ПЕРСОНАЛЬНЫЙ ТЕРМИНАЛ СВЯЗИ (ВАРИАНТЫ)

Заявленная полезная модель относится к телекоммуникационным устройствам, а именно к персональному терминалу связи, который может найти широкое применение для пользователей сетей глобальной системы мобильной связи GSM (Global System for Mobile Communications).
Известен навигационный терминал связи, описанный в патенте РФ №32943 U1, 27.09.2003, который содержит в своем составе: GSM модем, процессор, GPS приемник, устройство беспроводной приемопередачи данных Bluetooth, порт ввода-вывода. Однако этот терминал имеет недостаток: нет возможности передачи видеоизображений.
Известен мобильный телефон, описанный в патенте РФ №34300 U1, 26.05.2003. Этот телефон содержит приемопередатчик, GSM антенну, два порта ввода-вывода, процессора изображений, микроконтроллер и видеообъектив. Недостатком описанного устройства является то, что данное устройство не может работать в беспроводной локальной вычислительной сети (WLAN).
Известен также мобильный радиотелефон, описанный в патенте США №6487421, 26.11.2002. Этот мобильный радиотелефон, встроенный в ручку содержит приемопередатчик, переключатель, дисплей, антенну, микрофон и динамик. Однако это устройство также имеют свой недостаток: нет возможности передачи видеоизображений и высокое энергопотребление.
Таким образом, техническим результатом полезной модели является возможность приемопередачи видео, голоса и данных, работа в беспроводной локальной вычислительной сети (WLAN), повышение производительности и
уменьшение энергопотребления за счет введения в персональный терминал связи устройства беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ и перераспределения функций между элементами устройства.
Этот результат достигается за счет того, что, согласно первому варианту, персональный терминал связи, содержащий батарею электропитания, микрофон, динамик, порт внешнего электропитания, дополнительно содержит микроконтроллер, микропроцессор, два генератора тактовой частоты, два разъема, устройство управления и электропитания, предназначенное для управления микрофоном и динамиком, а также для подачи питания микропроцессору, видеообъектив и устройство беспроводной приемопередачи ZigBee™ с низким энергопотреблением и со скоростью передачи от 10 до 250 Кбит/с, при этом антенна упомянутого устройства беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ предназначена для приемопередачи данных внешнему устройству беспроводной приемопередачи данных ZigBee™, вход-выход устройства беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ посредством последовательного периферийного интерфейса (SPI) соединен со вторым входом-выходом микропроцессора, первый вход-выход которого соединен с первым входом-выходом микроконтроллера, второй вход которого соединен с выходом видеообъектива, первый вход микроконтроллера и вход упомянутого устройства беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ соединены со вторым выходом упомянутого устройства управления и электропитания, второй вход-выход которого посредством последовательного периферийного интерфейса (SPI) соединен с третьим входом-выходом микропроцессора, выход микропроцессора, предназначенный для выдачи тактового сигнала, соединен с первым входом упомянутого устройства управления и электропитания, первый вход-выход которого соединен с входом-выходом батареи электропитания, третий вход упомянутого устройства управления и электропитания соединен с выходом порта внешнего электропитания, второй вход устройства управления и электропитания соединен с выходом первого
разъема, вход которого соединен с выходом микрофона, первый выход устройства управления и электропитания соединен с входом второго разъема, выход которого соединен с входом динамика, тактовый выход упомянутого устройства беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ соединен с входом первого генератора тактовой частоты, выход которого соединен с тактовым входом упомянутого устройства беспроводной приемопередачи данных ZigBee™, первый тактовый выход микропроцессора соединен с тактовым входом второго генератора тактовой частоты, выход которого соединен с тактовым входом микропроцессора.
В частном варианте персональный терминал связи является телефоном, встроенным в ручку.
В другом частном варианте персональный терминал связи является телефоном, встроенным в наручные часы.
В частном варианте в устройство управления и электропитания встроены регулятор напряжения, преобразователь напряжения, аналого-цифровой преобразователь и цифро-аналоговый преобразователь, входной усилитель звука, выходной усилитель звука и усилитель звука для микрофона.
Согласно второму варианту, персональный терминал связи, содержащий батарею электропитания, микрофон, динамик, порт внешнего электропитания, дополнительно содержит микроконтроллер, микропроцессор, два генератора тактовой частоты, два разъема, процессор изображений, устройство управления и электропитания, предназначенное для управления микрофоном и динамиком, а также для подачи питания микропроцессору, видеообъектив и устройство беспроводной приемопередачи ZigBee™ с низким энергопотреблением и со скоростью передачи от 10 до 250 Кбит/с, при этом антенна упомянутого устройства беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ предназначена для приемопередачи данных внешнему устройству беспроводной приемопередачи данных ZigBee™, при этом вход-выход устройства
беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ посредством последовательного периферийного интерфейса (SPI) соединен со вторым входом-выходом микропроцессора, первый вход-выход которого соединен со вторым входом-выходом процессора изображений, первый вход-выход которого соединен с первым входом-выходом микроконтроллера, второй вход которого соединен с выходом видеообъектива, первый вход микроконтроллера, вход процессора изображений и вход упомянутого устройства беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ соединены со вторым выходом упомянутого устройства управления и электропитания, второй вход-выход которого посредством последовательного периферийного интерфейса (SPI) соединен с третьим входом-выходом микропроцессора, выход микропроцессора, предназначенный для выдачи тактового сигнала, соединен с первым входом упомянутого устройства управления и электропитания, первый вход-выход которого соединен с входом-выходом батареи электропитания, третий вход упомянутого устройства управления и электропитания соединен с выходом порта внешнего электропитания, второй вход устройства управления и электропитания соединен с выходом первого разъема, вход которого соединен с выходом микрофона, первый выход устройства управления и электропитания соединен с входом второго разъема, выход которого соединен с входом динамика, тактовый выход упомянутого устройства беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ соединен с входом первого генератора тактовой частоты, выход которого соединен с тактовым входом упомянутого устройства беспроводной приемопередачи данных ZigBee™, первый тактовый выход микропроцессора соединен с тактовым входом второго генератора тактовой частоты, выход которого соединен с тактовым входом микропроцессора.
В частном варианте персональный терминал связи является телефоном, встроенным в ручку.
В другом частном варианте персональный терминал связи является телефоном, встроенным в наручные часы.
В частном варианте в устройство управления и электропитания встроены регулятор напряжения, преобразователь напряжения, аналого-цифровой преобразователь и цифро-аналоговый преобразователь, входной усилитель звука, выходной усилитель звука и усилитель звука для микрофона.
Заявленная полезная модель иллюстрируется следующими чертежами: фиг.1, на которой показана структурная схема заявленного терминала связи в соответствии с первым вариантом; фиг.2, на которой показана структурная схема заявленного терминала связи в соответствии со вторым вариантом.
Заявленный терминал связи 1 в соответствии с первым вариантом, как показано на чертеже фиг.1, содержит устройство беспроводной приемопередачи ZigBee™ 2, микропроцессор 3, микроконтроллер 14, видеообъектив 13, устройство управления и электропитания 4, батарею электропитания 5, первый разъем 9, второй разъем 11, микрофон 10, динамик 12, первый генератор тактовой частоты 7, второй генератор тактовой частоты 8, порт внешнего электропитания 15, к которому подключается внешний источник питания (на чертежах не показан), при этом вход-выход устройства беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ 2 посредством последовательного периферийного интерфейса (SPI) соединен со вторым входом-выходом микропроцессора 3, первый вход-выход которого соединен с первым входом-выходом микроконтроллера 14, второй вход которого соединен с выходом видеообъектива 13, первый вход микроконтроллера 14 и вход упомянутого устройства беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ 2 соединены со вторым выходом упомянутого устройства управления и электропитания 4, второй вход-выход которого посредством последовательного периферийного интерфейса (SPI) соединен с третьим входом-выходом микропроцессора 3, выход микропроцессора 3, предназначенный для выдачи тактового сигнала, соединен с первым входом упомянутого устройства управления и электропитания 4, первый вход-выход
которого соединен с входом-выходом батареи электропитания 5, третий вход упомянутого устройства управления и электропитания 4 соединен с выходом порта внешнего электропитания 15, второй вход устройства управления и электропитания 4 соединен с выходом первого разъема 9, вход которого соединен с выходом микрофона 10, первый выход устройства управления и электропитания 4 соединен со входом второго разъема 11, выход которого соединен со входом динамика 12, тактовый выход упомянутого устройства беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ 2 соединен с входом первого генератора тактовой частоты 7, выход которого соединен с тактовым входом упомянутого устройства беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ 2, первый тактовый выход микропроцессора 3 соединен с тактовым входом второго генератора тактовой частоты 8, выход которого соединен с тактовым входом микропроцессора 3.
В частном варианте персональный терминал связи 1 является телефоном, встроенным в ручку (на чертеже не показано).
В другом частном варианте персональный терминал связи 1 является телефоном, встроенным в наручные часы (на чертеже не показано).
Во втором варианте этот терминал связи 1 содержит дополнительно процессор изображений 16, первый вход-выход которого соединен с первым входом-выходом микроконтроллера 14, второй вход-выход которого соединен с первым входом микропроцессора 3.
Упомянутое устройство беспроводной приемопередачи ZigBee™ 2 выполнено с низким энергопотреблением и со скоростью передачи от 10 до 250 Кбит/с, при этом антенна 6 упомянутого устройства беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ 2 предназначена для приемопередачи данных внешнему устройству беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ (на чертежах не показано).
Кроме того, следует также отметить, что в устройство управления и электропитания 4 встроены регулятор напряжения, преобразователь напряжения, аналого-цифровой преобразователь и цифро-аналоговый
преобразователь, входной усилитель звука, выходной усилитель звука и усилитель звука для микрофона.
Во втором варианте заявленный терминал связи, как показано на чертеже фиг.2, дополнительно содержит процессор изображений 16, первый вход-выход которого соединен с первым входом-выходом микроконтроллера 14, второй вход-выход процессора изображений 16 соединен с первым входом-выходом микропроцессора 3, а вход процессора изображений соединен со вторым выходом устройства управления и электропитания 4.
В частном варианте персональный терминал связи 1 является телефоном, встроенным в ручку (на чертеже не показано).
В другом частном варианте персональный терминал связи 1 является телефоном, встроенным в наручные часы (на чертеже не показано).
Заявленный терминал связи работает следующим образом.
Изображение поступает на видеообъектив 13, который, как правило, содержит матрицу активных элементов, дешифратор строк, дешифратор столбцов, аналоговые усилители и схемы обработки, аналого-цифровые преобразователи, цифровые блоки (на чертеже не показано). С выхода цифровых блоков (на чертеже не показано) видеообъектива 13 обработанные видеоданные поступают на микроконтроллер 14, который определяет алгоритм работы по передаче изображения. Микроконтроллер 14 передает видеоданные полученные от видеообъектива 13 на микропроцессор 3 со встроенным процессором изображений (на чертеже не показано) по первому варианту или на процессор изображений 16 по второму варианту, который передает эти видеоданные на устройство беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ 2, которое передает эти видеоданные на внешнее устройство беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ (на чертеже не показано) и далее через систему пакетной коммутации в сетях подвижной связи (GPRS) операторов сетей глобальной системы мобильной связи GSM (Global System for Mobile Communications) на
сервер мультимедийных сообщений MMS. Алгоритм работы терминала связи 1 по передаче видеоизображений определяет пользователь на основании программ записанных в память микроконтроллера 14 (на чертеже не показано) или память микропроцессора 3.
Рассмотрим работу устройства беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ 2 (ZigBee™ - зарегистрированная торговая марка альянса ZigBee™ стандарта IEEE 802.15.4).
Пользователь терминала 1 может передавать полученные видеоданные данные от видеообъектива 13 или голосовые сообщения от микрофона 10 на другие внешние устройства через беспроводную локальную вычислительную сеть (WLAN) образованную при помощи устройств беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ 2.
Полученные аудио данные от внешних устройств со встроенными устройствами беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ поступают на антенну 6, устройство беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ 2, микропроцессор 3, и далее на устройство управления 4 и передаются на динамик 12.
При данном варианте работы расстояние от терминала связи 1 до внешних устройств беспроводной приемопередачи данных со встроенными ZigBee™ может составлять от 10 до 100 метров.
Технология Bluetooth уже активно применяется в мобильных телефонах, персональных органайзерах, компьютерах и других устройствах. Недостаток технологии Bluetooth: большое энергопотребление и небольшой радиус действия. Технология ZigBee™ имеет преимущества в поддержке больших сетей с несколькими сотнями функционирующих устройств.
Беспроводная локальная вычислительная сеть (WLAN), построенная на технологии ZigBee™, будет поддерживать работу до 255 подключенных устройств. Технология Bluetooth только 8.
Беспроводная локальная вычислительная сеть (WLAN), построенная на технологии ZigBee™ имеет средний радиус действия около 75 метров, технологии Bluetooth - 10 метров.
Основное преимущество ZigBee™ 2 - это низкое энергопотребление. Технологии ZigBee™ присущ еще такой положительный момент, как существенно меньшие взаимные наводки множества работающих рядом устройств. В этом плане технология Bluetooth проигрывает технологии ZigBee™.
Устройство беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ 2, имеет приемник и передатчик (на чертеже не показано), которые дают команду внешнему устройству беспроводной приемопередачи данных со встроенным ZigBee™ (на чертеже не показано) на передачу данных, например, полученных от GPS спутников (широта, долгота и т.п.) через GPS антенну совмещенную с ZigBee™ (на чертеже не показано). Устройство беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ 2 называется мастером.
Главной особенностью устройства ZigBee™ 2 является то, что различные устройства со встроенным ZigBee™, соединяются друг с другом автоматически, стоит им только оказаться в пределах досягаемости (на расстоянии около 10-75 метров).
Оказавшись рядом с устройством ZigBee™ 2, внешнее устройство со встроенным ZigBee™ (на чертеже не показано) может устанавливать не только соединения типа точка-к-точке, когда имеется только два устройства, но и точка-к-многоточек, когда одно устройство ZigBee™ 2 одновременно работает с несколькими другими, таким образом возможно организовать беспроводную локальную вычислительную сеть (WLAN).
Устройство ZigBee™ 2 может одновременно работать с несколькими другими внешними устройствами со встроенным ZigBee™, которыми могут быть оснащены: контроллеры освещенности
помещения, термостаты, кондиционеры, пульты дистанционного управления, беспроводные клавиатуры и «мыши» для компьютера, датчики дыма и углекислого газа, устройства вызова помощи для пожилых людей, устройства домашней автоматизации и т.п.(на чертеже не показано).
Работа устройства ZigBee™ 2 в незнакомом окружении - это поиск других устройств со встроенным ZigBee™, например, GPS модуля со встроенным устройством ZigBee™. Для этого посылается запрос, и ответ на него зависит не только от наличия в радиусе связи активных ZigBee™ устройств, но и от режима, в котором находятся эти устройства.
Устройство ZigBee™ 2 и внешнее устройство со встроенным ZigBee™ (на чертеже не показано) договариваются между собой об используемом диапазоне частот, размере страниц, количестве и других физических параметрах соединения. После того, как соединение установлено, его можно использовать для самых различных целей. Возможно это благодаря набору базовых протоколов используемых в технологии ZigBee™ для передачи различных типов данных, например, передачи данных от GPS модуля со встроенным устройством ZigBee™ к устройству ZigBee™ 2.
В другом варианте, пользователь терминала 1 может передать полученные данные от внешних устройств со встроенными ZigBee™ через систему пакетной коммутации в сетях подвижной связи (GPRS) операторов сетей глобальной системы мобильной связи GSM (Global System for Mobile Communications).
Принятое сообщение от терминала 1 поступает мобильный телефон со встроенным устройством ZigBee™ и далее на контроллер и мобильный центр связи (MSC) сотового оператора (на чертеже не показано) к которому подключен маршрутизатор. Маршрутизатор сотового оператора так же подключен к сети Интернет, к которой
подключен сервер мультимедийных сообщений, в который поступают полученные данные от внешних устройств.
Микропроцессор 3 управляет работой внутренних и внешних устройств подключенных к терминалу связи 1: дисплеем, клавиатурой, звонком или вибратором (на чертеже не показано), устройством контроля и управления электропитания 4 и устройством ZigBee™ 2.
Устройство контроля и управления 4 служит для подключения, динамка 12 и микрофона 10, распределения электропитания между элементами терминала связи 1.
Терминал связи 1 имеет возможность голосового набора номера абонента телефонной сети общего пользования (ТФОП) или абонента сотовой сети (GSM или CDMA сети). Для ведения разговора терминал 1 имеет микрофон 10 и динамик 12.
К устройству управления и электропитания 4 может быть подключено устройство типа "свободные руки" (на чертеже не показано).
Мобильный терминал связи 1, может быть выполнен в виде наручных часов или ручки.
При поступлении вызова от абонента ТФОП или абонента сотовой сети GSM (или CDMA сети) на мобильный телефон со встроенным устройством ZigBee™ сообщение может быть переадресовано на терминал связи 1, где оно поступает на антенну 6, устройство ZigBee™ 2, микропроцессор 3, далее поступает на устройство управления и электропитания 4. При нажатии клавиши, например, "получение вызова", расположенной на корпусе терминала 1 (на чертеже не показано), подключенной к микропроцессору 3, происходит подключение устройства управления и электропитания GCAP3 (Global Control Audio Power III IC) 4 и включается динамик 12. Абонент терминала связи 1 может вести разговор с вызывающим
абонентом, например, абонентом телефонной сети общего пользователя при помощи микрофона 10.
Здесь необходимо отметить, что абонент, который владеет терминалом связи 1, может осуществлять связь с другими абонентами телефонной сети общего пользования или сетей GSM (или сети CDMA).
Пользователь может набрать телефонный номер на клавиатуре, которая подключена к микропроцессору 3 (на чертеже не показано), например, 7 095 109 6172, далее абонент терминала 1 нажимает клавишу "отправка", размещенную на корпусе терминала связи 1 (на чертеже не показано).
В другом варианте пользователь терминала связи 1 имеет возможность голосового набора номера, при этом он голосом называет цифры телефонного номера абонента телефонной сети общего пользования или сети GSM (или сети CDMA): 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.
В этом варианте с микрофона 10 сигнал поступает на устройство 4, где происходит аналого-цифровое преобразование и усиление звука (на чертеже не показано), далее преобразованный голосовой набор поступает в микропроцессор 3, где происходит отправка сигнала "вызов", далее вызывной сигнал поступает в устройство ZigBee™ 2, к которому подключена антенна 6, и далее на мобильный телефон с встроенным устройством ZigBee™, который передает на станцию сотового GSM оператора (на чертеже не показано). Далее сообщение поступает на контроллер, который подключен к мобильному коммутатору сотового оператора (на чертеже не показано), где происходит соединение с вызываемым абонентом GSM сети (или CDMA сети) или соединение с абонентом телефонной сети общего пользования (на чертеже не показано).
Электропитание мобильного терминала связи 1 может осуществляться от батареи электропитания 5, в качестве которой также может выступать аккумуляторная батарея, или внешнего источника,
подключенного к порту внешнего электропитания 15. Напряжение для электропитания мобильного терминала связи 1 подается на устройство управления и электропитания 4, через которое происходит электропитание микропроцессора 3, устройства беспроводной приемопередачи ZigBee™ 2, микроконтроллера 14 и процессора изображений 16..
Применение устройства беспроводной приемопередачи ZigBee™ 2 позволило работать терминалу связи 1 в беспроводной локальной вычислительной сети (WLAN).
Таким образом, за счет введения устройства беспроводной приемопередачи ZigBee™ 2 работающего в диапазоне частот 2,4-2,5 ГГц решается задача полезной модели: работа в беспроводной локальной вычислительной сети (WLAN) и небольшое энергопотребление, за счет введения микроконтроллера 14 и видеообъектива 13, решается задача полезной модели:
перераспределения функций между элементами устройства, т.е. повышается производительность персонального терминала связи 1.
Изготовление терминала связи 1, изображенного на фиг.1-3, осуществляют из следующих типовых элементов: устройство управления и электропитания 4 типа GCAP3 (Global Control Audio Power III IC) компании Motorola, в качестве микропроцессора 3 может быть использован микропроцессор Dragonball 1.MX21 МС9328 компании Motorola, в качестве устройства беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ 2 может быть использована микросхема МС13192 компании Motorola.
В качестве микроконтроллера 14 может быть использован микроконтроллер типа 68 HC908LD64 компании Motorola.
При изготовлении терминала связи 1 может быть использована технология гибкого кабеля печатной платы - РСВ (Printed Circuit Board), которая состоит из печатной платы, переходных устройств и устройств
крепления (на чертеже не показано). При помощи РСВ происходит соединение и крепление всех устройств терминала связи 1.
Опытные образцы терминалов связи изготовлены. Испытания показали, что они соответствует тем требованиям, которые предъявляются к устройствам беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ стандарта IEEE 802.15.4.