專利名稱：針對可以是傳感器和/或致動器的無線網絡的一部分的傳感器和/或致動器的支持裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及監視和控制傳感器和/或致動器的無線網絡的裝置。具體地，該裝置 可應用在涉及無線體域網(WBAN)或無線體傳感器網(WBSN)的生物醫學領域中，以通過病 人可佩帶的傳感器和/或致動器監視生理參數。
背景技術：
在針對病人的傳統監視儀器中，已知為分別的專用裝置提供每個記錄的參數的是 巨大且昂貴的系統。為此原因，可僅由醫院或健康中心執行監視或傳感過程。在這種類型的監視儀器中，適合存儲和傳輸數據的便攜裝置與適合檢測生理參數 的傳感器之間的連接通常是有線連接。特別是，由于線纜限制病人的移動，因此與病人皮膚 接觸的這樣的傳感器妨礙了病人。已知通過使用無線通信和通過低功耗電技術移除有線連接。特別地，已知網絡具 有傳感結點，每個傳感結點都具有自己的電池元件，并且每個都在病人身體上安置，傳感結 點能夠傳感不同生理參數，從而存儲所述參數，和/或用無線方式將所述參數傳給更強功 效的裝置，該更強功效裝置能記錄這些參數和/或將這些參數向遠程的中央操作單元傳 送。具體地，在借助通常稱為“無線傳感器網”(WSN)的系統監視生理參數時使用這樣 的裝置。無線傳感器網(WSN)是包含小結點的網絡，小結點能夠容納傳感器、在每個結點 上執行一些計算步驟，并能通過合適的網絡協議互相通信。這樣的傳感器網絡為通常針對 結點檢測的數據的性質的應用開發。在生物醫學領域，例如，測量若干數據，如溫度、壓力、 ECG信號、移動、位置、血壓等等。由于適合各類應用的多個特性，WSN平臺是引人關注的。 這些網絡的主要特性是以下內容-構成網絡的結點的穩定性根據特定的應用，結點具有減小的尺寸，該尺寸允許 簡單的安放；-創建網絡而不需要具有專用基礎設施；-低能量，是以可使用必須持續幾年的電池的方式運轉網絡必需的；-結點和連接器的異質性；-單獨結點的低計算能力和通信。此外，該類網絡是動態的，因為即使一些結點損壞，或如果結點的數量改變，或在 缺少電池的情況下，或如果結點被置換，也沒有和網絡相關的問題。“無線體域網” (WBAN)或“無線體傳感器網” (WBSN)的標準體系結構提供不同的傳 感器化且小型化結點，每個都稱為“體傳感器單元”(BSU)，也稱為終端裝置，結點以無線方 式連接到中心單元，該中心單元可由病人佩帶或設置在病人附近，稱為體中心單元(B⑶)。特殊地，終端裝置是網絡的終端結點，這些終端結點與病人的身體接觸，或設置在周圍環境中，而且配備合適的傳感器和/或致動器，從而執行監視功能和/或主動與病人交 互的功能。許多BSU獲得的數據通過B⑶和互聯網環境之間的連接可在線訪問，該連接可通 過不同技術獲得，例如WLAN、GPRS、UMTS等等。這樣，WBAN監視的病人可由醫生或醫院工作人員持續遠程觀察，以便防止可能的 并發癥。數據可周期性存儲在專用服務器中，并且醫生可在任何希望的時刻執行完全檢查。 在緊急情況下，由于可通過病人激活的警報，以及由于響應生理參數的任何無規律性的監 視系統，可在短時間內進行適當測量。終端裝置的限制/問題，以及市場上目前可獲得的生物醫學WBAN產品的通常限制 /問題，可以是以下內容-“關閉”的系統目前可用，其中用戶，例如醫生、護士或病人同樣不能改變系統結 構；-根據功能性設計和制造終端裝置，該功能性不可由用戶改變，除非生產商/提供 商/供應商或高素質操作員幫助；-終端裝置用取決于它安裝的特殊傳感器/致動器的單個功能定義和設計，沒有 增加或改變特別的測量和/或操作功能性的可能性(例如測量的參數的類型)；_傳感器/致動器，和/或電池，是可或多或少由用戶容易替換的唯一區塊，但僅用 非常相似的裝置，即具有相同功能的裝置替換。由于制造用于測量確定的生理參數的終端裝置不可由用戶改變以便測量另一參 數，因此這些問題包括限制和靈活性。這同樣導致裝置的不良利用，因為一旦系統完成它的 功能，或參數不再被關注，那么整個裝置完全釋放它的效用并且不可經修改來執行不同功 能。
發明內容
因此，本發明的特性是為傳感器和/或致動器提供支持裝置，所述傳感器和/或致 動器可以是傳感器和/或致動器的無線網絡的一部分，并提供在單結點中集成多個傳感和 /或致動組件的可能性。本發明的另一特性是為傳感器和/或致動器提供這樣的支持裝置，以便依靠病人 可佩帶的傳感器和/或致動器監視生理參數，支持裝置適合支持多個傳感器和/或致動器， 并且同時可通過粘合工具或其它連接系統容易地固定到人體，所述傳感器和/或致動器可 以是無線體域網(WBAN)或無線體傳感器網(WBSN)的環境的一部分。本發明的特性也是為傳感器和/或致動器提供支持裝置，所述傳感器和/或致動 器可以是傳感器和/或致動器的無線網絡的一部分，該無線網絡提供在單個點中集成可用 于家庭自動化(domotic)或工業環境中的多個傳感器和/或致動器的可能性。本發明的進一步的特性是為傳感器和/或致動器提供支持裝置，所述傳感器和/ 或致動器可以是傳感器和/或致動器的無線網絡的一部分，其中無經驗的用戶可根據定制 的需要選擇和裝配該裝置的傳感和/或致動器組件，該需要源自病人的情況，或源自對病 人的先前檢測或控制的結果。本發明的另一特性是為傳感器和/或致動器提供支持裝置，所述傳感器和/或致動器可以是傳感器和/或致動器的無線網絡的一部分，其中僅開發該裝置的傳感組件，以便該裝置用容易且簡單的連接最低限度侵入病人，并能夠以用戶友好的方式接合。本發明的特性也是為傳感器和/或致動器提供支持裝置，所述傳感器和/或致動器可以是傳感器和/或致動器的無線網絡的一部分，其中所述裝置的長期成本低，以使終 端用戶可在不同時間購買替代每個佩帶的和/或沒有使用的區塊以及通過引入其它區塊 而增加新功能性必需的傳感組件，維持相同主構架。這些和其它目標通過針對傳感和/或致動結點網絡的結點元件的傳感器和/或致動器的支持裝置實現，所述支持裝置包含-具有多個面的基體，至少一個傳感器和/或致動器以及供電區塊可應用于所述基體；-將所述基體固定到支持表面的固定工具；-在所述基體中，包含微處理器或微控制器的控制單元；-在所述基體中的存儲單元，所述存儲單元與所述控制單元通信，并適合存儲多個配置參數、固件和數據；-適合產生無線傳感器網絡的無線通信工具，該無線傳感器網絡使所述微處理器 與遠程單元通信，所述遠程單元包含具有各自的傳感器和/或致動器以及適合與所述基體 交換數據的至少一個數據控制單元的其它基體，所述裝置的主要特性是所述基體的至少兩面是各傳感器和/或致動器的連接面，以及所述基體包含-強制嚙合工具，用于在所述傳感器和/或致動器之間用所述基體的所述連接面 構成強制嚙合；-在所述強制嚙合工具處的接口工具，用于構成所述傳感器和/或致動器與所述 控制單元之間的接口；-識別工具，用于識別通過所述強制嚙合工具與接口工具連接到所述基體的確定 的傳感器和/或致動器。 具體地，所述無線通信工具設置在所述基體內。優選地，所述傳感和/或致動結點的網絡的所述結點元件具有在厘米范圍中的減 少的尺寸。然而，它的可伸縮體系結構允許它可能進一步小型化。有利地，所述基體具有平坦形狀，具體是具有四個基本矩形的延長的連接面的平 行六面體，其中構成所述傳感器和/或致動器之間強制嚙合的所述強制嚙合工具中的至少 一個處于所述矩形的連接面。有利地，提供適配器元件，或“前端”元件，該元件可固定在所述連接面上，所述前 端元件提供與至少一個對應傳感器和/或致動器的強制嚙合連接，其中所述適配器元件包 含下面元件中的一個或其組合-包含微處理器或微控制器的控制單元；-信號調整儀器；-模/數和/或數/模轉換器；-與所述基體的接口；
-識別裝置；-與所述傳感器和/或致動器的接口。 優選地，提供分別連接至少兩個基體的橋接口元件，其中所述橋接口元件包含下 面元件中的一個或其組合-包含微處理器或微控制器的控制單元；-與第一基體的第一接口；-識別裝置；-與第二基體的第二接口。這樣，通過橋接口元件，可能增加連接面的數量，并因此增加可連接的傳感器和/ 或致動器的數量。此外，可能增加網絡結點元件的功率和/或功能性。優選地，所述基體包含至少一個硬件輸入端口，該端口適于輔助外部裝置的連接， 輔助外部裝置例如是顯示所述傳感器已經測量的參數的顯示器或存儲器擴展裝置等等。這 樣，通過該顯示器例如顯示數值，例如壓力、溫度等等，但同樣可顯示圖像。相反，存儲器擴 展裝置，可以是提高基體的存儲或計算能力必需的，以及存儲長期數據必需的，例如24/48 小時的病人數據，以便在監視步驟結束時最后上載它們。有利地，在所述基體上提供至少一個電池元件，該至少一個電池元件與所述連接 面中的一個可嚙合，所述電池元件適合向具有各自傳感器和/或致動器的所述基體供電、 向任何前端元件供電、向任何橋接口元件供電，以及向任何輔助外部裝置供電。具體地，所述硬件輸入端口設置在所述基體的頂面或較低面。有利地，為使所述電池元件在所述基體的所述頂面和/或所述較低面上嚙合提供 工具。具體地，所述強制嚙合工具具有特殊幾何形狀，以便阻止用戶錯誤嚙合。有利地，所述識別工具從以下工具構成的集合中選擇-能夠測量物理量的模擬識別工具；-數字識別工具(或基于數字數據交換)。有利地，所述識別工具在所述控制單元中提供起動工具，從而識別從集合中選擇 的裝置是否已經插入所述基體以及開始確定的模擬和/或數字對話過程，該集合由以下元 件構成所述傳感器和/或致動器、所述前端元件、所述橋接口元件、輔助外部裝置。具體地，所述模擬識別工具測量電容器的預定容量，或被動電路元件的其它物理 特性，以便不含糊地(univocally)識別連接到所述基體的所述傳感器和/或致動器，或所 述適配器元件或所述橋接口元件，將預定值與所述容量或所述其它物理參數比較。有利地，所述遠程單元從以下裝置構成的集合中選擇移動電話、個人數字助理、 計算機、家庭自動化系統或服務器計算機。優選地，將所述基體固定到支持表面的所述固定工具可集成在所述基體上，或集 成在所述傳感器和/或致動器中，或集成在所述適配器元件中，或集成在所述橋接口元件 中。具體地，在醫療領域中，所述固定工具從以下工具構成的集合中選擇-手鐲，尤其可在手腕固定到病人手臂；-帶狀物，尤其可固定到病人軀體；
其中所述手鐲和/或所述帶狀物的一部分通過所述強制嚙合工具在一個或更多 連接面連接到所述基體。例如，手鐲或帶狀物可在垂直于它們的平面的方向上具有到連接 面的連接部分，或具有兩個末端，該兩個末端具有到兩個相反連接面的連接末端部分。有利地，所述帶狀物具有傳感器的功能，并包含連接部分，該連接部分具有與所述 基體的多個連接面之一強制嚙合的形狀。這樣，手鐲又是基體通過其連接端口表面中的一 個連接的監視傳感器；為此目的，手鐲可包含一個或更多強制嚙合部分，例如插頭/插座配 對嚙合部分，用于與所述基體的各連接端口表面的連接。具體地，所述手鐲包含適于檢測病人的“心跳”，或更通常地檢測血壓的音調傳感 器。具體地，所述傳感器包含從手鐲形連接部分開始延伸的檢測表面。相似地，所述帶狀物具有傳感器的功能，并包含與所述基體連接的連接部分。具體 地，所述帶狀物包含至少一對檢測電極，該對檢測電極從所述連接部分開始延伸，以便測量 病人身體的阻抗。有利地，所述帶狀物和所述手鐲在長度上可調節，并可通過耦合部分與在所述連 接部分上制作的外殼連接，所述連接部分除了將帶狀物/手鐲緊固于病人之外，激活集成 傳感器的操作。可替換地，所述手鐲和/或所述帶狀物包含兩部分，該兩部分依靠快速可釋放緊 固工具互相連接。這樣，手鐲和/或帶狀物可容易且快速地進行調節并應用，而不阻礙病人 的運動。
參考附圖，本發明通過下面示范性但不是限制性的其示范實施例的描述更清楚， 其中-圖1示出根據該發明的傳感和/或致動結點或終端裝置的網絡的結點元件的基 礎配置，其包含傳感器的支持裝置；-圖IA示出根據該發明的圖1的傳感和/或致動結點或終端裝置的網絡的結點元 件的基體；-圖2示出基體中存在的必要組件的框圖；-圖3示出應用于病人以便監視例如生理參數的結點元件的網絡，全部元件具有 圖1的基礎配置；-圖4和5和各自的放大局部圖4B、4C和5A根據該發明示出適合連接傳感器和 /或致動器的強制嚙合工具，并且圖4A的放大圖根據該發明示出用于連接另外的擴展饋電 模塊的硬件類型連接；-圖6示出終端裝置的前視圖，該終端裝置包含側面安裝的支持裝置、傳感器和/ 或致動器以及應用于該終端裝置較低部分的電池元件；-圖7示出圖6的裝置的分解透視圖，然而其中供電電池不可見；-圖7A示出圖7的裝置在裝配配置中的透視圖；-圖8示出概略簡化圖，相對于圖1的概略簡化圖，該圖包含設置在傳感器和基體 之間的適配器元件或前端元件；-圖9示出圖8的裝置的前視圖，其中示出供電電池；
-圖10示出圖8和9的裝置的透視分解圖，其中不同的是供電電池沒有示出；-圖11示出圖10的裝置的裝配圖；-圖12示出集成的支持裝置，其相對于圖9中示出的裝置具有進一步的擴展元 件；-圖13示出在使用時位于基體和傳感器和/或致動器之間的適配器或前端元件的 必要組件的框圖；-圖14和14A示出傳感器和/或致動器內部結構部分的框圖；-圖15示出在使用時位于兩個相應的基體之間的橋接口元件的必要組件的框圖；-圖16和16A分別示出根據該發明的兩個相應基體之間的連接橋的裝配圖和分解 圖，而圖16B示出根據該發明的層疊形式的連接橋；-圖17示出通過圖16的連接橋集成的兩個基體的可能配置的框圖；-圖18示出開啟時基體的自配置步驟的框圖；-圖19示出基體怎樣識別模塊的連接的操作概略圖；-圖20示出模擬型識別工具的示范實施例的電路圖，該識別工具設置在基體和模 塊之間，該模塊從以下元件構成的集合中選擇傳感器和/或致動器、接口元件或橋連接元 件；-圖21示出圖19的示范實施例，該示范實施例擴展到其中模塊的存在的連接的識 別包括接口適配器元件或前端元件的情況，該接口適配器元件或前端元件設置在基體和傳 感器和/或致動器之間；-圖22示出描述模擬識別工具遵循的邏輯步驟序列的流程圖；-圖23示出數字識別工具遵循的邏輯步驟序列的相應流程圖；-圖24示出圖23的流程圖的方框中一個的所謂握手過程的概略簡化圖；-圖25示出包括兩個相應的基體之間的連接橋的進一步配置例子；-圖26示出圖25的圖的方框中一個的所謂握手過程的概略簡化圖，該握手過程在 連接橋的情況下實現；-圖27示出在連接面上配備的支持裝置，其中相應的傳感器和/或致動器具有或 沒有接口元件；-圖28和28A示出測量血壓的傳感器化的手鐲，該手鐲可固定到病人手腕，具體 地，兩張圖示出與基體的連接；-圖29示出圖28的手鐲的測量病人“心跳”的可能應用；-圖30示出基體和相對的電極傳感器的支持帶狀物；-圖31示出圖30的特定視圖，其中示出到基體的連接；-圖32示出圖30的帶狀物的可能應用，其應用于病人的軀體用以阻抗檢測。
具體實施例方式參考圖1和1A，示出傳感器和/或致動器的支持裝置，在可能的實施例中，所述傳 感器和/或致動器作為傳感器和/或致動器的無線網絡20 (在圖3中可見)的結點元件或 終端裝置10。具體地，終端裝置10的結構構造具有包含基體或基礎模塊1的獨特特性，如 圖IA中詳細示出，該基體或基礎模塊1具有多個面2，傳感器和/或致動器區塊/模塊3和供電區塊/模塊4安裝到所述多個面2。基體1的主要特性是通過添加如圖中所示進一步 的傳感器和/或致動器3和其它供電模塊4或擴展模塊來集成結點元件10的可能性。
圖IA示出優選平行六面體平坦形狀的基體1，該基體1具有四個基本矩形的延長 的連接面2，連接面2在每個矩形連接面2提供傳感器和/或致動器3之間的強制嚙合表此外，提供輔助模塊，例如設置在傳感器和/或致動器3與基體1之間的適配器元 件40或前端模塊，并提供擴展模塊50 (在圖12中可見)，例如顯示器、LED元件、存儲器擴 展等等，以及提供能夠將兩個基體1連接在一起的橋接口元件或橋模塊60 (在圖15中可 見)。此外，基體1在提供連接表面的任何面2包含強制嚙合工具54，該強制嚙合工具 54適合接收相應的傳感器和/或致動器3或適配器元件40或橋接口元件60。在優選示范 實施例中，強制嚙合工具54確保許多區塊之間的機電連接，并且此外制作強制嚙合工具54 以便允許針對用戶的直觀且容易的可達性。下面是詳細描述。另外，每個單獨的傳感器和/或致動器模塊或區塊3具有容易使用且簡潔的外觀， 因此終端用戶可無困難地裝配它而獲得具有要求的特性和功能性的最終裝置。此外，例如，可提供整個裝置10的可能蓋子，以便完全密封裝置10，因此它可以僅 在傳感器和/或致動器模塊3接觸病人21的身體(圖3中可見)。參考圖2，示出對于終端裝置10的功能性和堅固性必需的，而且可以是基體1的部 分的內部元件。具體地，這樣的元件包含含有微處理器(未示出)的控制單元5，存儲單元 6，該存儲單元6與控制單元5通信，并存儲多個配置參數、固件、數據，并且這樣的元件包含 無線通信工具7，該無線通信工具7適合構成使微處理器與遠程單元通信的無線傳感器網 絡(在圖3中示出)。此外，提供接口端口表面2、11，其分別允許與傳感器和/或致動器3或適配器元件 40的連接工具54的強制嚙合，但同樣允許與具有擴展元件50 (在圖12中示出)的橋接口 元件60和硬件連接11的連接工具54的強制嚙合。參考無線傳感器網絡20，圖3中示出的遠程單元包含其它基體1，其它的基體1具 有相應傳感器和/或致動器3和相對供電區塊4，以及適合與基體1交換信號的至少一個數 據控制單元30。具體地，基體1提供固定工具(未示出)，用于將它固定到支持表面，例如其生理參 數被監視的病人21 (在圖3中可見)，或在家庭自動化領域中固定到家用表面，以便測量溫
Ffr PfT十坐坐 /又、JiEyJ寸寸。圖3示出在衛生保健或家庭自動化領域適合測量生理參數或其它參數的結點元 件的網絡20的例子。具體地，網絡20包含基礎配置中的多個裝置10，所述裝置10根據一 個或更多病人21確定的監視點安置。根據圖1的概略圖，然后每個終端裝置10包含安裝在基體上的供電區塊4和至少 一個傳感器和/或致動器3，依靠傳感器和/或致動器檢測的對應參數，例如溫度、壓力、心 跳、呼吸等等。壓力檢測的特定情況參考圖28、28A和29描述。可配置基體1的可能方式允許獲得結點元件，該結點元件非常靈活而且可實施到 許多應用，尤其在監視生理參數領域。實際上，關于基體1的替換具有不同功能的傳感器和/或致動器3或與其集成的特性，以及多個基體1互相連接的可能性允許發展寬領域的解決方案。此外，每個基體1都用無線方式連接到同樣可由病人21佩帶的數據控制單元或 BCU 30，作為便攜裝置30’。數據控制單元30可用無線方式同樣連接到其它控制單元，例如便攜裝置30’，獲 得數據交換網絡31。僅關于B⑶30，它可包含基體1的相同組件，并通常可具有有線或無線類型的連 接36，從而連接到更強大的電子裝置，例如個人數字助理33、移動電話32或個人計算機34， 或通過連接37直接連接遠程服務器35。通常，BCU 30可具有大于基體1的尺寸，以便容納 更強大的供電模塊4，除非提供更傳統的電纜供電。根據網絡20的每個單獨基體1的操作，基體1與它物理連接的其它基體1或數據 控制單元30通信可能的優先級指數，該可能的優先級指數對網絡的每個單獨結點元件必 須傳輸的數據的相關性敏感。例如，在醫療領域，基體1可包含優先級高于具有溫度傳感器的基體的ECG傳感 器，該優先級可明顯取決于監視的病狀。反之亦然，缺少通信模塊表示基體1存在問題，或簡單表示傳感器和/或致動器3 的移除。在此情況下，數據控制單元30被信號通知以從讀取的數據的列表移除該基體1，直 到同樣由基體1可能發送信號通知狀態改變，并且開始新的初始化步驟。參考圖4和5，根據透視圖從上面和從下面分別示出基體1的視圖。參考圖4A，示出硬件連接11，該硬件連接11適合將基礎區塊1與擴展區塊50 (在 圖12中示出)集成，或用于將基礎區塊1與另一基礎區塊1連接，如圖16B中表示。具體 地，該硬件連接11設置在基體1的頂面上，并且在擴展模塊50 (在圖12中圖解可見)或在 另一基體1(在圖5中可見)上具有對應端口 14。這樣，嚙合部分11’和相應的協作部分 14’(在圖5中示出)不含糊地識別連接。此外，在基體1較低部分的端口 14具有供電觸 點16，用于連接一個或更多供電區塊4。圖4B、4C和5A描繪在基體1的面2上安排的確定的連接區域的放大圖，示出用來 幫助模塊的裝配步驟，并且用于避免安裝錯誤的強制嚙合工具54。具體地，強制嚙合工具54提供在圖4B中示出的凹口 12，該凹口 12與相應的緊固 齒8 (在圖7中可見)嚙合。這樣，用戶逐漸按壓緊固齒8從而移除先前插入基體1的傳感 器和/或致動器3。該示范實施例也用于在傳感器和/或致動器3’和前端40 (在圖10中 可見)之間的連接，或在基體1和前端40之間連接，或用于將橋元件60與兩個基體1 (在 圖16中可見)連接。此外，強制嚙合工具54提供凹槽12’，如放大圖4C中所示，該凹槽12’使連接獨 特，并幫助用戶安裝傳感器和/或致動器3。圖5A示出另外的元件12”，該元件12”使傳感器和/或致動器3或適配器元件40 或橋模塊60到基體1的連接獨特。具體地，元件之間的區別是，在基體1的拐角，距對必須 連接的模塊的類型敏感的接口端口 2的邊緣依次產生不同距離。更確切地，基體1可具有適合嚙合某些傳感器和/或致動器，而且然后嚙合具有預 定寬度的端口的類型，并且其它基體可具有適合嚙合其它類型傳感器和/或致動器，嚙合具有不同寬度的接口的類型。因此，假設獨特連接，前面的基體類型的傳感器和/或致動器 不能適配其它基體類型。強制嚙合工具54可分別為模塊/區塊的供電、為自動識別并為數字和/或模擬類 型的雙向數據通信提供許多連接針腳。同樣，硬件輸入端口 11包含分別針對模塊的供電的許多連接針腳，從而使優選同 步串行類型的數字通信成為可能，并從而允許基體1自動識別連接的區塊，以及從而通過 專用通信協議實施數據的雙向通信。圖6示出如圖1中概略示出的裝置的前視圖，包含電池元件4和傳感器和/或致 動器3分別連接的基體1。圖7和7A分別描繪裝置的分解和裝配的對應透視圖，沒有示出供電模塊4。在該 配置中，傳感器和/或致動器3具有配合存在于基體1的面2上的強制嚙合工具54的嚙合 部分48。此外，傳感器和/或致動器3具有緊固齒8。這樣，連接對于用戶非常容易且直 觀，因此連接不會錯誤發生，因為如果傳感器和/或致動器3’連接適配器元件40，如圖10 所示，相應強制嚙合工具54和嚙合部分48不互相配合。圖8示出配備適配器元件40或前端模塊的終端裝置10’的概略圖。具體地，如圖 9和10的分解圖所示，終端裝置10’分別提供基體1、前端模塊40、傳感器和/或致動器3’ 以及供電區塊4。圖9在前視圖中示出在圖8中概略示出的裝置的示范實施例。具體地，由于借助 相應供電觸點針腳16’在基體1下施加供電區塊4，因此供電區塊4在這里可見，而在圖10 的透視圖中，示出基體1、適配器元件40和傳感器和/或致動器3’。在該示范實施例中，傳 感器和/或致動器3’具有可嚙合前端模塊40的插頭嚙合部分46的插座嚙合部分48。這樣，無經驗的用戶不能在不需要接口元件40的情況下將傳感器和/或致動器3， 錯誤地直接連接到基體1。圖11示出裝配到單獨的終端裝置10’的上面描述的裝置，終端裝置10’是圖3的 監視網絡20的結點元件的進一步配置。在圖10和11中，沒有示出供電區塊4。圖12描繪終端裝置10”的前視圖，除圖9的部件之外，端裝置10”包含通過硬件 連接器11和對應端口 14(在圖5中詳細可見)連接的擴展模塊50。具體地，擴展模塊50 可從以下模塊組成的集合中選擇顯示器、計時器、計數器模塊、串行通信模塊、電池狀態監 視塊、存儲器擴展塊等等。圖13示出可在傳感器和/或致動器3’和基體1之間的強制嚙合工具54處固定 到基體1的適配器工具40或前端模塊。在前端模塊40中，至少必須存在下面的硬件組件微控制器41、信號調整區塊42、 模/數和/或數/模轉換器(ADC和/或DAC) 43、前端元件的識別工具45、與基體1接合的 輸入/輸出(I/O)接口端口 44，以及與傳感器和/或致動器模塊3’接合的至少一個接口端 口 46或輸入/輸出嚙合部分。具體地，識別工具45從以下工具構成的集合中選擇能夠測量物理量的模擬工 具，或數字工具，例如用專用通信協議操作的數字工具。這樣，微控制器41能夠驅動來自可能的傳感器和/或致動器模塊3’的信號，或指 向可能的傳感器和/或致動器模塊3’的信號，該傳感器和/或致動器模塊3’連接適配器元件40。此外，微控制器41驅動模塊識別部分和與基體1的通信。信號調整區塊42適合調節來自連接前端40的可能的傳感器和/或致動器模塊3’ 的信號。這樣的模塊可包含例如放大器、多路復用器、開關、數字電位計電路器具等等。關于前端模塊40的識別機構45，希望它在模塊中，因此基體1不含糊地識別它通 過接口端口 44連接的任何適配器元件40。通過傳感器和/或致動器3’的前端40執行相同過程，以識別它可連接哪個元件。圖14和14A分別示出傳感器和/或致動器模塊3’與傳感器和/或致動器模塊3， 具體地，它們包含傳感器和/或致動器47、輸入/輸出接口端口 48或48，，端口 48或48，是 分別將傳感器和/或致動器模塊3’和前端模塊40連接，以及將傳感器和/或致動器模塊3 和基體1直接連接的機電部分，并且與前面的情況相似，傳感器和/或致動器模塊3’和傳 感器和/或致動器模塊3包含識別機構49，以便為傳感器和/或致動器模塊3’識別，以使 模塊可用獨特方式識別在接口端口 48連接的傳感器和/或致動器3’的類型。具體地，取 決于前端模塊40是否必需，接口 48和48’的連接端口表面相互不同。在使用中的結構區 別在圖7和10中示出。圖15示出橋接口元件或橋模塊60的硬件組件，這些硬件組件是以下組件微控制 器81、橋模塊的識別工具85和與兩個基體1接合的輸入/輸出接口 84的兩個對應連接端 口表面。如在圖16和16A中可見，連接的進一步的可能性提供通過相應接口 84分別連接 兩個基體1的橋接口元件60 (在圖15中可見)。這樣，可能增加連接面2的數量，并因此增 加可連接的傳感器和/或致動器3的數量。此外，可能增加網絡20的每個單獨結點元件的 能力和/或功能性。橋模塊60和前端模塊40之間的主要區別，一方面在于如圖13和15描述的不同 組件，并且另一方面在于它們的結構方面，因為在前端40相同側上的相應部分13’，如圖10 所示，設置在橋接口 60的相反側，以便允許兩個基體1的連接。可替換地，如圖16B所示， 兩個基體1之間的連接可使用硬件連接11產生，具體地，將嚙合到在基體1較低部分上制 作的端口 11到端口 14組合(在圖5中可見)。圖17示出在兩個基體1之間通過橋元件60的可能的連接配置的框圖。具體地，每個終端裝置10都通常由在框圖中示出的以下模塊組成-基礎模塊1;-可以具有或不具有用于調節信號的適配器元件40的傳感器和/或致動器模塊3 或3，；-調節信號的前端模塊或適配器元件40；-供電模塊4(在圖中它稱為電源)；-能夠連接兩個基體1的橋模塊60；-能夠向基體1添加功能(存儲器、顯示器等等的擴展)的可能擴展模塊50。制作上面描述的區塊之間的連接和機電連接器54(在圖4和5中示出)，以便為用 戶確保“即插即用”的直觀過程和容易的可達性。具體地，許多模塊到基體1的連接通過首先連接至少一個供電模塊4，并然后在沒 有特殊順序的情況下連接其它模塊實現。獨特的連接通過允許在許多種連接的傳感器和/ 或致動器中進行區分的鍵鎖型機械接口(在圖4和5中詳細示出)來確保。在該連接，系統可由小型鍵開關開啟，或在第一電池插入時自動開啟。圖18示出描述在開啟后基體1遵循的邏輯步驟的流程圖。具體地，對存在于基體1中的微控制器5用確保終端用戶非常容易的使用和整個 系統的完全可配置性的代碼(固件)編程，該整個系統既是單獨結點10也是由許多單獨結 點組成的整個網絡20 (在圖3中可見)。特殊地，提供無線網絡中的單獨基體1的自配置系 統，其在前者開啟時觸發，并且提供連接到基體1的區塊的自配置系統。程序的流程圖，如圖18中概略示出，提供以下步驟1.開啟，S卩，連接第一電源模塊4，或轉換位于基體1上的開關；2.控制無線網絡的存在，并可能連接它；3.遵循以下描述的過程，控制其它連接到基體1的模塊的存在；4.將(網絡和連接的模塊的)狀態傳送到網絡協調器；5.等待源自協調器的命令；6.如果接收命令，就執行命令；7.開始睡眠模式，即，低功耗模式，并在某個時間后返回到步驟25。連接到基體的模塊的網絡狀態和配置狀態的變化包括專用中斷子例程，并且它從 上面描述清單的點2或3觸發程序的重啟動。在開啟系統時，基體1在基體1識別連接的單獨模塊和它們的功能期間開始起動 過程。由于它只是定義在板上提供的控制器的基礎參數，因此這樣的起動過程可看作微 處理器系統的標準。然后遵循一步驟，該步驟專用來起動基于確定的專用協議的無線電參 數。無線網絡上的數據更新步驟在起動步驟結束提供；在該階段期間，網絡20的每個 單獨基體1與其它基體1或數據控制單元30通信，告它連接的模塊以及根據網絡的每個單 獨結點都必須傳輸的數據類型的優先級的可能指數。圖19示出優選機構，根據該優選機構，基體1獲知先驗的未知類型的模塊存在于 接口的面2或11或14上的。該事件對應圖22的示圖的步驟26。具體地，部分64表示源 自基體1邊緣的兩個連接針腳64’和64”，而部分63表示兩個短路針腳63’和63”，該兩個 短路針腳存在于傳感器和/或致動器模塊3上，或存在于前端模塊40上，或存在于橋模塊 60上，以通過端口 2連接基體1，或存在于擴展模塊50上以通過端口 11或14連接基體1。 更準確地，端口 64是接口端口 2、11和14的子系統，而63是接口 44或48的連接端口表面 的子系統，或是橋模塊60的接口端口 44的子系統，或是擴展模塊50的接口端口 14的子系 統。連接70由底側上的連接器的部分64限定，因為針腳64’通過另一側上的連接器63短 路接地。然后，根據需要模擬型連接識別70的模塊和需要數字型連接識別70’的模塊之間 的區別，提供兩個不同的識別過程。具體地，該區別通過電容器65的容量估計，或通過連接 端口表面11或14而不是端口 2估計。在連接端口表面2連接的全部模塊執行第一模擬識別步驟，如圖22和25描述的， 該第一模擬識別步驟基于電容器65的容量的不同值。更復雜的模塊，例如在圖23和24中 描述的需要數字識別機構的擴展模塊50可僅在端口 11或14連接，并且然后不需要電容器 65，以便基體1的微處理器5 (在圖2中可見)獲知要執行的模擬或數字識別過程。
圖23示出模塊的模擬識別步驟70，因為該步驟70在連接成功時通過電容器65的 由基礎模塊1的針腳激活的自動充電和自動放電的處理執行。在電容器65上的電壓必需 降低到低于某閾值時，通過基礎模塊1的輸入針腳61檢測和測量放電、處理。在屬于同種 連接70的兩個不同模塊之間區分的容量，通過安裝在不同模塊上時的電容器65的不同容
量值實現。圖21示出存在于基礎區塊1中的微控制器5和存在于前端模塊40中的微控制器 41可怎樣使用最小數量的電氣連接，同時實現出現通過接口 46和48的傳感器和/或致動 器3’和前端模塊40之間的“連接狀態”。一旦被識別，那么微控制器41驅動相似于圖20 中示出的過程，然而其中電容器65在此情況下處于連接前端模塊40的傳感器模塊3’上， 并且電容器65的充電和放電由存在于前端模塊40中的微控制器41操作。一旦實現識別， 那么微控制器41向微控制器5數字地通信傳達連接的傳感器和/或致動器3’的性質。在 此情況下，通過經基體1的針腳64操作的電容器(未示出)的充電，基礎模塊1發信號通 知前端模塊40開始配置步驟，該配置步驟由在前端模塊40上插入的微控制器41操作。一 旦識別配置開始信號(電容器被充電)，那么微控制器41進展到開始關于連接的傳感器和 /或致動器的相似充電和放電過程。缺少連接前端模塊40的傳感器和/或致動器3’表示錯誤狀況，通過如圖21中所 示配置的合適數字線路向基體1發送信號告知該錯誤狀況；該線路的狀態改變向基體1發 送信號告知已經解決錯誤狀況。圖22示出許多傳感器和/或致動器3與前端模塊40的模擬識別過程采用的邏輯 步驟的序列流程圖，如上所述。圖23示出數字識別過程由擴展模塊60的基體1操作，或由在所述基體1的連接端 口表面11和/或14連接的其它基體1操作時采用的邏輯步驟的序列流程圖。上面描述的 流程圖中圖解的解決方案提供在單線上執行的所謂握手步驟，該單線專用于兩個模塊之間 的數字識別。具體地，基體1激活針腳，該針腳配置為輸出，連接到配置為“硬件”模塊或擴 展模塊50的輸入的針腳，在用識別連接的模塊的類型的一位連續(a bit succession)響 應之前，該“硬件”模塊或擴展模塊50將在其上已經接收信號的針腳轉變為輸出針腳。相 似地，基體1在確定時間后將它的輸出針腳轉變為輸入針腳，用于接收消息。針腳的接下來 的轉變允許基體1用進一步脈沖的確認正確收到消息。整個通信處理通過基體1生成的時 鐘信號同步，而且由標識符專用于在接口端口 11或14上連接的模塊50的針腳發送。圖24概略圖解上面描述的所謂握手步驟的數據流，如圖23中表示的，該握手步驟 識別與基體1的連接端口表面11或14嚙合的擴展模塊50或其它基體1。在此情況下，與 前面情況相同，模擬識別是不充分的，因為它們是許多不同種類的裝置，例如顯示器、外部 存儲器、多種接口元件，等等，這些不同種類的裝置可能需要復雜的通信協議，以便與基體1通信。參考圖25，示出表示橋區塊/模塊60的識別步驟的流程圖。圖26詳細示出所謂握手步驟期間的數字數據流，如圖25的流程圖中表示的。在 此情況下，橋模塊60通過同樣在圖16中示出的接口 2的相應連接端口表面連接兩個基體 1。如圖25中表示的，一旦橋區塊60由它連接的兩個基體1識別，那么握手過程開始，其中 由橋區塊60給予兩個基體1作為主機72的功能，即，經無線電獲得和傳輸全部數據，以及作為從機71的功能，即，通過橋60從主機72獲得數據和向主機72傳輸數據。圖27示出基體1，在全部連接面2上的相應傳感器和/或致動器3’和3在具有 或沒有前端40幫助的情況下分別連接該基體1。該解決方案具有若干優點，例如用連接基 體1的具有不同功能的其它模塊替代傳感器和/或致動器3的可能性，以及為醫療和/或 家庭自動化領域中的任何監視和/或操作功能提供許多其它配置的可能性。具體地，在醫療領域中，選擇固定工具，例如可固定到病人的手腕90(圖29)的手 鐲80 (圖28和28A)，或可固定到病人21的軀干(圖32)的帶狀物100 (圖30和31)。兩種類型的固定工具都用來監視/測量病人的生理參數。在圖28和28A的例子中，手鐲80具有適合檢測病人的“心跳”，或更普遍地檢測血 壓的傳感器的功能。那么在結構上，手鐲包含內部監視傳感器84和連接部分81，基體1通 過連接端口 54中的一個連接連接部分81 (圖28A)。更準確地，用于與基體1連接的強制嚙 合連接部分81具有與基體1的連接端口 54嚙合的緊固齒8。更詳細地，傳感器84包含檢測平面84，(沒有詳細示出)，該檢測平面84，從連接 部分81伸出，并且在使用中接觸病人的橈動脈(radialartery)。這樣，對傳感器1和其它 可能的傳感器和/或致動器的基體1的應用容易且有效，并允許按要求修改裝置。除模塊 化之外，進一步的優點是尺寸與已知裝置相比更緊湊，以使病人可容易攜帶手鐲甚至更長 時間。相似地，如圖30所示，帶狀物100包含用于檢測生理參數的傳感器，并且與手鐲80 的情況相同，包含與基體1連接的連接部分105，如圖31中詳細示出，該連接部分105適合 將傳感器電氣連接到基體。具體地，傳感器是一對檢測電極102和104，依靠相應線纜101 和103有線連接到連接部分105，用于測量病人21的病人身體的阻抗，如在圖32中可見的。在可能的實施例中，帶狀物100和手鐲80可以在長度上可調，并且與外殼(未示 出)的相互耦合可在相應連接部分80和105上提供，該連接部分80和105如果存在，則除 將帶狀物/手鐲緊固到病人之外，還操作傳感器。在進一步的示范實施例中，手鐲80和帶狀物100可由借助快速可釋放緊固工具互 相連接的兩部分構成。這樣，可調節它們以便容易且快速適合和病人21的手腕90或軀干， 而不妨礙或阻礙病人的運動。根據概念上的觀點，特殊實施例的前面的描述如此完全展現該發明，因此通過應 用當前知識，其它人能夠為各種應用修改這樣的實施例和/或使這樣的實施例適合各種應 用，而無需進一步研究且不背離該發明，并且因此要理解的是，必須認為這樣的調整與修改 是特殊實施例的等效物。實現在此描述的不同功能的工具和材料可具有不同性質而不因為 此原因背離該發明的領域。要理解的是在此采用的措辭或術語為描述目的而不是為了限 制。
權利要求
1.一種針對傳感和/或致動結點的網絡的結點元件的傳感器和/或致動器的支持裝 置，包含-具有多個面的基體，至少一個傳感器和/或致動器和供電區塊可應用于所述基體；-將所述基體固定到支持表面的固定工具；-在所述基體中，包含微處理器或微控制器的控制單元；“在所述基體中的存儲單元，所述存儲單元與所述控制單元通信，并適合存儲多個配置 參數、固件和數據；_適合構成無線傳感器網絡的無線通信工具，所述無線傳感器網絡使所述微處理器與 遠程單元通信，所述遠程單元包含具有相應傳感器和/或致動器以及適合與所述基體交換 信號的至少一個數據控制單元的其它基體， 其特征在于所述基體的至少兩個面是相應傳感器和/或致動器的連接面，并且在于 所述基體包含“強制嚙合工具，用于在所述傳感器和/或致動器與所述基體的所述連接面之間構成 強制嚙合；_在所述強制嚙合工具的接口工具，用于在所述傳感器和/或致動器與所述控制單元 之間構成接口；_識別工具，用于識別通過所述強制嚙合工具和所述接口工具連接到所述基體的確定 的傳感器和/或致動器。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中所述無線通信工具設置在所述基體內。
3.根據權利要求1所述的裝置，其中所述基體具有平坦形狀，具體是平行六面體形狀， 所述平行六面體形狀具有四個基本矩形的延長連接面，其中構成所述傳感器和/或致動器 之間的強制嚙合的所述強制嚙合工具中的至少一個提供在所述矩形連接面中的一個上。
4.根據權利要求1所述的裝置，其中提供可由所述強制嚙合工具固定在所述連接面上 的適配器元件或“前端”元件，所述前端元件提供與至少一個對應傳感器和/或致動器的強 制嚙合連接，其中所述適配器元件包含下面元件中的一個或其結合-包含微處理器或微控制器的控制單元； -信號調整儀器； -模/數或數/模轉換器； -與所述基體接合的接口； -識別裝置；-與所述傳感器和/或致動器接合的接口。
5.根據權利要求1所述的裝置，其中提供橋接口元件，其分別使至少兩個基體互相連 接，以便增加所述連接面的數量，并因此增加可以連接的所述傳感器和/或致動器的數量， 其中所述橋接口元件包含下面元件中的一個或其結合-包含微處理器或微控制器的控制單元； _與第一基體接合的第一接口； -識別裝置；-與第二基體接合的第二接口。
6.根據權利要求1所述的裝置，其中所述基體包含適合連接到所述基體的輔助外部裝 置的至少一個硬件輸入端口，所述輔助外部裝置具體是例如顯示已經由傳感器測量的參數 的顯示器或存儲器擴展裝置，具體地，所述硬件輸入端口提供在所述基體的頂面和/或較 低面。
7.根據權利要求1所述的裝置，其中在所述基體上提供與所述連接面中的一個可嚙合 的至少一個電池元件，具體地，所述電池元件適合向具有相應傳感器和/或致動器的所述 基體供電、向任何前端元件供電、向任何橋接口元件供電，以及向任何輔助外部裝置供電， 具體地，提供工具，用于在所述基體的所述頂面和/或較低面上嚙合所述電池元件。
8.根據權利要求1所述的裝置，其中所述強制嚙合工具具有特殊幾何形狀，以便阻止 用戶做出的錯誤嚙合。
9.根據權利要求1所述的裝置，其中所述識別工具從以下工具構成的集合中選擇-能夠測量物理量的模擬識別工具；-數字識別工具。
10.根據權利要求1所述的裝置，其中所述識別工具在所述控制單元中提供起動工具， 從而識別從以下裝置構成的集合中選擇的裝置是否插入所述基體所述傳感器和/或致動 器、所述前端元件、所述橋接口元件、輔助外部裝置，并從而起動確定的模擬和/或數字對 話處理。
11.根據權利要求9所述的裝置，其中所述模擬識別工具測量電容器的預定容量或無 源電路元件的其它物理特性，以便不含糊地識別所述傳感器和/或致動器，或連接到所述 基體的所述適配器元件或所述橋接口元件，比較所述容量或所述其它物理參數與預定值。
12.根據權利要求1所述的裝置，其中將所述基體固定到支持表面的所述支持工具集 成在從以下位置構成的集合中選擇的位置中在所述基體上、在所述傳感器和/或致動器 中、在所述適配器元件中、在所述橋接口元件中。
13.根據權利要求1所述的裝置，其中所述固定工具在醫療領域中從以下工具構成的 集合中選擇-手鐲，具體可在手腕固定到病人的手臂；-帶狀物，具體可固定到病人軀干；其中所述手鐲和/或所述帶狀物的部分在一個或更多連接面通過所述強制嚙合工具 連接所述基體。
14.根據權利要求13所述的裝置，其中所述手鐲具有傳感器的功能，并包含連接部分， 所述連接部分具有與所述基體的連接面中的一個強制嚙合的形狀，具體地，所述手鐲包含 適合檢測病人的“心跳”，并更通常地檢測血壓的音調測量傳感器。
15.根據權利要求13所述的裝置，其中所述帶狀物具有傳感器的功能，并包含與所述 基體連接的連接部分，具體地，所述帶狀物包含從所述連接部分開始延伸的至少一對檢測 電極，用于測量所述病人身體的阻抗。
全文摘要
一種針對傳感器和/或致動器的無線網絡的節點元件或終端裝置(10)的傳感器和/或致動器的支持裝置，該支持裝置包含具有多個面(2)的基體或基礎模塊(1)和供電區塊/模塊(4)，傳感器和/或致動器模塊或區塊(3)安裝到所述面(2)。基體(1)的主要特性是向節點元件(10)添加另外的傳感器和/或致動器(3)和適配器元件、橋接口元件(60)或擴展模塊(50)的可能性。基體(1)可具有多個連接面(2)，多個連接面(2)具有允許裝配上面描述的模塊的強制嚙合工具(54)。強制嚙合工具(54)確保許多模塊之間的機電連接，并且此外有助于針對用戶的簡單且直觀的可達性。
文檔編號A61B5/00GK102006820SQ200980113257
公開日2011年4月6日 申請日期2009年4月16日 優先權日2008年4月18日
發明者A·米蘇里, A·馬澤奧, M·瓦泰羅尼, P·瓦爾達斯特里, S·斯卡佩拉托, V·彭薩貝內 申請人:W.I.N.-無線綜合網絡公司