessoreinheit (3) ausgibt, wobei die Prozessoreinheit (3) derart mit dem Bewe- gungssensor (10) und dem Funkmodul (2) gekoppelt ist, dass sie bei der Ausgabe des wenigstens einen Detektionssignals des Bewegungssensors (10) das Funkmodul (2) zeitweise in den Sende- und/oder Empfangsmodus setzt.

Description

Beschreibung
Drahtlose KommunikationsVorrichtung
Die Erfindung betrifft eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung .
Im Rahmen von Logistiksystemen sowie bei Personen- und Güterüberwachungen ist es erforderlich, dass Gegenstände bzw. Personen geortet werden. Hierzu können drahtlose Kommunikati¬ onsvorrichtungen verwendet werden, welche an den zu ortenden Gegenständen angebracht werden und über ein Funkmodul draht¬ los mit weiteren Einheiten kommunizieren. Über die drahtlos übertragenen Kommunikationssignale können dann ggf. die Posi- tionen der Gegenstände bestimmt werden. Beispielsweise kann in einem WLAN-Netz die Position der Kommunikationsvorrichtung über die Feldstärke der Funkverbindung hin zu Zugangspunkten des Netzes erfasst und hieraus der Ort des Geräts abgeschätzt werden. Eine andere mögliche Drahtlosverbindung zur Bestim- mung des Orts eines Geräts sind Mobilfunkverbindungen sowie GPS, bei dem Satellitensignale über eine GPS-Antenne empfan¬ gen werden und hieraus die Position berechnet wird.
Herkömmliche drahtlose Kommunikationsvorrichtungen weisen den Nachteil auf, dass die in den Vorrichtungen verwendeten Funkmodule eine relativ hohe Sendeleistung von 100 mW bis 2000 mW aufweisen. Aufgrund dieses hohen Energieverbrauchs ist die Funktionsdauer solcher Geräte insbesondere bei mobilen Anwendungen gering, da diese Geräte oft mit Batterien versehen sind, die aufgrund der hohen Sendeleistungen schell entladen sind.
Bei ortbaren drahtlosen Kommunikationsgeräten ist es aus dem Stand der Technik bekannt, durch eine geringe Anschaltzeit des energieintensiven Funkmoduls und des Prozessors im Gerät den Strombedarf zu reduzieren. Es erweist sich jedoch als nachteilhaft, dass abrupte und schnelle Positionsänderungen dieser Geräte nicht ausreichend schnell geortet werden, da solche Positionsänderungen unter Umständen bei ausgeschaltetem Funkmodul auftreten und deshalb nicht erfasst werden.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine drahtlose Kommuni¬ kationsvorrichtung zu schaffen, die eine längere Lebensdauer als herkömmliche Geräte aufweist und eine schnelle Erfassung von Positionsänderungen gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch den unabhängigen Patentanspruch gelöst . Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Die erfindungsgemäße drahtlose Kommunikationsvorrichtung um- fasst ein elektrisch betriebenes Funkmodul zur drahtlosen
Kommunikation durch Empfangen und/oder Aussenden von Kommunikationssignalen in einem Sende- und/oder Empfangsmodus. Die drahtlose Kommunikation wird durch eine elektrisch betriebene Prozessoreinheit gesteuert. Darüber hinaus ist in der Vor- richtung ein Sensor zur Detektion von Bewegungen und/oder Beschleunigungen der Kommunikationsvorrichtung vorgesehen, der im Folgenden als Bewegungssensor bezeichnet wird. Der Bewegungssensor gibt beim Auftreten von Bewegungen und/oder Beschleunigungen mit einer vorbestimmten Größe wenigstens ein Detektionssignal an die Prozessoreinheit aus. Die Prozessor¬ einheit ist dabei derart mit dem Bewegungssensor und dem Funkmodul gekoppelt, dass sie bei der Ausgabe des wenigstens einen Detektionssignals des Bewegungssensors das Funkmodul zeitweise, d.h. eine vorgegebne Zeitspanne in den Sende- und/oder Empfangsmodus setzt.
Durch die Kopplung der Ausgabe eines beschleunigungs- bzw. bewegungssensitiven Sensors an den Sende- und/oder Empfangsmodus des Funkmoduls ist gewährleistet, dass jede Positions- änderung der Kommunikationsvorrichtung, die durch den Bewe- gungs- bzw. Beschleunigungssensor der Vorrichtung erfasst wird, zu einer Aufnahme der drahtlosen Kommunikation über das Funkmodul führt. Deshalb können Positionsveränderungen sofort über die drahtlose Kommunikation mittels des Funkmoduls er- fasst werden. Der Sende- und/oder Empfangsmodus wird hierbei nur zeitweise eingeschaltet und anschließend wird dieser Be- triebsmodus wieder beendet, und das Funkmodul geht dann bei¬ spielsweise in einen energiesparenden Ruhemodus über, in dem kein Senden bzw. Empfangen von Kommunikationssignalen möglich ist. Da das Funkmodul nur temporär bei Bedarf in den energie¬ intensiven Sende- und/oder Empfangsmodus geht, wird durch die erfindungsgemäße Kommunikationsvorrichtung der Energieverbrauch gegenüber solchen Vorrichtungen stark gesenkt, bei denen das Funkmodul immer aktiv ist. Nichtsdestotrotz wird immer eine Kommunikation bei der Positionsveränderung der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung über das Funkmodul ge- währleistet, so dass Positionsänderungen immer erfasst werden .
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Prozessoreinheit der erfindungsgemäßen Kommunikati- onsvorrichtung derart ausgestaltet, dass sie das Funkmodul so lange in den Sende- und/oder Empfangsmodus setzt, bis eine Sende- und/oder Empfangstransaktion durch das Funkmodul durchgeführt ist und/oder bis eine vorbestimmte Zeitperiode ohne Ausgabe eines Detektionssignals von dem Bewegungssensor abgelaufen ist. Anschließend kann das Funkmodul wieder in ei¬ nen Ruhemodus zurückgesetzt werden. Es wird hierdurch gewähr¬ leistet, dass das Funkmodul nicht länger als nötig in dem e- nergieintensiven Sende- bzw. Empfangsmodus bleibt. Nach der Durchführung einer Sende- bzw. Empfangstransaktion liegen ausreichend Informationen zur Positionsbestimmung vor, so dass eine Funkverbindung nicht mehr aufrechterhalten werden muss. Ebenso kann der Sende- und/oder Empfangsmodus dann be¬ endet werden, wenn sich die Position der Kommunikationsvorrichtung nicht mehr verändert, was immer dann der Fall ist, wenn der Bewegungssensor keine Bewegung bzw. Beschleunigung detektiert . In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung setzt die Prozessoreinheit das Funkmodul dadurch in den Sende- und/oder Empfangsmodus, dass sie eine Spannungs¬ versorgung zum elektrischen Betrieb des Funkmoduls und der Prozessoreinheit mit dem Funkmodul verbindet. Auf diese Weise kann sehr einfach durch eine entsprechende Schaltung ein Wechsel zwischen dem Sende- bzw. Empfangsmodus und einem Ru¬ hemodus ohne Sende- und Empfangstätigkeit erreicht werden. Die Spannungsversorgung kann hierbei eine separate Versorgung sein, sie kann jedoch auch Bestandteil der Kommunikationsvorrichtung selbst sein. Vorzugsweise ist diese Spannungsversorgung zweistufig aufgebaut, wobei eine erste Stufe eine nied¬ rige Leistung zum Betrieb der Prozessoreinheit bereitstellt, wobei die Leistung derart groß ist, dass sowohl ein Betrieb im Ruhemodus des Prozessors als auch ein Normalbetrieb des
Prozessors ohne Funkmodul gewährleistet ist. Eine zweite Stu¬ fe der Spannungsversorgung stellt eine hohe Leistung bereit, welche derart groß gewählt ist, dass sie zum Betrieb des Funkmoduls in dem Sende- und/oder Empfangsmodus ausreicht.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Spannungsversorgung wenigstens eine Stromquelle. Insbesondere kann die Spannungsversorgung auch nur eine einzelne Stromquelle umfassen, durch welche sowohl die Prozessoreinheit als auch das Funkmodul betrieben werden. Da nur eine Stromquelle vorgesehen ist, ist der Aufbau der Einheit einfach. Die Stromquelle ist hierbei vorzugsweise ei¬ ne Gleichstromquelle.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die
Spannungsversorgung einen mit der wenigstens einen Stromquelle verbundenen ersten Spannungsregler für die Prozessoreinheit und einen an die wenigstens eine Stromquelle koppelbaren zweiten Spannungsregler für das Funkmodul, wobei der zweite Spannungsregler in dem Sende- und/oder Empfangsmodus des
Funkmoduls an die Stromquelle gekoppelt wird. Durch die Ver¬ wendung dieser Spannungsregler wird sichergestellt, dass im- mer ausreichend Leistung mit konstanter Spannung sowohl für den Betrieb der Prozessoreinheit als auch für den Betrieb des Funkmoduls bereitgestellt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die wenigstens eine Spannungsquelle eine oder mehrere Batterien, insbesondere wiederaufladbare Batterien. Hierdurch kann eine einfache Integration der Stromquelle in der Kommu¬ nikationsvorrichtung sichergestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die wenigstens eine Stromquelle ferner mit wenigstens einem autar¬ ken Energieerzeugungsmittel zur Erzeugung von elektrischen Energie gekoppelt . Solche autarken Energieerzeugungsmittel umfassen beispielsweise eine Solarzelleneinheit und/oder ei¬ nen Trägheitsgenerator und/oder eine Einheit zur Gewinnung von elektrischer Energie aus elektrischen und/oder magnetischen und/oder elektromagnetischen Feldern und/oder einen Wandler von mechanischer in elektrische Energie. Hierdurch kann zusätzlich die Funktionsdauer der Kommunikationsvorrichtung verlängert werden, da die Vorrichtung selbst durch entsprechende Mittel Energie erzeugt und zu ihrem Betrieb ver¬ wendet .
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Bewegungssensor ein Erschütterungssensor. Vorzugsweise ist der Bewegungssensor ferner ein passiver mechanischer Sensor, der keine separate Energieversorgung benötigt. Eine Verwendung eines passiven Sensors senkt den Ener- gieverbrauch der Kommunikationsvorrichtung nochmals .
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine Ermittlung der Position der Kommunikationsvorrichtung aus empfangenen bzw. ausgesendeten Kommunikationssignalen sofort in der Prozessoreinheit. Es ist jedoch auch möglich, dass die Position nicht in der Kommunikationsvorrichtung, sondern in einer separaten Recheneinheit berechnet wird, wobei diese Re- cheneinheit drahtlos, z.B. über das Funkmodul, mit der Kommu¬ nikationsvorrichtung kommuniziert .
In einer weiteren Ausgestaltung kann die Prozessoreinheit Signale von einem oder mehreren weiteren Sensoren, insbesondere von einem Temperatursensor und/oder von einem Tastschalter, verarbeiten. Es können somit weitere Parameter neben der Position der Kommunikationsvorrichtung erfasst werden. Beispielsweise kann eine Meldung, dass die Umgebungstemperatur einen vorgegebenen Wert überschreitet, drahtlos über das
Funkmodul ausgegeben werden. Anschließend können ggf. Maßnahmen ergriffen werden, um die Kommunikationsvorrichtung bzw. das Gut, an dem sie befestigt ist, aus der zu heißen Umgebung zu entfernen.
Gegebenenfalls kann die Kommunikationsvorrichtung auch noch über eine oder mehrere Schnittstellen verfügen, insbesondere über wenigstens eine serielle Schnittstelle, wobei die Schnittstellen durch die Prozessoreinheit ansteuerbar sind. Somit können ggf. weitere Einheiten, z.B. weitere Funkmodule, an die Kommunikationsvorrichtung angeschlossen werden.
Die Kommunikationsvorrichtung ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sehr kompakt aufgebaut, so dass sie mobil ist, d.h. sie kann von einem Benutzer ge¬ tragen werden und/oder an zu ortenden Gegenständen befestigt werden .
Die drahtlose Kommunikation des Funkmoduls kann über beliebi- ge Drahtlosnetze erfolgen, in Betracht kommen hierbei insbe¬ sondere WLAN, Bluetooth, DECT, GSM, UMTS und GPS.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figur detailliert beschrieben.
Es zeigt: Fig. 1 ein schematisches Blockdiagram, in dem die Komponenten einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kommunikationsvorrichtung wiedergegeben sind.
In der im Folgenden beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kommunikationsmoduls handelt es sich um eine mo¬ bile Einheit mit kompakten Abmessungen, so dass die Einheit durch einen Benutzer getragen bzw. an Gegenständen oder Gütern befestigt werden kann. Die Abmessungen der Einheit ent- sprechen ungefähr der Größe eines Taschenbuchs, wobei eine weitere Miniaturisierung bis hin zur Größe eines Mobiltele¬ fons oder auch kleiner denkbar ist. In Fig. 1 ist schematisch der Aufbau dieser Kommunikationsvorrichtung gezeigt. Eine wesentliche Komponente dieser Vorrichtung ist ein Funkmodul 2, beispielsweise in der Form einer Karte zur drahtlosen Kommu¬ nikation, insbesondere einer WLAN-Karte. Das Funkmodul 2 ist über die hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannte Com- pact-Flash-Schnittstelle mit einem Bus 3a eines Prozessors 3 verbunden. Als Prozessor kann beispielsweise der Prozessor LPC2138 der Firma Philips oder der Prozessor MSP430 von Texas Instruments eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Vorrich¬ tung kann ggf. jedoch auch mit anderen Prozessoren realisiert werden .
Die Prozessoreinheit 3 weist mehrere Konverter bzw. Steuerun¬ gen auf. Insbesondere umfasst die Prozessoreinheit einen Ana- Iog-/Digital-Wandler 3b, an dem eine externe Einrichtung, beispielsweise eine Messeinrichtung angeschlossen werden kann, so dass die analogen Signale der Messeinrichtung durch den Wandler 3b in entsprechende digitale Signale gewandelt werden und im Prozessor verarbeitet werden können. Ferner beinhaltet die Prozessoreinheit 3 einen Digital-/Analog-Wandler 3c, der analoge Spannungen, beispielsweise zur Ansteuerung eines Lautsprechers, ausgeben kann. Darüber hinaus ist eine Schnittstelle 3d für allgemeine Zwecke vorgesehen, welche auch als GPIO (GPIO = General Purpose Input Output) bezeich¬ net wird. Diese Schnittstelle ist zum einen mit einem Tast- Schalter 12 und zum anderen mit einem Erschütterungssensor 10 verbunden. Der Tastschalter 12 kann beispielsweise zum Bedienen durch einen Benutzer vorgesehen sein, wobei der Benutzer den Tastschalter unter bestimmten Gegebenheiten, beispiels- weise bei Vorliegen einer Notfallsituation, betätigt, woraufhin ein entsprechendes Signal drahtlos über das Funkmodul 2 an eine zentrale Einheit gesendet wird. Der Erschütterungs¬ sensor 10 stellt einen wesentlichen Bestandteil der erfindungsgemäßen Kommunikationsvorrichtung dar, da über die Sig- nale dieses Sensors die elektrische Energieversorgung für das Funkmodul 2 geregelt wird, wie weiter unten noch näher be¬ schrieben wird. Als Erschütterungssensor 10 kann beispielsweise ein mechanischer Sensor verwendet werden, der nur passiv, d.h. ohne eigene Energieversorgung arbeitet, wodurch der Energieverbrauch der Kommunikationsvorrichtung noch weiter gesenkt wird. Als geeigneter Sensor hat sich z.B. der Sensor vom Typ MS24 der Firma Assemtech herausgestellt.
Die Prozessoreinheit 3 umfasst ferner eine sog. I2C-Schnitt- stelle 3e, über welche beliebige I2C-Sensoren angeschlossen werden können. In der Ausführungsform der Fig. 1 ist ein Temperatursensor 11 an dieser Schnittstelle angeschlossen. Schließlich umfasst die Prozessoreinheit 3 noch eine sog. UART-Ansteuerung 3f, mit der eine serielle Schnittstelle 13 angesteuert werden kann. Über die serielle Schnittstelle 13 können beispielsweise weitere Funkmodule, wie z.B. ein GPS- Modul oder ein GSM-Modul mit dem Prozessor verbunden werden. Der Prozessor ist vorzugsweise derart programmiert, dass er über die Kommunikationssignale, welche durch das Funkmodul 2 empfangen werden, die Position der Kommunikationsvorrichtung ermittelt werden kann. Die Kommunikationsvorrichtung kann somit ihre eigene Position orten und über das Funkmodul an eine zentrale Stelle weiterleiten.
In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform verfügt die Kommunikationsvorrichtung über eine eigene Spannungsversorgung, welche eine Stromquelle 4 in der Form von wiederaufladbaren Batterien umfasst. Die Stromquelle 4 ist hierbei über einen ersten Spannungsregler 5 mit dem Prozessor und über einen zweiten Spannungsregler 6 mit dem Funkmodul verbunden. Der erste Spannungsregler regelt die für den Prozessor benötigte Spannung und der zweite Spannungsregler die für das Funkmodul 2 benötigte Spannung. Der erste Spannungsregler 5 stellt hierbei nur die für den Betrieb des Prozessors benötigte Leistung bereit, wohingegen der zweite Spannungsregler 6 die wesentlich höhere Leistung für den Betrieb des Funkmoduls liefert. Der Spannungsregler 5 ist in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ein Linear-Regler, und der Spannungsregler 6 ist ein sog. DC/DC-Gleichspannungskonverter . Die über den Spannungsregler 5 bereit gestellte Stromaufnahme liegt im Ru¬ hezustand des Prozessors LPC2138 bei ca. 30 μA, wohingegen über den Spannungsregler 6 80 mA bzw. 120 mA für den Empfangs- bzw. Sendemodus eines WLAN-Funkmoduls bereitgestellt werden .
Da das Funkmodul eine im Vergleich zum Prozessor sehr hohe Leistung benötigt, besteht das Problem, dass sich die Batte¬ rien bei dauerndem Funk- bzw. Empfangsmodus des Funkmoduls sehr schnell entleeren würden. Um dies zu vermeiden, verfügt der Prozessor über eine Steuerung, mit der die Stromquelle 4 von dem zweiten Spannungsregler 6 und somit vom Funkmodul 2 über einen Schalter 8 getrennt werden kann. Die Ansteuerung des Schalters 8 ist in Fig. 1 schematisch durch einen vom Prozessor ausgehenden Pfeil P hin zum Schalter 8 angedeutet. In der erfindungsgemäßen Kommunikationsvorrichtung macht man sich hierbei die Tatsache zunutze, dass das Senden bzw. Emp- fangen von Kommunikationssignalen zur Positionserfassung nur dann notwendig ist, wenn sich die Position der Kommunikati¬ onsvorrichtung ändert. Deshalb ist der Prozessor 3 der Vorrichtung der Fig. 1 derart ausgestaltet, dass er beim Empfang von Detektionssignalen des Erschütterungssensors 10, d.h. bei der Detektion einer Beschleunigung bzw. Bewegung der Kommunikationsvorrichtung, die Stromquelle über den Schalter 8 an das Funkmodul 2 anschließt, woraufhin das Funkmodul 2 in den Sende- bzw. Empfangsmodus gesetzt wird und durch den Prozes¬ sor eine neue Ortung der Position der Kommunikationsvorrichtung durchgeführt werden kann.
Nach Ablauf einer bestimmten Zeit, insbesondere nach der
Durchführung einer Ortung und keiner weiteren Detektion von Erschütterungen über den Sensor 10, wird die Stromquelle 4 über den Schalter 8 wieder von dem Funkmodul 2 getrennt, so dass dieses wieder in den Ruhemodus übergeht. Die Vorrichtung der Fig. 1 verbraucht somit nur bei der Detektion von Erschütterungen bzw. Beschleunigungen hohe Energie und befindet sich die restliche Zeit in einem Energiesparmodus, der ledig¬ lich eine minimale Energieversorgung für den Prozessor sicherstellt (sog. Sleep-Modus) .
In dem in Fig. 1 realisierten System mit dem Philips- Prozessor LPC2138 kann bei einer Batteriekapazität von 1000 mAh eine prinzipielle maximale Lebensdauer von ca. 3,8 Jahren erreicht werden, sofern das Funkmodul ausgeschaltet bleibt. Bei Verwendung des oben erwähnten Prozessors MSP430 von Texas Instruments wird sogar eine Lebensdauer von bis zu 114 Jahren erreichbar .
Die Vorrichtung der Fig. 1 kann optional eine autarke Ener- giequelle 7 beinhalten, welche in Fig. 1 eine Solarzelle ist. Die Solarzelle ist über einen Laderegler, der beispielsweise in dem Regler 5 integriert ist, mit der Spannungsquelle 4 verbunden. Durch die Solarzelle 7 kann bei ausreichender Beleuchtungsstärke das Laden der Stromquelle 4 bewirkt werden. Auf diese Weise wird der Energieverbrauch der Vorrichtung nochmals weiter gesenkt. Anstatt einer Solarzelle können auch andere Einheiten zur Erzeugung von Energie vorgesehen sein, beispielsweise ein Trägheitsgenerator, der Beschleunigungen der Vorrichtung in entsprechende elektrische Energie umsetzt. Ebenso kann ein Wandler zur Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie, beispielsweise in der Form eines Gleichstromgenerators, vorgesehen sein. Die Energieerzeu- gungsvorrichtung kann ggf. auch Energie aus elektromagnetischen Felder entnehmen, insbesondere aus dem Funkfeld des Kommunikationsnetzes, mit dem das Funkmodul 2 kommuniziert. Ebenso kann Energie durch induktive bzw. kapazitive Kopplung aus entsprechenden magnetischen bzw. elektrischen Feldern gewonnen werden.
Wie sich aus den nachfolgenden Ausführungen ergibt, reicht eine einzelne Solarzelle aus, um bei Bürobeleuchtung genügend Leistung für den Ruhestrom des Prozessors 3 zu erzeugen. Die Beleuchtungsstärke für Bürobeleuchtung liegt bei ca. 500 Lux. Gemäß dem photometrischen Strahlungsäquivalent Km = 683 Im/W (Im = Lumen) für Tageslicht, ergibt sich somit für Bürobe¬ leuchtung eine Bestrahlungsstärke von 0,732 W/m2. Geht man von einem Wirkungsgrad der Solarzelle von 10 %, einer Fläche der Solarzelle von 5 x 6 cm und einem Wirkungsgrad des Span¬ nungsreglers 5 bzw. 6 von 0,5 aus, ergibt sich eine elektri¬ sche Nettoleistung bei Bürobeleuchtung von 110 μW. Die Ruheverlustleistung des oben erwähnten Prozessors LPC2138 von Philips liegt bei 100 μW und die Verlustleistung für den e- benfalls oben erwähnten Prozessor MSP430 von Texas Instru¬ ments liegt bei 3 μW. Beide Werte sind kleiner als die Netto¬ leistung bei Bürobeleuchtung. Somit wird unter üblichen Umständen, d.h. Verwendung der Kommunikationsvorrichtung tags- über und in Gebäuden, immer hinreichend Energie durch eine Solarzelle zum Betreiben des Prozessors im Ruhezustand be¬ reitgestellt. Die Energie der Stromquelle 4 wird somit nur beim Anschalten des Funkmoduls benötigt, da dann eine hohe Leistung für das Funkmodul selbst sowie für den Normalbetrieb des Prozessors erforderlich ist.
Da der Energieverbrauch im Falle einer Funktransaktion wesentlich höher ist, ergibt sich für eine Bürobeleuchtung eine Ladezeit von 30 Tagen bei Verwendung einer Solarzelle. Des- halb ist es immer erforderlich, dass die weitere Stromquelle 4 vorgesehen ist, welche den wesentlich höheren Energiebedarf für den normalen Betriebszustand des Prozessors, für den Be- trieb des Funkmoduls und für die Pufferung von Zeiten mit nicht ausreichender Beleuchtung und sonstiger Aufgaben im Gerät gedeckt ist. In Phasen mit Energieüberschuss, d.h. im Ru¬ hezustand des Prozessors und bei guter Beleuchtung, kann dann eine Aufladung der Stromquelle 4 erreicht werden. Die tat¬ sächliche Lebensdauer der Vorrichtung - im Unterschied zur maximalen Lebensdauer nur im Ruhestrom - resultiert aus den tatsächlichen Beleuchtungsbedingungen und dem Energiebedarf für Prozessoraktivität, Empfangs- und Sendevorgänge des Funk- moduls und sonstigen Vorgängen wie Messwerterfassung, Batterieüberwachung usw..

Claims

Patentansprüche
1. Drahtlose Kommunikationsvorrichtung (1), umfassend ein elektrisch betriebenes Funkmodul (2) zur drahtlosen Kommunikation durch Empfangen und/oder Aussenden von Kommunikationssignalen in einem Sende- und/oder Empfangsmodus; eine elektrisch betriebene Prozessoreinheit (3) zum Steu¬ ern der drahtlosen Kommunikation über das Funkmodul (2); - einen Bewegungssensor (10) zur Detektion von Bewegungen und/oder Beschleunigungen der Kommunikationsvorrichtung (1), wobei der Bewegungssensor (10) beim Auftreten von Bewegungen und/oder Beschleunigungen mit einer vorbestimmten Größe wenigstens ein Detektionssignal an die Prozessoreinheit (3) ausgibt; wobei die Prozessoreinheit (3) derart mit dem Bewegungssensor (10) und dem Funkmodul (2) gekoppelt ist, dass sie bei der Ausgabe des wenigstens einen Detektionssignals des Bewegungs¬ sensors (10) das Funkmodul (2) zeitweise in den Sende- und/oder Empfangsmodus setzt.
2. Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessoreinheit (3) derart ausgestaltet ist, dass sie das Funkmodul (2) solange in den Sende- und/oder Empfangsmodus setzt, bis eine Sende- und/oder Emp¬ fangstransaktion durch das Funkmodul (2) durchgeführt ist und/oder bis eine vorbestimmte Zeitperiode ohne Ausgabe eines Detektionssignals von dem Bewegungssensor (10) abgelaufen ist.
3. Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessoreinheit (3) das Funkmodul
(2) dadurch in den Sende- und/oder Empfangsmodus setzt, dass sie eine Spannungsversorgung (4, 5, 6) zum elektrischen Be- trieb des Funkmoduls (2) und der Prozessoreinheit (3) mit dem Funkmodul (2) verbindet.
4. Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgung (4, 5, 6) zweistufig aufgebaut ist, wobei eine erste Stufe eine Leistung zum Be¬ trieb der Prozessoreinheit (3) bereitstellt und eine zweite Stufe eine Leistung zum Betrieb des Funkmoduls (2) in dem Sende- und/oder Empfangsmodus des Funkmoduls (2) bereit¬ stellt.
5. Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgung (4, 5, 6) we¬ nigstens eine Stromquelle (4) umfasst.
6. Kommunikationsvorrichtung nach einem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgung (4, 5, 6) eine einzelne Stromquelle (4) umfasst, durch welche sowohl die Prozessoreinheit (3) als auch das Funkmodul (2) betrieben werden .
7. Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgung (4, 5, 6) einen mit der wenigstens einen Stromquelle (4) verbundenen ersten Spannungsregler (5) für die Prozessoreinheit (3) und einen an die wenigstens eine Stromquelle (4) koppelbaren zweiten Span¬ nungsregler (6) für das Funkmodul umfasst, wobei der zweite Spannungsregler (6) in dem Sende- und/oder Empfangsmodus des Funkmoduls (2) an die wenigstens eine Stromquelle (4) gekop¬ pelt wird.
8. Kommunikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Strom¬ quelle (4) eine oder mehrere Batterien, insbesondere wieder- aufladbare Batterien, umfasst.
9. Kommunikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Strom¬ quelle (4) mit wenigstens einem Energieerzeugungsmittel (7) zur Erzeugung von elektrischer Energie gekoppelt ist.
10. Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Energieerzeugungsmit¬ tel (7) eine Solarzelleneinheit und/oder einen Trägheitsgene- rator und/oder einen Wandler von mechanischer in elektrische Energie und/oder eine Einheit zur Gewinnung von elektrischer Energie aus elektrischen und/oder magnetischen und/oder e- lektromagnetischen Feldern umfasst.
11. Kommunikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungssensor (10) ein Erschütterungssensor ist.
12. Kommunikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungssensor
(10) ein passiver mechanischer Sensor ist.
13. Kommunikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessoreinheit (3) über die empfangenen und/oder ausgesendeten Kommunikationssignale des Funkmoduls (2) die Position der Kommunikati¬ onsvorrichtung (1) ermitteln kann.
14. Kommunikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessoreinheit
(3) Signale von einem oder mehreren weiteren Sensoren, insbesondere von einem Temperatursensor (11) und/oder von einem Tastschalter (12), verarbeiten kann.
15. Kommunikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikations¬ vorrichtung (1) eine oder mehrere Schnittstellen, insbesondere wenigstens eine serielle Schnittstelle (13) , aufweist, welche durch die Prozessoreinheit (3) ansteuerbar sind.
16. Kommunikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikations- Vorrichtung (1) eine mobile, von einem Benutzer tragbare und/oder an zu ortenden Gegenständen befestigbare Einheit ist.
17. Kommunikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Funkmodul (2) ein WLAN- und/oder Bluetooth- und/oder DECT- und/oder GPS- und/oder GSM- und/oder UMTS-Modul ist.
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