可穿戴式自主联网协作终端、系统及通信方法

技术领域

本申请属于智能穿戴设备技术领域，具体涉及一种可穿戴式自主联网协作终端、系统及通信方法。

背景技术

智能可穿戴产品的类型十分丰富，能够穿着或者佩戴、与人体接触，采集人体健康信息、帮助用户听取或者看到内容，可以智能手机进行数据传输等设备，都可以统称为“智能可穿戴”。智能可穿戴设备与人体密切接触，能够采集多种人体数据，提供视觉、触觉、听觉、健康监测等多方面的交互体验。

智能穿戴式设备的连接是各种设备之间进行交互和控制必不可少的关键一步。然而目前智能穿戴式设备之间的互联通信，通常采用蓝牙、WIFI、移动网络进行组网通信，但是户外场景中进行组网通信时都存在相应的缺陷。然而采用蓝牙和WIFI都是短距离通信，不适用远距离通信。移动网络虽然能实现远距离的组网即时通信，但存在频道冲突和网络信号串扰的问题，且在即时通信过程中，各个组网人员无法实时查看获取彼此之间的个体生命体征数据，数据交互能力有限。

发明内容

为此，本申请提供可穿戴式自主联网协作终端、系统及通信方法，有助于解决现有可穿戴式设备难以实现高质量的远距离组网通信，且数据交互能力较差的问题。

为实现以上目的，本申请采用如下技术方案：

第一方面，本申请提供一种可穿戴式自主联网协作终端，包括：语音通信装置和生命体征采集装置；其中，

所述语音通信装置包括主控模块、DECT通信模块、语音编解码模块、扬声器、麦克风、TDMA/TDD处理模块、GFSK调制模块、射频模块、第一无线通信模块以及天线；所述扬声器、麦克风、DECT通信模块、语音编解码模块、TDMA/TDD处理模块、GFSK调制模块、第一无线通信模块、射频模块的一端分别与所述主控模块连接，所述射频模块的另一端与所述天线连接；

所述生命体征采集装置包括微控制器、第二无线通信模块、定位模块、心率传感器、体温传感器、血氧传感器、加速度传感器以及触摸屏；所述第二无线通信模块、定位模块、心率传感器、体温传感器、血氧传感器、加速度传感器、触摸屏的一端分别与所述微控制器连接；

所述第一无线通信模块与所述第二无线通信模块通过无线信号进行无线连接。

进一步地，所述第一无线通信模块与第二无线通信模块均包括BLE蓝牙模块。

进一步地，所述射频模块包括射频芯片；所述射频芯片的频段区间为1880MHz-1900MHz。

进一步地，所述定位模块包括北斗定位模块和GPS定位模块。

进一步地，所述语音通信装置还包括，还包括：语音输入信号放大电路、语音输出信号放大电路；所述语音信号输入放大电路的输入端与所述麦克风连接，其输出端与所述主控模块连接，所述语音输出信号放大电路的输入端与所述主控模块连接，其输出端与所述扬声器连接。

第二方面，本申请提供一种可穿戴式自主联网协作终端的通信系统，包括：

至少两个第一方面所述的可穿戴式自主联网协作终端；所述可穿戴式自主联网协作终端通过工作在于频段区间的语音通信装置自主接入DCET网络信道，形成DECT组网。

进一步地，所述DECT组网包括主机和从机，所述从机均与所述主机连接并作双向通信。

第三方面，本申请提供一种可穿戴式自主联网协作终端的通信方法，适用于上述通信系统中的主机，包括：

主机采集主机使用者的个人位置坐标和当前生命体征数据；

主机接收DECT组网中所有从机上传的个人位置坐标和当前生命体征数据；

主机将所有从机与主机的个人位置坐标和当前生命体征数据共享至DECT组网中。

第四方面，本申请提供一种可穿戴式自主联网协作终端的通信方法，适用于上述通信系统中的从机，包括：

从机采集从机使用者的个人位置坐标和当前生命体征数据，并将所述个人位置坐标和当前生命体征数据通过DECT组网上传至主机；

所述从机接收主机和DECT组网中其余从机的个人位置坐标和当前生命体征数据，并显示主机与DECT组网中其余从机使用者的位置坐标和生命体征数据。

本申请采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：

通过本申请提供的可穿戴式自主联网协作终端，其具体语音通信装置和生命体征采集装置。其中，语音通信装置包括主控模块、DECT通信模块、语音编解码模块、扬声器、麦克风、TDMA/TDD处理模块、GFSK调制模块、射频模块、第一无线通信模块以及天线。生命体征采集装置包括微控制器、第二无线通信模块、定位模块、心率传感器、体温传感器、血氧传感器、加速度传感器以及触摸屏。语音通信装置的第一无线通信模块与生命体征采集装置的第二无线通信模块通过无线信号建立起无线通信连接。本申请通过生命体征采集装置收集佩戴者的个人位置坐标和当前生命体征数据，并将收集的数据通过无线传输的方式传递给语音通信装置。再利用语音通信装置进行远距离的DECT组网，将佩戴者的个人位置坐标和当前生命体征数据共享发送给DECT组网中其他语音通信装置，其他佩戴者在通过语音通信装置接收到DECT网中其他佩戴者的个人位置坐标和生命体征数据后，传输给其生命体征采集装置进行显示，在保证终端设备实现高质量，低延迟的语音服务的同时，实现佩戴者的个人生命体征和位置坐标的共享协作传递，提高了终端设备的数据交互能力。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是根据一示例性实施例示出的可穿戴式自主联网协作终端结构原理图；

图2是根据一示例性实施例示出的语音通信装置的电路结构示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的生命体征采集装置的电路结构示意图；

图4是根据一示例性实施例示出的蓝牙手表的表盘功能按键结构示意图；

图5是根据一示例性实施例示出的终端设备组网通信架构图；

图6是根据一示例性实施例示出的可穿戴式自主联网协作终端的通信系统架构图；

图7是根据一示例性实施例示出的多终端设备的DECT网络组网示意图；

图8是根据一示例性实施例示出的主机的通信方法流程图；

图9是根据一示例性实施例示出的从机的通信方法流程图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。

请参阅图1，图1是根据一示例性实施例示出的一种可穿戴式自主联网协作终端，该终端设备包括：语音通信装置和生命体征采集装置。其中，

参照图2所示，语音通信装置包括主控模块、DECT通信模块、语音编解码模块、扬声器、麦克风、TDMA/TDD处理模块、GFSK调制模块、射频模块、第一无线通信模块以及天线；扬声器、麦克风、DECT通信模块、语音编解码模块、TDMA/TDD处理模块、GFSK调制模块、第一无线通信模块、射频模块的一端分别与主控模块连接，射频模块的另一端与天线连接。

其中，DECT通信模块用于传送和接收通话数据。语音编解码模块用于将采集到的语音信号编码为数字信号，或将接收到的数字信号解码为语音信号。GFSK调制模块用于将数字信号调制为数字射频信号或将数字射频信解调为数字信号。TDMA/TDD处理模块用于对经解调的数字射频信号进行时分多址分解或对将要发出的数字射频信号进行信道编解码交织、加密以形成时分多址数据流。射频模块用于将数字射频信号发送至天线输出或接收天线发送的数字射频信号。第一无线通信模块用于接收生命体征采集装置采集的使用者个人生命体征数据和个人位置坐标，以及向生命体征采集装置发送相应的操作指令和共享终端数据等。

参照图3所示，生命体征采集装置包括微控制器、第二无线通信模块、定位模块、心率传感器、体温传感器、血氧传感器、加速度传感器以及触摸屏；第二无线通信模块、定位模块、心率传感器、体温传感器、血氧传感器、加速度传感器、触摸屏的一端分别与微控制器连接。

其中，第二无线通信模块用于向语音通信装置发送采集的使用者个人生命体征数据和个人位置坐标，以及接收并显示语音通信装置传输的共享终端数据。定位模块用于采集终端使用者的个人位置坐标数据。心率传感器、体温传感器和血氧传感器分别用于采集终端使用者当前的生命体征数据，包括心率、体温和血氧。加速度传感器用于采集终端使用者的当前位移情况。触摸屏用于终端使用者查看生命体征数据和接收到的共享终端数据。

具体的，本申请第一无线通信模块与第二无线通信模块通过无线信号进行无线连接，建立无线通信。

具体的，本申请的语音通信装置基于DECT无线网络来进行远距离的自主联网协作通信，以适应户外组网的应用场景。DECT是欧洲电信标准组织最早于1992年制定的新一代公共数字无绳电话标准，它具有如下特征：1.提供高质量，低延迟的语音业务。2.支持数据通信业务。3.支持自动的无损切换，包括小区内由于信道特性变坏引起的载波，时隙切换。4.采用动态信道分配技术，不需要复杂的频率规划。5.低功耗。6.无线载波频段：1880MHz-1900MHz。7.载波数目：10。8.载波的中心频率1897.344-C*1.728MHz(c＝0,1…9)。9.带宽1.728MHz。10.调制方式：GFSK，BT＝0.5。11.接入方式：TDMA/TDD。12.信息速率：1152Kbps。13.净信道速率：A域6.4Kbps，用于控制，传输信令，B域32Kbps用于语音业务，传输数据。14.语音编码：32Kbps ADPCM。

其中，在一个实施例中，本申请的第一无线通信模块与第二无线通信模块均包括BLE蓝牙模块，即语音通信装置和生命体征采集装置之间通过蓝牙信号建立无线通信来传输数据。此外，也可以采用其他的无线通信单元来建立无线通信，如RTU远程终端单元、DTU模块、LORA模块、ZigBee无线通信模块等，具体可以实际应用需要进行选择。

进一步地，在一个实施例中，射频模块包括射频芯片。由于本申请的语音通信装置采用DECT无线网络进行组网。因此，本申请射频芯片的频段区间为1880MHz-1900MHz。

进一步地，在一个实施例中，定位模块具体包括北斗定位模块和GPS定位模块。通过北斗定位模块和GPS模块定位终端使用者的地理位置，获取相应的个人位置坐标。

进一步地，在一个实施例中，语音通信装置还包括，还包括：语音输入信号放大电路、语音输出信号放大电路；语音信号输入放大电路的输入端与麦克风连接，其输出端与主控模块连接，语音输出信号放大电路的输入端与主控模块连接，其输出端与扬声器连接。

具体的，当发出语音信号时，语音信号经由麦克风输入，通过语音输入信号放大电路进入主控模块；同样的，当接收语音信号时，语音信号最终通过语音输出信号放大电路最终输出至扬声器。

在具体实践过程中，本申请的语音通信装置也可以基于现有的设备进行改进获得，例如，对现有的基于DECT的头戴式耳机进行改进，在耳机中添加BLE蓝牙模块，并将BLE蓝牙模块与耳机的主控单元进行电连接，以实现与生命体征采集装置的无线通信和数据传输。其中，基于DECT的头戴式耳机可以参考专利申请号为CN 209472616 U的现有专利文献实现，本申请在此不再赘述。

具体实践过程中，本申请的生命体征采集装置可以采用现有带健康监测和定位的蓝牙可穿戴终端实现，例如，览邦WACH MAX-A90，OPPO watch3 Pro、HUAWEI WATCH 3Pro等型号的蓝牙手表。此外，也可以基于现有的蓝牙手表进行改进，具体的，本申请提供的生命体征采集装置设计为蓝牙可穿戴终端的形式。参照图4所示，本申请设计的蓝牙可穿戴终端的表盘按键包括：开机键用于开关机，长按1秒后实现开关机。返回键：在主表盘界面按下直接进入表盘切换界面，其它界面为返回上一级菜单。选择键+：用于下一菜单界面切换，选择后长按1～2秒为确认。选择键-：用于上一菜单界面切换，选择后长按1～2秒为确认。参照上述的生命体征采集装置实现蓝牙可穿戴终端内部的电路结构，并将这四个功能按键具体与蓝牙可穿戴终端的内部电路结构连接，即可获得最终的蓝牙可穿戴终端。

具体的，在一个实施例中，本申请采用两个可穿戴式自主联网协作终端进行组网通信。其中，蓝牙可穿戴终端作为生命体征采集装置，并以DECT头戴式耳机作为语音通信装置。参照图5所示，可穿戴式自主联网协作终端之间的通信过程具体为：

蓝牙可穿戴终端日常使用形态为个人穿戴设备，通过蓝牙2.4GHz信号与耳机A中的BLE蓝牙模组进行数据交互，耳机A通过工作在1.9GHz的DECT A域6.4Kbps带宽像组网中的耳机B传递个人生命体征和位置坐标信息监控数据，包括但不限于：设备ID，GPS/北斗坐标，心率图、心电图、血氧、血压等。

进一步地，在一个可选实施例中，本申请将上述语音通信装置集成到生命体征采集装置中形成一个整体的终端设备，不再添加BLE蓝牙通信模块。此时的可穿戴式自主联网协作终端包括：主控模块、DECT通信模块、语音编解码模块、扬声器、麦克风、TDMA/TDD处理模块、GFSK调制模块、射频模块、天线、定位模块、心率传感器、体温传感器、血氧传感器、加速度传感器以及触摸屏。主控模块分别与DECT通信模块、语音编解码模块、扬声器、麦克风、TDMA/TDD处理模块、GFSK调制模块、射频模块、定位模块、心率传感器、体温传感器、血氧传感器、加速度传感器以及触摸屏连接；射频模块与天线连接。

此时，可穿戴式自主联网协作终端具体的工作原理是：终端设备先接入DECT网络进行组网，同时使用者佩戴可穿戴式自主联网协作终端，通过心率传感器、体温传感器和血氧传感器采集使用者的生命体征数据，并通过定位模块采集位置坐标，主控模块将采集的生命体征数据和位置坐标通过射频模块以数字射频信号的形式发送给其他终端设备，其他终端设备在接收到数字射频信号进行解析和显示，获得使用者的生命体征数据和位置坐标。

此外，在进行语音通话时，使用者通过可穿戴式自主联网协作终端中DECT通信模块传送和接收通话数据。再利用语音编解码模块将采集到的语音信号编码为数字信号，或将接收到的数字信号解码为语音信号，以实现与DECT组网中其他终端设备进行语音通话。

参照图6所示，本申请还提供一种可穿戴式自主联网协作系统，包括：

至少两个上述的可穿戴式自主联网协作终端。其中，可穿戴式自主联网协作终端通过工作在于频段区间的语音通信装置自主接入DCET网络信道，形成DECT组网。

具体的，DECT组网包括主机和从机，从机均与主机连接并作双向通信。

其中，主机采用Write方式发送数据至从机；从机采用Notify方式发送数据至主机。

具体的，在一个可选实施例中，本申请可穿戴式自主联网协作终端采用蓝牙可穿戴终端与DECT头戴式耳机，二者基于BLE蓝牙模块进行无线通信。在组网通信过程中，蓝牙可穿戴终端与DECT头戴式耳机的通信过程具体为：

1.设置BLE Profile描述，具体包括：

Service UUID：0xF000EAE0-0000-4000-0000-00000000B000；

特征(TX)UUID：0xF000EAE1-0451-4000-0000-00000000B000，属性：Write；

特征(RX)UUID：0xF000EAE2-0451-4000-0000-00000000B000，属性：Notify。

其中，主机(Master)发送数据给从机(Slaver)，发送数据长度设置为20字节，Write方式。

从机(Slaver)发送数据给主机(Master)，发送数据长度设置为20字节，Notify方式。

BLE通信仅用这两个个特征UUID进行交互，具体协议格式见下一过程。

在本申请中，“蓝牙可穿戴终端”作为主机(Master)，在OTA模式下可作为从机，以便进行空中升级，“DECT头戴式耳机”作为从机。

2.BLE Protocol

A).主机发送20个字节的数据包给从机，然后从机返回20个字节的数据包。所有数据包长度都是固定的20字节。

B).主机发送的20个字节的数据包格式如下：

报头：固定为0xFC，命令：取值范围0x00→0x7F，其中命令最高位保留为0。

C).从机收到命令后返回给主机的20个字节应答数据包，格式如下

3.BLE Data Format

(1)蓝牙可穿戴终端向耳机发送信息

命令格式：0xFC 00 A1 A2 B1 B2 B3 B4 C1 C2 C3 C4 D1 D2 D3 D4 Hr 00 0000。

功能：蓝牙可穿戴终端向耳机发送自身信息(位置，心率)，共20bytes。

描述：A1A2，设备ID，用于标识设备或者人员。B1B2B3B4，UTC时间戳，代表该条数据产生的时间点。C1C2C3C4，经度。D1D2D3D4，维度，需要还原解析为float型数据。Hr，心率值(0-255)。

命令回复：耳机接收并完成解析后，根据解析结果返回状态给主机。

正确执行：0x00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0000；

执行失败：0x80 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0000。

(2)耳机向蓝牙可穿戴终端发送信息

命令格式：0xFC 01A1 A2 B1 B2 B3 B4 C1 C2 C3 C4 D1 D2 D3 D4 Hr 00 0000。

功能：耳机向蓝牙可穿戴终端转发其他GPS设备(其他蓝牙可穿戴终端)的信息(位置，心率)，共20bytes。每次发送一个设备的位置信息，蓝牙可穿戴终端根据ID(A1A2)来区分设备，并更新显示屏上的坐标点。

描述：A1A2，设备ID，用于标识设备或者人员。B1B2B3B4,UTC时间戳，代表该条数据产生的时间点。C1C2C3C4,经度。D1D2D3D4，维度，需要还原解析为float型数据。Hr，心率值(0-255)。

命令回复：由于耳机向蓝牙可穿戴终端发送数据采用持续notify方式，主机不予回复。若主机接收成功，会自动更新屏幕显示。

此外，还可以设置蓝牙可穿戴终端的数据更新频率，即蓝牙可穿戴终端多长时间向耳机发送一次数据，目前本申请暂定1秒。

具体的，基于上述蓝牙可穿戴终端与DECT头戴式耳机的通信过程，本申请采用9个可穿戴式自主联网协作终端进行组网通信，具体的DECT组网形态参照图7所示。耳机由1台主机与8台从机相连，9台耳机分别通过蓝牙2.4G信号与9台蓝牙可穿戴终端相连，蓝牙可穿戴终端附着于使用个人身上，通过蓝牙可穿戴终端收集个人位置坐标和生命体征数据，并在耳机中的主机处汇聚网络中9个蓝牙可穿戴终端的信息，并下发到9个蓝牙可穿戴终端上进行显示，从而实现通过组网的任何以太蓝牙终端，都可以查看网络中其它9人的个人位置坐标和当前生命体征数据。

参照图8所示，本申请还提供一种可穿戴式自主联网协作通信方法，方法适用于上述实施例中的主机，方法包括：

S101：主机采集主机使用者的个人位置坐标和当前生命体征数据；

S102：主机接收DECT组网中所有从机上传的个人位置坐标和当前生命体征数据；

S103：主机将所有从机与主机的个人位置坐标和当前生命体征数据共享至DECT组网中。

参照图9所示，本申请还提供一种可穿戴式自主联网协作通信方法，方法适用于上述实施例中的从机，方法包括：

S201：从机采集从机使用者的个人位置坐标和当前生命体征数据，并将所述个人位置坐标和当前生命体征数据通过DECT组网上传至主机；

S202：从机接收主机和DECT组网中其余从机的个人位置坐标和当前生命体征数据，并显示主机与DECT组网中其余从机使用者的位置坐标和生命体征数据。

本申请通过生命体征采集装置收集佩戴者的个人位置坐标和当前生命体征数据，并将收集的数据通过无线传输的方式传递给语音通信装置。再利用语音通信装置进行远距离的DECT组网，将佩戴者的个人位置坐标和当前生命体征数据共享发送给DECT组网中其他语音通信装置，其他佩戴者在通过语音通信装置接收到DECT网中其他佩戴者的个人位置坐标和生命体征数据后，传输给其生命体征采集装置进行显示，在保证终端设备实现高质量，低延迟的语音服务的同时，实现佩戴者的个人生命体征和位置坐标的共享协作传递，提高了终端设备的数据交互能力。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。