Настоящее изобретение относится к способам и устройству для передачи энергии и данных, а более конкретно, к способам питания устройств, подключенных к телу человека, и к обмену информацией между устройствами.

Небольшие портативные электронные устройства сегодня стали обычным явлением. Небольшие портативные устройства, обычно используемые людьми сегодня, включают наручные часы, радиоприемники, устройства связи, например пейджеры и сотовые телефоны, а также персональные помощники по работе с данными (КПК), и это лишь некоторые примеры устройств. По мере совершенствования технологий производства электроники требования к массе и потребляемой мощности многих небольших портативных устройств снизились. При этом возможности устройств увеличились. В результате теперь можно питать многие небольшие электронные устройства, включая часы, аудиоплееры, персональные помощники по работе с данными, портативные компьютеры и т. Д., С относительно небольшой мощностью.

Учитывая небольшой размер и портативность многих современных портативных электронных устройств, люди начали носить их на теле.Например, наручные часы носят людей на руках, пейджеры и КПК носят на поясах людей, а небольшие дисплеи иногда надевают на головные уборы.

В результате переноса нескольких портативных электронных устройств часто возникает значительная избыточность в отношении устройств ввода / вывода, включенных в портативные устройства, используемые одним человеком. Например, часы, пейджер, КПК и радио могут включать в себя динамик. Чтобы уменьшить избыточность устройств ввода / вывода, было предложено объединение в сеть портативных электронных устройств. Путем обмена данными, например, как часть сети, одно устройство ввода или вывода данных может использоваться несколькими портативными устройствами, что устраняет необходимость для каждого из портативных устройств иметь одно и то же устройство ввода / вывода.

При попытке объединить портативные устройства в сеть были предприняты различные подходы. Использование радиосигналов (RF), инфракрасных (IR) сигналов связи и сигналов внутрикорпоративной связи ближнего поля является примерами различных сигналов, которые были предложены для использования в сетевых портативных устройствах. Радиосигналы между устройствами могут вызывать помехи. Кроме того, радиоустройства могут быть дорогими в реализации и, как правило, потребляют относительно большое количество энергии. Кроме того, декодирование передаваемой информации другим человеком и управление устройством другого человека возможно с помощью RF, что вызывает беспокойство по поводу безопасности и конфиденциальности. Инфракрасные коммуникационные сигналы представляют те же проблемы конфиденциальности, что и радиочастотные сигналы, но при этом подвергаются дополнительным ограничениям с точки зрения тенденции многих объектов, например непрозрачных объектов, блокировать передачу инфракрасных сигналов.Сигналы внутрикорпоративной связи ближнего поля представляют собой относительно новую и все еще в значительной степени неразвитую область передачи сигналов.

В случае одной внутрикорпоративной системы связи ближнего поля обмен информацией между электронными устройствами на теле человека или рядом с ним осуществляется посредством емкостной связи токов пикоампера через человеческое тело человека.

Несмотря на то, что была проделана некоторая работа по минимизации избыточности, которая существует в устройствах ввода / вывода данных, в портативных устройствах, часто используемых одним человеком, все еще остается место для улучшений в способах передачи информации между портативными устройствами. Кроме того, некоторые носимые устройства не достаточно велики, чтобы иметь какой-либо интерфейс; например, серьги.

В отношении питания портативных устройств еще многое предстоит сделать. Для работы портативных электронных устройств часто используется питание от батарей. Аккумуляторы имеют ограниченную способность аккумулировать энергию. В результате батареи необходимо периодически заменять или, если они перезаряжаемые, заряжать.Необходимость замены или перезарядки батарей серьезно ограничивает известные портативные устройства с батарейным питанием. Замена батарей обычно включает физическое извлечение текущего комплекта батарей и замену их новым комплектом батарей. Подзарядка аккумуляторов обычно включает в себя подключение портативного устройства к зарядному устройству, тем самым ограничивая портативность устройств до завершения повторной зарядки или, альтернативно, замену заряженного аккумуляторного блока на аккумуляторный блок, включающий в себя батареи, которые необходимо перезарядить.

Замена батарейных блоков, замена батарей и / или подзарядка батарей путем подключения портативного устройства представляет неудобство с точки зрения времени, затрачиваемого пользователем, выполняющим операцию замены батарей или операцию подзарядки. Во многих случаях это также означает перерыв в работе, то есть часто во время операции замены батареи или перезарядки устройство не может использоваться или его портативность ограничена.

До настоящего изобретения проблемы с питанием портативных устройств в основном были сосредоточены на улучшении качества батарей, снижении количества энергии, требуемой портативным устройством для работы, и / или обеспечении резервных источников питания, например, для разрешения замена батарей без прерывания работы.

Хотя недавние улучшения в батареях и энергопотреблении устройств увеличили количество времени, в течение которого портативные устройства могут работать до того, как потребуется перезарядка или замена батарей, необходимость периодической подзарядки или замены батарей в портативных устройствах остается областью, в которой могут быть сделаны улучшения. В частности, существует потребность в облегчении выполнения перезарядки батарей, предпочтительно без необходимости прерывания работы устройства или резервных батарей внутри устройства. Также существует потребность в отказе от батарей, по крайней мере, в некоторых портативных устройствах, тем самым уменьшая вес портативных устройств, что облегчает их ношение в течение продолжительных периодов времени.

Настоящее изобретение направлено на способы и устройства для распределения энергии устройствам, подключенным к человеческому телу.Изобретение также направлено на способы и устройства для передачи информации, например данных и сигналов управления, устройствам, подключенным к человеческому телу.

В соответствии с настоящим изобретением человеческое тело используется как проводящая среда, например, автобус, по которому распределяется энергия. Информация, например данные и сигналы управления, также могут распространяться по телу человека в соответствии с настоящим изобретением. Чтобы избежать необходимости в цифровых схемах, например, в устройствах вывода звука, некоторые из передаваемых сигналов могут быть аналоговыми сигналами. Например, аналоговые аудиосигналы могут передаваться на динамик, используя человеческое тело в качестве средства связи, посредством которого передается аудиосигнал.

В соответствии с изобретением мощность распределяется путем подключения источника энергии к телу человека через первый набор электродов. Одно или несколько устройств, для которых требуется питание, например периферийные устройства, также присоединяются к человеческому телу через дополнительные наборы электродов. Устройства могут быть, например, динамиком, дисплеем, часами, клавиатурой и т. Д. В качестве источника питания может использоваться импульсный сигнал постоянного или переменного тока. Используя несколько сигналов источника питания с разными частотами, можно выборочно запитывать разные устройства. Например, сигнал 100 Гц может использоваться для питания первого устройства, а сигнал 150 Гц может использоваться для питания второго устройства. Цифровые данные и / или другие информационные сигналы, например аудиосигналы, могут модулироваться в сигнале мощности с использованием методов частотной и / или амплитудной модуляции. Источник питания и периферийные устройства могут взаимодействовать, образуя полную компьютерную сеть, в которой корпус служит шиной, соединяющей устройства вместе. Устройства могут включать в себя дополнительные батареи, один или несколько процессоров, схемы приема / передачи и / или схемы ввода / вывода. В одной конкретной примерной реализации сети первое устройство, которое должно быть размещено на теле, работает как ведущее устройство, например, ведущее устройство шины, а впоследствии добавляемые устройства работают как ведомые. В соответствии с изобретением сигналы питания и / или связи могут также передаваться от одного тела к другому посредством прикосновения.

Предлагаемые способы настоящего изобретения позволяют использовать целый новый класс носимых устройств. Эти устройства не имеют прямого интерфейса, а вместо этого используются в качестве реле для сбора и передачи информации пользователю. Например, серьги, которые можно использовать для измерения частоты пульса человека или даже для передачи звука в ухо через телефон, который носит на поясе человека.Запрограммировать серьгу напрямую было бы довольно громоздкой задачей; однако параметры серег можно настроить с помощью другого устройства, которое достаточно велико и имеет соответствующий пользовательский интерфейс для ввода данных. Пользователь может использовать это устройство для управления громкостью сережек или для управления другими функциями этого устройства. Эта концепция может быть распространена на многие другие подобные устройства, которые носят на теле: украшения, часы и очки, и это лишь некоторые из них.

Поскольку устройства по настоящему изобретению объединены в сеть, они могут заряжаться и питаться от других устройств в сети. Преобразователи кинетики в мощность могут использоваться в этой сети для поддержания мощности этой сети. Кинетические преобразователи в обуви и наручных часах могут использоваться для преобразования кинетической энергии пользователя в электрическую энергию и распределения этой энергии по остальной части сети. Это еще одно свойство, которое отличает устройства по настоящему изобретению от других сетей, таких как RF или IR.

Многочисленные дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут обсуждаться в подробном описании, которое следует ниже.

ИНЖИР. 1 иллюстрирует примерную систему по настоящему изобретению, в которой тело человека используется в качестве шины для распределения энергии и информации между различными устройствами, подключенными к телу человека.

ИНЖИР. 2 — блок-схема примерной системы, показанной на фиг. 1 .

ИНЖИР. 3 иллюстрирует два из устройств, показанных на фиг. 2 более подробно.

ИНЖИР. 4 иллюстрирует примерное портативное устройство, реализованное в соответствии с настоящим изобретением.

ИНЖИР. 5 иллюстрирует содержимое памяти, включенное в модуль связи / питания, реализованный в соответствии с настоящим изобретением.

ИНЖИР. 6 иллюстрирует схему устройства, которая может использоваться для реализации портативной компьютерной системы, соединенной с корпусом, в соответствии с настоящим изобретением.

Как обсуждалось выше, настоящее изобретение направлено на способы и устройства для распределения энергии устройствам, подключенным к человеческому телу. Изобретение также направлено на способы и устройства для передачи информации, например данных и сигналов управления, устройствам, подключенным к человеческому телу.

ИНЖИР. 1 иллюстрирует систему 10, реализованную в соответствии с настоящим изобретением. Система 10 содержит множество портативных устройств 20 , 22 , 24 , 26 , 28 , 32 и 30 , которые соединяются вместе человеческим телом 11 . Портативные устройства включают в себя портативное компьютерное устройство 20 , пейджер 22 , клавиатуру 24 , дисплей 26 , устройство 28 ввода звука, устройство 30 воспроизведения звука и источник 32 питания . Каждое из устройств соединено с телом человека парой электродов. Обычно электроды помещают в физический контакт с кожей с некоторым пространством между каждым из электродов в паре электродов.

Мощность и / или информация могут передаваться между портативными устройствами 20 , 22 , 24 , 26 , 28 , 32 и 30 с использованием корпуса 11 в качестве проводящей среды. Передаваемые сигналы могут включать как аналоговые, так и цифровые сигналы. Аналоговые сигналы могут быть особенно полезны для передачи аудиоинформации, например, на устройство 30 воспроизведения звука . Как будет описано ниже, устройство30 воспроизведения звука может быть реализовано как пьезоэлектрический динамик, который может напрямую преобразовывать принятый сигнал звуковой частоты в звуковые звуковые сигналы.

Как показано на фиг. 1, портативные устройства, реализованные в соответствии с настоящим изобретением, могут быть установлены на теле в широком диапазоне мест. При желании их можно реализовать так, чтобы они отображались как обычные объекты.

Портативное компьютерное устройство 20 показано установленным на поясе. Портативное компьютерное устройство 20 при желании может быть реализовано как обычный помощник по работе с персональными данными (КПК). Устройство 22 пейджера также показано как устройство, установленное на поясе. Учитывая обычное ношение пейджеров на поясе, пейджер 22 может быть спроектирован так, чтобы выглядеть как обычное пейджерное устройство.

Устройство 30 воспроизведения звука показано установленным в ухе. В качестве альтернативы его можно закрепить на коже возле уха или на другой части тела. Таким образом, устройство 30 воспроизведения звукаможет быть спроектировано так, чтобы оно выглядело как современный слуховой аппарат.

Клавиатура 24 показана установленной на руке. Это положение позволяет легко достать рукой другой рукой. Его также можно легко скрыть за манжету или рукав рубашки. Устройство 26 отображения удобно устанавливается на запястье. Устройство 26 отображения может быть выполнено с использованием ЖК-дисплея и установлено в корпусе с браслетом. Корпус может быть аналогичен по размеру и форме обычным корпусам для часов, которые используются сегодня. Таким образом, при желании устройство 26отображения может выглядеть как обычные часы. Устройство 28 ввода звука, которое включает в себя, например, микрофон, также реализовано как устройство, закрепленное на запястье, на фиг. 1 вариант. При желанииустройство 28 ввода звука может быть реализовано как часть, например, браслета.

Блок питания 32 показан установленным на опоре 13 . Блок питания можно установить в подошве пары обуви или ботинка. Соответственно, источник 32питания также может быть реализован таким образом, чтобы его было легко скрыть. Вес, связанный с батареями, используемыми в источнике питания, предназначенном для питания нескольких устройств, может сделать ноги или поясницу удобными для установки устройств питания. При установке на ногу простая смена обуви может служить заменой источника питания для различных устройств 20 , 22 , 24 , 26 , 28 , 30 .

В соответствии с настоящим изобретением портативные устройства, установленные на теле человека, взаимодействуют, образуя полную персональную сеть. Такая сеть и устройства, составляющие сеть, теперь будут обсуждаться более подробно со ссылкой на фиг. 2 .

Как показано на фиг. 2 корпус 11 служит шиной для соединения портативных устройств 20 , 22 , 24 , 26 и 30 вместе. Портативные устройства в соответствии с настоящим изобретением могут передавать и принимать мощность, а также передавать и принимать информацию, например сигналы связи. По причинам стоимости может быть желательно реализовать некоторые устройства с ограниченным набором этих возможностей. Например, может оказаться рентабельным спроектировать аудиоустройство так, чтобы оно принимало только информационные сигналы. В качестве альтернативы может быть желательно реализовать устройство, которое может потреблять питание от шины 11, но иначе не взаимодействовать с другими устройствами в сети.

На фиг. 2 портативные устройства с первого по N-е, например устройства 20 ,24 , 26 , каждое включает в себя модуль связи / питания 21 , 21 ‘, 21 ″ и схемы23 , 23 ‘, 23 ″ устройства. Модуль 21 связи / питания отвечает за взаимодействие с другими устройствами в сети 10 , связь с ними и прием / отправку энергии по шине 11 . Схема устройства 23 , 23 ‘, 23 ″ представляет собой схему, которая реализует определенные функции, для поддержки которых предназначены портативные устройства 20 , 24 , 26 . Путем сегментирования функций связи / питания от других функций устройства можно разработать стандартный модуль связи / питания для поддержки многих различных типов схем устройства. Кроме того, производитель схем устройства может быть изолирован от проблем, связанных с конструкцией модуля связи / питания. Таким образом, интерфейс устройства может быть стандартизирован, при этом производители схем устройства должны просто соблюдать требования интерфейса, не заботясь о том, каким образом в конечном итоге подается питание или каким образом сигналы передаются по шине 11 .

Портативное устройство M 22 , например пейджер, является примером устройства, которое может быть реализовано так, что оно не поддерживает прием или передачу сигналов мощности по сети, но которое включает в себя модуль 25 связи для передачи информации по шине. 11 . Схема 27устройства может включать в себя источник питания, например аккумулятор или солнечный элемент, для питания портативного устройства M.

Портативное устройство Z, например устройство 30 вывода звука , является примером сетевого устройства, которое способно принимать сигналы и использовать принятые сигналы без модуля связи / питания. Схема 29устройства может быть пьезоэлектрическим динамиком с выводами, подключенными непосредственно к шине 11 . Электрические сигналы, например сигналы звуковой частоты, передаваемые по шине 11 , преобразуются непосредственно в звуковые звуковые сигналы пьезоэлектрическим элементом динамика 30 без необходимости в дополнительных схемах интерфейса. Таким образом, динамик 30 может быть реализован как очень маленькое устройство с очень небольшим весом. Сигналы звуковой частоты могут передаваться на динамик 30 как аналоговые, а не цифровые сигналы.

ИНЖИР. 3 иллюстрирует часть 29 системы 10 , которая включает портативный пейджер 25 и устройство 30 вывода звука . Системная часть 29иллюстрирует, как информация, например звуковые сигналы, может передаваться на устройство 30 воспроизведения звука , которое не включает в себя внутренний источник питания, через корпус 11 .

На фиг. 3, устройство 30 воспроизведения звука содержит пьезоэлектрический динамик 29 , подключенный к шине 11 через два электрода 35 , 37 .

Устройство 22 пейджера содержит модуль 25 связи и схему 27 устройства .Модель 25 связи включает в себя аккумулятор 24 , повышающий преобразователь 26 и переключающий генератор 28 . Аккумулятор 24 служит источником питания для модуля 25 связи . Батарея 24 может быть, например, маленькой батареей часового типа с относительно низким выходным напряжением, например 1-5 вольт. Повышающий преобразователь 26 используется для повышения напряжения, обеспечиваемого аккумулятором 24, до уровня, достаточно высокого для использования для передачи сигналов по телу 11 . В проиллюстрированном примере сигнал 3 В повышается до 80 В. Сигнал 80 вольт поступает на вход переключающего генератора 28 . Импульсный генератор 28 выдает, в зависимости от варианта осуществления, либо прямоугольный сигнал, либо синусоидальный сигнал, частота которого определяется входным сигналом управления частотой. На фиг. 3 вариант, частотный диапазон генератора 28соответствует части слышимого частотного диапазона. Вход управления частотой обеспечивается схемой 27 устройства пейджера .

Схема 27 устройства пейджера включает в себя антенну 32 , приемник 34 , управляющую логику 22 , дисплей 38 , память 40 и источник питания, например аккумулятор 41 . В различных реализациях одна и та же батарея 41или 24 используется для питания как модуля 25 связи, так и схемы 27устройства .

Пейджер 22 принимает сообщения, например телефонные номера и / или другие короткие текстовые сообщения, через антенну 32 . Сигналы, принятые антенной 32 , фильтруются и демодулируются / декодируются приемником34 . Затем сообщения передаются в логику управления 22 . Управляющая логика 22 может быть реализована, например, как ЦП, работающий в соответствии с инструкциями, например управляющими программами, хранящимися в памяти 40 . Память 40 может также включать номер пейджера, используемый для идентификации сообщений, соответствующих конкретному устройству пейджера.

Когда логика управления принимает сообщение, которое включает в себя номер пейджера, хранящийся в памяти 40 , она отображает сообщение, например номер телефона, на дисплее 38 . В дополнение или в качестве альтернативы, он отправляет сигнал на переключающий генератор 28,заставляя генератор 28 выводить один или несколько аудиосигналов.Звуковые сигналы, генерируемые генератором 28, могут быть просто тональным сигналом, указывающим на получение сообщения, или, альтернативно, аудиоверсией сообщения. Электрические сигналы, генерируемые переключающим генератором 28 , поступают в корпус 11через выходные транзисторы 30 , 31 и электроды 39 , 41 .

Пьезоэлектрический динамик 30 реагирует на электрические сигналы в части диапазона звуковых частот. Таким образом, электрические звуковые частотные сигналы, подаваемые на тело 11 через пейджер 22 , преобразуются в акустические сигналы, которые может слышатьпользователь системы 10 . Поскольку электрические аудиосигналы передаются через тело в динамик 29 , эти сигналы не могут быть легко перехвачены или обнаружены людьми или устройствами, расположенными поблизости. Кроме того, путем установки динамика 29 в ухе пользователя или рядом с ним возможность подслушивания акустических звуковых сигналов также сводится к минимуму. Соответственно, система по настоящему изобретению позволяет пользователю принимать и слышать звуковые сообщения способом, который трудно обнаружить находящимся поблизости людям и который, следовательно, может использоваться даже во время собраний.

ИНЖИР. 4 является блок-схемой первого портативного устройства 20 , на котором подробно показаны компоненты модуля питания связи. Как обсуждалось ранее, портативное устройство 20 включает в себя модуль 60связи / питания и схему 76 устройства .

Модуль связи / питания включает в себя модуль 79 передачи , модуль 64приемника , схему 65 интерфейса шины , память 63 , логику 66 устройствасвязи / управления , интерфейс 74 устройства , схему 68 управлениямощностью, устройство 72 накопления энергии и схему контроля накопителя энергии. 70 .

Интерфейс 60 шины отвечает за взаимодействие между корпусом 11,который используется в качестве шины питания и связи, и схемой модуля 60связи / питания . Соответственно, как силовые, так и информационные сигналы передаются и принимаются через шинный интерфейс 65 .Интерфейс 74 устройства отвечает за соединение компонентов модуля связи / питания со схемой 76 устройства . Интерфейс 74 устройствавключает в себя как информацию, например, межсоединение связи (COM), так и межсоединение питания. Интерфейс 74 устройства может быть стандартизирован, например, с использованием общего разъема, чтобы позволить использовать множество различных схем 76 устройства с одним и тем же интерфейсом 74 устройства .

Логика 66 устройства связи / управления может быть реализована с использованием ЦП, который выполняет одну или несколько программ управления. Подпрограммы управления и другие данные хранятся в памяти63, которая связана с логической схемой 66 устройства .

Помимо связи с памятью 63 , логическая схема 66 устройства связана с модулем 79 передачи . Посредством модуля 79 передачи логика устройства может передавать сигналы по шине 11 . Логическая схема 11 устройства также связана с модулем 64 приемника , схемой 68 управления мощностьюи портом связи интерфейса 74 устройства . Подключение к модулю приемника 64 позволяет логике устройства 66 принимать сигналы с шины11 . Такие сигналы могут быть идентификационными, управляющими сигналами и / или другой информацией, передаваемой другим портативным устройством, подключенным к шине 11 . Подключение к схеме 68управления мощностью позволяет логике 68 устройства получать информацию о потребляемой мощности, информацию о состоянии накопления энергии и информацию о потребляемой мощности от схемы 68управления мощностью и отправлять сигналы в схему 68 управления мощностью, касающиеся информации о зарядке и передаче мощности. Информация. Например, логика устройства может указывать схеме управления мощностью период времени, в течение которого устройство 72накопления энергии должно заряжаться от энергии, полученной через шину11, и частоту, с которой будет передаваться сигнал мощности. Аналогичным образом, при использовании для подачи питания на шину 11 логика 66устройства управления может указывать схеме 68 управления мощностьюпериод времени, в течение которого мощность должна подаваться на шину11, и частоту сигнала, который должен использоваться для подать питание.

Посредством соединения с интерфейсом 74 устройства логика 66 связи / управления может получать и обмениваться информацией и другими сигналами со схемой 76 устройства . Таким образом, логика 66 связи / управления может использоваться для наблюдения за обменом информацией между схемой 76 устройства и другими устройствами, подключенными к шине 11 .

Блок 68 управления мощностью соединен с логической схемой 66устройства управления связью , схемой 70 мониторинга накопленияэнергии, устройством 72 накопления энергии, портом питания интерфейса74 устройства и управляющими входами модуля 79 передачи и модуля 64приемника .

Использование энергии и состояние батареи контролируются схемой 70мониторинга накопителя энергии . Информация, касающаяся использования энергии и состояния батареи, затем передается схемой 70контроля накопления энергии в схему 68 управления мощностью . Из этой информации схема 68 управления мощностью может определить, когда устройство 72 накопления энергии необходимо перезарядить и / или когда в устройстве 72 накопления энергии имеется достаточная мощность для питания других устройств, подключенных к шине 11 .

Схема 68 управления мощностью подключена к устройству 72 накопления энергии . Таким образом, мощность может подаваться от устройства 72накопления энергии в схему 68 управления мощностью , например, для целей питания других устройств или присоединенной схемы. Кроме того, схема 68 управления мощностью может подавать питание на устройство 72накопления энергии , например, для подзарядки батарей, включенных в устройство 72 накопления энергии .

Схема 68 управления мощностью имеет выходы мощности, подключенные к клемме питания интерфейса 74 устройства и к входу мощности модуля 79передачи . Соответственно, схема 68 управления мощностью может подавать питание на схему 76 устройства , подключенную к интерфейсу 74устройства и / или к модулю 79 передачи для передачи через шину 11другим устройствам.

Линия 73 информации и управления связывает логику 66 устройства связи / управления со схемой 68 управления мощностью . По линии 73 доступность потребляемой мощности и другая информация, связанная с мощностью, может передаваться в логику 66 устройства . Кроме того, логика устройства связи / управления может указывать схеме 68 управления мощностью, когда и на какой частоте передачи мощность должна подаваться на одно или несколько устройств, подключенных к шине 10 . Логика 66 устройства связи / управления также может указывать схеме 68 управления мощностью,когда и на какой частоте передачи мощность должна приниматься через шину 11 , например, для целей подзарядки устройства 72 накопления энергии и / или для схемы устройства питания. 76 .

Схема 68 управления мощностью имеет выходной сигнал управления приемником, связанный с модулем приемника, для передачи сигнала управления, используемого для указания частоты, с которой мощность должна подаваться на портативное устройство 20 через шину 11 . Схема 68управления мощностью также имеет выходной сигнал управления передачей энергии, связанный через шину 67 с модулем передачи для передачи сигнала управления частотой, используемого для указания частоты, на которой мощность должна подаваться на одно или несколько переносных устройств, подключенных к шине. 11 .

Модуль 79 передачи содержит схему 80 передачи данных и модуль 82передачи энергии . Модуль 82 передачи энергии представляет собой схему генератора сигналов, способную генерировать один или несколько сигналов источника питания с разными частотами, при этом сигналы с разными частотами используются для подачи питания на разные устройства, подключенные к шине 11, в течение одного и того же или разных периодов времени. Для генерации сигналов источника питания модуль передачи энергии включает в себя один или несколько управляемых генераторов 86 .Каждый генератор 86 реагирует на сигнал управления частотой, подаваемый схемой 68 управления мощностью, чтобы генерировать сигнал, имеющий частоту, заданную сигналом управления. Питание на вход управляемого генератора 86 подается схемой 68 управления мощностью по шине 75 .Входное напряжение в OSC 86 может быть постоянным напряжением в диапазоне, например, 3-200 вольт. Хотя относительно высокие напряжения могут быть безопасными при малых токах, они могут ощущаться пользователем системы. Соответственно, чтобы минимизировать ощущения, возникающие при передаче сигналов по телу, напряжение питания и сигналов связи может быть ограничено до менее 100 вольт.Генератор 86 генерирует либо импульсный сигнал постоянного тока, либо сигнал переменного тока, частота которого определяется принятым сигналом управления частотой.

В случае импульсного сигнала постоянного тока схема 68 управления мощностью также может подавать сигнал длительности периода, указывающий, что длительность импульса должна быть подтверждена, например «включен», в течение периода сигнала, определенного сигналом управления частотой. Таким образом, длительность импульса, например рабочий цикл, может использоваться для точной регулировки количества мощности, подаваемой на устройство, подключенное к шине 11 , в то время как частота сигнала мощности может использоваться для управления, какое устройство или устройства будут снабжаться мощность в течение заданного периода времени. Сигнал мощности, генерируемый генератором 86 , подается на первый вход модулятора 84 .

Схема 80 передачи данных принимает от устройства связи / управления логическую информацию, которая должна быть передана другим устройствам, подключенным к шине 11 . Информация может включать в себя, например, информацию об источнике питания, информацию об инициализации и / или информацию, которая должна использоваться схемой устройства, включенной в одно или несколько устройств на шине 11 .Схема 80 передачи данных помещает информацию, которая должна быть передана, в формат, который используется для передачи данных по шине 11. Затем отформатированная информация подается на второй сигнальный вход модулятора 84 . Модулятор 84 модулирует информацию, которая должна быть передана в сигнал передачи энергии, выводимый модулем 82передачи энергии . В случае, если сигнал передачи энергии не подается на шину, или в качестве альтернативы модуляции информационного сигнала на сигнале мощности, информационный сигнал, выводимый схемой передачи связи, может подаваться непосредственно на шину 11 .

Для этой цели может использоваться любой из множества известных методов модуляции. Например, модулятор 84 может использовать частотную модуляцию (FM) или амплитудную модуляцию (AM) .Модулированный сигнал, который включает в себя информацию, которая должна быть передана, генерируемая модулятором 84 , подается на шину 11через шинный интерфейс 65 .

Информация инициализации, передаваемая модулем 79 передачи , может включать в себя идентификационную информацию устройства, информацию о требованиях к мощности, информацию о возможностях источника питания и другую информацию о возможностях устройства.Управляющими сигналами можно обмениваться между устройствами на шине 11 всякий раз, когда устройство добавляется к шине 11 , например, помещается на корпус, и периодически после этого для определения того, когда устройство было удалено из шины 11 . Как часть процесса инициализации устройства, между устройствами на шине 11устанавливаются отношения «ведущий / ведомый» , например, одно из устройств действует как ведущее устройство шины и управления мощностью. В одном варианте осуществления первое устройство, добавленное к шине 11 с модулем 60 связи / питания, требовало серверов в качестве ведущего, а добавленные позже устройства действовали как ведомые. После удаления ведущего устройства с шины 11 устройства, оставшиеся на шине, повторяют процесс инициализации и выбирают другое устройство, которое будет выступать в качестве ведущего.

Предполагая, что в любой момент времени присутствует по меньшей мере один источник питания или устройства имеют достаточно накопленной мощности для работы без питания от шины 11 , устройства могутпериодически добавляться и извлекаться из шины 11 без прерывания работы устройства. Таким образом, новые источники питания могут быть добавлены для замены существующих источников питания без какого-либо прерывания услуг, предоставляемых устройствами, подключенными к шине11 .

Теперь будет описан прием мощности и информации модулем 60 связи / питания . Модуль 64 приемника включает в себя схему 90 приема сообщений и модуль 91 приема энергии . Схема 90 приема сообщенийпредставляет собой схему демодулятора, которая демодулирует сигнал, принятый с шины 11, для создания переданного информационного сигнала.Информационный сигнал, сгенерированный схемой 90 приема сообщений,подается на устройство 66 связи / управления, которое может идентифицировать, например, на основе информации идентификации устройства, включенной в информационный сигнал, информацию, направленную на портативное устройство 20 .

Модуль 91 приема энергии включает в себя управляемую схему 94 фильтра .Схема 94 управляемого фильтра может быть реализована как полосовой фильтр, который может быть настроен на пропускание частоты, используемой для подачи питания на портативное устройство 20, при подавлении других частот. Фильтр 94 реагирует на управление частотой приема мощности, генерируемое схемой 68 управления мощностью . Путем настройки разных устройств для приема энергии на разных частотах, разные устройства могут получать питание одновременно по шине 11 через один или несколько сигналов источника питания с разными частотами.Соответственно, к шине 11 могут быть подключены несколько устройств питания и приемников энергии одновременно с подачей и приемом энергииизбирательным образом в зависимости от частоты сигналов, используемых для передачи энергии.

ИНЖИР. 5 более подробно иллюстрирует память 63 устройства 20 . Как проиллюстрировано, память включает в себя управляющие программы 102и набор данных 103, указывающих возможности и требования к мощности различных устройств, которые могут быть соединены вместе шиной 11 . В наборе данных 103 каждая строка соответствует отдельному устройству.Устройство идентифицируется в первом столбце 104 каждой строки уникальным идентификатором устройства. В проиллюстрированном примере код устройства представляет собой двузначное число. Во втором столбце 106 хранится код схемы, указывающий тип схемы 60 устройства,включенной в конкретное устройство, указанное в первом столбце. В третьем столбце 108 хранится информация о потребляемой мощности устройства. Сохраненная информация включает в себя, например, мощность, требуемую устройством, и частоты сигнала источника питания, который может использоваться для подачи питания на устройство с использованием корпуса в качестве шины. Четвертая строка 110 указывает требования к мощности схемы 60, включенной в конкретное устройство. Это число обычно ниже, чем общая потребляемая мощность устройства, указанная в столбце 8 . Пятый столбец 112 включает в себя информацию о способности устройства, указанного в первом столбце, подавать питание на другие устройства, подключенные к шине 11 . Как показано на рисунке, некоторые устройства не поддерживают возможность подачи питания. Для тех устройств, которые могут подавать питание на другие устройства, указывается общая мощность, доступная для использования, и перечисляются частоты сигналов источника питания, которые могут генерироваться устройством. В последнем столбце 114 данных 103перечислены конкретные функции / возможности устройства, указанные в столбце 1 . Например, устройство, обозначенное кодом 11, имеет пьезоэлектрический динамик, а устройство XX, указанное в последней строке, имеет микрофон, процессор, дисплей и клавиатуру.

Информация о мощности и возможностях устройства может использоваться логикой 66 устройства связи / управления при работе в качестве ведущего, чтобы определить, как лучше всего подавать питание на различные устройства, подключенные к шине 11 . Использование кодов устройств и информации справочной таблицы сводит к минимуму объем информации об инициализации и идентификации устройства / потребляемой мощности, которой необходимо обмениваться между устройствами, подключенными к шине 11 .

Как обсуждалось выше, в одном варианте осуществления устройство, которое подключено к шине, сначала служит ведущим устройством, а добавленные позже устройства — ведомыми. Когда ведущее устройство покидает сеть, например, удаляется из корпуса, другое устройство становится ведущим, обеспечивая упорядоченное распределение мощности и сигналов связи.

ИНЖИР. 6 подробно иллюстрирует примерную схему 76 портативного устройства 20 . Схема 76 устройства представляет собой схему, используемую для реализации портативной компьютерной системы или КПК.

Со ссылкой на фиг. 6, можно видеть, что примерная схема 76 устройствавключает в себя блок 121 обработки , системную память 122 и системную шину 123, которая соединяет различные компоненты системы, включая системную память 122, с блоком 121 обработки . Системная шина 123 может быть любым из нескольких типов шинных структур, включая шину памяти или контроллер памяти, периферийную шину и локальную шину, использующую любую из множества шинных архитектур. Системная шина123 используется для распределения как информации, так и данных, например, с использованием одной или нескольких отдельных линий.Системная шина 123 соединена с интерфейсом 74 устройства, позволяя схеме 76 устройства получать питание от модуля 60 связи / питания и взаимодействовать с ним .

Системная память может включать в себя постоянное запоминающее устройство (ROM) 124 и / или оперативное запоминающее устройство (RAM)125 . Базовая система 126 ввода / вывода (BIOS), содержащая базовые процедуры, которые помогают передавать информацию между элементами в персональном компьютере 120 , например, во время запуска, может храниться в ПЗУ 124 . Схема 76 устройства может также включать в себя жесткий диск 127 для чтения и записи на жесткий диск (не показан), магнитный дисковод 128 для чтения или записи на (например, съемный) магнитный диск 129 и ( магнито) оптический дисковод 130 для чтения или записи на съемный (магнито) оптический диск 131, такой как компакт-диск или другой (магнито) оптический носитель. Привод 127 жесткого диска , привод 128 магнитного диска и привод 130 (магнито) оптического дискамогут быть связаны с системной шиной 123 посредством интерфейса 132жесткого диска, интерфейса 133 привода магнитного диска и (магнито) оптического привода. интерфейс 134 соответственно. Накопители и связанные с ними носители данных обеспечивают энергонезависимое хранение машиночитаемых инструкций, структур данных, программных модулей и других данных для персонального компьютера 120 . Хотя примерная среда, описанная в данном документе, использует жесткий диск, съемный магнитный диск 129 и съемный (магнито) оптический диск131 , специалисты в данной области техники оценят, что другие типы носителей информации, такие как магнитные кассеты, карты флэш-памяти, цифровые видеодиски, картриджи Бернулли, запоминающие устройства с произвольным доступом (RAM), постоянные запоминающие устройства (ROM) и т.п. могут использоваться вместо или в дополнение к устройствам хранения, представленным выше.

Ряд программных модулей может храниться на жестком диске 127 , магнитном диске 129 , (магнито) оптическом диске 131 , ПЗУ 124 или ОЗУ125 , таких как операционная система 135 , одна (1) или несколько прикладных программ 136 , другая программа модули 137 и / или программные данные 138, например.

Пользователь может вводить команды и информацию в схему 76 устройства через устройства ввода, например клавиатуру 140 и указательное устройство142 . Также могут быть включены другие устройства ввода (не показаны), такие как микрофон, джойстик, игровая панель, спутниковая антенна, сканер и т.п. Эти и другие устройства ввода часто подключаются к процессору 121 через интерфейс 146 последовательного порта,подключенный к системной шине. Однако устройства ввода могут быть подключены через другие интерфейсы, такие как параллельный порт, игровой порт или универсальная последовательная шина (USB), или, в соответствии с настоящим изобретением, через модуль 60 связи / питания,который подключен к различным устройствам через автобус 11 . Монитор147 или другой тип устройства отображения также может быть подключен к системной шине 123 через интерфейс, такой как, например, видеоадаптер148 . Помимо монитора, схема устройства может включать в себя другие периферийные устройства вывода (не показаны), такие как, например, динамики и принтеры.

Схема 76 предназначена для работы в сетевой среде, которая определяет логические соединения с одним (1) или несколькими удаленными устройствами, такими как удаленные устройства 24 , 26 , 27 , 30 . В сетевой среде, по меньшей мере, некоторые из программных модулей, изображенных относительно схемы 76 устройства, могут храниться в удаленном запоминающем устройстве. Показанные сетевые соединения являются примерными, и также могут использоваться другие средства, например модемы, для установления канала связи между схемой 76устройства и другими устройствами.

Хотя вышеупомянутая система была описана как сеть устройств, соединенных с одним телом, следует признать, что сеть может быть расширена путем соединения множества тел посредством физического контакта, например касания рук как части рукопожатия. Когда два или более тела соединены физически, связанные тела образуют одну большую шину, по которой могут передаваться сигналы питания и / или связи.

Кроме того, физическое сопротивление, оказываемое человеческим телом, можно использовать при реализации клавиатуры или другого устройства ввода, а также для оценки расстояний между устройствами и местоположениями устройств. В соответствии с настоящим изобретением, изменяя расстояние на коже между контактами, соответствующими разным клавишам, можно генерировать разные значения сигнала, представляющие разные входные данные.

Относительные расстояния между устройствами, прикрепленными к телу, можно оценить на основе силы сигналов передачи устройства по сравнению с силой сигналов приема, обнаруженных устройством. Если местоположение ведущего устройства известно, то мастер может оценить расположение периферийных устройств на теле. Эта информация используется в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения логикой устройства связи / управления при управлении мощностью транслируемых сигналов. Мощность широковещательного сигнала уменьшается, когда устройство, на которое передается сигнал, находится в непосредственной близости от источника широковещательного сигнала, и увеличивается, когда устройство находится на относительном удалении от источника широковещательного сигнала.Таким образом можно оптимизировать энергопотребление, чтобы минимизировать потери. В одном конкретном варианте осуществления напряжение сигнала, передаваемого первым устройством и принимаемого вторым устройством над телом, измеряется вторым устройством для определения силы принятого сигнала. Выходное напряжение и / или рабочий цикл сигналов, передаваемых от второго устройства к первому, затем регулируются в зависимости от измеренного напряжения сигнала.Схема 68 управления мощностью портативного устройства используется для выполнения измерения напряжения принятого сигнала и для управления операцией управления выходным напряжением / рабочим циклом. Для выполнения этой функции схема 68 управления может включать в себя схему измерения напряжения, например вольтметр, и управляющую логику.Обычно низкое измеренное напряжение, указывающее на относительно большое расстояние между первым и вторым устройствами, приводит к тому, что второе устройство передает сигнал первому устройству с более высоким выходным напряжением или рабочим циклом, чем при измерении более высокого напряжения в отношении сигнал, полученный от первого устройства.

В соответствии с другим признаком настоящего изобретения устройства могут инициализироваться по-разному в зависимости от местоположения.Например, динамик, расположенный рядом с ухом, может передавать свое местоположение, так что он будет подаваться с меньшей мощностью, чем динамик, расположенный дальше от уха, например динамик, расположенный на талии или руке. Соответственно, передача информации о местоположении устройства как часть процесса инициализации устройства, который происходит после того, как устройство помещается на корпус, рассматривается и реализуется в различных примерных вариантах осуществления.

Выше были описаны различные примерные варианты осуществления.Принимая во внимание приведенное выше описание, различные модификации будут очевидны специалистам в данной области без отклонения от идей изобретения, описанных и заявленных здесь.Например, будет очевидно, что тело может быть телом самых разных живых животных и не обязательно должно быть телом человека.