CN102412870A - 用于控制通信范围的快速接入近距无线通信模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种通信范围可控的快速接入高效近距无线通信的主通信模块和从通信模块。其中主通信模块用于发送含有该主通信模块信息和通信距离信息的第一距离基准信号；从通信模块可以根据接收到的第一距离基准信号判断通信距离是否满足预设范围，如果满足则根据预设协议快速建立无线通信连接并进行数据交换。第一距离基准信号可以采用低频的磁信号形式或者超声波信号形式，以满足近距离接入的要求。本发明中的主通信模块和从通信模块为实现特定距离范围内的即时、快速、高效的无线数据交换提供了基础性的硬件载体。

Description

用于控制通信范围的快速接入近距无线通信模块

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种通信范围可控的快速接入高效近距无线通信的主通信模块和从通信模块。

背景技术

目前的计算机或者移动设备上已经大量使用了高速无线传输进行数据交换，比较普遍使用的是Wi-Fi（IEEE802.11a/b/g/n标准）、蓝牙、Zigbee（IEEE 802.15.4标准）、UWB（Ultra Wideband，超宽带无线传输）等技术。这些高速无线通信使得计算机间或者移动设备间可以进行信息交换和功能共享等，用户可以在这些移动设备中实现流媒体文件传输、通信录交换、共享访问英特网操作。这些技术针对的都是长时间、多个用户、较远距离范围（10米以上）的数据交换应用；在使用该技术时，用户都需要进行较为复杂的配置，如初次使用需要繁琐的设置、再次使用需要花费一段时间等待寻找主机并连接等。此外，这些技术由于要考虑多个用户同时工作以及射频信号质量不好等因素，其在通信过程中一般都定义了复杂的链路管理协议，这些协议开销导致无线信道利用率不高。

当前，随着移动电子设备的多样化以及广泛使用，在两台设备之间即时共享数据的应用需求越来越强烈。通常共享数据的两台设备之间的距离很近（如1米以内），但要求数据交换非常快捷、及时以及高效，如从设备进入主设备设定范围自动连接并传输数据，移出设定范围则自动切断连接等。而现有的通信技术均不能满足这种近距离范围内用户即时、快速、高效地交换数据的要求。

现有技术中，能够在限定范围内进行无线通信***主要有RFID射频标签***。RFID射频标签按频率分类分别有13.56MHz、800-900MHz、2.4GHz等，其中13.56M标签读写距离小于10厘米，而其它两种则可以到达几米。而这些RFID***均存在两个问题：通信速率过低以及通信距离无法灵活控制；且标签侧均采取无源的方式，对读卡器的发射功率要求很高，不容易集成在轻便的移动电子设备中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于通讯范围可控的快速接入高效近距无线通信的主通信模块和从通信模块，实现各种具有高速无线通信功能的设备间不需要依靠复杂的接入过程、繁琐的设置以及低效的数据交换协议开销，即可在特定距离范围内的快速接入和高效通讯。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种主通信模块，包括基准单元、第一无线通信单元和控制所述基准单元及第一无线通信单元工作的第一控制单元，所述基准单元用于无线发送第一距离基准信号，所述第一无线通信单元用于根据预设协议快速建立无线通信连接并进行数据交换。

上述主通信模块的有益效果是：通过发送第一距离基准信号，使得对应的接收模块或者装置可以根据该第一距离基准信号判断是否在预设的通信距离范围内，若在预设的通信距离范围内，即可实现和该主通信模块之间的预设距离范围内的即时、快速、高效的无线通信和数据交换。该主通信模块为通讯范围可控的快速接入高效近距无线通信提供了基础性的硬件载体。

进一步，所述第一无线通信单元建立无线通信连接并进行数据交换的速率高于所述基准单元发送第一距离基准信号的速率。

采用上述进一步方案的有益效果是，可以实现利用低速传输通道采用距离判断的形式建立高速数据传输通道。

进一步，所述第一距离基准信号含有该主通信模块信息和通信距离信息。

采用上述进一步方案的有益效果是，第一距离基准信号含有该主通信模块信息和通信距离信息便于接收第一距离基准信号的装置对该主通信模块进行确定和距离判断。

进一步，所述基准单元包括顺次串联的第一微控制器、第一编码电路、第一驱动电路和第一磁场发射线圈；所述第一微控制器用于控制第一编码电路和第一驱动电路；所述第一编码电路用于对主通信模块信息的无线数据帧进行逐比特编码，并传送给第一驱动电路；所述第一驱动电路用于对第一磁场发射线圈进行驱动；所述第一磁场发射线圈用于产生含有主通信模块信息的第一距离基准信号并以磁信号形式进行发送。

采用上述进一步方案的有益效果是，提供了一种利用磁信号形式作为载体的第一距离基准信号发送的方式。

进一步，所述基准单元还包括设置于第一编码电路和第一驱动电路之间的第一调制电路；所述第一调制电路用于对第一编码电路编码后的主通信模块信息进行调制，并传送给第一驱动电路。

采用上述进一步方案的有益效果是，可以根据需要对主通信模块信息进行调制。

进一步，所述基准单元还包括第二磁感应电路、第二放大电路和第二门限判断及解调电路，所述第二磁感应电路、第二放大电路、第二门限判断及解调电路和第一微控制器顺次串联；所述第二磁感应电路用于感应接收磁信号形式的含有信号发射源信息的第二距离基准信号并将其转换成电信号形式，并传送给第二放大电路；所述第二放大电路用于将第二距离基准信号进行放大并传送给第二门限判断及解调电路；所述第二门限判断及解调电路用于判断第二距离基准信号是否达到预设门限值，如果达到了预设门限值则将第二距离基准信号中的信号发射源信息传送给第一微控制器；所述第一微控制器用于控制第二磁感应电路、第二放大电路和第二门限判断及解调电路，并将接收到的信号发射源信息传送给所述第一控制单元。

采用上述进一步方案的有益效果是，提供了验证主通信模块与其它信号发射源之间通信距离的通道，使主通信模块具备检测与其它信号发射源之间通信距离的功能。

进一步，所述第一距离基准信号为低频磁信号。

采用上述进一步方法的有益效果是，采用磁信号，可以使用磁感应强度物理量计算通信距离。磁感应强度随通信距离R呈R^-3衰减，且采用低频磁信号穿透不同物体时的衰减小，抗干扰能力强，磁通信的鲁棒性好，使得主通信模块和从通信模块之间第一距离基准信号发送的安全性高。

进一步，所述低频磁信号的频率为500Hz、1KHz、1.5KHz、2KHz、2.5KHz、3KHz、4KHz、5KHz、10KHz、20KHz、30KHz或者10MHz。

进一步，所述第二距离基准信号为低频磁信号。

进一步，所述低频磁信号的频率为500Hz、1KHz、1.5KHz、2KHz、2.5KHz、3KHz、4KHz、5KHz、10KHz、20KHz、30KHz或者10MHz。

进一步，所述基准单元包括至少三个超声波发送器和至少一个调制及启动控制装置，所述调制及启动控制装置分别与超声波发送器连接；所述调制及启动控制装置用于将主通信模块信息调制成第一距离基准信号，并同时启动所述至少三个超声波发送器；所述至少三个超声波发送器用于分别发送不同频率的超声波形式的第一距离基准信号。

采用上述进一步方案的有益效果是，提供了一种利用超声波信号形式作为载体的第一距离基准信号发送的方式。

进一步，所述基准单元包括三个超声波发送器和一个调制及启动控制装置。

进一步，所述第一距离基准信号为超声波信号。

采用上述进一步方案的有益效果是，采用超声波信号可以实现精确的通信距离控制，通信可控制范围可以达到几米甚至更远，也可以在1米、0.5米甚至10厘米范围内精确控制通信等，采用超声波方案既可以适应桌面上电子设备之间相互即时、高速交换数据，也可以适应车辆之间、车辆与闸机之间等应用情况下的即时、高速数据交换，并且超声波与第一无线通信单元通信信号之间相互干扰更小。

进一步，所述第一无线通信单元为Wi-Fi模块、蓝牙模块或者UWB模块。

采用上述进一步方案的有益效果是，主通信模块和其它通信装置之间进行数据交换和通信可使用多种形式，满足多种形式通信需求。

进一步，所述第一无线通信单元的无线通信频段为433MHz、900MHz、2.4GHz、5.8GHz或者60GHz。

采用上述进一步方案的有益效果是，实现高速通讯和数据交换。

进一步，所述基准单元发送第一距离基准信号与所述第一无线通信单元根据预设协议快速建立无线通信连接并进行数据交换不同时进行。

采用上述进一步方案的有益效果是，第一距离基准信号的发送与建立通信连接并进行数据交换分开进行，即当建立通信连接并进行数据交换后，停止第一距离基准信号的发送，使得第一距离基准信号的发送不必随时进行，从而防止信号互相干扰，提高传输效率和测量精度，设备结构简单易操作，并且可节省***资源。

进一步，所述基准单元发送第一距离基准信号先于所述所述第一无线通信单元根据预设协议快速建立无线通信连接并进行数据交换。

采用上述进一步方案的有益效果是，防止信号互相干扰，提高传输效率和测量精度，设备结构简单易操作，并且可节省***资源。

进一步，基准单元间断地发送第一距离基准信号，所述第一无线通信单元在所述发送第一距离基准信号之间进行快速数据交换。

采用上述进一步方案的有益效果是，防止信号互相干扰，提高传输效率和测量精度，设备结构简单易操作，并且可节省***资源。

 

一种从通信模块，包括测定单元、第二无线通信单元和控制所述测定单元及第二无线通信单元工作的第二控制单元；所述测定单元用于接收第一距离基准信号并根据第一距离基准信号判断所述从通信模块和发出第一距离基准信号的信号发射源之间的通信距离是否满足预设范围，如果满足则第二无线通信单元根据预设协议快速建立无线通信连接并进行数据交换。

上述从通信模块的有益效果是：通过接收第一距离基准信号，根据该第一距离基准信号判断该从通信模块与信号发射源是否在预设的通信距离范围内，若在预设的通信距离范围内，即可实现该从通信模块在预设距离范围内的即时、快速、高效的无线通信和数据交换。该从通信模块为通讯范围可控的快速接入高效近距无线通信提供了基础性的硬件载体。

进一步，所述第二无线通信单元建立无线通信连接并进行数据交换的速率高于所述测定单元接收第一距离基准信号的速率。

采用上述进一步方案的有益效果是，可以实现利用低速传输通道采用距离判断的形式建立高速数据传输通道。

进一步，所述第一距离基准信号含有信号发射源信息和通信距离信息。

采用上述进一步方案的有益效果是，便于从通信模块对信号发射源进行确定和距离判断。

进一步，所述测定单元包括顺次串联的第一磁感应电路、第一放大电路、第一门限判断及解调电路和第二微控制器；所述第一磁感应电路用于感应接收磁信号形式的第一距离基准信号并将其转换成电信号形式，并传送给第一放大电路；所述第一放大电路用于将第一距离基准信号进行放大并传送给第一门限判断及解调电路；所述第一门限判断及解调电路用于判断第一距离基准信号是否达到预设门限值，如果达到了预设门限值则将第一距离基准信号中的所含有的信号发射源信息传送给第二微控制器；所述第二微控制器用于控制第一磁感应电路、第一放大电路和第一门限判断及解调电路，并将接收到的信号发射源信息传送给所述第二控制单元。

采用上述进一步方案的有益效果是，提供了验证从通信模块与信号发射源之间通信距离的通道。

进一步，所述测定单元还包括第二编码电路、第二驱动电路和第二磁场发射线圈；所述第二微控制器、第二编码电路、第二驱动电路和第二磁场发射线圈顺次串联；所述第二微控制器用于控制第二编码电路和第二驱动电路；所述第二编码电路用于对从通信模块信息的无线数据帧进行逐比特编码，并传送给第二驱动电路；所述第二驱动电路用于对第二磁场发射线圈进行驱动；所述第二磁场发射线圈用于产生含有从通信模块信息的第二距离基准信号并以磁信号形式进行发送。

采用上述进一步方案的有益效果是，从通信模块还提供了一种利用磁信号形式作为载体的第二距离基准信号发送的方式，以利于对应的接收模块或者装置接收并判断与该从通信模块之间的通信距离。

进一步，所述测定单元还包括设置于第二编码电路和第二驱动电路之间的第二调制电路；所述第二调制电路用于对第二编码电路编码后的从通信模块信息进行调制，并传送给第二驱动电路。

采用上述进一步方案的有益效果是，可以根据需要对从通信模块信息进行调制。

进一步，所述第一距离基准信号为低频磁信号。

进一步，所述低频磁信号的频率为500Hz、1KHz、1.5KHz、2KHz、2.5KHz、3KHz、4KHz、5KHz、10KHz、20KHz、30KHz或者10MHz。

进一步，所述第二距离基准信号为低频磁信号。

进一步，所述低频磁信号的频率为500Hz、1KHz、1.5KHz、2KHz、2.5KHz、3KHz、4KHz、5KHz、10KHz、20KHz、30KHz或者10MHz。

进一步，所述测定单元包括至少三个超声波接收器和至少一个解调及时间比较装置，所述超声波接收器分别与解调及时间比较装置连接；所述至少三个超声波接收器用于同时分别接收不同超声波频率的第一距离基准信号，并将所述第一距离基准信号传送给解调及时间比较装置；所述解调及时间比较装置用于分别解调不同超声波频率的第一距离基准信号，并根据不同超声波频率的第一距离基准信号到达所述测定单元的时间差判断所述从通信模块和信号发射源之间的通信距离是否满足预设范围，如果满足则将第一距离基准信号中所含有的信号发射源信息传送给第二控制单元。

采用上述进一步方案的有益效果是，提供了一种通过超声波信号判断信号发射源与从通信模块之间通信距离的方案，从而实现通信距离的判断。

进一步，所述第一距离基准信号为超声波信号。

采用上述进一步方案的有益效果是，采用超声波信号可以实现精确的通信距离控制，通信可控制范围可以达到几米甚至更远，也可以在1米、0.5米甚至10厘米范围内精确控制通信等，采用超声波方案既可以适应桌面上电子设备之间相互即时、高速交换数据，也可以适应车辆之间、车辆与闸机之间等应用情况下的即时、高速数据交换，并且超声波与第二无线通信单元通信信号之间相互干扰更小。

进一步，所述第二无线通信单元为Wi-Fi模块、蓝牙模块或者UWB模块。

采用上述进一步方案的有益效果是，从通信模块和其它通信装置之间进行数据交换和通信可使用多种形式，满足多种形式通信需求。

进一步，所述第二无线通信单元的无线通信频段为433MHz、900MHz、2.4GHz、5.8GHz或者60GHz。

采用上述进一步方案的有益效果是，实现高速通讯和数据交换。

进一步，所述测定单元接收第一距离基准信号与第二无线通信单元根据预设协议快速建立无线通信连接并进行数据交换不同时进行。

采用上述进一步方案的有益效果是，第一距离基准信号的接收与建立通信连接并进行数据交换分开进行，即当建立通信连接并进行数据交换后，停止第一距离基准信号的接收，使得第一距离基准信号的接收和判断不必随时进行，从而防止信号互相干扰，提高传输效率和测量精度，设备结构简单易操作，并且可节省***资源。

进一步，所述测定单元接收第一距离基准信号先于所述第二无线通信单元根据预设协议快速建立无线通信连接并进行数据交换。

采用上述进一步方案的有益效果是，防止信号互相干扰，提高传输效率和测量精度，设备结构简单易操作，并且可节省***资源。

进一步，所述测定单元间断地接收第一距离基准信号，所述第二无线通信单元在所述接收第一距离基准信号之间进行快速数据交换。

采用上述进一步方案的有益效果是，防止信号互相干扰，提高传输效率和测量精度，设备结构简单易操作，并且可节省***资源。

附图说明

图1为本发明的主通信模块和从通信模块结构示意图；

图2为本发明采用磁信号实施例的基准单元和测定单元之间单向通信结构图；

图3为本发明采用磁信号实施例的基准单元和测定单元之间双向通信结构图；

图4为本发明采用超声波信号实施例的基准单元和测定单元之间的通信结构图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、主通信模块，2、从通信模块，101、第一控制单元，102、基准单元，103、第一无线通信单元，201、第二控制单元，202、测定单元，203、第二无线通信单元，1021、第一微控制器，1022、正向发送单元，2021、第二微控制器，2022、正向接收判断单元，10221、第一编码电路，10222、第一驱动电路，10223、第一磁场发射线圈，10224、第一调制电路，20221、第一磁感应电路，20222、第一放大电路，20223、第一门限判断及解调电路，2023、反向发送单元，1023、反向接收判断单元，20231、第二编码电路，20232、第二驱动电路，20233、第二磁场发射线圈，20234、第二调制电路，10231、第二磁感应电路，10232、第二放大电路，10233、第二门限判断及解调电路，1023、调制及启动控制装置，1024、第一超声波发送器，1025、第二超声波发送器，1026、第三超声波发送器，2023、解调及时间比较装置，2024、第一超声波接收器，2025、第二超声波接收器，2026、第三超声波接收器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

图1为本发明中通信范围可控的快速接入高效近距无线通信的主通信模块和从通信模块的结构示意图。其中，主通信模块1用于发送含有主通信模块信息和通信距离信息的第一距离基准信号；从通信模块2根据接收到的第一距离基准信号判断主通信模块1和从通信模块2间的距离是否满足预设范围，如果满足则主通信模块1和从通信模块2根据预设协议快速建立无线通信连接并进行数据交换。其中，主通信模块1和从通信模块2之间根据预设协议快速建立无线通信连接并进行数据交换的速率高于主通信模块1发送第一距离基准信号的速率。

如图1所示，主通信模块1包括基准单元102、第一无线通信单元103和控制基准单元102及第一无线通信单元103工作的第一控制单元101；从通信模块2包括测定单元202、第二无线通信单元203、和控制测定单元202及第二无线通信单元203工作的第二控制单元201。其中，基准单元102和测定单元202之间存在从基准单元102到测定单元202的正向通信通道，根据需要也可以存在从测定单元202到基准单元102方向的反向通信信道；第一无线通信单元103和第二无线通信单元203之间存在双向高速无线通信信道。基准单元102用于向测定单元202通过正向通信通道发送第一距离基准信号；根据需要测定单元202也可以用于向基准单元102通过反向通信通道发送第二距离基准信号。测定单元202用于接收基准单元102发送的第一距离基准信号，判断主通信模块1和从通信模块2之间的距离是否满足预设范围，如果满足则将第一距离基准信号中含有的主通信模块信息传送给第二控制单元201，第二控制单元201接收到主通信模块信息后，通过第一无线通信单元103和第二无线通信单元203根据预设协议快速建立起主通信模块1和从通信模块2之间的无线通信连接并进行数据交换。当然，根据需要，测定单元202和基准单元102也可以分别具有上述基准单元102和测定单元202的功能，并且测定单元202可以通过反向通信通道向基准单元102发送第二距离基准信号；相应地第一控制单元101和第二控制单元201可以具有彼此的控制功能以实现主通信模块1和从通信模块102之间的距离测定。第一无线通信单元103和第二无线通信单元203分别在第一控制单元101和第二控制单元201的控制下进行无线通信。

本发明中，第一无线通信单元103和第二无线通信单元203可采用2.4GHz频段的Wi-Fi模块、蓝牙模块或者UWB模块，以实现他们之间的高速无线通讯和数据交换，也可以采用其它频点，例如433MHz，900MHz，5.8GHz以及60GHz等。

第一无线通信单元103和第二无线通信单元203之间的高速无线通信单元接入参数主要包括接入信道、主通信模块1的SSID（服务集标识）、主通信模块1的物理地址、密钥或证书等。这些参数主要由主通信模块1中的基准单元102发出，由从通信模块2中测定单元202在约定范围内（如1米）接收。从通信模块2解析这些参数，并设置相关参数与主通信模块1进行连接；连接后通过密钥或证书进行相互认证确定是否进行后续数据交换。

根据需要，基准单元102和测定单元202之间的通信可以采用磁信号通信方式、超声波信号通信方式等。以下所述分别以磁信号通信方式和超声波信号通信方式为例对基准单元102和测定单元202之间的通信进行说明。

磁信号通信实施例

如图2所示，基准单元102为磁信号基准单元，测定单元202为磁信号测定单元，基准单元102向测定单元202发送的第一距离基准信号为磁信号形式。其中，基准单元102包括顺次串联的第一微控制器1021、第一编码电路10221、第一驱动电路10222和第一磁场发射线圈10223；其中第一微控制器1021用于控制第一编码电路10221和第一驱动电路10222；第一编码电路10221、第一驱动电路10222和第一磁场发射线圈10223组成了用于发送磁信号形式的第一距离基准信号的正向发送单元1022。测定单元202包括顺次串联的第一磁感应电路20221、第一放大电路20222、第一门限判断及解调电路20223和第二微控制器2021；其中第二微控制器2021用于控制第一磁感应电路20221、第一放大电路20222、第一门限判断及解调电路20223；第一磁感应电路20221、第一放大电路20222、第一门限判断及解调电路20223组成了正向接收判断单元2022。正向接收判断单元2022用于接收磁信号并判断主通信模块1和从通信模块2之间的距离是否满足预设范围，如果满足则将第一距离基准信号中含有的主通信模块信息传送给第二微控制器2021，第二微控制器2021将主通信模块信息传送给第二控制单元201。

具体地，正向发送单元1022中的第一编码电路10221用于对主通信模块信息的无线数据帧进行逐比特编码，并传送给第一驱动电路10222；第一驱动电路10222用于对第一磁场发射线圈10223进行驱动，以产生低频交变磁场；第一磁场发射线圈10223用于产生含有主通信模块信息的第一距离基准信号并以磁信号形式发送给从通信模块2。

正向接收判断单元2022中的第一磁感应电路20221用于感应接收主通信模块1发送的磁信号形式的第一距离基准信号并将其转换成电信号形式；第一放大电路20222用于将电信号形式的第一距离基准信号进行放大；第一门限判断及解调电路20223用于判断电信号形式第一距离基准信号是否达到预设门限值（例如门限电压值)，如果达到了预设门限电压则将第一距离基准信号中的主通信模块信息传送给第二微控制器2021。

根据需要，正向发送单元1022还可在第一编码电路10221和第一驱动电路10222之间设置第一调制电路10224用于对第一编码电路10221编码后的主通信模块信息进行调制，并传送给第一驱动电路10222。

根据需要，可在图2所示的基准单元102和测定单元202之间单向通信的基础上进行扩充，以实现基准单元102和测定单元202之间的双向通信，其结构如图3所示。测定单元202还包括第二编码电路20231、第二驱动电路20232和第二磁场发射线圈20233；所述第二微控制器2021、第二编码电路20231、第二驱动电路20232和第二磁场发射线圈20233顺次串联；第二微控制器2021用于控制第二编码电路20231和第二驱动电路20232；第二编码电路20231、第二驱动电路20232和第二磁场发射线圈20233组成了用于发送含有从通信模块信息和从通信模块通信距离信息的磁信号形式的第二距离基准信号的反向发送单元2023。对应地，基准单元102还包括第二磁感应电路10231、第二放大电路10232和第二门限判断及解调电路10233；第二磁感应电路10231、第二放大电路10232、第二门限判断及解调电路10233和第一微控制器1021顺次串联；第一微控制器1021用于控制第二磁感应电路10231、第二放大电路10232和第二门限判断及解调电路10233；第二磁感应电路10231、第二放大电路10232和第二门限判断及解调电路10233组成了反向接收判断单元1023。反向接收判断单元1023用于接收磁信号形式的第二距离基准信号并判断从通信模块2和主通信模块1之间的距离是否满足预设范围，如果满足则将第二距离基准信号中含有的从通信模块信息传送给第一微控制器1021；第一微控制器1021将从通信模块信息传送给第一控制单元101；第一控制单元101接收到从通信模块信息后，通过第一无线通信单元103和第二无线通信单元203根据预设协议快速建立起主通信模块1和从通信模块2之间的无线通信连接并进行数据交换。

具体地，如图3所示，反向发送单元2023中的第二编码电路20231用于对主通信模块信息的无线数据帧进行逐比特编码，并传送给第二驱动电路20232；第二驱动电路20232用于对第二磁场发射线圈20233进行驱动，产生第二低频交变磁场；第二磁场发射线圈20233用于产生含有从通信模块信息的第二距离基准信号并以磁信号形式发送给主通信模块1。

反向接收判断单元1023中的第二磁感应电路10231用于感应接收从通信模块2发送的磁信号形式的第二距离基准信号并将其转换成电信号形式；第二放大电路10232用于将电信号形式的第二距离基准信号进行放大；第二门限判断及解调电路10233用于判断电信号形式第二距离基准信号是否达到预设门限值，如果达到了则将第二距离基准信号中的从通信模块信息传送给第一微控制器1021。

根据需要，反向发送单元2023还可在第二编码电路20231和第二驱动电路20232之间设置第二调制电路20234用于对第二编码电路20231编码后的从通信模块信息进行调制，并传送给第二驱动电路20232。

本磁信号通信实施例中，磁感应电路由PCB（Printed Circuit Board，印制电路板）线圈、漆包线线圈、霍尔器件或其它能感应磁场变化的电路元件构成；门限判断及解调电路对磁检测电压信号按照预设的距离门限判断，未达到门限不解调也不允许通信，达到门限时对信号进行解调，解调后的信号送给第二微控制器。

本磁信号通信实施例中，基准单元102和测定单元202可采用低频磁感应通信电路，其相应频点可选择500Hz、1KHz、1.5KHz、2KHz、2.5KHz、3KHz、4KHz、5KHz、10KHz、20KHz、30KHz或者10MHz，利用低频交变磁场穿透性能好的特点进行规定距离范围内的可控通信。

正向接收判断单元2022的电路通常可以采用PCB线圈、漆包线线圈或霍尔器件、巨磁阻、磁感应开关等构成。该电路并不仅限于用这几种元件。原则上任何能将磁场变化转变为电信号的传感器都可以用于该模块，唯一限制是可置入使用该单元的设备中。

本磁信号通信实施例中，利用低频交变磁场实现可控通信距离范围，利用高速无线通信通道结合基准单元102和测定单元202实现主通信模块1和从通信模块2的可靠快速连接，同时利用第一无线通信单元103和第二无线通信单元203之间的高速无线通信通道实现主通信模块1和从通信模块2之间高速的数据通讯。其具有如下特点：1、主通信模块1的基准单元102发射低频交变磁场信号，从通信模块2只需接收该磁场信号，因此可以将接收线圈或其它接收电路小型化，足以满足植入从通信模块2的移动设备小巧的要求；2、由于接收信号较弱，植入从通信模块2的移动设备内需要增加放大电路。另外移动设备中同时置入的第二无线通信单元203可为高速无线无线通信单元（Wi-Fi、蓝牙）从而实现双向高速通讯。如前所述，主通信模块1上的基准单元102和从通信模块2上的测定单元202电路的天线很小，可以轻易的集成到移动设备上。

依照本实施例所选定的频点（500Hz、1KHz、1.5KHz、2KHz、2.5KHz、3KHz、4KHz、5KHz、10KHz、20KHz、30KHz或者10MHz），***在该频点以下工作距离范围控制较为准确。作为一种扩展，***工作在这些频点以上也不是绝对不行，可能的效果是距离控制的精度范围降低，只是一种性能改变的延伸应用。

本实施方式中，通过预先设定好的门限值来实现距离判断，即主通信模块按照预设的发射参数发射低频磁信号，从通信模块2接收该低频信号并转换为电压信号，通过预先设定的门限电压值来判断从通信模块2与主通信模块1之间是否进入预先设定的有效距离区间。该门限值对所有的从通信模块2均相同，无需针对不同的从通信模块2进行修改（即所谓校准）。

本实施例中，第一调制电路10224或者第二调制电路20234可以采用多种调制方式：

1）         载波调制方式调制：第一编码电路10221或者第二编码电路20231产生的基带信号通过第一调制电路10224或者第二调制电路20234对载波进行调制，载波可以为正弦波、方波及三角波等，调制可以采用开关频移键控（OOK）、相移键控、频移键控（FSK）等，调制后的信号通过第一驱动电路10222或者第二驱动电路20232加载到第一磁场发射线圈10223或者第二磁场发射线圈20233上；

2）         无载波直接基带发射：第一编码电路10221或者第二编码电路20231产生的基带信号，通过第一驱动电路10222或者第二驱动电路20232直接加载到第一磁场发射线圈10223或者第二磁场发射线圈20233上；

3）         其它调制方式：由于本发明采用门限值判断的方式进行距离控制，因此调制方式不宜采用幅度调制，凡是发送过程中能够保持从通信模块2内检测信号幅度基本恒定的调制方式均可以用于本发明；

第一编码电路10221或者第二编码电路20231可以采用多种编码方式：

1）         曼彻斯特编码：比特1编码为两个符号01，比特0编码为10。

2）         差分曼彻斯特编码：有两种比特符号序列：01及10，比特1编码为与上一符号序列不同，比特0则相同，或者反过来编码亦可。

3）         其它编码方式：由于本发明采用门限判断的方式进行距离控制，因此低频调制信号应当保持均值稳定。在一个优选实施例中，编码后的序列不含有直流分量，凡是编码后平均直流分量为零的编码方式均可以用于本优选实施例。

在上述具体实现电路中，第一磁场发射线圈10223或者第二磁场发射线圈20233可以为漆包线线圈或PCB线圈。第一磁场发射线圈10223或者第二磁场发射线圈20233的匝数可以大于10圈，优选地，匝数为50～500圈。优选地，第一磁场发射线圈10223或者第二磁场发射线圈20233内填塞有铁氧体磁芯或铁芯。优选地，第一磁场发射线圈10223或者第二磁场发射线圈20233所包围面积的截面至少包含直径3cm的圆形区域或者3cm×3cm的方形区域。

超声波信号通信实施例

如图4所示，本实施例中，基准单元102包括调制及启动控制装置1023、第一超声波发送器1024、第二超声波发送器1025和第三超声波发送器1026，调制及启动控制装置1023分别与第一超声波发送器1024、第二超声波发送器1025和第三超声波发送器1026连接；其中，调制及启动控制装置1023用于将主通信模块信息调制到第一距离基准信号，并同时启动第一超声波发送器1024、第二超声波发送器1025和第三超声波发送器1026以发送超声波形式的距离基信号；第一超声波发送器1024、第二超声波发送器1025和第三超声波发送器1026用于分别发送不同频率的超声波信号。测定单元202包括解调及时间比较装置2023、第一超声波接收器2024、第二超声波接收器2025和第三超声波接收器2026；解调及时间比较装置2023分别与第一超声波接收器2024、第二超声波接收器2025和第三超声波接收器2026连接；其中，第一超声波接收器2024、第二超声波接收器2025和第三超声波接收器2026用于同时分别接收第一超声波发送器1024、第二超声波发送器1025和第三超声波发送器1026所发送的不同频率的超声波信号，并将接收到的不同频率的超声波信号传送给解调及时间比较装置2023；解调及时间比较装置2023用于分别解调不同频率的超声波信号，并根据不同频率的超声波信号到达测定单元202的时间差判断主通信模块1和从通信模块2之间的距离是否满足预设范围，如果满足则将第一距离基准信号中含有的主通信模块信息传送给第二控制单元201。

本实施例中，调制及启动控制装置1023可通过OOK方式将主通信模块信息调制到超声波形式的第一距离基准信号；第一超声波接收器2024、第二超声波接收器2025和第三超声波接收器2026只能分别对应接收第一超声波发送器1024、第二超声波发送器1025和第三超声波发送器1026分别发送的不同超声波频率的第一距离基准信号；例如第一超声波接收器2024只能接收第一超声波发送器1024的信号，第二超声波接收器2025只能接收第二超声波发送器1025的信号，第三超声波接收器2026只能接收第三超声波发送器1026。

本实施例中，基准单元102可以采用多个调制及启动控制装置及三个以上的超声波发送器，对应的测定单元202也可以采用多个解调及时间比较装置及三个以上的超声波接收器，但最优化方案为本实施例中所采用的一个调制及启动控制装置、三个声波发送器、一个解调及时间比较装置和三个超声波接收器。

在本发明中，主通信模块1通过低频磁信号或者超声波信号将主通信模块信息传给从通信模块2，从通信模块2通过第二无线通信单元203和第一无线通信单元103的双向高速无线通信信道将主通信模块信息回传给主通信模块1，主通信模块1通过识别回传的主通信模块信息的正确性，进而实现了从通信模块2与主通信模块1之间的唯一绑定。绑定之后通过第一无线通信单元103和第二无线通信单元203之间的双向高速无线通信信道来完成主通信模块1和从通信模块2之间的双向的高速大数据量的通讯。

作为一种实施例，第一距离基准信号的发送和快速建立无线通信连接并进行数据交换可以不同时进行。比如，第一距离基准信号的发送先于快速建立无线通信连接并进行数据交换进行；或者主通信模块1间断地发送第一距离基准信号，主通信模块1和从通信模块2在所述发送第一距离基准信号之间进行快速数据交换。当从通信模块2根据接收到的第一距离基准信号判断主通信模块1和从通信模块2之间的距离满足预设范围之后，和主通信模块1与从通信模块2根据预设协议快速建立无线通信连接并进行数据交换之前，主通信模块1和从通信模块2可以断开其间的第一距离基准信号的发送，以防止信号互相干扰，提高传输效率和测量精度，设备结构简单易操作，节省资源，具体地可以通过如下两种方式：

1）从通信模块2向主通信模块1发送确定信号，主通信模块1根据接收到的确定信号停止发送第一距离基准信号，主通信模块1和从通信模块2再根据预设协议快速建立无线通信连接并进行数据交换；

2）从通信模块先停止接收所述第一距离基准信号，主通信模块1和从通信模块2再根据预设协议快速建立无线通信连接并进行数据交换。

本发明中的主通信模块1和从通信模块2可以分别设置于不同的主机中。这样，主通信模块信息也可以为主机信息，从而可以实现主机之间的控制通信范围的快速接入近距无线通信。

所述主机包括但不限于智能终端和/或智能交通工具等。其中，智能终端包括台式电脑、笔记本电脑、平板电脑、掌上电脑、手机、数码相机、数码摄像机、电子阅读器、音视频播放装置以及数码相框等产品；智能交通工具包括智能汽车或者带有提供数据交互功能的汽车、火车、飞机或者轮船等其它交通工具。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (35)

1.一种主通信模块，其特征在于：包括基准单元、第一无线通信单元和控制所述基准单元及第一无线通信单元工作的第一控制单元，所述基准单元用于无线发送第一距离基准信号，所述第一无线通信单元用于根据预设协议快速建立无线通信连接并进行数据交换。

2.根据权利要求1所述的主通信模块，其特征在于：所述第一无线通信单元建立无线通信连接并进行数据交换的速率高于所述基准单元发送第一距离基准信号的速率。

3.根据权利要求1所述的主通信模块，其特征在于：所述第一距离基准信号含有该主通信模块信息和通信距离信息。

4.根据权利要求1所述的主通信模块，其特征在于：所述基准单元包括顺次串联的第一微控制器、第一编码电路、第一驱动电路和第一磁场发射线圈；所述第一微控制器用于控制第一编码电路和第一驱动电路；所述第一编码电路用于对主通信模块信息的无线数据帧进行逐比特编码，并传送给第一驱动电路；所述第一驱动电路用于对第一磁场发射线圈进行驱动；所述第一磁场发射线圈用于产生含有主通信模块信息的第一距离基准信号并以磁信号形式进行发送。

5.根据权利要求4所述的主通信模块，其特征在于：所述基准单元还包括设置于第一编码电路和第一驱动电路之间的第一调制电路；所述第一调制电路用于对第一编码电路编码后的主通信模块信息进行调制，并传送给第一驱动电路。

6.根据权利要求4或5所述的主通信模块，其特征在于：所述基准单元还包括第二磁感应电路、第二放大电路和第二门限判断及解调电路，所述第二磁感应电路、第二放大电路、第二门限判断及解调电路和第一微控制器顺次串联；所述第二磁感应电路用于感应接收磁信号形式的含有信号发射源信息的第二距离基准信号并将其转换成电信号形式，并传送给第二放大电路；所述第二放大电路用于将第二距离基准信号进行放大并传送给第二门限判断及解调电路；所述第二门限判断及解调电路用于判断第二距离基准信号是否达到预设门限值，如果达到了预设门限值则将第二距离基准信号中的信号发射源信息传送给第一微控制器；所述第一微控制器用于控制第二磁感应电路、第二放大电路和第二门限判断及解调电路，并将接收到的信号发射源信息传送给所述第一控制单元。

7.根据权利要求1至5任一项所述的主通信模块，其特征在于：所述第一距离基准信号为低频磁信号。

8.根据权利要求7所述的主通信模块，其特征在于：所述低频磁信号的频率为500Hz、1KHz、1.5KHz、2KHz、2.5KHz、3KHz、4KHz、5KHz、10KHz、20KHz、30KHz或者10MHz。

9.根据权利要求8所述的主通信模块，其特征在于：所述第二距离基准信号为低频磁信号。

10.根据权利要求9所述的主通信模块，其特征在于：所述低频磁信号的频率为500Hz、1KHz、1.5KHz、2KHz、2.5KHz、3KHz、4KHz、5KHz、10KHz、20KHz、30KHz或者10MHz。

11.根据权利要求1所述的主通信模块，其特征在于：

所述基准单元包括至少三个超声波发送器和至少一个调制及启动控制装置，所述调制及启动控制装置分别与超声波发送器连接；所述调制及启动控制装置用于将主通信模块信息调制成第一距离基准信号，并同时启动所述至少三个超声波发送器；所述至少三个超声波发送器用于分别发送不同频率的超声波形式的第一距离基准信号。

12.根据权利要求11所述的主通信模块，其特征在于：所述基准单元包括三个超声波发送器和一个调制及启动控制装置。

13.根据权利要求1至3任一项所述的主通信模块，其特征在于：所述第一距离基准信号为超声波信号。

14.根据权利要求1至5、11或12任一项所述的主通信模块，其特征在于：所述第一无线通信单元为Wi-Fi模块、蓝牙模块或者UWB模块。

15.根据权利要求1至5、11或12任一项所述的主通信模块，其特征在于：所述第一无线通信单元的无线通信频段为433MHz、900MHz、2.4GHz、5.8GHz或者60GHz。

16.根据权利要求1至5、11或12任一项所述的主通信模块，其特征在于：所述基准单元发送第一距离基准信号与所述第一无线通信单元根据预设协议快速建立无线通信连接并进行数据交换不同时进行。

17.根据权利要求16所述的主通信模块，其特征在于：所述基准单元发送第一距离基准信号先于所述所述第一无线通信单元根据预设协议快速建立无线通信连接并进行数据交换。

18.根据权利要求16所述的主通信模块，其特征在于：基准单元间断地发送第一距离基准信号，所述第一无线通信单元在所述发送第一距离基准信号之间进行快速数据交换。

19.一种从通信模块，其特征在于：包括测定单元、第二无线通信单元和控制所述测定单元及第二无线通信单元工作的第二控制单元；所述测定单元用于接收第一距离基准信号并根据第一距离基准信号判断所述从通信模块和发出第一距离基准信号的信号发射源之间的通信距离是否满足预设范围，如果满足则第二无线通信单元根据预设协议快速建立无线通信连接并进行数据交换。

20.根据权利要求19所述的从通信模块，其特征在于：所述第二无线通信单元建立无线通信连接并进行数据交换的速率高于所述测定单元接收第一距离基准信号的速率。

21.根据权利要求19所述的主通信模块，其特征在于：所述第一距离基准信号含有信号发射源信息和通信距离信息。

22.根据权利要求21所述的从通信模块，其特征在于：所述测定单元包括顺次串联的第一磁感应电路、第一放大电路、第一门限判断及解调电路和第二微控制器；所述第一磁感应电路用于感应接收磁信号形式的第一距离基准信号并将其转换成电信号形式，并传送给第一放大电路；所述第一放大电路用于将第一距离基准信号进行放大并传送给第一门限判断及解调电路；所述第一门限判断及解调电路用于判断第一距离基准信号是否达到预设门限值，如果达到了预设门限值则将第一距离基准信号中的所含有的信号发射源信息传送给第二微控制器；所述第二微控制器用于控制第一磁感应电路、第一放大电路和第一门限判断及解调电路，并将接收到的信号发射源信息传送给所述第二控制单元。

23.根据权利要求22所述的从通信模块，其特征在于：所述测定单元还包括第二编码电路、第二驱动电路和第二磁场发射线圈；所述第二微控制器、第二编码电路、第二驱动电路和第二磁场发射线圈顺次串联；所述第二微控制器用于控制第二编码电路和第二驱动电路；所述第二编码电路用于对从通信模块信息的无线数据帧进行逐比特编码，并传送给第二驱动电路；所述第二驱动电路用于对第二磁场发射线圈进行驱动；所述第二磁场发射线圈用于产生含有从通信模块信息的第二距离基准信号并以磁信号形式进行发送。

24.根据权利要求23所述的从通信模块，其特征在于：所述测定单元还包括设置于第二编码电路和第二驱动电路之间的第二调制电路；所述第二调制电路用于对第二编码电路编码后的从通信模块信息进行调制，并传送给第二驱动电路。

25.根据权利要求19至24任一项所述的从通信模块，其特征在于：所述第一距离基准信号为低频磁信号。

26.根据权利要求25所述的从通信模块，其特征在于：所述低频磁信号的频率为500Hz、1KHz、1.5KHz、2KHz、2.5KHz、3KHz、4KHz、5KHz、10KHz、20KHz、30KHz或者10MHz。

27.根据权利要求23或24所述的从通信模块，其特征在于：所述第二距离基准信号为低频磁信号。

28.根据权利要求27所述的从通信模块，其特征在于：所述低频磁信号的频率为500Hz、1KHz、1.5KHz、2KHz、2.5KHz、3KHz、4KHz、5KHz、10KHz、20KHz、30KHz或者10MHz。

29.根据权利要求21所述的从通信模块，其特征在于：

所述测定单元包括至少三个超声波接收器和至少一个解调及时间比较装置，所述超声波接收器分别与解调及时间比较装置连接；

所述至少三个超声波接收器用于同时分别接收不同超声波频率的第一距离基准信号，并将所述第一距离基准信号传送给解调及时间比较装置；

所述解调及时间比较装置用于分别解调不同超声波频率的第一距离基准信号，并根据不同超声波频率的第一距离基准信号到达所述测定单元的时间差判断所述从通信模块和信号发射源之间的通信距离是否满足预设范围，如果满足则将第一距离基准信号中所含有的信号发射源信息传送给第二控制单元。

30.根据权利要求19至21、29任一项所述的从通信模块，其特征在于：所述第一距离基准信号为超声波信号。

31.根据权利要求19至24、29任一项所述的主通信模块，其特征在于：所述第二无线通信单元为Wi-Fi模块、蓝牙模块或者UWB模块。

32.根据权利要求19至24、29任一项所述的主通信模块，其特征在于：所述第二无线通信单元的无线通信频段为433MHz、900MHz、2.4GHz、5.8GHz或者60GHz。

33.根据权利要求19至24、29任一项所述的主通信模块，其特征在于：所述测定单元接收第一距离基准信号与第二无线通信单元根据预设协议快速建立无线通信连接并进行数据交换不同时进行。

34.根据权利要求33所述的主通信模块，其特征在于：所述测定单元接收第一距离基准信号先于所述第二无线通信单元根据预设协议快速建立无线通信连接并进行数据交换。

35.根据权利要求33所述的主通信模块，其特征在于：所述测定单元间断地接收第一距离基准信号，所述第二无线通信单元在所述接收第一距离基准信号之间进行快速数据交换。

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