自由成形的單向網絡的製作方法
2023-06-19 22:54:31 1
專利名稱：自由成形的單向網絡的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用自由空間中的電磁輻射的單向或單信道通信網絡。這種單向網絡可用於記錄對諸如動作、提問或激勵等提示的群響應；尤其是那些需要在分鐘為單位的時間跨度上完成登記所有的響應。
已經提出了許多種網絡系統。其中大多路不是無線的，由於購買和安裝電線或光纖電纜的費用，所以這種有線的系統實現起來花費很大。而且，它們極難搬運在另一地方使用。這些無線系統還有一些缺點或限制。例如，美國專利5566022所描述的系統利用自由空間的紅外(IR)發送，但，由於它在連接到網絡的單元之間要有進行來回或多信道通信，所以它不是單信道系統。由於每個發射機必須還是接收機，所以多信道系統的費用將比單信道大。而且必須跟蹤所有收發信機的狀態，所以導致複雜化。
美國專利4377870所描述的另一個無線系統使用了單向射頻(RF)發送，但發送的消息不是單頻率的，不是編碼信號，且不附有發送者ID。使用多頻率發送的系統的花費比使用一個頻率的花費要大。而且，在信號上不附帶ID，系統利用局限於輪詢功能。另一種無線系統是紅外遙控器，在消費電子產品和打開和鎖閉汽車門中使用。它是單信道通信，但它不是網絡，因為它僅是一個發射機和一個接收機的組合。
本發明的目的在於提供一種自由成形的單向網絡(FON)，簡單的設計降低了產品的成本，並且便於使用和攜帶。一種自由成形的單向網絡是單信道通信網絡系統，在這種系統中，網絡參與者傳輸的消息僅流入到中央接收機，而且網絡可以由參與者任意組合來組成。
因此，根據本發明提供的自由成形單向網絡包含多個網絡參與者的無線發射機，每個所述發射機適於響應於諸如動作、提問或激勵等提示，以編碼輻射信號的短脈串形式在自由空間上以單頻率或窄帶頻率發射短消息；中央無線接收機，檢測發射機發射的消息；對這些消息進行解碼和數位化的裝置；中央處理裝置，接收、存儲和分析經解碼和數位化的消息；以及向發送者確認收到他或她發送的消息的裝置。
這樣，提供了一種利用在自由空間內的固定單頻率或窄帶頻率的電磁輻射信號的單向或單信道通信網絡，它包含多個發射機和一個中央接收機，其中把每個消息編碼成波串。在一較佳實施方式中，每個信號可以附帶有發送者標識符(ID)。中央接收機可以一個單元或者是級聯連接的多個單元，檢測自由空間內的消息，並把它們發送到中央處理單元(CPU)對消息進行處理。
在一較佳實施例中，可以在每個發射機上設置一小顯示板，以顯示要發送的消息以及在預定時間內發送消息的嘗試次數。該系統可以包括中央顯示板，確認手段可以包含在中央顯示屏上改變特徵符號(例如顏色)，使發送者能看見，確認已經收到消息，並且顯示屏上的每個符號可以顯示從相應的發射機在預定時間內接收到消息的次數。
即使發射機包括了ID標記，CPU裝置仍可以提供一選項，根據該系統的應用場合(例如，教育性的或僅僅為輪詢)，忽略該標記，或者保留。
該系統的自由成形方面歸因於ID編碼發射的便攜性，它可以對發射機任意組合，形成通信網絡的發射機，也可以用多種組合形成多個網絡。
多個發射機(T)和一個接收機(R)包含有FON硬體。每個發射機T具有集成電路(IC)和安裝在便攜盒內的射線發射器。IC晶片的存儲單元存儲用戶ID號和簡單的消息。當用戶按下發射機T鍵盤的一個按鈕時，把該消息寫到發射機T的存儲器上，並把附帶標記的消息以輻射波串的短脈衝串的形式在自由空間內發射。如果需要，發射機T可以裝備有顯示屏，以顯示要發送的消息和發送消息的嘗試次數。接收機由類似的集成電路組成，但它具有輻線檢測器而不是輻線發射器。它接收多個發射機T發射的附帶標記的消息，以接收到的順序對它們進行解碼，並把數字形式的消息發送到CPU，以進行分析和存儲。FON一個重要的較佳特點是向特定發送者回送已收到消息的確認信號，這可以是簡單地改變中央顯示屏上相應的標記塊。由於發送者可以一次以上地嘗試發送消息，所以增加的確認是把接收到消息的次數與標記塊一起顯示。
由FON軟體進行處理，接收、分析和存儲接收機檢測到的消息。在開始對話之前，選擇CPU是否處理每個消息附帶的ID。當對話開始時，輸入該對話的文件名並在CPU中創建數據文件。對於每一輪對話請求響應，打開定時器，把多個發射機的圖象作為適當標記的框顯示而發射到顯示屏上，以使所有人都能看見。把接收到的每個消息存儲在數據文件中。在過了預定的時間之後，分析所有的響應，把總結結果投影出來給所有人觀看。對於下一輪重複這一循環，直到對話結束，在結束時，在數據文件上標註文件結束，並把整個文件寫到例如硬碟等數據存儲裝置上，以便將來檢索。
可以預想到，這種FON最簡單的應用是工作訓練或教育的指導對話。當教員者提出問題，通常僅一些聽眾舉手要求回答。許多人沒有積極參與，害怕窘迫。利用FON，所有聽眾均備有發射機，因此，所有人都可以隱蔽地回答，而不會有任何窘迫感。由於大多數指導問題能以多項選擇的形式提出，所以消息可以簡單到附帶相應ID的一位數字。該ID可以是發射機T的單元號碼、座位號、社會保險號，或者學生ID號。當使用個人化的ID時，表現出了FON獨特的自由成形特點。例如，在如大學、學院或高級學校等教育機構內，所有學生中的每個學生可以配備一個自己私人的可攜式發射機，它們可以隨身攜帶，在它們參加的任何課中使用。在校園中，多臺發射機對應於所有學生，多臺接收機對應於至少多間教室。與例如架空投影儀的通常教學工具相比，校園範圍的FON顯然是通常的學習工具。FON將有利於在校園的每節課上使用主動學習策略，還可以自動記錄上課人數。
現在通過例子，並參照附圖描述本發明的實施例，其中
圖1示意性地示出了包含FON的部件和它們連接關係，圖2示意性地示出了用於用戶標識的微晶片的使用，圖3示意性地示出了接收機的基本部件，圖4示出了接收機的微控制器的軟體流程，以及圖5示出了典型接收機的屏幕顯示。
首先參照圖1，發射機(T)最簡單的一個實施例是手持式電池工作的裝置，當十個數字鍵中的任一個鍵按下時，就以短脈衝的形式發射特徵紅外(IR)信號。該發射機T可以是商品化的電視機IR遙控器，其中，對電路進行了改進，增加了禁止連續發射的電路。在這種情況下，信號附帶了3位ID號。一個以上的應答者可以共用一個發射機。例如，如果多項選擇限制為5項選擇，則兩個人可以共用，數字1，2，3，4和5表示一位應答者，數字6，7，8，9和0表示另一位應答者。對於校園範圍內的FON，較佳實施例需要如圖2所示的專門設計的微晶片3。該設計能發射具有任意位數字的學生ID加上他/她的選擇的被編碼的IR波串信號。這種設計還允許輸入學生ID，或者先鍵入口令來改變學生ID。還要求每個發射機裝備顯示板5，顯示要發送的消息和以給定的提示顯示嘗試發送消息的次數。
接收機(R)7最簡單的實施例是經適當改動的用於消費電子設備的IR遙控系統的商品化單元。圖3示出了接收機的方框圖，它由IR檢測器9(耦加到前置放大器上的二極體傳感器)、微控制器13和RS-232C驅動器15組成。對IR檢測器從發射機之一檢測到的信號是進行解碼、數位化，並通過RD-232C串行埠，發送到CPU11或PC(或筆記本PC)，以進行數據登錄和分析。該接收機由PC供電，可以接收遠至約20米距離發射的、在約60度的錐角內到達的信號。可以級聯兩個或更多個接收機，以覆蓋更大的區域。
圖4示出了接收機內使用的微控制器的軟體流程圖。主環路17的主要功能是把IR信號解碼成32位數字數據，並把該數據放入到發射隊列中。還有四個中斷，連接到該環路上。定時器中斷19提供時間計數，其解析度為0.1毫秒。IR接收21中斷請求處理器解碼。RS232C接收中斷25把接收到的數據放入到發射隊列中，因此，如果使用了一個以上的接收機單元，就可以形成級聯結構。RS232C發射中斷25發送發射隊列中的數據。接收機整個空載時間約為0.1秒。
在較佳實施例中，PC或筆記本PC的最小配置為486晶片，8M RAM，Windows 3.1。用來顯示簡要結果的投影儀可以是LCD投影儀、TV監視器(具有VGA至視頻轉換器)，或屏幕投影儀。
數據登錄、分析以及顯示由FON軟體處理。FON對話通常由幾項工作組成，例如在課堂上或在乘積優先選擇調查(product preference survey)中回答多項選擇。PC顯示監視器可以投射到單獨的中央顯示屏上，以使所有應答者都可以看到。每次FON對話開始時，PC監視器把發射機的實際版面顯示成相應ID最後三個數字標註的框。同時，打開數據文件，並用數據和開始時間來標註。在該接合點上也可以改變預設標記。
圖5示出了一個典型的屏幕顯示。當提出一個問題，並要求聽眾回答時，按下開始鈕，開始計時。問題可以口頭提出，使用書面問卷或者藉助於視聽設備。當聽眾中的一員通過按下他或她的發射機上的按鈕回答時，中央顯示屏上相應的框就改變顏色一秒或兩秒，以確認已收到該信號。在允許回答該問題的時間內，該發射機的用戶可以多次改變他或她的選擇，只要它願意。如果發射機裝備有其自己的顯示板，則在該板上可以顯示每次的回答以及已發出的回答次數。在中央顯示屏上也指示出在一特定問題期間接收到的每個發射機發送的回答次數。發送消息的次數和接收消息的次數之間的協議提供了附加的通信確認方法和手段，以緩解業務的擁擠。
把接收機接收到的並數位化的發射機信號按接收順序，以一位數字後附帶問題號和ID號存儲在數據文件上。在計時到達零之後，構成所有發射機最後的回答的統計分布，並投射到中央顯示屏上，以便聽眾觀看。然後，如果有下項工作，則把問題號加1，重複上述循環。可以檢索同一次對話中任一前述問題的答案，用於投影。在對話結束時，在數據文件上標註文件結尾，並把該文件存儲到數據存儲設備上，例如PC的硬碟，以便將來調用。如果在對話開始時跳過預設上課模式，以便進行輪詢模式，則在整個對話中，PC不必處理ID部分和每個消息。
在要求網絡成員幾乎同時回答多個問題或激勵(stimulus)(好象股票交換一樣)的情況下，則可以使多個FON以多種頻率工作，一個問題或刺激使用一個頻率上工作的FON。
至少在其較佳形式中，如果要使堆積或擁擠現象最小，則本發明確具有潛在的要求短的消息長度和低的發射速率的限制。這些限制是簡易系統的不足。然而，雖然有這些限制，這裡描述的結構仍非常適用於多種重要的實際應用；例如，在會議上的成員投票，或者股東大會上的投票，拍賣時出價人出價，在演出或展覽會上觀眾對它們的選擇進行排列，在教室中或在訓練對話時學生回答問題，以及在股票交易上成員報價。
最後提到的應用要求多個FON以不同的頻率在同一地方工作。本發明具有特別優點的實施例是教育機構，例如學校或大學等。每個學生可以具有它們自己的發射機，具有它們唯一的已編入單元內的ID號，他們可以在校園中把它帶到他們上的課上。另一種可能性是系統可用於有身體殘疾的學生或聽眾。在這種情況下，可以把發射機固定在適當的地方，參與者可以使用身體的任何部分抓住指針來按下按鈕而完成。
上面用一個較佳實施例描述了本發明。但這僅為了示例。本發明很多其它變化、改動和應用對於該技術領域的熟練人員來說都是明顯的。因此，本發明應當僅受到下面詳述的權利要求書的範圍來限定。
權利要求
1.一種自由成形的單向網絡，其特徵在於，包含多個網絡參與者的無線發射機，每個所述發射機適於響應於諸如動作、提問或激勵等提示，以編碼輻射信號的短脈串形式在自由空間上以單頻率或窄帶頻率發射短消息；中央無線接收機，檢測發射機發射的消息；對這些消息進行解碼和數位化的裝置；中央處理裝置，接收、存儲和分析經解碼和數位化的消息；以及向發送者確認收到他或她發送的消息的裝置。
2.如權利要求1所述的網絡，其特徵在於，所述中央無線接收機包含多個級聯的單獨的接收機。
3.如權利要求1或2所述的網絡，其特徵在於，還包含中央顯示屏，其中，所述確認裝置包含在所述顯示屏上以符號形式顯示每個發射機的裝置以及通過改變所述符號形式指示接收到消息的裝置。
4.如權利要求1、2或3所述的網絡，其特徵在於，所述符號形式的所述改變包含顏色變化。
5.如權利要求1、2、3或4所述的網絡，其特徵在於，每個所述發射機包含顯示要發送的消息的顯示裝置。
6.如權利要求5所述的網絡，其特徵在於，所述顯示裝置還包含顯示嘗試發送所述消息的的次數的裝置。
7.如前述權利要求之一所述的網絡，其特徵在於，每個所述發射機設置有把參與者唯一的標識信號附加到要發射的消息上的裝置。
8.如權利要求7所述的網絡，其特徵在於，每個所述發射機包含一個存儲單元，其中，可以輸入所述標識信號，或通過口令改變所述標識信號。
9.如權利要求8所述的網絡，其特徵在於，所述中央處理裝置包含除去所述標識信號的裝置。
10.如前述權利要求之一所述的網絡，其特徵在於，所述中央接收機每一次從多個發射機的短脈衝串信號中檢測出一個信號。
11.如前述權利要求之一所述的網絡，其特徵在於，還包含中央顯示屏。
12.如權利要求11所述的網絡，其特徵在於，所述中央顯示屏適於指示在預定時間內從多個發射機中每個發射機接收到消息的次數。
13.如前述權利要求之一所述的網絡，其特徵在於，所述網絡包含多個作為子網絡在多個頻率上並行工作的所述網絡。
全文摘要
一種單向或單信道通信網絡,在自由空間內利用固定的單頻率或窄帶頻率的電磁輻射信號,它包含多個發射機和中央接收機,其中,對每個消息以波串的形式編碼,並附帶發送者標識。中央接收機可以是一個單元,或是多個級聯的單元,它檢測自由空間內的消息,並把它們發送到中央處理單元,以便對消息進行處理。該系統的自由成形方面使ID編碼發射機具有可攜帶性,它能對發射機進行任意的組合,形成通信網絡,或者產生多個這樣的組合以形成多個網絡。
文檔編號H04L12/00GK1206975SQ9810371
公開日1999年2月3日 申請日期1998年1月26日 優先權日1998年1月26日
發明者陳顯邦, 李志建, 譚永炎 申請人:香港大學科技研究發展有限公司