一种基于人体通信的低功耗唤醒通信装置制造方法及图纸

本发明专利技术实现了低频信号通过人体进行唤醒从而进行通信的装置，本发明专利技术使用了15KHz‑300KHz低频信号，并以人体作为传输媒介以实现点对点的唤醒及数据交换，装置拥有超低功耗低频信号收发电路和低功耗蓝牙通信芯片，低频收发电路用于装置唤醒和少量数据交换，低功耗蓝牙可用于大量数据交换并将交换的数据推送只上位机，上位机软件负责数据的显示和进一步处理；独有的唤醒协议和接收监听方式实现了快速连接和超低功耗运行，使用小容量电池的即可工作数周时间；使用同一个触点电极的电容感应唤醒功能使连接具有更高的针对性，确定性和安全性，并进一步降低功耗；本发明专利技术可用于智能手环，实现握手交换电子名片功能，也可用于接触式认证的身份识别系统，触碰即可获得信息的展品信息分发装置，以及其他接触式的需要信息交换和信息分发的产品。

【技术实现步骤摘要】
一种基于人体通信的低功耗唤醒通信装置
本专利技术涉及一种通过人体通信的低功耗唤醒通信装置，可适用于：社交场合，握手交换个人信息以替代传统名片交换；展览场所，参观人员通过触碰展品旁边的具有同样功能的装置获得展品信息；身份识别场合，可替代传统的身份识别装置，如酒店的电梯卡和房间卡，工作人员身份识别，亦可用于自助酒吧，自助餐厅等场合；其他涉及少量信息交换和身份识别的场合。
技术介绍
社交场合人们主要通过交换名片来获取双方信息，这种交换名片的方式有如下弊端：名片易丢失；名片承载信息有限；当需要存储联系信息到手机或电脑时要手动录入，效率底下且容易出现错误。在展会上，参展商通过发放宣传册给参观人员并索要名片和口头询问记录参观人员的需求，宣传册如果过于详细则会太过庞大而不便携带，若过于精简则可能无法明确传达产品信息，且宣传册本身就有制作成本高，运输不变，修改麻烦等缺点。传统的需要身份识别的场合如使用按键密码，RFID卡，指纹识别，一般流程是先认证身份，控制系统再解除锁定的方式，操作比较繁琐，用户体验不良。
技术实现思路
针对现有信息交换和身份认证方式的不足，本专利技术提供了一种通过人体通信的唤醒通信装置，实现了独有的唤醒连接及通信等功能，所有功能的都实现了超低功耗运行，装置使用小容量电池即可工作数周。装置使用15KHz-300KHz低频信号，信号通过装置的触点电极和身体相连，使用者和另外一个使用者握手时信号可通过身体传送至对方装置以建立装置间的通信连接；使用也可以通过手指碰触具有同样功能的其他非穿戴装置上的触点电极建立通信连接。在建立连接前，装置间通过定期发送的唤醒包进行装置间物理连接的发现，为减少功耗，唤醒包只使用一定宽度载波，而不包含具体数据，载波宽度能够唤醒处于无模式检测监听的装置即可。装置发送唤醒包后，进入无模式识别监听以接收其他装置发来的唤醒包或者连接包。唤醒包在随机等待后重复发送以解决两个欲连接装置唤醒包的冲突。装置在检测到唤醒包后，通过发送连接包和接收应答包建立连接，并作为主机控制数据交换以及连接终止。由于低频通信速度过低，可以在连接建立后使用蓝牙交换数据。交换的数据可以通过蓝牙推送至上位机进行进一步处理，上位机软件可以连接远端云服务器实现更多功能。触点电极同时支持电容检测，可检测到人体接触，根据需要控制低频通信的开启和关断以降低功耗，程序和硬件实现低频发射，低频接收和电容检测的复用。使用本专利技术装置后交换联系信息将变得非常简单，只要一次握手即可实现联系信息的交换，配合上位机的应用软件可轻松实现电话号码录入，邮箱地址记录，社交帐号的添加和其他信息的存储。如引入本专利技术装置到展览场合，参观者可以将自己的联系方式和采购意向通过手机录入装置（假设装置形式为智能手环）,参展商在展品旁边放置本专利技术装置（假设装置形式为一个带有触点的信息盒）。参观者通过触摸信息盒的触点获取产品信息，同时手环也会将联系方式和采购意向等信息传给信息盒，这样参观者可以有针对性地准确获取感兴趣产品的信息，同时参展商也可以迅速获取参观者的联系方式和需求并建立联系。如果使用本专利技术装置替换现有门禁系统，佩戴有经过认证的装置的开门者推动门把手的瞬间，位于把手上的触点可以通过开门者的手读取的身份信息，如身份认证通过，马上打开门锁，几乎不需要等待。附图说明图1装置使用示意图。图2硬件组成框图。图3低频收发及电容感应检测电路图。图4各种类型包的载波定义。图5包格式及数据头格式定义。图6通信包格式。图7单机唤醒包发送及监听时序。图8通过被唤醒包唤醒建立连接的时序。图9通过接收连接包和监听切换来连接建立的时序。图10被未知包唤醒的处理时序。图11连接模式切换。图12低频唤醒及通信流程图。图13蓝牙通信流程图。具体实施方式附图1是装置使用示意图，佩戴有此装置的人可以与佩戴同样装置的人握手交换联系方式，佩戴有此装置的人也可以与具有其他功能的装置交换信息。装置以智能手环形式被使用，位于手环下方触点电极和人体接触。硬件组成框图见附图2，系统主要由MCU，蓝牙芯片，低频接收电路，低频发射电路，电容感应检测电路和电源管理等电路组成，对于可穿戴设备可能增加按键和触摸输入电路，智能传感器电路，显示电路和震动提醒等电路，如需传送大量数据可以增加外部存储器。低频接收芯片可使用奥地利微电子的AS393x系列芯片，或者Microchip公司的MCP203x系列芯片，也可使用具有相似功能的其他芯片。不同型号芯片使用的控制接口稍有不同，对于没有唤醒输出脚的芯片，可直接使用数据输出脚作为唤醒信号，如果使用不具有曼彻斯特解码功能的芯片，可使用程序实现解码。附图3是低频收发及电容感应检测电路图。该电路使用奥地利微电子的AS3933芯片，也可根据需要替换成其他类似功能芯片。CLDAT为曼彻斯特解码输出时钟，DAT为数据输出，可以在普通数据输出和曼彻斯特数据输出间切换。WAKE脚为唤醒输出信号，在无模式识别监听时收到一定宽度载波信号即可输出高电平唤醒信号，在有模式识别监听时会在接收到正确模式码后输出唤醒信号。低频接收芯片输入端通过一个电容和电阻连接至触点电极。Q1和Q2复合MOS管构成全桥驱动电路，OUT_4C1,OUT_4C2,OUT_4C3和OUT_4C4网络用于控制4个管的开关，而实现载波信号输出并可能承载数据信号。调节L1和C6的值达到和载波频率的谐振。C1将触点电极电容变化传送至MCU进行电容感应检测。通过控制4个MOS管的开关，实现信号收发和电容检测复用。当进行电容检测时，4个MOS管全部关断，这时Q1的6脚和4脚呈高阻态，Q2的6脚和4脚也呈高阻态，触点电容变化信号可送至CAP_DETECT网络。当需要接收信号时，将Q1的4脚设定为高阻态，6脚输出低电平，将Q2的4脚设定为高阻态，6脚输出低电平，这时L1和C6各自有一端对地呈现低阻抗，可以对信号进行选择并送入接收芯片。各种类型包的载波定义在附图4中说明，唤醒包长度尽量缩短，但要留有一定余量保证能唤醒处于无模式检测监听的装置。连接包的载波头宽度要大于唤醒包和普通数据包的载波头宽度，允许MCU检测到载波宽度比唤醒包长的时候有足够时间设置接收芯片切换到有模式识别的监听模式，并保证剩余载波头长度可以唤醒芯片接收整个包。连接建立后，由于接收芯片处于有模式识别的监听模式，通信包可采用普通宽度的载波头。附图5为数据包格式及数据头格式定义，CRC校验可保证数据的完整性，由于数据包长度不同，接收程序需要根据数据头和额外数据（如果有）的第一个字节实时计算整个包长度。每个装置出场时都被赋予了一个唯一的设备号，用来区分不同装置，设备号大小可以为4个字节或者6个字节，通信中设备地址等同于设备号。附图6是通信数据包的格式，LINK连接包含有主机地址，从机可识别出连接包是那一个装置发出的，ACK应答包同时包含从机地址和主机地址，从而通知主机哪一个从机正尝试和自己建立连接，由于是点对点的通信，连接建立后的其他包可以只使用从机地址直到连接结束，从机和主机发送的包使用不用的包类型。省略主机地址可以减少包长度以提高通信效率和降低功耗。如果装置都支持高速通信，在连接后装置可以切换至蓝牙交换数据，交换完成后再通过低频信号检测物理连接断开。附图7为单机唤醒包发送及监听时序，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于人体通信的低功耗唤醒通信装置，其特征包括：通过人体进行通信；低频信号收发端和电容感应输入可在一个触点电极上实现；专有载波唤醒包和数据包的设计，配合接收监听模式的智能切换实现低功耗且快速的连接；通信协议实现了连接，通信，断开，丢包重传以及唤醒冲突避让等功能；特有的物理断开检测功能，有效防止重复连接并支持低功耗；连接建立后可根据需要切换至蓝牙传输模式；上位机程序和云服务功能。

【技术特征摘要】
1.一种基于人体通信的低功耗唤醒通信装置，其特征包括：通过人体进行通信；低频信号收发端和电容感应输入可在一个触点电极上实现；专有载波唤醒包和数据包的设计，配合接收监听模式的智能切换实现低功耗且快速的连接；通信协议实现了连接，通信，断开，丢包重传以及唤醒冲突避让等功能；特有的物理断开检测功能，有效防止重复连接并支持低功耗；连接建立后可根据需要切换至蓝牙传输模式；上位机程序和云服务功能。2.根据权利要求1所述的基于人体通信的低功耗唤醒通信装置，其特征在于：使用频率范围15KHz到300KHz的低频信号通过人体媒介进行装置间唤醒通信。3.根据权利要求1所述的基于人体通信的低功耗唤醒通信装置，其特征在于：低频信号收发端和电容感应输入连接到一个触点上，通过电路设计和程序控制，低频发射信号，低频接收信号和电容感应信号分时使用触点，而不会影响各自功能，电容感应检测结果用于装置唤醒，也可用于检测可穿戴装置脱落。4.根据权利要求1所述的基于人体通信的低功耗唤醒通信装置，其特征在于：唤醒包使用非常短的载波信号而非较长的数据包；可以根据接收芯片唤醒输出脚和数据输出脚上电平宽度判断是否收到唤醒包，也可单独根据数据输出脚上电平宽度判断是否收到唤醒包。5.根据权利要求1所述的基于人体通信的低功耗唤醒通信装置，其特征在于：连接包比其他类型包使用更长的载波头，装置在发射唤醒包后进入无模式识别监听模式，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨成双，
申请(专利权)人：杨成双，
类型：发明
国别省市：广东,44