专利名称：传感器节点的制作方法
技术领域：
本发明涉及能在传感器网络中利用的带无线通信功能的传感器节点的改良，特别是涉及能戴在人体上的传感器节点。
背景技术：
近年来，一直在研究在传感器上附加具有无线通信功能的小型电子电路，将真实世界的各种各样的信息实时取入到信息处理装置中的网络系统(以下称作传感器网络)。考虑了传感器网络的广泛应用，例如，也考虑了利用无线电路、处理器、传感器和集成了电池的小型电子电路来在常时下监视脉搏等生物体信息，利用无线通信将监视结果发送到诊断装置等，基于监视结果判定健康状态的医疗应用(例如，专利文献1～8)。
为了使传感器网络广泛实用，关键在于长时间无需维护无线通信功能、传感器和搭载电池等电源的电子电路(以下称作传感器节点)，并且持续发送传感器数据，外形也要小型化。因此，逐步开发了微型且能设置在任何地方的传感器节点。在现阶段，实用上可以使用1年左右的时间而不需要更换电池，但需要从维护成本和方便使用这两方面来考虑。
专利文献1日本专利申请特开2003-102692号专利文献2日本专利申请特开平10-155743号专利文献3日本专利申请特开2001-070264号专利文献4日本专利申请特开2002-200051号专利文献5日本专利申请特开2003-010265号专利文献6日本专利申请特开2003-275183号专利文献7日本专利申请特开2004-139345号专利文献8日本专利申请特开2004-312707号在上述传感器节点中，需要长时间不更换电池而确保稳定的无线通信性能，但又必须要将测定脉搏和体温的传感器节点戴在人体上。但是，虽然人体反射电磁波的一部分，但由于具有吸收一部分的特性，因此，为了降低发送所需的电力，并确保稳定的通信性能，若不考虑无线电路的配置，就有难以用低功率进行稳定的无线通信的问题。
此外，由于戴在人体上，若有人体的运动和佩戴位置的偏移等，在传感器节点中就有生物体信息的测定精度低下的问题。
另外，在戴在人体上的传感器节点中，鉴于考虑到传感器节点的小型化而使用的天线的方向性、传感器节点内的电池和与基板等其他部件的关系，就必须要对于在上述专利文献中没下功夫的配置布局进行考虑。
发明内容
因此，本发明鉴于上述问题点，其目的在于确保稳定的无线通信性能，进一步的目的在于提供一种能维持生物体信息的测定精度的传感器节点。
在具有无线通信电路和传感器，利用无线通信发送传感器测定的数据的传感器节点中，具有配置了与上述无线通信电路连接的天线的第一基板、内部收容上述第一基板的壳体、安装在上述壳体上用于将该壳体固定在皮肤上的带，上述天线配置在上述壳体的成为手表上的12点钟方向的上部。
此外，上述天线配置在与上述壳体相对的第一基板上，上述带与上述壳体的上部和下部连结，能戴在手腕上。
此外，上述传感器由配置在与皮肤相对的位置上的发光元件和受光元件构成，上述发光元件和受光元件配置于在连结上述壳体的上下方向的线的中央部与其正交的轴线上。
发明效果从而，本发明通过将传感器节点的天线设置在手表上的12点钟方向的壳体上方，在手腕上戴上了该传感器节点的情况下，就能在距离人体最远的位置上配置天线，能够设定成使得无线通信灵敏度最大。
此外，在将传感器节点戴在手腕上的情况下，能够将发光元件和受光元件沿着手腕的大致中心配置在一条直线上，能够沿着流经手腕的血管配置发光元件和受光元件，在测定脉搏的情况下，就能与感应对象的血管贴紧。其结果，能够稳定地进行感应，能够提高测定精度。
图1是示出本发明的第一实施方式的手镯型传感器节点的正视图和示出天线配置的部分透视图，示出在左腕上戴上了传感器节点的情况。
图2是示出从表面侧透视壳体的底面时的脉搏传感器的配置的说明图。
图3是示出利用本发明的手镯型传感器节点实现的健康管理传感器网络系统的结构例的方框图。
图4是示出在基站BS10中收集的传感器数据的一例的说明图。
图5是示出传感器节点内部的基板单元的结构的图，(A)示出基板单元的俯视图，(B)示出基板单元的正视图，(C)示出基板单元的底视图，(D)示出基板单元的背视图，(E)示出基板单元的右侧视图。
图6是构成手镯型传感器节点的主体板BO1的第一面(SIDE1)的结构图。
图7是构成手镯型传感器节点的主体板BO1的第二面(SIDE2)的结构图。
图8是构成手镯型传感器节点的母插件板BO2的第一面(SIDE1)的结构图。
图9是构成手镯型传感器节点的母插件板BO2的第二面(SIDE2)的结构图。
图10是构成手镯型传感器节点的脉搏传感插板BO3的第一面(SIDE1)的结构图。
图11是构成手镯型传感器节点的脉搏传感插板BO3的第二面(SIDE2)的结构图。
图12是示出了构成手镯型传感器节点的主体板BO1、母插件板BO2、脉搏传感插板BO3的结构和各基板间的连接关系的结构图。
图13是主体板BO1的剖面图。
图14是示出设置在手镯型传感器节点的母插件板BO2内部的接地层(GPL20)、电源层(VPL20)和它们的禁止区域(NGA20)的正视图。
图15是示出设置在手镯型传感器节点的脉搏传感插板BO3内部的接地层(GPL30)、电源层(VPL30)和它们的禁止区域(NGA30)的正视图。
图16是示出在手镯型传感器节点中使用的LED显示器(LSC1)的一例的电路图，(a)示出利用反相器IV1的电流放大来驱动LED的例子，(b)示出利用微机芯片的PIO直接驱动LED的例子。
图17是示出在手镯型传感器节点中使用的总线选择(BS1、BS2)的一例的电路图。
图18示出在手镯型传感器节点中使用的紧急开关(ESW1)和测定开关(GSW1)的一例，(a)示出紧急开关ESW1的电路图，(b)示出测定开关GSW1的电路图。
图19示出在手镯型传感器节点中使用的充电控制电路BAC1的一例，(a)是充电控制电路BAC1的电路图，(b)是充电端子PCN1的电路图。
图20示出在手镯型传感器节点中使用的电源切断开关(PS21、PS31)的一例，(a)示出用控制线SC10控制电源的电路图，(b)示出用控制线SC20控制电源的电路图。
图21是示出在手镯型传感器节点中使用的模拟基准电位生成电路AGG1的一例的电路图。
图22是示出在手镯型传感器节点中使用的脉搏传感器光量调整电路LDD1的一例的电路图。
图23是示出在手镯型传感器节点中使用的脉搏传感器头电路(PLS10、PLS20)的一例的电路图，(a)示出使用了光电晶体管PT1的例子，(b)示出使用了光电二极管的例子。
图24是示出在手镯型传感器节点中使用的脉搏传感器信号放大电路AMP1的一例的电路图。
图25是示出脉搏传感器信号放大电路的波形例的图表，(a)示出脉搏传感器信号放大电路的输出AA与时间的关系，(b)示出脉搏传感器信号放大电路的输出D0的输出与时间的关系。
图26是示出在手镯型传感器节点中执行的控制的一例的流程图。
图27是在图26的P100中进行的传感器节点的初始化程序的流程图。
图28是在图26的P350中进行的LED光量调整的子程序的流程图。
图29是示出手镯型传感器节点的消耗电流与时间的关系的图表。
图30是示出手镯型传感器节点的各元件的消耗电流的说明图。
图31是示出紧急发报程序的一例的流程图。
图32是示出手镯型传感器节点的紧急发报时的消耗电流与时间的关系的图表，(a)示出使用了本发明的紧急发报程序的情况，(b)示出不使用本发明的紧急发报程序的情况。
图33示出第二实施方式，是传感器节点的概略图。
图34同样地示出第二实施方式，是示出基板BO2-2和温湿度传感器基板BO3-2的一例的结构图。
具体实施例方式
以下基于
本发明的一个实施方式。
图1是示出将本发明适用于手镯型(或手表型)的传感器节点SN1的例子的正视图。该传感器节点SN1主要测定佩戴者的脉搏。
<传感器节点的概要>
在具有四边的方形壳体CASE1的中央配置显示消息等的显示装置LMon1。再有，作为显示装置LMon1，可以采用液晶显示装置等。并且，从第一边向第二边安装带BAND1，所述第一边是手表上的12点钟方向的壳体CASE1端部，所述第二边是手表上的6点钟方向的壳体CASE1端部，与第一边对置，所述带用于在手腕上固定传感器节点SN1。再有，图1中示出在左腕(WRIST1)上戴上了传感器节点SN1的状态，以下，将手表上的12点钟方向称作壳体CASE1的上方，将手表上的6点钟方向称作壳体CASE1的下方。
在壳体CASE1的下端的带BAND1与显示装置LMon1之间，在后述的基板BO2上，沿着手腕的长度方向配置着紧急开关SW1和测定开关SW2，并露出在壳体CASE1的表面上，佩戴者可以进行操作。再有，开关SW1是例如在佩戴者紧急时通过操作向外部通知紧急的开关，开关SW2是在测定生物体信息(脉搏等)时和佩戴者对来自显示装置LMon1的询问等做出响应时进行操作的开关。作为这些开关，典型的可以使用按钮型的开关，但也可以使用其他类型的开关。
然后，在壳体CASE1的上端的带BAND1与显示装置LMon1之间，在壳体CASE1的内部的基板(第一基板)BO2上配置着天线ANT1。该天线ANT1例如是使用了所谓的高介电体的片状介质天线(チツプ型誘電体アンテナ)。
传感器节点SN1如后所述地具有测定脉搏的脉搏传感器、测定体温或周围温度的温度传感器、检测佩戴者(生物体)的运动的传感器、其通常为加速度传感器。再有，不限于加速度传感器，也可以使用能检测运动的其他类型的传感器。
图2是示出配置在壳体CASE1的底面上的脉搏传感器的配置的说明图。本发明的手镯型传感器节点SN1中使用的脉搏传感器由红外线发光二极管和作为受光元件的光电晶体管构成。再有，作为受光元件，除了光电晶体管之外，也可以使用光电二极管。在壳体CASE1的底面上设置的3个开口部H1～H3中设置一对红外线发光二极管(发光元件)LED1、LED2和光电晶体管(受光元件)PT1，与皮肤相对地配置各元件，构成脉搏传感器。
该脉搏传感器向皮下的血管照射红外线发光二极管LED1、2所产生的红外线，由光电晶体管PT1检知来自血管的随血流变动的散射光的强度变化，从该强度变化的周期推断脉搏。
在此，在后述的基板BO3上配置红外线发光二极管LED1、2和光电晶体管PT1，使得红外线发光二极管LED1、2和光电晶体管PT1沿着在连结了壳体CASE1的上下方向(手表上的12点钟和6点钟)的线的中央部与其正交的轴线ax并列，另外，在红外线发光二极管LED1与LED2之间以夹着光电晶体管PT1的方式配置光电晶体管PT1。
即，为了稳定地取得脉搏，高效地捕捉血流变动非常重要。通过将图2中示出的本发明中特有的配置、即红外线发光二极管LED1和LED2及光电晶体管PT1配置在一条直线上，就能在手腕上戴上了本手镯型传感器节点SN1时，按沿着流经手腕的血管、即沿着血管内的血流的形式配置LED1、2和光电晶体管列。另外，如图2所示，通过在手镯型传感器节点SN的中心配置这些红外LED1、2和光电晶体管PT1，在用户(佩戴者)进行了运动的情况下，也能使红外线发光二极管LED1、2和光电晶体管PT1紧贴在手腕即感应对象的血管上。其结果，就能稳定地利用光电晶体管PT1高效地捕捉随血流变动的红外散射光的强度变动。
<传感器网络的概要>
图3是示出使用本发明的手镯型传感器节点SN1构筑了健康管理传感器网络系统的例子的系统结构图。
在图3中，SN1～SN3是本发明的手镯型传感器节点。例如，以监视用户的健康状态为目的，戴在用户的手腕上。这些手镯型传感器节点SN1～SN3利用无线WL1～WL3与基站BS10进行无线通信。各传感器节点SN1～3向基站BS10发送感应到的温度和脉搏等数据。
基站BS10由天线ANT10、无线通信接口RF10、处理器CPU10、存储器MEM10、辅助存储器STR10、显示装置DISP10、用户接口装置UI10和网络接口NI10构成。其中，辅助存储器STR10典型的由硬盘等构成。此外，显示装置DISP10由CRT等构成。用户接口装置UI10典型的是键盘/鼠标等。
再有，基站BS10除了与传感器节点SN1～3的无线通信以外，也可以例如经由网络接口NI10通过广域网WAN10与位于远程的管理服务器SV10进行通信。管理服务器SV10具有CPU20、存储器MEM20、辅助存储器DB20和网络接口NI20，使用数据库等管理从基站BS10收集的传感器数据。再有，广域网WAN10中典型的可以使用因特网等。
图4示出在图3的健康管理传感器网络系统中从各传感器节点SN1～3向基站发送的传感器数据的结构例，示出在基站BS10的辅助存储器STR10中存储的传感器数据的例子。
在各传感器节点SN1～3的传感器数据中，按每个传感器具有传感器节点SN1～3的标识符(传感器节点ID)和各传感器节点SN1～3所测定的温度、加速度、脉搏的传感器ID，基站BS10按每个传感器节点ID和传感器ID收集测定值和测定时刻等，存储在辅助存储器STR10中。然后，定期或根据管理服务器SV10的请求发送测定的传感器数据。
<传感器节点的结构>
图5是示出构成传感器节点SN1的内部的基板单元的配置的图，基板单元以安装了天线ANT1和显示装置LMon1的母插件板BO2为中心，共由3片基板BO1～BO3构成，被收容在图1中示出的壳体CASE1的内部。
在图5(B)的正视图中，在母插件板BO2的上方(手表上的12点钟方向)左侧配置天线ANT1，在中央部配置显示装置LMon1，在母插件板BO2的下方(手表上的6点钟方向)配置紧急开关ESW1(图1的SW1)和测定开关GSW1(图1的SW2)。然后，在母插件板BO2的背面安装电池BAT1、设置了脉搏传感器的基板(第三基板)BO3、设置了微型计算机(控制装置)和通信芯片的基板BO1(参照(C)底视图、(D)背视图、(E)右侧视图)。再有，母插件板BO2的上方与壳体CASE1的上方一致。
在安装了显示装置LMon1、基板BO1和BO3的状态下，将该母插件板BO2组装在图1中示出的壳体CASE1中。在壳体CASE1内组装成母插件板BO2的上方与壳体CASE1的上方一致。
即，在本发明的手镯型传感器节点SN1中，其特征在于，在母插件板BO2上的表面侧(图1的壳体CASE1的正面侧)，按照从图5(B)的正视图的下方开始向上方、即从戴上了本手镯型传感器节点SN1的用户(佩戴者)的人体由近及远的顺序，配置了紧急开关ESW1、测定开关GSW1、显示装置LMon1、天线ANT1。
首先，第一，从用户的观察性的观点出发，如图1所示，显示装置LMon1最好配置在手镯型传感器节点SN1的中心。第二，从紧急开关ESW1和测定开关GSW1的操作性的观点出发，最好配置成能一边看显示装置LMon1一边进行操作。即，最好是将这些开关ESW1、GSW1配置在显示装置LMon1的下面(手表上的6点钟方向)、即人体侧的本发明的配置。第三，天线ANT1最好配置在无线通信灵敏度最大的位置上。
另一方面，根据壳体CASE1的尺寸的限制，可内装在本发明的手镯型传感器节点SN1中的天线是使用了所谓的高介电体的片状介质天线。众所周知，片状介质天线在垂直于天线的方向上具有方向性。
具体地说，在图5(B)的正视图中，天线ANT1在纸面的上下方向(手表上的12点钟方向和6点钟方向)上具有方向性。因此，若与图5中示出的配置相反，将天线ANT1安装在紧急开关SW1/测定开关SW2侧，则显示装置LMon1就成为障碍物，无线通信灵敏度就大幅度地变差了。此外，天线ANT1在图5(B)的纸面的下方(人体侧)也具有无线电波的方向性，但若从传感器节点SN1在无线通信中使用的2.4GHz频带(不特殊限定)的无线信号来看，手腕和人体是地电位，不透过无线电波。因此，若将天线ANT1安装在壳体CASE1的下侧，由于接近人体无线通信灵敏度就显著变差。从而，最佳配置是将天线ANT1配置成位于无线通信灵敏度最大的壳体CASE1的上方的结构。
另外，若考虑用右手的用户多数在左腕上戴手镯型传感器节点SN1，则在图5(B)中的在壳体CASE1的上部右侧配置了天线ANT1的情况下，受左手手背的影响而无线通信灵敏度降低。因此，如图所示，通过在壳体CASE1的上部左侧配置天线ANT1，就能够配置在离开左腕手背的位置上，能够提高无线通信灵敏度。再有，在是左撇子的情况下，由于戴在右手上，因此，通过将天线设置在壳体上部的右侧，就能够降低右手手背的影响，提高天线的方向性。此外，在面向女性的、向着与手掌相同的面安装显示装置的方法中，受手掌比受手背的影响大，但是可以通过如上所述地将天线配置在基板的上部，通过配置在基板的上部，来降低手掌的影响。
其次，在母插件板BO2的背面，沿着图2的轴线ax串联地在基板BO3上配置构成脉搏传感器的红外线发光二极管LED1、2和光电晶体管PT1。如图2中说明地，从壳体CASE1上设置的开口部(H1～H3)与皮肤相对地设置这些红外线发光二极管LED1、2和光电晶体管PT1，该基板BO3被支撑在母插件板BO2的背面。再有，在图5(E)中，显示装置LMon1侧是壳体CASE1的表面侧，基板BO1和BO3侧成为壳体CASE1的底面侧。此外，被母插件板BO2支撑的显示装置LMon1和紧急开关SW1、操作开关SW2配置在壳体CASE1的表面侧，通过各自设置保护盖，具有防止向壳体表面露出的结构(省略图示)。
在图5(D)的背视图中，在基板BO3的上方(壳体CASE1的下方)配置有安装在母插件板BO2的背面的电池BAT1和具有微型计算机和通信芯片的基板BO1，该基板BO1被支撑在母插件板BO2的背面。然后，在图中水平方向上相互不重叠地配置基板BO1和电池BAT1。这样，通过在母插件板BO2的里面配置具有一定厚度的电池BAT1和基板BO1，就能够在天线与生物体即与手腕之间确保距离，能提高天线的方向性。
下面，对于上述母插件板BO2和基板BO1、BO3进行详细说明。
图6是构成本发明的手镯型传感器节点SN1的3片基板中的基板BO1的一个主面SIDE1。此外，图7是基板BO1的与SIDE1相反的主面SIDE2。同样地，图8示出构成本发明的手镯型传感器节点SN1的母插件板BO2的第一主面SIDE1，图9中示出基板BO2的第二主面SIDE2。另外，图10中示出构成本发明的手镯型传感器节点SN1的基板BO3的第一主面SIDE1，图11中示出基板BO3的第二主面SIDE2。这三片基板如图12所示，利用后述的连接器(CN1、CN2、SCN1、SCN2)和天线连接电缆CA1进行连接。并且，这三片基板BO1～BO3的形状的概要和连接器的位置关系的概要如上述图5。
首先，按照图6和图7说明基板BO1(以下设为主体板BO1)的结构进行说明。在图6中，在主体板BO1的第一主面SIDE1上，在图中右侧配置第一无线通信半导体集成电路芯片(CHIP1、以下简称RF芯片)。然后，在RF芯片的上方配置向RF芯片供给时钟的第一晶体振荡器X1和测定佩戴者或周围的温度的温度传感器TS1。再有，温度传感器TS1与后述的信号接口IF1连接。
在图中左侧配置天线连接器SMT1和与该天线连接器SMT1连接的匹配电路MA1，匹配电路MA1与RF芯片的高频接口RFIO连接。
在图中右上配置用于通过第一主面SIDE1和第二主面SIDE2间的接口信号线的基板通孔(V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8)、由这些信号线构成的信号接口IF1、用于连接第一主面SIDE1和第二主面SIDE2的电源与地的基板通孔VP1、VP2。此外，在主面SIDE1的预定位置上配置LED显示器LSC1和电源线的电源旁路电容器C1。
如图7所示，主体板BO1的第二主面SIDE2上配置了大致配置在中央部的第二微型计算机半导体集成电路芯片(CHIP2、以下简称为微机芯片)和向微机芯片供给时钟的第二晶体振荡器X2。
在第二主面SIDE2的右上配置与第一主面SIDE1的信号接口IF1，在基板BO1的内外之间进行通信。
此外，在微机芯片的下方配置与IRQ1连接的实时时钟电路RTC1和控制与微机芯片CHIP2的连接的第一串行总线控制电路BS1。
在图中左下配置与第二基板BO2的连接器CN1，在其上方配置电源电路的电源旁路电容器C2。
再有，图7是从里侧(＝图6的第一主面SIDE1)透视了第二主面SIDE2的图。因此，在从第二主面SIDE2眺望主体板BO1的情况下，实际上与本图面左右对称地配置部件。在本说明书中，以下的附图也用同样的方式进行表示。
在微机芯片上，除了可随机重写存储器和搭载程序的非易失性存储器之外，还将能用搭载程序控制的可编程输入输出电路PIO、能将模拟信号变换为能在微机芯片内部运算处理的数字信号的模拟-数字转换电路ADC、能利用串行线执行信号与外部的数据交换的串行接口电路(SIO1、SIO2)、利用来自外部的信号实现程序的中断执行的外部中断电路IRQ和程序重写接口DIF等集成为一个单片。
此外，在RF芯片上，将用于生成无线信号的振荡电路、将来自微机芯片的数字信号变换为无线信号的调制解调电路及无线电路等集成为一个单片。本微机芯片根据由晶体振荡器X2生成的时钟信号进行工作。同样地，RF芯片根据由晶体振荡器X1生成的时钟信号进行工作。
下面，按照图8和图9说明母插件板BO2的结构。在图8中，在母插件板BO2的第一主面SIDE1的上方配置天线ANT1，配置在母插件板BO2的图中上方左侧；包围天线ANT1设置的接地/电源层禁止区域NGA20，该区域不设置电源和接地电路的图形，用图中斜线矩形区域来表示；匹配电路MA2，配置在与接地/电源层禁止区域NGA20右侧相邻的位置上；与该匹配电路MA2连接的天线连接器SMT2；电源接通复位电路POR1，与配置在母插件板BO2的上方右侧的复位开关RSW1连接；串并联变换电路SPC1，配置在电源接通复位电路POR1的下方，与显示装置LMon1连接。接地/电源层禁止区域NGA20是天线ANT1的安装位置和天线NAT1的周围区域，是在母插件板BO2的表面、里面和内部禁止形成电源和接地电路的区域。换言之，在母插件板BO2中，在除了接地/电源层禁止区域NGA20的区域中形成电源和接地电路。
然后，如图1所示，在母插件板BO2的主面SIDE1的中央部配置显示装置LMon1，使得在壳体CASE1的正面中位于大致中央部。其中，将显示装置LMon1配置得不与接地/电源层禁止区域NGA20重叠。
在配置在母插件板BO2的主面SIDE1的中央部的显示装置LMon1的下方，在图中下方的左侧配置向母插件板BO2供给电力的电源稳压调节器REG1、控制对电池BAT1的充电功率的充电控制电路BAC1、用于与外部的电源连接的充电端子PCN1。
然后，在显示装置LMon1与母插件板BO2的下端间的主面SIDE1的大致中央部设置上述紧急呼叫开关ESW1、测定施加在传感器节点SN1上的加速度的加速度传感器AS1和上述测定开关GSW1。再有，加速度传感器AS1配置在紧急开关ESW1与测定开关GSW1之间。
然后，在母插件板BO2周围的预定位置上形成壳体安装孔(TH20、TH21、TH22)和天线电缆通孔AH20，通过安装孔TH20～22安装在壳体CASE1上。
此外，在母插件板BO2的预定位置上形成用于通过第一主面SIDE1和第二主面SIDE2间的接口信号线的基板通孔(V20、V21、V22、V23、V24、V25、V26、V27、V28、V29)，此外，将用于连接第一主面SIDE1和第二主面SIDE2的电源与地的基板通孔(VP20、VP21、VP22、VP23、VP24、VP25)和电源旁路电容器C20、C21配置在预定的位置上。
下面，图9示出母插件板BO2的第二主面SIDE2。在图9中，在母插件板BO2的图中上方左侧形成不设置电源和接地电路图形的接地/电源层禁止区域NGA20。然后，在母插件板BO2的图中下方的左侧安装电池BAT1。该电池BAT1可以由例如可充电的二次电池等构成。
另外，在母插件板BO2的第二主面SIDE2的预定位置上，由下述器件构成存储数据等的非易失性存储器SROM1；用于向母插件板BO2上供给电力的电源稳压调节器REG2；与电源稳压调节器REG2连接，生成基准电位的模拟基准电位生成电路AGG1；与基板BO3连接的连接器SCN1；控制供给电源稳压调节器REG2的电力的电源切断控制开关PS21；连接至与主体板BO1的连接器CN2的串行总线控制电路BS2；蜂鸣器Buz1，配置为连接至与主体板BO1的连接器CN2，并与电池BAT1重叠；电源旁路电容器C22、C23。
在本发明的手镯型传感器节点中，其特征在于，为了在用户(佩戴者)在手腕上戴上了本发明的手镯型传感器节点SN1的情况下能进行稳定的无线通信，采用了如下的特有的部件配置。即，将天线ANT1配置在佩戴时距离人体最远的位置、即成为图8的上边的CA-CB线侧。另外，在天线ANT1的周围设置不形成电源和接地电路图形的接地/电源层禁止区域NGA20。
下面，在图10和图11中对于安装在母插件板BO2的背面上部的基板BO3(以下称作脉搏传感插板BO3)的结构进行说明。
在图10中，脉搏传感插板BO3的第一主面SIDE1在图中左上的预定区域中具有不形成电源和接地电路图形的接地/电源层禁止区域NGA30。该接地/电源层禁止区域NGA30如图5(E)所示，由于脉搏传感插板BO3与安装了母插件板BO2的天线ANT1的接地/电源层禁止区域NGA20重叠，因此，母插件板BO2的与接地/电源层禁止区域NGA20相对的区域同样地作为不形成电路图形的区域。
然后，在脉搏传感插板BO3的第一主面SIDE1的图中右下配置用于与母插件板BO2连接的连接器SCN2，在连接器SCN2的上方，由第一主面SIDE1与第二主面SIDE2间的接口信号线和用于连接电源/接地线的基板通孔V30、V31、V32、V33、V34、V35、V36、V37构成。
然后，在脉搏传感插板BO3周围的预定位置上形成壳体安装孔TH30、TH31、TH32和天线电缆通孔AH30。
下面，图11示出脉搏传感插板BO3的第二主面SIDE2。在该第二主面SIDE2上，与主面SIDE1的接地/电源层禁止区域NGA30区域相对应，在图中上方的左侧配置接地/电源层禁止区域。
然后，在脉搏传感插板BO3的第二主面SIDE2的下端，在图中左右方向上配置由红外线发光二极管LED1、光电晶体管PT1和红外线发光二极管LED2构成的脉搏传感器头电路PLS1，构成脉搏传感器。在脉搏传感插板BO3的第二主面SIDE2的图中左下配置控制供给红外线发光二极管LED1、2的电力的脉搏传感器LED光量控制电路LDD1、控制供给该脉搏传感器LED光量控制电路LDD1的电力的电源稳压调节器REG3、控制供给该电源稳压调节器REG3的电源的接通/关断的电源切断控制开关PS31。
然后，在主面SIDE2的图中右侧的区域中配置放大光电晶体管PT1的输出的脉搏传感器信号放大电路AMP1。该脉搏传感器信号放大电路AMP1的输出等被连接至第一主面SIDE1和第二主面SIDE2间的接口信号线和用于连接电源/接地线的基板通孔V30、V31、V32、V33、V34、V35、V36、V37中的基板通孔V31～V34。
此外，壳体安装孔TH30和天线电缆通孔AH30与主面SIDE1的一样。
另外，在脉搏传感插板BO3上的预定位置上配置电源旁路电容器C30、C31。
特征点在于，将与配置在母插件板BO2上的接地/电源层禁止区域NGA20相对的区域，作为脉搏传感插板BO3的接地/电源层禁止区域NGA30设为不形成电路图形的区域。这样，在用户(佩戴者)US1在手腕上戴上了手镯型传感器节点SN1的情况下，能实现稳定的无线通信。
图12是示出本发明的手镯型传感器节点SN1的基板单元的整体结构的图。如上述说明的所述，本发明的手镯型传感器节点SN1由主体板BO1、母插件板BO2和脉搏传感插板BO3构成。其中，主体板BO1和母插件板BO2由连接器CN1和CN2进行连接。
此外，母插件板BO2和脉搏传感插板BO3由脉搏传感器连接器SCN1和SCN2进行连接。另外，利用天线连接电缆CA1连接主体板BO1的天线连接端子SMT1和母插件板BO2的天线连接端子SMT2。这样就实现了使用了母插件板上的天线ANT1的无线通信。
连接器CN1和CN2由微机芯片数字信号线DP、微机芯片复位信号线RES、微机串行总线控制信号线BC、微机芯片串行总线信号线SB、微机芯片程序重写信号线DS、微机芯片外部中断信号线INT、微机芯片模拟信号线AP、电源线VDD和接地线GND构成。这些信号线中，数字信号线DP和串行总线控制信号线BC与微机芯片CHIP2的可编程输入输出电路PIO连接，可以利用微机芯片搭载程序进行控制。如后所述地，通过微机芯片搭载程序可用于实现本发明的手镯型传感器节点特有的动作。
串行总线信号线SB与微机芯片搭载的第二串行接口SIO2连接。通过如后所述地经由串行总线控制信号线BC，控制主体板BO1搭载的串行总线选择电路BS1和母插件板BO2搭载的第二串行总线选择电路BS2，就能利用所谓的总线形式，与搭载在主体板BO1上的实时时钟电路RTC1、搭载在母插件板BO2上的非易失性存储器SROM1、显示装置LMon1、串并联变换电路SPC1进行数据交换。
复位信号线RES通过搭载在母插件板BO2上的电源接通复位电路POR1被控制。利用该电源接通复位电路实现电源接通时的微机芯片的复位动作。再有，利用母插件板BO2搭载的手动复位开关RSW1，能根据需要产生复位信号，也能在程序动作中用手动强制地复位。
主体板BO1的模拟信号线AP与母插件板BO2搭载的加速度传感器AS1连接，并且经由脉搏传感器连接器SCN1和SCN2，与脉搏传感插板BO3搭载的脉搏传感器信号放大电路AMP1连接。可以经由该模拟信号线AP，使用微机芯片内装的模拟一数字转换电路ADC读取加速度传感器和脉搏传感器的输出电压值。如后所述地，通过利用本发明的手镯型传感器节点SN1所特有的感应控制程序，组合使用这两种传感器，来实现低消耗功率的脉搏感应动作。
外部中断信号线INT与搭载在母插件板BO2上的紧急呼叫开关ESW1和测定开关GSW1连接，通过按压这些开关，就能使微机芯片产生中断请求。如后所述地，通过与本发明的手镯型传感器节点所特有的紧急呼叫程序组合使用，能不降低紧急呼叫的响应性能、即不劣化响应时间，而成功地将消耗功率抑制到大致与待机状态同等的水平。
重写信号线DS是用于微机芯片搭载程序的重写的信号线。是通过与具有适当接口的插板和程序开发工具进行组合，用于提供一种微机芯片搭载程序的调试和重写环境的信号线。再有，开发环境和重写环境与其他相关在此不特殊说明。
连接母插件板BO2和脉搏传感插板BO3的连接器SCN1和SCN2由电源线Vbb、AVcc、模拟基准电位线AAG1、接地线GND、脉搏传感器LED光量控制信号线LDS、脉搏传感器LED电源切断控制信号线PSS、脉搏传感器信号线SAA构成。
由母插件板BO2搭载的模拟基准电位生成电路AGG1生成模拟基准电位信号线AAG1。本模拟基准电位AGG1被脉搏传感插板BO3搭载的脉搏传感器头电路PLS1和脉搏传感器信号放大电路AMP1使用作脉搏传感器受光部光电晶体管PT1的基准电位。
脉搏传感器LED光量控制信号线LDS与脉搏传感插板BO3搭载的脉搏传感器LED光量控制电路LDD1连接。可以利用母插件板BO2搭载的串并联变换电路SPC1，从微机芯片经由串行总线SB控制本控制信号线。通过控制本信号线，就能由微机芯片搭载程序控制红外线发光二极管LED1、2的红外线的光量。在本发明的手镯型传感器节点SN1中，通过组合本发明所特有的脉搏感应控制程序和该控制信号线，在抑制消耗功率的同时实现稳定的脉搏传感。
脉搏传感器LED电源切断控制信号线PSS与光量控制信号线LDS同样地，利用母插件板BO2搭载的串并联变换电路SPC1，被微机芯片经由串行总线SB进行控制。通过由微机芯片搭载软件使本控制信号线停用，就能切断向红外线发光二极管LED1、2的电流供给。然后，通过与本发明所特有的脉搏感应控制程序组合，就能抑制脉搏传感器未使用时的消耗电流到最小限度。
脉搏传感器信号线SAA经由连接器CN1和CN2，向微机芯片内装的模拟-数字转换电路ADC进行输入。经由本信号线SAA，就能向微机芯片取入来自脉搏传感器的信号。再有，如后所述地，通过与本发明所特有的脉搏感应控制程序组合使用，就能以低消耗功率且稳定地取得脉搏信号。
<各板的动作>
以上是本发明的手镯型传感器节点SN1的结构。以下从主体板BO1开始依次说明各板的动作。
在图6、图7中，主体板BO1由RF芯片CHIP1和微机芯片CHIP2构成。这2个芯片利用IF1相互连接。微机芯片控制本插板搭载的温度等传感器TS1和脉搏传感插板BO3搭载的脉搏传感器，取得传感器数据。
另外，经由IF1控制RF芯片进行传感器数据的收发。RF芯片用适当的方式将从微机芯片送来的传感器数据变换为无线信号，通过天线ANT1无线发送到设置在基站BS10(参照图3)中的无线终端。
另外，根据需要，RF芯片通过天线ANT1接收来自上述基站BS10的无线信号。从基站BS10典型地送来传感器数据的取得时间间隔(取得频率)、无线信号中使用的无线频率和传输速率等动作参数、如后所述地让搭载在本手镯型传感器节点SN1上的显示装置LMon1显示的消息等。
再有，从基站BS10发送来的无线信号在RF芯片内被变换为微机芯片所能处理的数字数据后，经由IF1交给微机芯片。微机芯片解析来自基站BS10的数字数据的内容后执行必要的处理。例如，在接收了动作参数的情况下，反映到下一次开始的无线通信时和传感器驱动时的设定中。此外，在接收了显示消息的情况下，控制串行接口，使母插件板BO2搭载的显示装置LMon1上显示必要的消息。再有，如后所述地，在本发明的手镯型传感器节点SN1中，若适当设定微机芯片上搭载的程序，则不仅能发送脉搏和温度等传感器信息，还能向基站发送其他数据。例如，在戴上了本手镯型传感器节点SN1的用户US1的身体突然不舒服的情况下等，按下紧急开关，就能利用无线通信向基站BS10发报紧急呼叫。
接口IF1(参照图6、图7)由RF芯片数据信号线DIO、RF芯片选择信号线CS、RF芯片复位信号线Rst、RF芯片电源控制信号线Reg和RF芯片数据中断信号线Dirq构成。这些信号线中，RF芯片数据信号线DIO与微机芯片的第一串行接口SIO1连接，用于传感器数据的发送和动作参数/显示消息等的接收。此外，RF芯片选择信号线CS通过微机芯片的可编程数据输入输出端口PIO被控制，仅在进行无线收发的情况下被激活。同样地，RF芯片电源控制信号线Reg是用于RF芯片的电源接通/关断目的的信号线，通过微机芯片的PIO被控制。另外，RF芯片复位信号线Rst是用于在RF芯片电源接通后将RF芯片内部的各电路块设定为初始状态以进行预定动作的控制信号线。与RF芯片电源控制信号线Reg同样地通过微机芯片的PIO被控制。
此外，RF芯片数据中断信号线Dirq是目的在于在RF芯片结束了数据的发送准备或RF芯片内存在从基站接收到的数据的情况下，从RF芯片向微机芯片请求适当的处理的信号线。因此，与微机芯片的外部中断线IRQ连接。再有，有关以上说明的信号线都只是一例。可以根据使用的RF芯片和微机芯片的种类适当地变更。但是这样不影响本发明的本质。
图13是主体板BO1的剖面图。如该图所示，在主体板BO1内部设置着第一接地平面GPL1和第一电源平面VPL1。接地平面GPL1在基板内部与连接地电位的信号线例如VP2等连接，被固定为地电位。此外，电源平面VPL1同样地在基板内部与连接电源线VDD的信号线例如VP1等连接，被固定为电源线VDD。再有，在本发明的手镯型传感器节点中，将这2个导电平面层用作主体板BO1的2个主面SIDE1与SIDE2间的屏蔽。通常，由以安装在SIDE2上的微机芯片为代表的数字电路所产生的噪声，若原样不动则将蔓延至SIDE1上搭载的RF芯片中，对接收灵敏度产生不好的影响。但是，若在基板内部设置与地电位或电源电位连接的导电层，则利用它的屏蔽效果，就能降低蔓延至SIDE1面中的噪声成分。其结果，在有限的安装面积限制中，能有效地抑制噪声，提高RF芯片的有效的接收灵敏度。本方式除了提高接收灵敏度以外，对防止在数字电路中产生的噪声作为无用的寄生成分从天线发射也十分有效。
<主体板BO1的详细动作>
以下，参照图6、图7说明本发明的主体板BO1的RF部的结构和动作。由于RF芯片不是本发明特有的芯片，因此，关于内部的详细结构不特殊说明。一般地，数字接口(图6的DIO、CS、Rst、Reg、Dirq)部由高频接口部RFIO、时钟振荡部OS1和电源部Vdd构成。
数字接口部进行与微机芯片的数据交换。如已经说明的，在本发明的手镯型传感器节点SN1中使用的RF芯片中，利用来自微机芯片的控制信号使振荡电路OSC停止，另外，通过切断RF芯片的电源供给，也能使RF芯片全体转移到待机状态。该情况下，典型地能削减RF芯片的消耗电流到1μA以下。
在高频接口部RFIO中，从在RF芯片内部生成的载波信号和来自微机芯片的数据信号生成无线通信信号，经由匹配电路MA1发送到天线ANT1。在接收时，无线信号从天线ANT1经由匹配电路MA1，在高频接口部中被解调后，解调后的数据信号经由数字接口部DIO送到微机芯片。在时钟振荡部中，从晶体振荡器X1生成RF芯片动作所需的时钟。
再有，在以上的RF芯片的说明中，简化为仅本发明的说明所必需的部分。实际上，除此之外，各种各样的电路块也能集成。但是，这样当然不影响本发明的本质。以下关于其他结构部件的动作和结构进行说明。
匹配电路MA1的作用如下。即，其为用于使天线ANT1的输入输出阻抗与RF芯片的输入输出阻抗匹配，使高频无线信号能够在这些元件间无损耗地传递的电路。该匹配电路MA1基本上由电感器和电容器等无源器件构成。由于是与本发明的本质无关的部分，故在此不详细说明。
下面，对于主体板BO1的数字部分进行说明。是数字部分的主要部件的微机芯片CHIP2由随机存取存储器/非易失性存储器、处理器、串行接口、A/D转换器、可编程输入输出电路、外部中断电路等构成。这些电路块利用内部总线相互结合，能相互进行数据的交换和控制。再有，在上述图7中仅示出了本发明的说明所必需的部分。在微机芯片的非易失性存储器上搭载有用于实现后述的本发明特有的控制方式的软件。按照搭载的软件，处理器CPU控制微机芯片内的其他电路块，实现期望的动作。此外，如已经说明的，串行接口电路SIO用于与RF芯片的数据交换。另外，也用于RTC等数据的交换。另外，利用AD转换电路ADC读入模拟类型的传感器的数据。另外，利用可编程输入输出电路PIO控制以上说明的各种信号线，将本发明的手镯型传感器节点的电路的各块设定为期望的动作模式。
温度传感器TS1是模拟型的传感器，测定戴上了本发明的手镯型传感器节点SN1的用户(佩戴者)的体温和环境温度。来自传感器TS1的温度数据被图7的ADC变换为数字量，根据需要存储在微机芯片的随机存取存储器或非易失性存储器中。再有，以利用后述的间歇动作的低消耗功率化为目的，在本发明的传感器节点SN1中，利用微机芯片的PIO(P8)进行温度传感器TS1的电源供给。即，仅在使用温度传感器时，将图7的并联信号线P8设定为“1”，向温度传感器供给电源后启动传感器，读取温度传感器TS1的值。读取结束后，将PIO/P8返回到“高阻抗状态”，切断电源供给。这样就抑制了温度传感器TS1的无用的功率消耗。由于温度传感器TS1典型的消耗电流是5μA，因此，可以直接使用微机芯片的PIO输出作为温度传感器TS1的电源。
再有，在对于温度传感器TS1例如想使用高精度类型的情况下，消耗电流就变为数mA以上，该情况下，更好的结构是利用微机芯片的PIO控制后述的电源切断开关，控制向传感器的电源供给。
图16是LED显示器LSC1的结构例。通常，如图16(b)所示，由微机芯片的PIO直接驱动的类型即可。在想让LED显示器的光量更亮的情况下，如图16(a)所示，也可以使用利用反相器IV1进行电流放大的类型。再有，反相器仅用作电流放大的目的。因此，不特殊限定为反相器，例如，也可以使用双极性晶体管和MOS型晶体管等能放大电流的其他元件。
图7的实时时钟模块RTC1用于削减微机芯片待机时的消耗电流，降低间歇动作时的消耗功率。在间歇动作中，为通过按一定间隔启动电路进行期望的动作，在动作结束后立即将电路转移到待机状态，来抑制平均消耗功率的方式。
对于传感器节点SN1的低消耗功率化是极佳的低功率方式。例如，在本发明的手镯型传感器节点SN1中，只要没有特殊情况，典型的若能按5分钟～1小时间隔执行感应就足够。剩余时间最好切断对无用部分的电源供给，能够达到电池的长寿命化。该间歇动作中，定时信号即感应的时间间隔等基准时间信号必不可少。一般地，由搭载在传感器节点SN1中的微机芯片生成该定时信号。但是，要由微机芯片产生定时信号，就需要由时钟X2持续地使微机芯片继续动作。在现有的半导体技术的情况下，典型的，若由微机芯片产生定时信号，则在现有的半导体技术中，将消耗10μA左右的电流。因此，在本发明的手镯型传感器节点SN1中采用了将专用的低消耗功率的实时时钟模块RTC1作为外带装置，利用该模块RTC1产生该定时信号的方式。再有，作为专用的实时时钟模块，在当前的半导体技术中可取得消耗电流0.5μA左右的模块。此外，由于微机芯片不需要生成上述间歇动作的定时信号，因此，就能使时钟X2停止。即，就能将微机芯片转移到更低消耗功率的动作模式。典型地，在保障微机芯片内的寄存器和随机存取存储器的内容保持的、所谓的软件待机动作模式中，能将消耗电流抑制到1μA以下。即，能将消耗功率削减到由微机芯片产生定时信号时的1/10。
在由RTC1产生间歇动作的定时信号的方式中，需要根据来自RTC1的定时信号，使微机芯片从软件待机动作模式复原。此外，为了与来自基站的动作参数变更请求等相对应，需要能够变更间歇动作间隔等。以这些为目的，在本发明的手镯型传感器节点SN1中，将实时时钟模块RTC1的定时输出与微机芯片的外部中断电路IRQ的输入端子I1连接。这样，就能利用RTC中断来进行从软件待机动作模式的复原，若将适当的程序搭载在微机芯片中，就实现了间歇动作进行的感应。另外，将RTC1与串行总线信号线SB连接，就构成了能变更RTC1的定时信号间隔等的结构。
除了RTC1以外，还可以将各种各样的设备与图7的串行总线信号线SB连接。例如，用所谓的总线形式，将母插件板BO2搭载的显示装置LMon1、非易失性存储器SROM1等与本串行总线信号线连接。因此，需要在与这些设备之间进行串行总线的排他控制。为了达到本目的，在本发明的手镯型传感器节点SN1中搭载串行总线控制电路BS1、BS2。
图17中示出上述串行总线控制电路的结构例。串行总线控制电路BS1的输入端子BI1～BI3与串行总线控制信号线BC连接，由微机芯片搭载的PIO(P9、P10、P11)进行控制。来自本输入端子的逻辑信号被逻辑门AG100～AG107的8位译码。例如，仅在BI1、BI2、BI3＝“0”、“0”、“0”的情况下，BE0输出变为“1”，可以作为用正逻辑激活的设备激活信号来使用。此外，在是用负逻辑激活的设备的情况下，可以使用例如AG107中示出的类型的逻辑门。在这样的方式中，利用图17中示出的串行总线控制电路BS1，就能排他地选择与串行总线信号线SB连接的各设备。再有，图17中示出的逻辑电路仅用于说明原理。实际上可以使用各种各样形式的电路结构。
以上是主体板BO1的说明。以下对于母插件板BO2进行说明。
<母插件板BO2的详细动作>
在图8、图9中，母插件板BO2的最大特征在于，以得到良好的无线通信灵敏度为目的，在作为图中上边的CA-CB线附近设置的天线ANT1，和在ANT1周围设置的接地/电源层禁止区域NGA20。对于这些，如已经说明的，在手腕上戴上了传感器节点SN1时，将天线ANT1设置在距离人体最远的位置即CA-CB线侧。另外，通过在天线ANT1的周围设置接地/电源层禁止区域NGA20，能够实现良好的灵敏度和稳定的通信。
以下对于母插件板BO2的其他电路块进行说明。
首先是匹配电路MA2和天线连接器SMT2，它们经由天线连接电缆CA1与主体板的RF芯片连接。以下是匹配电路MA2的目的。即，进行天线ANT1与天线连接器SMT2间的阻抗匹配，无损耗地向天线传递来自天线连接电缆的高频无线信号。同时，经由天线连接电缆无损耗地向RF芯片传递在天线ANT1上接收到的高频无线信号。再有，有关匹配电路MA2，可以使用常用的类型，由于不是本发明所特有的，故在此不详细说明。
下面是电源接通复位电路POR1，本电路是生成用于在电源接通时复位主体板BO1搭载的微机的信号的电路。再有，本电源接通复位电路也可以通过按压手动开关RSW1来产生复位信号。在微机芯片动作中由于某种原因而失控的情况等中有效。再有，有关本电源接通复位电路也可以使用一般的电路，由于不是本发明所特有的，故在此不详细说明。
下面，串并联变换电路SPC1是用于经由脉搏传感器LED光量控制信号线LDS和脉搏传感器电源切断控制信号线PSS设定脉搏传感器的动作模式的电路。本串并联变换电路SPC1电路与串行总线信号线SB连接，可以经由串行总线被微机芯片搭载程序所控制。再有，如已经说明的，在从微机芯片经由串行总线SB进行存取时，需要由安装在SIDE2面上的串行总线控制电路BS2(图9)预先激活本SPC1电路。
下面，显示装置LMon1是可根据来自微机芯片的显示请求显示字符串和图形的显示装置。本显示装置为了能利用小型电池BAT1长时间进行动作，最好是低消耗电流的显示器。因此，能在低消耗功率下进行显示的单色LCD等显示装置最佳。此外，从观察性和其他观点出发，太细的点(分辨率)不适合。另外，在手镯型传感器节点SN1中，尺寸的限制很严格。因此，典型的具有32×64点左右的显示点的单色型的LCD是本手镯型传感器节点的最佳。消耗电流随LCD显示尺寸变化很大，但在32×64左右的点数的情况下，典型的消耗电流值是0.1mA。再有，有关本LCD显示装置，在用户未使用的情况下(例如睡觉时等)，从电池寿命的观点出发，具有能够降低消耗电流的待机模式的类型最佳。若是现有的技术，典型的可得到1μA以下的待机时的消耗电流。特别是本发明不需要特有的LCD。可以使用一般的LCD。在此不详细说明。
由串行总线信号线SB根据微机芯片搭载程序来执行对显示装置LMon1的显示控制。再有，如已经说明的，在对LMon1的存取之前，需要由串行总线控制电路对LMon1设定串行总线的使用权，激活LMon1的片选通端子CE。再有，对于进行显示的数据，由于是点类型的，因此能进行图形显示。但是，在从基站BS10仅想使其显示字符串消息的情况下，若每次将字符串消息转换为32×64点的图形进行下载的话，无线数据的大小就变大，从无线区间的利用效率的观点来说不利。另一方面，若在微机芯片内装的非易失性存储器中预先准备了字符字体，则从基站BS10下载的就仅是想显示的消息的字符编码，能大幅度地削减无线数据大小。但是，通常的微机芯片内装的非易失性存储器的大小在现有的半导体技术中最大也只是大致128KB，不能内装全部的汉字作为字符字体。即，要与包括汉字的任意的显示消息相对应很不现实。因此，在本发明的手镯型传感器节点中，仅在微机芯片内装的非易失性存储器中内装常用的字符(也包括汉字)字体，在想显示除此以外的字符的情况下，采用了在字符消息的下载之前，从基站下载必要的字符字体的方式。利用本方式，就能不降低无线区间的利用效率，而能仅用通常的微机芯片显示包括汉字的任意的字符。如上所述的本方式是手镯型传感器最佳的显示控制方式。
下面，调节器REG1(图8)用于由从搭载在SIDE2中的二次电池BAT1供给的电源线Vbb生成稳定的电源线VDD。有关二次电池BAT1，典型的是可小型化并且大电流放电特性优良的锂离子二次电池为最佳。但是，锂离子二次电池的放电开始电压是4.2V左右。另一方面，在当前最流行的使用了半导体技术的情况下，RF芯片和微机芯片的动作电压的最大值都是3.8V左右。即，不能从锂离子电池BAT1原样进行电源供给。另外，锂离子电池伴随着放电，电池电压比较平稳地减少，一般的放电结束电压的推荐值是3.2V左右。即，电池电压随着放电深度在宽范围内变动。因此，利用调节器稳定电源电压VDD最好。再有，关于本调节器，由于可以使用一般的低电压降/低消耗电流类型的器件，故在此不详细进行说明。若是现有的半导体技术，可以取得降压0.2V以下，消耗电流1μA左右的器件。
下面关于紧急开关电路ESW1和测定开关电路GSW1进行说明。图18(a)、(b)中示出这些电路的结构例。图18(a)示出紧急开关ESW1的结构，(b)示出测定开关GSW1。如该图所示，这些开关电路ESW1、GSW1由可以从壳体CASE1进行接触的按钮型的开关SW1、SW2、上拉电阻RI1、RI2、噪声滤除电容器CI1、CI2构成。开关电路的输出EIRQ、GIRQ与微机芯片的外部中断输入IRQ/I2、I3线连接。通过佩戴者按压开关SW1或SW2，由上拉电阻RI1、R12拉起的中断输入线落到“0”电平，就能对微机芯片生成中断信号。如后所述地，通过组合使用本开关和微机芯片搭载程序，就能向基站通知紧急呼叫等。再有，在图18中示出的电路中，电容器CI1、CI2除了去除振动信号之外，还是用于防止由于噪声而错误地实施中断的电容器。如本图所示，在按下了开关SW1或SW2的情况下，电流流向了RI1、RI2的上拉电阻。因此，为了抑制消耗电流，需要将上拉电阻RI1、RI2设定为高电阻值。典型的设定在100KΩ以上为好。但是，另一方面，若设定很高的上拉电阻，则一般对噪声就很敏感，抗噪声性就变差。因此，如本图所示，从消耗功率和抗噪声的观点出发，利用电容器构成积分电路的结构的方式最佳。
下面，图19(a)示出充电控制电路BAC1，(b)示出充电端子PCN1。该电路用于通过组合使用外带的充电器和充电端子PCN1，不拆卸内装的二次电池BAT1，并且不使手镯型传感器节点SN1的动作中断就能进行充电。
以下按照本图说明动作。首先，在正常动作时，充电控制电路PI端子上什么都不接。因此，从图8的内部电池BAT1，经过连接了内部电池BAT1的BA端子→二极管D2→PO端子的路径，向母插件板的调节器REG1进行电力供给。下面说明充电时的动作。充电时，首先，由外部充电器经由充电端子PCN1，将充电控制电路BAC1的充电控制端子CI设定为“0”电平。通过将充电端子CI设定为“0”，充电控制的P型MOS晶体管MP5就变为导通状态，就能利用外部充电器→PI端子→MP5→BA端子→内部电池BAT1的路径进行充电。之后，在外部充电器侧适当地监视充电控制电路BAC1的端子PI的电压。然后，若端子PI的电压达到了预定电压，就将充电控制端子CI设定为“1”，切断P型MOS晶体管结束充电。再有，有关充电控制方式，可以适用一般的CCCV等充电控制方式，故在此不详细说明。
充电时，也可以经过PI端子→二极管D1→PO端子的路径向本手镯型传感器节点SN1供给电源。即，在充电状态下也不切断对手镯型传感器节点的电源供给。换言之，能不中断手镯型传感器节点的动作进行充电。如上所述地，通过使用本充电控制电路BAC1，能在使用中进行充电，能实现最适合于本手镯型传感器节点的充电。
下面是加速度传感器AS1，本传感器是以检测用户是否正在运动为目的的传感器。本加速度传感器AS1典型的是模拟型的传感器，在利用微机芯片内装的AD转换电路变换为数字值后，能利用适当的检知程序检知用户的状态。如后所述地，通过组合使用本加速度传感器取得的用户状态和微机芯片搭载程序，就能用低消耗功率稳定地感应脉搏。本加速度传感器AS1中使用支持待机动作模式的类型的传感器。这是因为，为了用小型电池BAT1实现长时间动作，在本手镯型传感器节点SN1中，需要在未使用时将加速度传感器AS1设定为待机状态，抑制消耗功率。在现有的半导体技术中没有特殊问题，可以取得待机时的消耗电流在1μA以下的加速度传感器AS1。此外，有关动作时的消耗电流，也可以取得1mA左右以下的、典型的是0.5mA左右的加速度传感器。再有是向待机状态的转移控制，在本手镯型传感器节点中，通过利用微机芯片的PIO激活加速度传感器AS1的待机设定端子STB来实现。
其他的有关图8、图9的壳体安装孔TH20、TH21、TH22、AH20已经说明了，故在此不说明。此外，电容器C20和C21是以稳定电源为目的的所谓的旁路电容器。
以上是母插件板BO2的SIDE1，下面对于SIDE2进行说明。首先，与SIDE1同样地，为了确保天线ANT1的无线通信灵敏度，在安装在SIDE1上的天线ANT1的里面设置接地/电源层禁止区域NGA20。
下面是非易失性存储器SROM1电路，本电路是可随机进行存取，并且存储在关断电源时不希望消失的数据、例如在无线中使用的MAC地址等的信息为目的的电路。作为该种非易失性存储器，串行EEPROM最流行。在成本和存储器容量来说最有利。典型的可以廉价地取得100KB左右的存储器大小的EEPROM。因此，本手镯型传感器节点中也是串行EEPROM最佳。再有，串行EEPROM需要利用串行接口进行数据的读写。在该目的中，在本手镯型传感器节点中使用以与显示装置LMon1等同样的方式从微机芯片经由串行接口进行存取的方式。
下面是调节器REG2，本调节器是用于生成加速度传感器和脉搏传感器的动作所需的模拟电源电压AVcc的电路。与已经说明过的REG1不同，除了稳定电压之外，其主要目的是限制从电源线蔓延到这些传感器中的噪声到最小限度。这是由于如后所述的传感插板BO3搭载的脉搏传感器信号放大电路AMP1其结构上内装高增益放大器，因此对噪声十分敏感的缘故。因此，需要抑制从电源蔓延的噪声到最小限度。再有，这样的低噪声类型的调节器有消耗电流大的缺点。例如，典型的恒定消耗100μA左右的电流，若原样不动就不能用于本手镯型传感器节点。为了解决该问题，在本手镯型传感器节点中，利用电源切断开关PS21，在不需要模拟电源电压AVcc的情况下，切断对调节器REG2的电流供给。这样，就能在抑制了待机时的消耗电流的基础上，解决上述噪声的问题。
图20中示出电源切断开关PS21(PS31)的结构例。在图20的(a)中示出的类型中，通过将控制线SC10设为“1”，就能切断从VI10端子向VO10端子的电源供给。此外，在图20(b)中示出的类型中，通过将控制线SC20设为“0”，就能切断从VI20端子向VO20端子的电源供给。图20的(a)的类型是在驱动控制线SC10的控制电路的电源电压与施加在VI10上的电压相同的情况下最佳的电源切断开关。另一方面，图20的(b)的类型是在驱动控制线SC20的控制电路的电源电压与施加在VI20端子上的电压不同的情况下最佳的电源切断开关。
下面是模拟电位生成电路AGG1，本电路是生成在后述的脉搏传感器信号放大电路AMP1中必要的模拟基准电位的电路。图21中示出本电路的结构例。如图21所示，是利用由运算放大器A30构成的电压跟随器使被R30和R31分割生成的中间电压稳定，并向AG端子输出的电路。再有，在本电路中，由于利用R30和R31的电阻分割产生中间电压，因此，动作时恒定地流过电流。由于本电路的电源Vcc是AVcc，因此，若利用电源切断开关PS21关断AVcc，则电流完全不流动。但是，动作时消耗无用的电流不好。因此，最好将R30、R31设定为高电阻，抑制电流消耗。此外，若将R30、R31设为高电阻，则中间电位点中就容易带有噪声，这是不好的。为了解决该问题，最好附加噪声去除用的电容器C30、C31、C32、C33。
另外，蜂鸣器Buz1是用于用户接口的设备，是可利用微机芯片搭载程序设定蜂鸣器的接通/关断的类型。此外，电容器C22、C23是电源用的旁路电容器。由于有关剩下的连接器SCN1、CN2和内部电池BAT1已经说明了，故在此不说明。
<脉搏传感插板BO3的详细动作>
以下对于脉搏传感插板BO3进行说明。脉搏传感插板如已经说明的，由红外LED(红外线发光二极管LED1、LED2)向手腕照射红外光，将手腕皮下流动的血流的变动作为散射光的变动，由光电晶体管PT1检知后抽出脉搏。为了达到该目的，本插板搭载如上所述的脉搏传感器头电路PLS1(图11)。脉搏传感器头电路PLS1如图23(a)所示，由红外LED(LED1、LED2)和光电晶体管PT1构成。
由于有关使用这些设备检知脉搏的方法已经说明了，故在此省略说明。再有，如图23(b)所示，脉搏传感器头电路PLS1可以不是光电晶体管，也可以使用光电二极管(图中PLS20)。
下面对于脉搏传感器信号放大电路AMP1进行说明。如已经说明的，利用脉搏传感器头电路的光电晶体管PT1得到与血流强度变化相应的电流变化。但是，一般地，该电流变化量极其微弱。因此，必须要由本信号放大电路放大到能由微机芯片内装的AD转换电路充分检知的电平。
图24中示出本信号放大电路的结构例。来自光电晶体管PT1的电流被由运算放大器A40、R40构成的I-V变换电路变换为电压信号。在本I-V变换电路中，通过使其具有由A40、R40构成的LPF特性，来去除伴随着荧光灯的闪变等的电流变动成分、即从作为目的的血流变动信号来看仅是噪声信号成分。再有，需要将由R40和C40形成的截止频率设定得比脉搏周期充分高。
如上所述地，在变换为电压信号后，进一步通过由运算放大器A41、R43、R42、C42形成的非反相放大电路进行放大，放大到微机芯片内装的AD转换电路所需的电平。再有，也使该非反相放大电路具有由C42和R43构成的LPF特性，这也是为了去除因荧光灯的闪变等所引起的噪声信号。
图25中示出本信号放大电路的各部分的信号波形例。在该图中，TP1区间是在手腕上并未戴着本脉搏传感器的情况的波形例。
图中WD1是图24的D0输出端子、即第一段的I-V变换电路的输出波形例。此外，WA1是图25的AA输出端子、即第二段的非反相放大器的输出波形例。该情况下，由于干扰光而从光电晶体管输出过大的电流，其结果是，可知第一段的运算放大器A40是饱和状态。
下面，TP2区间是在手腕上适当地戴上脉搏传感器，并且红外LED的光量必要且充分的情况。WD2是D0输出端子，WA2是AA输出端子的波形例。该情况下，第一段的运算放大器也不饱和而正常动作。并且，荧光灯的闪变等所产生的噪声成分也被去除干净。再有，该情况下，可以利用照射的红外LED控制WA2的振幅。即，在振幅有点不足的情况下，控制脉搏传感器LED光量控制电路LDD1，增多红外LED光量。此外，在振幅足够，第一段的运算放大器A40有点饱和的情况下，反之减少红外LED光量。这样地，就能通过与LED光量控制电路LDD1组合来进行最佳状态下的脉搏感应。
最后，TP3区间是在手腕上戴着脉搏传感器的用户(佩戴者)运动、例如行走的情况下的D0和A0输出的波形例。该情况下，如WA3和WD3所示，仅能取得散乱的波形，不能检知正常的脉搏。这是因为，脉搏传感器不紧贴手腕，按比脉搏周期短得多的时间间隔暴露给干扰光，其结果，第一段的运算放大器A40进行着饱和状态且正常动作状态。这样，为了检知可信赖的脉搏，就必须要在用户处于安静状态的期间进行感应。
下面说明LED光量控制电路LDD1。图22中示出本电路的结构例。本电路是由N型MOS晶体管MN0～MN3和电阻RL1～RL3构成的电路例。在本电路中，通过控制LED光量控制信号线LDC，以控制MOS晶体管MN1～MN2的接通/关断，就能控制流向LED的电流。
下面，调节器REG3是用于去除供给到脉搏传感器红外LED中的电源的噪声的调节器。若LED驱动电源中载有噪声，则从LED照射的红外光就被噪声信号调制，结果就在光电晶体管PT1中检测出噪声成分作为电流变动。其结果，就有可能被脉搏传感器信号放大电路放大，误检测脉搏。因此，最好尽可能用干净的已滤除了噪声的电源来驱动LED。因此，使用搭载在母插件板BO2上的相同类型的低噪声类型的调节器。再有，如图5的说明项中已经说明的，低噪声类型的调节器不能忽视消耗电流。因此，从消耗功率的观点出发，最好在未使用时用与图5同样的方式即电源切断开关PS31(图11)切断对调节器的电源供给。
<传感器节点的结构的效果>
在本发明的传感器节点SN1中，如上所述地，通过将由片状介质天线构成的天线ANT1配置在距人体最远的手表上的12点钟方向的壳体CASE1内，就能够设定无线通信灵敏度成为最大，其结果，能够抑制浪费的电力消耗。
如上所述地，在图5(B)的正视图中，在纸面的上下方向(手表上的12点钟方向和6点钟方向)上具有方向性。因此，若与图5中示出的配置相反，在壳体CASE1的下部配置天线ANT1，则显示装置LMon1就成为障碍物，此外，由于接近人体，故无线通信灵敏度就大幅度地变差。从而，通过在无线通信灵敏度最大的壳体CASE1的上方(模拟式手表上的12点钟方向)配置天线ANT1，就能够提高无线通信灵敏度。
另外，若考虑用右手的用户多数在左腕上戴手镯型传感器节点SN1，则如图5(B)中的壳体CASE1所示，通过在壳体CASE1的上部左侧配置天线ANT1，就能够配置在离开左腕手背的位置上，能够进一步提高无线通信灵敏度。
另外，在本发明的手镯型传感器节点SN1中，其特征在于，为了得到良好的无线通信灵敏度，在母插件板BO2和脉搏传感插板BO3上包围天线ANT1设置了不配置电源和接地电路的接地/电源层禁止区域NGA20、NGA30。
在该接地/电源层禁止区域NGA20和NGA30中不能配置部件。因此，单纯地从安装的小型化的观点出发来考虑是不利的。但是，由于尺寸的限制，可内装在手镯型传感器节点中的天线是能用比无线电波的波长短的尺寸实现良好的灵敏度的片状介质天线。为了得到良好的无线通信灵敏度，该片状介质天线原理上需要安装在距离地有一定距离的位置上进行使用。基于上述理由，在本发明的手镯型传感器节点SN1中，通过设置接地/电源层禁止区域确保良好的无线通信性能。即，在基板单元(母插件板BO2、脉搏传感插板BO3、主体板BO1)上取得了天线ANT1的阻抗匹配之后，通过如上所述地在手表上的12点钟方向上配置天线ANT1，就能够不易受人体的影响而提高无线通信灵敏度。
再有，如图14、图15所示，这些接地/电源层禁止区域NGA20、NGA30不仅需要设置在基板表面，也需要设置在安装在基板内装中的目的为屏蔽的接地/电源层上。图14是示出了母插件板BO2的基板内部安装的接地层GPL20和电源层VPL20的结构的图。此外，图15是示出了与母插件板BO2重叠的脉搏传感插板BO3的基板内部的接地层GPL30和电源层VPL30的结构的图。在本发明的手镯型传感器节点SN1中，其特征在于，根据上述理由，在这些接地/电源层GPL20、30/VPL20、30上也设置接地/电源层禁止区域NGA20、NGA30。另外，在图14、图15中示出的接地/电源层中，通过确保天线自身的接地，也能实现稳定的通信。
另外，在本发明的手镯型传感器节点SN1中，其特征在于，向着戴在手腕上时与手腕接触的面相反侧的面来配置搭载了天线ANT1的母插件板BO2。若从2.4GHz等的无线信号来看，手腕可被看作与地电位相等。即，从手腕到天线的距离相当于所谓的天线的地上高度。为了实现良好的无线通信性能，一般地，期望较高地设定天线的地上高度。因此，在母插件板BO2的SIDE1面上安装天线ANT1，将其他的主体板BO1和脉搏传感插板BO3设置在母插件板的里面，利用争取天线的地上高度的本发明所特有的配置，就能不降低天线的放射特性而实现良好的无线通信灵敏度。
另外，如图5(E)所示，作为本发明的手镯型传感器节点SN1所特有的配置，主体板BO1和内部电池BAT1被安装在从天线ANT1看的母插件板BO2的相反侧。如已经说明的，以抑制从主体板SIDE2上搭载的数字电路蔓延到SIDE1上安装的RF芯片的噪声为目的，在主体板BO1的内部设置了与电源和地电位连接的2片金属导电层。另外，对于电池，一般也以防止电解液的漏出为目的，用金属壳来密封。该电池的金属壳的电位也是地电位。另一方面，如已经说明的，在使用小型的片状介质天线的情况下，需要从天线离开与地电位面的距离。因此，为了得到良好的无线通信灵敏度，图5中示出的天线ANT1的配置为最佳配置。即，将天线ANT1和具有一面接地层的主体板BO1和二次电池BAT1配置在母插件板BO2的里面。另外，通过将这些主体板BO1和二次电池BAT1不是安装在母插件板BO2的CA-CB线侧，而是安装在CC-CD线附近，可从天线ANT1离开，实现最佳的配置。
此外，如图1所示，通过在壳体CASE1的表面下部配置由用户(佩戴者)操作的紧急开关SW1和测定开关SW2等构成的操作开关，就能够在用户操作传感器节点时，通过抑制手指等人体的部分与天线ANT1接近，来确保常态下良好的无线通信灵敏度。
此外，在本发明的传感器节点SN1中，如图2所示，沿着通过壳体CASE1上下方向的中心的轴线ax配置红外LED和光电晶体管PT1，另外，在红外线发光二极管LED1与LED2之间夹持光电晶体管PT1地配置光电晶体管PT1。
即，通过将发光元件和受光元件沿着手腕的大致中心配置在一条直线上，在手腕上戴上了本手镯型传感器节点SN1时，就能在沿着流过手腕的血管、即血管内的血流的状态下配置红外LED和光电晶体管的排列，在用户(佩戴者)运动的情况下，也能使红外LED和光电晶体管PT1与手腕即感应对象的血管贴紧。其结果，就能利用光电晶体管PT1高效地捕捉血流变动而产生的红外散射光的强度变动。
此外，通过在一对红外线发光晶体管LED1、2之间配置光电晶体管PT1，作为受光元件的光电晶体管PT1就能不容易受外部光的影响，能够实现稳定的脉搏的测定。
<控制的详细情况>
以上对于本发明手镯型传感器节点SN1的主要硬件结构和其特征进行了说明。以下对于本手镯型传感器节点SN1上搭载的程序的结构，以本发明的手镯型传感器节点特有的控制方式/程序为中心进行说明。
以下按照图26说明本发明特有的控制方式。
在本发明的手镯型传感器节点中，在接通电源(P1)后，首先执行节点初始化程序(P100)。图27中示出节点初始化程序(P100)的概要。如图27所示，在本程序中，首先执行硬件的初始化子程序(P110)。在硬件的初始化子程序中，首先初始化微机芯片(P111)。接着，设定传感器电源Avcc和脉搏传感器LED电源VII的控制信号线为停用状态，使得它们确实被关断(P112、P113)。另外，经由串行总线信号线SB，对实时时钟模块RTC1进行存取，初始化实时时钟模块RTC1(P114)。再有，当实时时钟模块RTC1初始化时，读出预先存储在微机芯片CHIP2内装的存储器电路的非易失性存储器部分中的、存储了动作参数等的动作设定文件PD1(PR1)，以该信息为基础，设定确定是按多少时间间隔从待机状态向动作状态转移的间歇动作的基准时间信号。再有，在图27的PD1文件中，除了间歇动作基准时间信号以外，例如也存储无线通信的传输速率、无线通信中使用的通道、脉搏传感器的动作参数等。
接着，执行基站搜索子程序(P120)。在本子程序中，首先激活RF芯片的电源控制信号线等，启动RF芯片(P121)。接着设定RF芯片为发送状态，对基站BS1发送基站搜索信标信号，通知本节点已接通电源成为可通信状态(P122)。接着，将RF芯片切换为接收状态，等待从基站对搜索信标信号的响应。在正常接收了来自基站的响应信号的情况下，将使用的无线通道等信息存储在PD1文件中(PW1)。再有，在未接收响应的情况下，变更使用的无线通道，再次执行P122。最后，停止了RF芯片的时钟后关断电源(P125)，移至下面的程序。
若节点初始化程序P100结束了后，则随后，返回到图26，执行动作模式确定程序(P200)。从本动作模式确定程序(P200)起，可以执行数据检知程序(P300)、数据收发程序(P400)、待机转移程序(P510)多个程序。在本程序中，可以利用调度程序适当启动这3个程序。典型的通过按照数据检知程序P300→数据收发程序P400→待机转移程序P510的顺序进行启动来实现间歇动作。再有，除此之外，可以根据PD1文件变更启动顺序。
在数据检知程序P300中，通过启动本发明特有的多个子程序来抑制浪费的消耗功率，并且实现稳定的脉搏传感。以下依次进行说明。首先准备感应，启动微机芯片内装的AD转换电路的电源(P310)。接着执行温度感应子程序(P320)。在温度感应子程序P320中，首先，控制微机芯片的PIO，接通温度传感器TS1的电源(P321)。接着，读出与温度传感器TS1相对应的AD通道，存储在传感器数据文件SD1中(P322、DW1)。最后关断温度传感器TS1。
如已经说明的，温度传感器TS1的消耗电流典型的是5μA左右，不是大电流。但是，在本发明的手镯型传感器节点中，在现有的技术中，由于尺寸的限制，仅能内装30mAh左右容量的电池。因此，即使在该程度的消耗电流中，未使用时也需要切断。例如，若常态下消耗5μA的电流，则30mAh/5μA＝6000小时＝250天不到一年的时间就用尽了电池。
在温度感应子程序P320结束后，执行本发明特有的安静状态判定子程序(P330)。以下依次进行说明。在本子程序中，首先接通传感器电源AVcc，开始对加速度传感器AS1供给电源(P331)。接着，控制微机芯片的对应的PIO端子，激活加速度传感器AS1的待机输入端子，启动加速度传感器AS1(P332)。加速度传感器启动后，读出与加速度传感器AS1相对应的AD通道，检测加速度(P333)。以检测到的加速度为基础，进行用户状态的判定(P334)。具体地说，计算检测到的加速度的大小、即加速度的绝对值，将该绝对值与预先设定的阈值比较，若绝对值不足阈值，则判定为静止状态(＝安静状态)。在用户正确地戴上了本手镯型传感器节点SN1的用户手腕处于静止状态的情况下，判定为可以开始测定脉搏，停用加速度传感器AS1的待机输入(P335)，接着启动脉搏传感子程序。在不是处于静止状态的情况下，利用安静状态等待子程序(P336)，等待了由动作设定文件PD1指定的预定时间之后，再次从P333开始执行。利用该反复，等待戴上了本手镯型传感器节点SN1的手腕变为安静状态。
再有，若达到了动作设定文件PD1指定的等待次数的上限后，就向传感器数据SD1输出“由于不是安静状态故不能测定”，关断AD电源和传感器电源AVcc(P360)后转移到动作确定子程序P200。
安静状态判定子程序P330的目的如下。即，如图25的说明所述，脉搏传感器原理上只要用户的手腕不是安静状态就不能期待稳定的感应(图25的WD3和WA3)。此外，在这样的状态下检测到的脉搏数缺乏可靠性。换言之，为了正确地取得脉搏，用户正确地戴上了本手镯型传感器节点SN1的用户手腕处于静止状态是大前提。因此，在本发明的手镯型传感器节点SN1中，在脉搏感应之前，使用内装的加速度传感器判断是否处于安静状态。然后，仅在处于安静状态的情况下执行脉搏感应。
再有，也考虑首先就启动脉搏传感器，取得一种波形后仔细分析该波形，判断是否是稳定的波形的方法。例如，判断是图25的WA1/WD1的波形，或者是WA3/WD3的波形，或者是WA2/WD2的波形，仅采用WA2/WD2的情况。这样的方式一般来说最简便。但是，如已经说明的，在本手镯型传感器节点SN1中，由于尺寸的限制，仅能内装电池容量是30mAh的电池。另一方面，如图30所示，由于脉搏传感原理上需要使红外LED发光，因此，典型的动作需要10～50mA的电流。因此，若采用首先就启动脉搏传感器，取得波形后仔细分析波形数据进行筛选的方法，则电池的消耗剧烈，电池寿命就变得相当短。与此相对，在本发明的控制方式中，能尽量抑制浪费的脉搏感应，能够抑制电池的消耗，使电池长寿命。
在安静状态判定子程序P330的后面执行脉搏感应子程序(P340)。在本子程序P340中，首先，控制微机芯片的该PIO，接通LED电源VII(P341)。接着，启动本发明特有的LED光量调整子程序(P350)，使脉搏传感器LED的光量最佳化。有关本子程序在后文中详细地说明。接着，读出与脉搏传感器相对应的AD通道(P342)。在进行本读出时反复读出判定脉搏数所需的采样数。典型地读出数个波形的脉搏波形。读出结束后，根据取得的脉搏波形计算脉搏数，在传感器数据文件SD1中写出结果(P343、DW5)。最后，关断LED电源，结束本子程序(P345)。另外，关断AD电源和传感器电源AVcc(P360)，结束数据检知程序。
以下，参照图28，对本发明特有的LED光量调整子程序P350进行说明。在本子程序中，首先，从动作设定文件PD1读出LED强度设定的缺省值(P351、PR2)。接着，按照读出的值，从微机芯片经由串并联变换电路SPC1，控制脉搏传感器LED光量调整电路LDD1，设定红外LED的电流强度(P352)。接着，利用微机芯片内装的AD转换电路取得脉搏传感器信号放大电路的DO输出的电压值(P353)。根据取得的强度判定光电晶体管PT1的输出电流强度(P354)。在红外LED的光量不足的情况下，提高LED电流强度(P357)。再有，在即使设定LED电流为最大强度，光电晶体管PT1的输出电流也不足的情况下(P356)，就向传感器数据文件SD1写入“由于LED强度不足而不能测定”，移至动作模式确定程序P200。再有，在光电晶体管PT1的输出电流强度充分的情况下，在更新了LED强度的情况下，将该强度设定值写入到动作设定文件PD1中，作为从下一次开始的缺省值来使用。
本子程序的目的如下。首先，第一，检知本手镯型传感器节点SN1是否正戴在手腕上，防止在没戴在手腕上的情况下，浪费地执行脉搏传感。仅通过使用了加速度传感器AS1的安静判定程序，不可能判定是否还没戴在手腕上。但是，通过并用本程序，就能检测本手镯型传感器节点是否戴在了手腕上，能尽量防止伴随着浪费的脉搏传感的电池BAT1的消耗。即，在基于光电晶体管PT1的输出的电压变为图25的WA1或WD1时，就判定为传感器节点SN1是非戴上状态。
本子程序的另一个目的在于，修正因用户(佩戴者)的差异实现稳定的脉搏传感。由光电晶体管PT1检知的血流变动所引起的光量变化的强度，一般随着用户皮下具有多少脂肪等而有很大变动。即，在脂肪多的用户的情况下，需要较强地设定红外LED的光量。反之，在脂肪少的情况下，若较弱地设定红外LED的光量，脉搏传感器信号放大电路内的运算放大器就饱和了，不能期待正常的动作。因此，为了稳定地进行脉搏传感，使用本程序调整红外LED的光量是必不可缺的。
如上所述地，在本发明的手镯型传感器节点SN1中，利用本发明特有的子程序，既抑制浪费的功率消耗，又实现稳定的感应动作。
下面，对图26的数据收发程序P400进行说明。
在数据收发程序P400中，首先，控制微机芯片的对应PIO，接通RF芯片的电源后发行复位。另外，启动RF芯片的时钟X1，设定RF芯片为可使用状态(P410)。再有，在RF芯片启动后，参照动作设定文件PD1，取得使用的无线通道及其他参数，更新RF芯片的设定。
接着，在传感器数据收发子程序(P420)中向基站发送传感器数据SD1。在本子程序中，首先，读出传感器数据SD1，加工成无线通信用的数据格式(P421)。典型的，在传感器数据中附加错误校正码、本传感器节点的标识符(＝传感器节点ID)等。在加工成了无线通信用的数据格式之后，设定RF芯片为发送状态，无线发送刚才的数据(P422)。在无线发送结束后，设定RF芯片为接收状态，等候从基站发送来ACK信号(P423)。ACK信号是通常的无线通信中的常用信号，是以确认发送的数据是否完全送给了目的对方为目的使用的信号。本程序中省略了，但在即使等待ACK信号也未从基站发送来的情况下，通过再次发送，就能准确地将数据送到基站。
作为本发明的手镯型传感器节点SN1特有的处理，在结束了传感器数据发送程序后，接着执行命令取得程序(P430)。在命令取得程序P430中，首先，将RF芯片切换为发送状态，对基站BS10发送询问是否没有想发送给自身地址的命令的信号(P431)。在与传感器数据发送子程序同样地发送了询问信号后，将RF芯片切换为接收状态，等待接收ACK信号(P432)。在基站BS10中，对于询问判断是否有想发送的命令，在上述ACK信号中也加入有关是否有想发送的命令的信息，对传感器节点SN1返回ACK信号。传感器节点SN1判定ACK信号的内容，在不存在来自基站BS10的命令的情况下，转移到P440，停止RF芯片的时钟，落下电源，转移到动作模式确定程序P200。另一方面，在判定为存在命令的情况下，使RF芯片继续在接收状态下待机，等候从基站发送来命令(P433)。一旦接收了命令，就立即变更RF芯片为发送状态。对基站BS10发送表示能够正常接收命令的ACK信号(P434)，转移到P440后结束处理。再有，本程序中所说的命令中，也包括动作参数和给本手镯型传感器节点搭载的显示装置LMon1的显示消息等。
命令取得程序P430的目的如下。即，在本手镯型传感器节点SN1中，利用用于削减消耗功率的间歇动作，RF芯片仅在必要的情况下，即，仅在向基站发送感应到的数据的情况下启动。另一方面，也存在想从基站变更传感器的动作参数或变更显示装置LMon1的显示消息，想对手镯型传感器节点下载数据的情况。在只单纯地想实现从基站BS10下载的情况下，可以使传感器节点的RF芯片的电源常态下接通处于接收待机状态。但是，如已经说明的，在这样的方式中，瞬间消耗了电池，电池不能长时间使用。为了解决该问题，在本方式中，在传感器节点SN1发送了数据的情况下，必须询问是否有想向自身地址下载的数据。利用本方式，就能实现低消耗功率和从基站下载。
在数据收发程序结束后存在来自基站的命令的情况下，执行命令解析程序(P450)。在本程序中，解析从基站送来的信号(P451)，首先判定是动作参数还是给显示装置LMon1的显示消息等的命令。接着，在是动作参数的情况下，利用参数设定子程序(P452)更新动作设定文件PD1。此外，在是命令的情况下，由命令执行子程序(P460)执行必要的处理。典型的是显示装置LMon1的消息的重写等。如上所述地，在结束了必要的处理后，转移到动作模式确定程序P200。
在动作模式确定程序P200中，在数据发送程序结束后，启动待机转移程序P510，转移到待机状态P500。在待机转移程序P510中，停止微机芯片的时钟X2，执行转移到软件待机动作模式等的、向待机状态转移所必要的处理。此外，对实时时钟模块RTC1进行存取，设定直到下一次启动的时间间隔，并且，许可来自实时时钟RTC的中断、来自紧急开关(ESW1)中断等的外部中断。再有，在待机时间结束后，从待机状态P500开始的启动如已经说明的，利用上述的实时时钟RTC中断来实现。
图29中示出利用本程序控制的一系列处理的流程和典型的电流波形例。此外，图30中示出各处理状态中的消耗电流的典型值。
时间TC1中，微机芯片处于软件待机模式，消耗电流被抑制在1μA以下。然后，一经过预定的时间，实时时钟电路RTC1就进入到时间TC2，产生实时时钟RTC中断，启动晶体振荡器X2，启动微机芯片后从待机状态经过动作模式确定程序P200进入到数据检知程序P300。由于微机芯片的启动，在时间TC2，I1(＝5mA)的电流增大。
在时间TC3～TC5执行数据检知程序P300。首先，接通微机芯片的ADC电路，接通温度传感器TS1的电源，取得温度传感器TS1的测定值。在时间TC3，由于温度传感器TS1的启动，电流值变为I1+I2。
在取得了温度后，停止温度传感器TS1，在时间TC4启动加速度传感器AS1，检测安静状态(P330)。由于加速度传感器AS1的启动，在时间TC4，传感器节点SN1的消耗功率变为I1+I3(＝0.5mA)。
安静状态检测的结果，若是安静状态，则在关断了加速度传感器AS1后，在时间TC5中，使红外LED的输出逐渐从缺省值上升进行最优化。然后，在预定的时间TC6中，用红外LED和光电晶体管PT1进行脉搏的感应。该时间TC6的期间变为最大的消耗电流，消耗I1+I4(＝10～50mA)的电力。
脉搏的感应一结束，就关断红外LED和光电晶体管PT1，之后在时间TC7中开始RF芯片的驱动。然后，在时间TC7的期间与基站BS10进行通信，如上所述地进行数据的发送和命令的接收。该时间TC7期间的消耗电流等于I1+I5(＝20mA)，成为第二大的消耗电流。
时间TC7的收发一结束，就关断RF芯片和时钟X1，然后在时间TC8中转移到微机芯片的待机状态。进行了实时时钟RTC等的设定后，微机芯片在时间TC9中转移到待机状态，重复上述TC1～TC8的周期。
以上，在本发明的传感器节点SN1中，在通过实时时钟RTC中断启动软件待机模式的微机芯片后，依次进行测定，在每次各测定(通信)结束时，通过停止已启动的传感器和芯片来抑制消耗电流(消耗功率)。即，在测定和通信时，加之微机芯片，仅驱动与各处理关联的传感器和芯片，使其他传感器和芯片停止，由此能够抑制到必要的最小限度的消耗功率。
然后，通过利用消耗功率小得多的加速度传感器AS1的测定结果，判断是否应该驱动消耗功率最大的脉搏传感器，由此就能在可进行正确的脉搏测定的安静状态以外，取消时间TC6～TC7的脉搏传感器和RF芯片的驱动，在安静状态以外，禁止红外LED等的驱动，能够避免浪费的功率消耗，避免电池BAT1的消耗，能够保证传感器节点SN1长时间的工作。
再有，加速度传感器AS1构成检测生物体(人体)的运动的第一传感器，脉搏传感器(红外LED1、2、光电晶体管PTI)构成测定生物体的信息的第二传感器。
接着，如图31所示，作为本发明的手镯型传感器节点特有的功能，可以利用紧急开关ESW1中断，从待机状态P500转移到作为本发明特有程序的紧急发报程序P600。以下对紧急发报程序P600进行说明。
在紧急发报程序中，首先执行误动作防止子程序(P610)。在误动作防止子程序中，首先对实时时钟模块RTC1进行存取，设定为在经过暂时待机时间T1后进入实时时钟RTC中断(P612)。作为暂时待机时间T1，典型地设定为3(s)左右。接着，设定紧急开关中断为禁止状态，停止微机芯片的时钟X2，转移到软件待机动作模式。经过了设定的暂时待机时间T1后，在产生了实时时钟RTC中断后，启动微机芯片(P614)，再次判定紧急开关输入的电平(P615)，若继续按压着紧急开关，就启动下面的紧急数据发送子程序P620。在再次判定时，若已经不按压紧急开关了，就执行待机转移子程序P510，再次转移到待机状态P500。
本误动作防止子程序的目的如下。即，在于尽量抑制因紧急开关的误操作而引起的浪费的功率消耗。在本手镯型传感器节点SN1中，为了低消耗功率化，在还没执行感应的情况下，将微机芯片等转移到待机状态，彻底抑制消耗功率。另一方面，在用户身体不舒服等想呼出紧急呼叫的情况下，该待机状态维持不变的状态下不响应用户的请求。为了解决该问题，如已经说明的，在本发明的手镯型传感器节点中，将紧急开关ESW1(SW1)分配给微机芯片的外部中断，在按下了紧急开关(ESW1)的情况下，立即从待机状态复原，响应用户的请求。但是，该开关容易被误操作。此外，也存在振动现象。因此，一般地，在是这样的紧急度高的开关的情况下，构成为若不持续按下一定时间以上就不反应。要实现该动作，可以单纯地利用微机芯片构成定时器，在经过了指定的时间以后，再次如本方式那样地判定是否还持续按着开关即可。但是，若是这样的单纯方式，就需要持续启动微机芯片一定时间以上，典型的是会消耗5mA左右的电流(图30)。即，不能适用于最重要的问题在于低消耗功率化的本发明的手镯型传感器节点。另外，在由于开关的误操作等，错误地频繁产生了紧急开关中断的情况下，微机芯片将继续启动状态，消耗功率增大了。
为了解决该问题而提出的方法是本方式。在本方式中，微机芯片在紧急开关中断产生后启动了以后，设定实时时钟RTC，立即转移到软件待机动作模式。在用于判断是否持续按着开关SW1的时间中，可以一直在软件待机动作模式下待机。即，即使在错误地频繁按下了紧急开关中断的情况下，也能将消耗电流准确地抑制到待机状态。
图32(a)中示出的图表是上述紧急发报程序的效果。此外，图32的(b)是不采用本方式(紧急发报程序)的情况。
图中TC13是用于紧急开关再次判定的等待时间。此外，时间TC15是紧急呼叫的数据通信所花费的时间。在该图中，时间TC13也画得与TC15没有大的差别，但实际上TC13为～3(s)TC15为0.1(s)以下，利用本方式削减消耗电流非常有效。
如上所述，在判断为真的按下了紧急开关ESW1的情况下，接着执行紧急数据发送子程序(P620)。在本子程序中，首先启动RF芯片(P621)。接着生成向基站发送的紧急数据(P622)。接着设定RF芯片为发送状态，发送紧急数据(P623)。进一步，设定RF芯片为接收状态，为检验紧急呼叫是否确实到达了基站，等待接收来自基站的ACK信号。再有，也可以根据需要执行P626～P628程序，下载来自基站的消息，使显示装置LMon1显示消息。
<第二实施方式>
图33示出第二实施方式，上述第一实施方式的温度传感器TS1除温度外还测定湿度。
在安装有感应温度和湿度的温湿度传感器TS1的传感器节点SN1的情况下，需要直接用温湿度传感器TS1感应室内和屋外的空气。因此，将温湿度传感器TS1和传感器节点SN1的控制电路安装在与室内和屋外相同的环境上。由于控制电路周围的温度和湿度的变化，控制电路其电路表面结露，成为误动作和故障的原因。
因此，通常，温湿度传感器TS1与传感器节点SN1的控制电路分别地安装。例如，安装在密闭了控制电路的壳体上，将温湿度传感器TS1伸出到壳体的外面，用电缆连接温湿度传感器TS1和壳体。但是，在该情况下，由于温湿度传感器伸出到壳体外面，因此就需要另外考虑温湿度传感器的固定方法和传感器设置的安装，存在着安装变复杂，安装的成本增高的问题。
因此，本发明能够实现在一个壳体中安装温湿度传感器TS1和传感器节点SN1的控制电路。
图33中示出感应温湿度的传感器节点的一个实施例。
与上述第一实施方式同样地，在外部壳体SN-NODE上安装搭载着RF芯片和微机的基板BO1、搭载电源控制电路与传感器的接口电路的基板BO2-2、电源BAT、连接天线ANT1的连接器SMA1、内装温湿度传感器基板BO3-2的内部壳体SN-CAP(隔壁)。
在内部壳体SN-CAP内，内装有温湿度传感器基板BO3-2。在内部壳体SN-CAP中具有取入外部空气的温湿度通过窗WN1，利用该通过窗WN1，就能测定外部空气的温度和湿度。即，内部壳体SN-CAP的内侧成为收容温湿度传感器基板BO3-2的空间，内部壳体SN-CAP的外部和外部壳体SN-NODE的内周成为收容基板BO1、基板BO2-2和电源BAT的第二空间。
外部壳体SN-NODE在内部壳体SN-CAP与外部壳体SN-NODE的接触面上安装防水用的O型圈ORNG1，在天线用连接器SMA1与外部壳体SN-NODE的接触面上安装O型圈ORNG2。这样，外部壳体SN-NODE内的空气与壳体外的空气就完全被分离。
此外，基板BO2-2与基板BO3-2的接口信号贯通内部壳体SN-CAP，在内部壳体SN-CAP与外部壳体SN-NODE的接触面上安装防水用的O型圈ORNG3。这样，内部壳体SN-CAP内的空气与外部壳体SN-NODE内部的空气就完全被分离。
由于利用这3个O型圈，外部壳体SN-NODE内被密闭，因此，不因为温度和湿度的变化而结露，控制电路的可靠性提高了。此外，由于温湿度传感器也安装在壳体中，所以包括传感器都被安装在一个壳体中，因此，具有安装变紧凑，传感器节点的设置变容易的效果。
图34中示出在本实施例中使用的基板BO2-2和BO3-2的结构图。基板BO2-2具有与搭载了RF和微机的基板BO1的接口、与温湿度传感器基板BO3-2的接口和电源BAT的接口，在基板BO2-2上，搭载着向安装在基板BO1和BO2-2上的各种电路供给电源用的调节器REG1、电源接通复位开关RSW1、电源接通复位电路POR1、总线选择电路BS2、非易失性存储器SROM1、温湿度传感器用电源调节器REG2、温湿度传感器用电源调节器的接通关断控制电路PS21。这些电路通过来自基板BO1的控制信号(数字端口DP、总线控制信号BC、串行总线控制SB)被控制。
温湿度传感器基板BO3-2搭载了温湿度传感器TMP-SN。来自基板BO1控制信号DP经由基板BO2-2控制温湿度传感器TMP-SN。控制信号DP由控制传感器的双向数据信号和示出数据信号是否是有效的定时的时钟信号构成，能按照时钟信号的定时进行控制信号和数据的收发。
对温湿度传感器TMP-SN的感应过程简单地进行说明。基板BO1控制感应温湿度的间隔。例如，若测定周期是5分钟，则测定该5分钟的周期，经过了5分钟后，就根据控制信号DP，从温湿度传感器TMP-SN读出温度和湿度的数据，用无线通信从RF电路向基站传送数据。基站BS10使用因特网和内部网等通信线路，向数据服务器和应用系统传送温度和湿度信息。
周期地进行温湿度的测定和该测定数据的传送，但利用本实施例中示出的结构，能够低成本地实现稳定工作的传感器节点。
在本实施例中，对于用数字信号控制的温湿度传感器TMP-SN进行了说明，但在用模拟信号控制的温湿度传感器的情况下，可以用基板BO1将模拟信号转换为数字信号后用无线通信传送数据。本实施例的安装结构也可以适用于模拟输出的温湿度传感器。
再有，在上述各实施方式中示出了将传感器节点SN1戴在手腕上的例子，但也可以安装在能测定脉搏的其他部位(例如，脚)上。
工业上的可利用性如上所述，在本发明中，通过在手镯型传感器节点中使片状介质天线从人体离开，能够确保高灵敏度和稳定的无线通信，能够适用于能以少的消耗功率进行稳定的无线通信的传感器节点。
而且，由于能够搭载多个传感器，并且用极低的消耗功率长时间持续使用传感器节点，因此，能够适用于在医疗和看护等不需要维护的要求长时间使用的传感器节点。
权利要求
1.一种传感器节点，具有无线通信电路和传感器，利用无线通信发送传感器所测定的数据，其特征在于，具有第一基板，配置了与上述无线通信电路连接的天线；电池，向上述无线通信电路和上述传感器提供电源；壳体，内部收容上述第一基板；带，安装在上述壳体上，并将该壳体固定在皮肤上，上述天线与上述壳体相对并配置在上述第一基板的第一面中与上述壳体的上部相对应的位置，上述电池配置在上述第一基板的第二面中与上述壳体的下部相对应的位置。
2.如权利要求1所述的传感器节点，其特征在于，上述天线构成为，上述带与上述壳体的上部和下部连结，并能戴在手腕上。
3.如权利要求2所述的传感器节点，其特征在于，在以上述第一边为上述壳体的上部时，上述天线配置在上述第一边的左侧。
4.如权利要求1所述的传感器节点，其特征在于，在上述第一基板上，在上述天线的下方配置显示装置，在该显示装置的下方配置操作开关，上述壳体使上述显示装置和操作开关露出在该壳体的表面上。
5.如权利要求1所述的传感器节点，其特征在于，上述第一基板除了包围上述天线形成的接地/电源层禁止区域以外，形成了电源电路和接地电路。
6.如权利要求2所述的传感器节点，其特征在于，上述传感器由配置在与皮肤相对置的位置上的发光元件和受光元件构成，上述发光元件和受光元件配置于在连结上述壳体的上下方向的线的中央部与其正交的轴线上。
7.如权利要求6所述的传感器节点，其特征在于，上述传感器构成为多个发光元件夹持上述受光元件。
8.如权利要求7所述的传感器节点，其特征在于，在上述壳体中容纳有配置了上述传感器的第二基板，在上述壳体的底部形成有上述发光元件和受光元件与皮肤相对置的开口部。
9.如权利要求8所述的传感器节点，其特征在于，上述第二基板安装在上述第一基板的第二面上，在上述第一基板的与天线相对置的位置上，除了包围相对置的天线形成的接地/电源层禁止区域以外，形成有电源电路和接地电路，上述第一基板配置在上述壳体的表面侧。
10.如权利要求9所述的传感器节点，其特征在于，上述第二基板安装在上述第一基板的第二面的上部，在上述第一基板的第二面侧，在上述第二基板的下方配置有具有地电位的部件。
11.如权利要求10所述的传感器节点，其特征在于，上述具有地电位的部件，是控制上述无线通信电路和上述传感器的控制装置、以及向上述无线通信电路和传感器及控制装置提供电力的电池。
12.如权利要求1所述的传感器节点，其特征在于，上述天线是由高介电体构成的片状介质天线。
13.如权利要求1所述的传感器节点，其特征在于，上述传感器包括测定湿度的湿度传感器，在上述壳体中设置隔壁，将收容上述湿度传感器的第一空间和主要是上述第一基板的第二空间隔开，以及在上述壳体上设置导入外部空气的窗部。
14.如权利要求1所述的传感器节点，其特征在于，上述壳体的上部为手表上的12点钟的方向。
全文摘要
本发明在传感器节点中确保稳定的无线通信性能。在具有无线通信电路和传感器，利用无线通信发送传感器测定的数据的传感器节点中，具有配置了与无线通信电路连接的天线(ANT1)的第一基板(BO2)、内部收容第一基板(BO2)的壳体(CASE1)、安装在壳体(CASE1)上用于将该壳体(CASE1)固定在皮肤上的带，将天线(ANT1)配置在壳体(CASE1)的成为手表上的12点钟方向的上部。
文档编号G08C17/00GK1843288SQ20051009652
公开日2006年10月11日 申请日期2005年8月26日 优先权日2005年4月8日
发明者爱木清, 栗山裕之, 山下春造, 志村隆则 申请人:株式会社日立制作所