無線通信裝置的制作方法

專利名稱：無線通信裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用發電系統利用自然能產生的電力來發射/接收無線電波信號的無線通信裝置以及所述裝置的用法。
背景技術：
通過遙控裝置的控制信號或代碼輸入來開/關家用電器或各種其他設備、或者通過發射機發送數據所用的傳統技術已經廣泛用于家庭或商業用途。
其中，把電子鎖或遙控裝置的傳輸數據、記錄介質中記錄的數據、或用0-9數字小鍵盤輸入的輸入數據判定為用戶ID(識別)碼，從而完成鎖定/解鎖操作的技術已經用于建筑物管理和車輛門鎖。
另一方面，利用非常微弱的電波的無線通信裝置包括，例如，無鍵進入系統、開門裝置或移動電話接收器(與移動電話主體分離的可佩帶的振動器)。這些裝置通常采用在300MHz(兆赫)頻帶內的頻率，其載波用振幅鍵控(ASK)或頻移鍵控(FSK)進行調制，占用較窄的帶寬，而傳輸速率約為每秒幾千比特(Kbps)。
對于利用300MHz頻帶中頻率的這種非常微弱的電波的通信裝置，日本無線電法律規定，其任何用戶或制造商都不必持有許可證，因此，目前在各種廉價的日用設備中得到廣泛的應用。
另外，這種無線通信設備消耗相對較少的電力，可以用原電池如鋰鈕扣電池或干電池長期運行幾個月至一年。
上述通過遙控來發送控制信號或數據信號的技術已經廣泛用于均帶有原電池的各種遙控裝置。當其內部的原電池耗盡時，這種遙控裝置就不再能夠工作，而用于通信的較大電力消耗要求原電池具有大容量，這妨礙了遙控裝置的小型化。因此，使用小的原電池時，就要頻繁地更換電池。尤其是，用于電子鎖的遙控裝置不能同時滿足提高便攜性和小型化后要有較長電池壽命的要求。
作為先有技術，在日本公開特許公報No.7-217280中描述了帶有在小型發電裝置下工作、通過無線電波進行通信的裝置的電子設備。上述發電裝置產生的電力經整流、然后儲存在大容量的電容器內以驅動傳輸數據信號發生電路和發送電波形成電路，用來通過無線電波發送傳輸數據。還公開了另一種用于在電子設備收到無線電波時顯示已收到發送的數據這一事實的裝置。
但是，由于近年來提高了對生態學問題的認識，需要一種能夠長期使用而無排泄物質或者可配置得能夠循環的能量系統。對于上述先有技術，采用所謂大容量電容器或超級電容器的二次電池，但是，這種電池會被重復使用，最后在其有用壽命結束時變成廢物。另外，電力儲存所用的化學物質會導致稀有礦物資源損耗。
盡管普通無線通信裝置需要用于其接收操作的驅動電力，但是上述先有技術并未描述如何供應這樣的電力或者如何執行接收操作。
為了解決這些問題，本發明的一個目的是提供一種無線通信裝置，其中消除了對用來發射控制信號或數據信號的發射裝置中所用的任何電池的需要，使得可以采用只從自然能產生的電力并且能實現小型化，而且可通過使用日本無線電法律中不要求有許可證的非常微弱的電波來減少其電力消耗。
本發明的另一個目的是提供一種用于可僅使用由自然能產生的電力的無線通信裝置的接收方法。

發明內容
為了達到上述目的，按照本發明的一個方面的無線通信裝置是包括下列部分的無線通信裝置小型發電裝置；用來產生控制信號或數據信號以進行無線通信的信號發生裝置；用來發送/接收由上述信號發生裝置產生的控制信號或數據信號的通信裝置；以及用來控制上述信號發生裝置和上述通信裝置的控制裝置，其中上述信號發生裝置和上述通信裝置在上述控制裝置控制下、被上述小型發電裝置產生的電力驅動，其中上述通信裝置在上述小型發電裝置產生的電力供應期間進行通信。
在按照本發明的實施例的無線通信裝置中，設置顯示裝置以指示按照本發明的第一方面的無線通信裝置能夠在上述發電裝置連續地產生電力時進行通信。
在按照本發明的實施例的無線通信裝置中，上述小型發電裝置是包括下列部分的發電裝置重心偏心的旋轉重物；用來通過上述旋轉重物的旋轉發電的電磁換能器；以及把旋轉能轉化成慣性能的機構。
在按照本發明的實施例的無線通信裝置中，上述機構是飛輪。
在按照本發明的實施例的無線通信裝置中，上述小型發電裝置是包括下列部分的發電裝置用于儲存來自彈性元件的彈性能的機構；以及把彈性能轉換成旋轉能、然后轉換成慣性能的機構。
在按照本發明的實施例的無線通信裝置中，上述小型發電裝置利用上述慣性能發電。
在按照本發明的實施例的無線通信裝置中，上述無線通信裝置在產生上述旋轉能和慣性能的同時進行發送和接收。
在按照本發明的實施例的無線通信裝置中，上述無線通信裝置是在其間進行通信的、裝在電子鎖中的無線通信裝置和裝在汽車上的無線通信裝置。
在按照本發明的實施例的無線通信裝置中，上述無線通信裝置是裝在鼠標指示器中與計算機進行通信的無線通信裝置。
在按照本發明的實施例的無線通信裝置中，上述無線通信裝置使用非常微弱的電波。
在按照本發明的實施例的無線通信裝置中，上述無線通信裝置是裝在電子手表中與無線基站進行通信的無線通信裝置。
在按照本發明的實施例的無線通信裝置中，上述電子手表響應上述數據信號來校正時間。
圖8A示出用來說明按照本發明的無線通信裝置可應用的第二種應用場合的鼠標的下側；圖8B示出用來說明按照本發明的無線通信裝置可應用的第二種應用場合的個人計算機；以及圖9示出用來說明按照本發明的無線通信裝置可應用的第三種應用場合的無鍵進入系統。
具體實施例方式
現將參照附圖描述本發明的各個實施例。一種裝置具有裝于其中的、用來隨著其佩帶者的運動而發電的自動發電機構[以下稱為自動發電系統(AGS)]。AGS包括重心偏心的轉子，為了得到最大的轉矩，最好是外部較厚、中心部分較薄的單側重的形式的旋轉重物；用于提高旋轉重物的旋轉速度的加速輪系；通過加速輪系的旋轉傳動來高速旋轉的極化AG(交流發電機)轉子；面向AG轉子的AG定子；以及繞在AG定子上的發電線圈或者與AG定子連接的鐵芯。


圖1是表示按照本發明的無線通信裝置的內部電路的方框圖。在圖中，帶有開關晶體管的限幅電路2與發電線圈1并聯設置在所述AGS內。類似地，整流二極管3與發電線圈1串聯，以便對發電線圈1產生的交流電進行整流。電源電路6是包括平滑電容器和調整器的電壓遞降電路，它使稍后描述的無線電路7產生直流電壓。因為發電線圈在無負載的情況下可以瞬間產生大約高于10V的電壓，或者在有負載的情況下產生大約幾mA(毫安)的電流，電源電路6把這個電力轉換成具有大約1至2V(伏)電壓和大約1至2mA輸出電流的直流電。
電源電路6向無線控制電路5提供驅動功率。指示器4在已產生足量的驅動功率時提供某種指示，并且例如用發光二極管指示器或顯示字符的液晶顯示器來實現。當出現指示時，無線電路7準備工作。
在無線電路7的幾種功能中，數據信號處理電路9具有產生要發送的數據的功能和判定收到的信號的功能。具體地說，它從包括判定碼和ID(識別)碼的傳輸數據中產生數據信號，用作后述的傳輸信號，或者對于已收到的信號、把判別碼和ID碼與儲存于其中的相應代碼作比較。在后一種情況下，若這些碼匹配，它便通知無線控制電路5信號已收到，并用指示器4通知它。在無線電路7的幾個功能中，無線信號處理電路10具有把傳輸數據調制成高頻信號、對要用天線11發射或接收的高頻信號進行解調和再現所接收的數據的功能。在按照本發明的無線通信裝置的所有組件中，無線信號處理電路10需要最大的功率消耗。
按照本發明，因為發電功能和無線電路功能直接互相結合，無線電路只能在產生電力的同時工作。這消除了對二次電池的需要，因而提供一種本質上能夠只靠自然能進行無線通信的設備。
圖2是表示按照本發明的無線通信裝置的另一種內部電路的方框圖，其中慣性裝置附加在發電線圈1上。
如上所述，包括發電線圈1的AGS通過重心偏心的轉子在振動環境下將其振動能轉換成旋轉能。為此目的，安裝慣性裝置12作為儲存施加于它的任何振動或強制轉動的能量的裝置。該組件以機械方式保存能量，因此，即使停止外部能量的供應，它也可以靠慣性能繼續旋轉一段時間。
按照本發明，所附加的慣性裝置12可以允許發電線圈1繼續其發電工作一段時間，使得無線電路7可以繼續工作。
圖3表示當AGS與慣性裝置結合裝在按照本發明的無線通信裝置中時、發電裝置21的內部結構。
旋鈕20接在軸33上，使得旋轉能可以用手從外部施加在該裝置上。能量發生器22連接到軸33上。AGS的這一部分包括采取中心部分較薄的單側重形式的旋轉重物。圖4A表示AGS的旋轉重物機構。當圓筒36中的旋轉重物35受到振動時，它便繞軸33旋轉。若檢測到振動能量并且將其用在這個裝置中，則該裝置不用旋鈕20即可工作。或者，若無振動，則可附加旋鈕20，用以手工旋轉。
然后，把傳到軸33上的旋轉能傳遞到帶齒轉輪23，圖4B表示其內部結構。當軸33和齒輪39沿箭頭方向旋轉時，齒38被齒輪39的齒鉤住以使圓筒37沿著同一方向旋轉。當振動停止、因而齒輪39的扭轉停止時，圓筒的齒38被放開，使得只有圓筒37靠慣性能繼續旋轉。
圖4C表示能量發生器22的另一種實現。在這種實現中，把彈簧40用作能源。通過旋轉旋鈕20用手上緊彈簧40，而當放開旋鈕20時，彈簧40的彈性使軸33旋轉。于是，可在瞬間獲得一股大的力量，然后將其傳遞到帶齒轉輪23。
接著，旋轉能被傳遞到連接桿24和轉輪25以轉動小齒輪26。響應小齒輪26的旋轉，齒輪31旋轉。小齒輪和齒輪的齒輪比把高速旋轉轉換成大轉矩的低速旋轉。圖4D表示小齒輪和齒輪的實例。
接著，該轉矩經由軸32傳遞給飛輪30。飛輪30具有大的轉動慣量，因此可以儲存慣性能量。例如，在彈簧40的情況下，當回繞彈簧40以停止旋轉能的供應時，靠慣性能量和帶齒轉輪23可以繼續旋轉。于是，發電線圈1可以繼續發電。
然后，旋轉能經由軸32傳遞到發電線圈29。通過電纜28傳輸產生的電力。
圖5是表示按照本發明的無線通信裝置中的無線電路部分的框圖。已經開發出這種類型的無線通信設備，以利用非常微弱功率的電波來取得成本上的好處。本發明已做到提供一種能夠用自然能驅動的無線電路，因為自然能不僅在成本上、而且在功率消耗上是有利的。
構成該無線電路的核心的無線信號處理電路10是在能夠實現低電壓下工作的電路的制造方法中制造的。這樣的制造方法包括從CMOS(互補型金屬氧化物半導體)技術進步中得出的SOI(硅-絕緣體)技術。具體地說，無線電路可以通過利用0.5V或更低的、甚至0.2V或更低的MOS晶體管閾值的工藝，以1V或更低的電源電壓來實現。
下面將描述發送操作。當無線控制電路5意識到已經產生了足夠的電力時，把電力提供給無線電路7。數據信號處理電路9開始按照內部時鐘提供儲存于其中的ID碼或判別碼。對任何數據加以稱作前置碼的“1”和“0”比特的信號以用于位同步。數據傳輸速度約為600至2000bps(比特/秒)。這種包括上述前置碼的數據串稱為分組，而其長度約為50比特。因此，1000比特/秒的數據傳輸速度相當于每分組50毫秒的周期。這個周期稱作傳輸時間。
在這個周期加上該周期之前和之后的余量的長度期間，無線控制電路5繼續提供所產生的電力。對于這里描述的發送操作，電力只施加在發送所需要的功能部分上。因為傳輸數據串是以方波的形式提供的，故其帶寬受基帶濾波器41限制。
然后，將其提供給調頻器42。這個把電壓轉換成頻率的特征可以用例如壓控振蕩器來實現。在日本，在載波作為非常微弱的電波、具有322MHz或更低的頻率的情況下，在離發射裝置的天線3米距離處的場強應為500μV/m或更低。因此，例如，調頻器具有這樣的電路配置，其中用SAW(聲表面波)諧振器來直接實現300MHz的科耳皮茲(Colpitts)振蕩，以產生載波，并且用調制電壓對該載波進行頻率調制。功率放大器43是一種用于放大調制在300MHz高頻上的載波的電路。若提供非常微弱的電波，則可以省略這個放大器。另外，把切換電路44切換到發射端以連接到天線11。濾波器45讓300MHz高頻調制過的載波通過，而抑制不希望有的輻射噪聲。在采用SAW諧振電路時，其基本振蕩模式可以在300MHz下以相乘頻率和更高頻率的增大的增量來實現，因此，也可以省略這個電路。
接著，下面將描述接收操作。
因為切換電路切換到接收端，所以用天線11接收的300MHz高頻調制的載波通過濾波器45，然后提供給低噪聲放大器46進行放大。接著，用降頻變頻器47將其轉換成中頻信號，例如，10.7MHz的信號，然后通過中頻濾波器48進行調頻檢波。在該圖中，檢波電路包含在數據信號處理電路9中。當對數據進行解碼時，驗證前置碼中的ID或判別碼以進行位同步，以檢測數據是否已收到。所檢測的信號被傳輸到無線控制電路5，然后由指示器4指示。
接收操作期間無線控制電路5用的電力控制操作是在接收操作伴隨發射操作、或者周期性地發射要被接收的高頻信號的假設下完成的。
圖6表示按照本發明的無線通信裝置中電力控制操作與通信分組之間的關系。
能量發生器22產生的旋轉能的波形54如所示地上升。使由發電線圈1提供并被整流的電壓波形50平滑化，用電源電路6使其恒定，以產生電壓波形51。無線控制電路5在時刻T1開始驅動，并通過指示器4提供某種指示。接著，提供傳輸數據，通過傳輸分組52發射非常微弱的電波。然后，從接收端來的ACK(確認)分組被發送出去并且被接收。在這個實例中，重復這些操作3次。即使來自能量發生器22的能量供應終止，仍能驅動該電路一段時間直至T2。例如，在彈簧40的情況下，在T1和T2之間的周期可以約為5至10秒，因此在這個周期期間，可以令人滿意地驅動無線電路7。若代替上面描述的彈簧或旋轉重物的某種東西在形狀和尺寸上不受限制，則這個周期還可以進一步延長。
具有該接收特征的無線通信裝置只是不能檢測電波到達的定時，但若數據發送如上所述是每5至10秒完成一次，則可以利用由彈簧等產生的旋轉能在任何時間接收數據。
圖7表示按照本發明的無線通信裝置的應用。
發射站55發送時間校正信息。發射站可以用移動電話、個人計算機等代替。為了讓電子手表56進行時間校正操作，以時間間隔Ts發送校正數據。若時間間隔Ts的長度比T1到T2之間的周期短，則接收端可以接收信號而不必知道它的到達定時。盡管這可能取決于在電力供應期間要通過哪一個分組，但若Ts的長度短于T1與T2之間的周期，則至少可通過一個分組，并能對時間進行校正。
圖8A和8B表示按照本發明的無線通信裝置的第二個應用。
在該圖中，把本發明結合在個人計算機和鼠標中。鼠標64與裝入個人計算機62中的無線通信裝置63進行無線數據通信。裝置62用的電源可以是商用電源或太陽能電池。
圖8A表示鼠標64的下側，把鼠標64中球69的運動傳遞給輥子65，并且從轉數獲得相對坐標以在顯示器60上顯示一個指針。按照本發明，輥子65的旋轉通過軸66連接到發電裝置67。與圖3中所示的發電裝置相比，發電裝置67與圖3的相當，只是去掉了能量發生器22和旋鈕20，而隨著鼠標移動，輥子65旋轉來發電。當鼠標移動或鼠標靜止而按動按鈕時鼠標產生傳輸數據。當鼠標靜止時，可以通過按下按鈕，在按鈕71按下時發電。另一個發電裝置72可借助于把壓力轉換成旋轉能的機構來發電，例如，利用齒輪或彈簧斥力的附加機構。所產生的電力可以通過電纜68傳給無線控制電路5，然后用天線(未示出)從無線電路7發射出去。接收操作可以用類似的方式通過上面參照圖6描述的過程完成。
圖9表示按照本發明的無線通信裝置的第三種應用。
圖中，本發明結合在可以作為適當用途之一的無鍵進入系統中。
電子鎖79包括按照本發明的無線通信裝置80。它還具有操作按鈕77、78。另外，設置了LED(發光二極管)檢查燈81以驗證傳輸。包括由電子鎖79提供的傳輸數據的電波通過安裝在汽車內的無線通信設備76驅動在汽車門73內形成的門鎖機構75，進行開關鎖操作。
當門73處于鎖定狀態而在無線通信設備76收到由電子鎖79發射的電波之后一段預定的時間內、門的按鈕74被拉起時，門鎖機構75響應來自與之協調操作的開關的信號而打開門鎖。反之，當門73處于未鎖定的狀態時，門鎖機構75響應這樣電波的接收而將門鎖上。
操作按鈕77、78中的一個用來上鎖，另一個用來開鎖。當它們之中任何一個被按下時，將如圖6所示發射傳輸數據。按照是想上鎖還是想開鎖，傳輸數據部分地不同，這由接收端決定。
接著，無線通信設備76根據該數據判斷門73的狀態，并發送信號通知該操作已經成功地完成。電子鎖79收到該信號，并點亮檢查燈81。因為檢查燈是在該裝置準備供電時、進行發射操作時或者接收操作成功完成時驗證功能用的，故可設置多個檢查燈或不同顏色的檢查燈。
盡管上面已經描述了按照本發明的無線通信裝置的三個應用，但本發明不限于此，當它用于例如，皮帶、帽子、發帶、支架、或者某些其他帶有帶子、扣緊帶等固定裝置的可佩帶設備中的任何振動位置，以及用在蜂鳴器、電子記事本、PDA(個人數字助理)、移動電話包或其他可攜帶的設備時，它都可以具有與上述實施例類似的效果。
盡管已經參照利用無線電波的通信方法描述了這些實施例，但本發明也可以類似地用紅外通信技術來實現。
盡管已經參照利用300MHz頻帶上非常微弱的電波進行無線通信的情況描述了這些實施例，但是本發明也可以應用于具有不同頻帶上的較大輸出功率的任何其他無線通信系統，只要用來制造無線電路IC(集成電路)的工藝進步或電路的進步使得能夠開發低功率系統。
如上所述，因為按照本發明的無線通信裝置利用在日本無線電法律中不要求有許可證的非常微弱的電波，所以它可以實現為低功率系統。另外，本發明通過裝入可以靠自然能而不靠電池工作的發電系統，可提供生態上友好的無廢物無線通信裝置。此外，若用飛輪把振動能或旋轉能轉化成慣性能并儲存起來，發電就可以持續一段時間，因而這種無線通信裝置可以互相進行雙向通信。
本發明可應用的任何應用場合都能利用自然能，而不使用戶感覺到這一點。因此，該應用在可用性上比利用電池的傳統裝置優越。
權利要求
1.一種無線通信裝置，它包括小型發電裝置；用來產生控制信號或數據信號以進行無線通信的信號發生裝置；用來發送/接收由所述信號發生裝置產生的所述控制信號或數據信號的通信裝置；以及用來控制所述信號發生裝置和所述通信裝置的控制裝置，其中在所述控制裝置的控制下、由所述小型發電裝置產生的電力來驅動所述信號發生裝置和所述通信裝置，其中所述通信裝置在所述小型發電裝置產生的電力的供應過程中進行通信。
2.按照權利要求1的無線通信裝置，其特征在于，設置顯示裝置以指示所述無線通信裝置能夠在所述發電裝置連續產生電力的同時進行通信。
3.按照權利要求2的無線通信裝置，其特征在于，所述小型發電裝置是包括下列部分的發電裝置重心偏心的旋轉重物；通過所述旋轉重物的旋轉來發電的電磁換能器；以及把旋轉能轉化成慣性能的機構。
4.按照權利要求3的無線通信裝置，其特征在于，所述機構是飛輪。
5.按照權利要求2的無線通信裝置，其特征在于，所述小型發電裝置是包括下列部分的發電裝置用于儲存來自彈性元件的彈性能的機構；以及用于把彈性能轉換成旋轉能、然后轉換成慣性能的機構。
6.按照權利要求4至5的無線通信裝置，其特征在于，所述小型發電裝置利用所述慣性能來發電。
7.按照權利要求6的無線通信裝置，其特征在于，所述無線通信裝置在產生所述旋轉能和慣性能時進行發射和接收。
8.按照權利要求7的無線通信裝置，其特征在于，所述無線通信裝置是在彼此之間進行通信的、裝在電子鎖中的無線通信裝置和裝在汽車上的無線通信裝置。
9.按照權利要求7的無線通信裝置，其特征在于，所述無線通信裝置是裝在鼠標指示器中、與計算機進行通信的無線通信裝置。
10.按照權利要求9的無線通信裝置，其特征在于，所述無線通信裝置使用非常微弱的電波。
11.按照權利要求7的無線通信裝置，其特征在于，所述無線通信裝置是裝在電子手表中、與無線基站進行通信的無線通信裝置。
12.按照權利要求11的無線通信裝置，其特征在于，所述電子手表響應所述數據信號來校正時間。
全文摘要
提供一種包括用來發射控制信號或數據信號而不需要電池的發射裝置的無線通信裝置,它可通過使用僅從自然能產生的電力來縮小體積,并且可通過使用日本無線電法律不要求有許可證的非常微弱的電波來減少其電力消耗。該無線通信裝置包括小型發電裝置;用來產生控制信號或數據信號以進行無線通信的信號發生裝置;用來發送/接收上述信號的通信裝置;以及用來控制上述裝置的控制裝置,而且所述無線通信裝置由上述小型發電裝置產生的電力來驅動,在由上述小型發電裝置產生的電力的供應過程中進行通信,而且把各種類型的能量作為慣性能來儲存以通過其轉矩發電。
文檔編號H04B1/38GK1348257SQ01135490
公開日2002年5月8日 申請日期2001年10月10日 優先權日2000年10月10日
發明者浜范夫 申請人:精工愛普生株式會社