專利名稱：自由成形的單向網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(wǎng)絡(luò)。這種單向網(wǎng)絡(luò)可用于記錄對諸如動作、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(jīng)提出了許多種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其中大多路不是無線的，由于購買和安裝電線或光纖電纜的費用，所以這種有線的系統(tǒng)實現(xiàn)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(tǒng)還有一些缺點或限制。例如，美國專利5566022所描述的系統(tǒng)利用自由空間的紅外(IR)發(fā)送，但，由于它在連接到網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)。由于每個發(fā)射機必須還是接收機，所以多信道系統(tǒng)的費用將比單信道大。而且必須跟蹤所有收發(fā)信機的狀態(tài)，所以導致復雜化。
美國專利4377870所描述的另一個無線系統(tǒng)使用了單向射頻(RF)發(fā)送，但發(fā)送的消息不是單頻率的，不是編碼信號，且不附有發(fā)送者ID。使用多頻率發(fā)送的系統(tǒng)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(tǒng)利用局限于輪詢功能。另一種無線系統(tǒng)是紅外遙控器，在消費電子產(chǎn)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(wǎng)絡(luò)，因為它僅是一個發(fā)射機和一個接收機的組合。
本發(fā)明的目的在于提供一種自由成形的單向網(wǎng)絡(luò)(FON)，簡單的設(shè)計降低了產(chǎn)品的成本，并且便于使用和攜帶。一種自由成形的單向網(wǎng)絡(luò)是單信道通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)參與者傳輸?shù)南H流入到中央接收機，而且網(wǎng)絡(luò)可以由參與者任意組合來組成。
因此，根據(jù)本發(fā)明提供的自由成形單向網(wǎng)絡(luò)包含多個網(wǎng)絡(luò)參與者的無線發(fā)射機，每個所述發(fā)射機適于響應于諸如動作、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(fā)射短消息；中央無線接收機，檢測發(fā)射機發(fā)射的消息；對這些消息進行譯碼和數(shù)字化的裝置；中央處理裝置，接收、存儲和分析經(jīng)譯碼和數(shù)字化的消息；以及向發(fā)送者確認收到他或她發(fā)送的消息的裝置。
這樣，提供了一種利用在自由空間內(nèi)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(wǎng)絡(luò)，它包含多個發(fā)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(fā)送者標識符(ID)。中央接收機可以一個單元或者是級聯(lián)連接的多個單元，檢測自由空間內(nèi)的消息，并把它們發(fā)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(fā)射機上設(shè)置一小顯示板，以顯示要發(fā)送的消息以及在預定時間內(nèi)發(fā)送消息的嘗試次數(shù)。該系統(tǒng)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征符號(例如顏色)，使發(fā)送者能看見，確認已經(jīng)收到消息，并且顯示屏上的每個符號可以顯示從相應的發(fā)射機在預定時間內(nèi)接收到消息的次數(shù)。
即使發(fā)射機包括了ID標記，CPU裝置仍可以提供一選項，根據(jù)該系統(tǒng)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(tǒng)的自由成形方面歸因于ID編碼發(fā)射的便攜性，它可以對發(fā)射機任意組合，形成通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)射機，也可以用多種組合形成多個網(wǎng)絡(luò)。
多個發(fā)射機(T)和一個接收機(R)包含有FON硬件。每個發(fā)射機T具有集成電路(IC)和安裝在便攜盒內(nèi)的射線發(fā)射器。IC芯片的存儲單元存儲用戶ID號和簡單的消息。當用戶按下發(fā)射機T鍵盤的一個按鈕時，把該消息寫到發(fā)射機T的存儲器上，并把附帶標記的消息以輻射波串的短脈沖串的形式在自由空間內(nèi)發(fā)射。如果需要，發(fā)射機T可以裝備有顯示屏，以顯示要發(fā)送的消息和發(fā)送消息的嘗試次數(shù)。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(fā)射器。它接收多個發(fā)射機T發(fā)射的附帶標記的消息，以接收到的順序?qū)λ鼈冞M行譯碼，并把數(shù)字形式的消息發(fā)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(fā)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。由于發(fā)送者可以一次以上地嘗試發(fā)送消息，所以增加的確認是把接收到消息的次數(shù)與標記塊一起顯示。
由FON軟件進行處理，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并在CPU中創(chuàng)建數(shù)據(jù)文件。對于每一輪對話請求響應，打開定時器，把多個發(fā)射機的圖象作為適當標記的框顯示而發(fā)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(shù)據(jù)文件中。在過了預定的時間之后，分析所有的響應，把總結(jié)結(jié)果投影出來給所有人觀看。對于下一輪重復這一循環(huán)，直到對話結(jié)束，在結(jié)束時，在數(shù)據(jù)文件上標注文件結(jié)束，并把整個文件寫到例如硬盤等數(shù)據(jù)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(fā)射機，因此，所有人都可以隱蔽地回答，而不會有任何窘迫感。由于大多數(shù)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(shù)字。該ID可以是發(fā)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(xiàn)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(gòu)內(nèi)，所有學生中的每個學生可以配備一個自己私人的便攜式發(fā)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(fā)射機對應于所有學生，多臺接收機對應于至少多間教室。與例如架空投影儀的通常教學工具相比，校園范圍的FON顯然是通常的學習工具。FON將有利于在校園的每節(jié)課上使用主動學習策略，還可以自動記錄上課人數(shù)。
現(xiàn)在通過例子，并參照附圖描述本發(fā)明的實施例，其中

圖1示意性地示出了包含F(xiàn)ON的部件和它們連接關(guān)系，圖2示意性地示出了用于用戶標識的微芯片的使用，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件流程，以及圖5示出了典型接收機的屏幕顯示。
首先參照圖1，發(fā)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(shù)字鍵中的任一個鍵按下時，就以短脈沖的形式發(fā)射特征紅外(IR)信號。該發(fā)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(xù)發(fā)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(fā)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(shù)字1，2，3，4和5表示一位應答者，數(shù)字6，7，8，9和0表示另一位應答者。對于校園范圍內(nèi)的FON，較佳實施例需要如圖2所示的專門設(shè)計的微芯片3。該設(shè)計能發(fā)射具有任意位數(shù)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(shè)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(fā)射機裝備顯示板5，顯示要發(fā)送的消息和以給定的提示顯示嘗試發(fā)送消息的次數(shù)。
接收機(R)7最簡單的實施例是經(jīng)適當改動的用于消費電子設(shè)備的IR遙控系統(tǒng)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管傳感器)、微控制器13和RS-232C驅(qū)動器15組成。對IR檢測器從發(fā)射機之一檢測到的信號是進行解碼、數(shù)字化，并通過RD-232C串行端口，發(fā)送到CPU11或PC(或筆記本PC)，以進行數(shù)據(jù)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(fā)射的、在約60度的錐角內(nèi)到達的信號。可以級聯(lián)兩個或更多個接收機，以覆蓋更大的區(qū)域。
圖4示出了接收機內(nèi)使用的微控制器的軟件流程圖。主環(huán)路17的主要功能是把IR信號譯碼成32位數(shù)字數(shù)據(jù)，并把該數(shù)據(jù)放入到發(fā)射隊列中。還有四個中斷，連接到該環(huán)路上。定時器中斷19提供時間計數(shù)，其分辨率為0.1毫秒。IR接收21中斷請求處理器譯碼。RS232C接收中斷25把接收到的數(shù)據(jù)放入到發(fā)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(lián)結(jié)構(gòu)。RS232C發(fā)射中斷25發(fā)送發(fā)射隊列中的數(shù)據(jù)。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芯片，8M RAM，Windows 3.1。用來顯示簡要結(jié)果的投影儀可以是LCD投影儀、TV監(jiān)視器(具有VGA至視頻轉(zhuǎn)換器)，或屏幕投影儀。
數(shù)據(jù)登錄、分析以及顯示由FON軟件處理。FON對話通常由幾項工作組成，例如在課堂上或在乘積優(yōu)先選擇調(diào)查(product preference survey)中回答多項選擇。PC顯示監(jiān)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(jiān)視器把發(fā)射機的實際版面顯示成相應ID最后三個數(shù)字標注的框。同時，打開數(shù)據(jù)文件，并用數(shù)據(jù)和開始時間來標注。在該接合點上也可以改變?nèi)笔擞洝?br> 圖5示出了一個典型的屏幕顯示。當提出一個問題，并要求聽眾回答時，按下開始鈕，開始計時。問題可以口頭提出，使用書面問卷或者借助于視聽設(shè)備。當聽眾中的一員通過按下他或她的發(fā)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(nèi)，該發(fā)射機的用戶可以多次改變他或她的選擇，只要它愿意。如果發(fā)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(fā)出的回答次數(shù)。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(fā)射機發(fā)送的回答次數(shù)。發(fā)送消息的次數(shù)和接收消息的次數(shù)之間的協(xié)議提供了附加的通信確認方法和手段，以緩解業(yè)務(wù)的擁擠。
把接收機接收到的并數(shù)字化的發(fā)射機信號按接收順序，以一位數(shù)字后附帶問題號和ID號存儲在數(shù)據(jù)文件上。在計時到達零之后，構(gòu)成所有發(fā)射機最后的回答的統(tǒng)計分布，并投射到中央顯示屏上，以便聽眾觀看。然后，如果有下項工作，則把問題號加1，重復上述循環(huán)。可以檢索同一次對話中任一前述問題的答案，用于投影。在對話結(jié)束時，在數(shù)據(jù)文件上標注文件結(jié)尾，并把該文件存儲到數(shù)據(jù)存儲設(shè)備上，例如PC的硬盤，以便將來調(diào)用。如果在對話開始時跳過缺省上課模式，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(wǎng)絡(luò)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(xiàn)象最小，則本發(fā)明確具有潛在的要求短的消息長度和低的發(fā)射速率的限制。這些限制是簡易系統(tǒng)的不足。然而，雖然有這些限制，這里描述的結(jié)構(gòu)仍非常適用于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。
最后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(fā)明具有特別優(yōu)點的實施例是教育機構(gòu)，例如學?；虼髮W等。每個學生可以具有它們自己的發(fā)射機，具有它們唯一的已編入單元內(nèi)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(tǒng)可用于有身體殘疾的學生或聽眾。在這種情況下，可以把發(fā)射機固定在適當?shù)牡胤?，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(fā)明。但這僅為了示例。本發(fā)明很多其它變化、改動和應用對于該技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員來說都是明顯的。因此，本發(fā)明應當僅受到下面詳述的權(quán)利要求書的范圍來限定。
權(quán)利要求
1.一種自由成形的單向網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，包含多個網(wǎng)絡(luò)參與者的無線發(fā)射機，每個所述發(fā)射機適于響應于諸如動作、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(fā)射短消息；中央無線接收機，檢測發(fā)射機發(fā)射的消息；對這些消息進行譯碼和數(shù)字化的裝置；中央處理裝置，接收、存儲和分析經(jīng)譯碼和數(shù)字化的消息；以及向發(fā)送者確認收到他或她發(fā)送的消息的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述中央無線接收機包含多個級聯(lián)的單獨的接收機。
3.如權(quán)利要求1或2所述的網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，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(fā)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(quán)利要求1、2或3所述的網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述符號形式的所述改變包含顏色變化。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，每個所述發(fā)射機包含顯示要發(fā)送的消息的顯示裝置。
6.如權(quán)利要求5所述的網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述顯示裝置還包含顯示嘗試發(fā)送所述消息的的次數(shù)的裝置。
7.如前述權(quán)利要求之一所述的網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，每個所述發(fā)射機設(shè)置有把參與者唯一的標識信號附加到要發(fā)射的消息上的裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，每個所述發(fā)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(quán)利要求8所述的網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，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(quán)利要求之一所述的網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述中央接收機每一次從多個發(fā)射機的短脈沖串信號中檢測出一個信號。
11.如前述權(quán)利要求之一所述的網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，還包含中央顯示屏。
12.如權(quán)利要求11所述的網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述中央顯示屏適于指示在預定時間內(nèi)從多個發(fā)射機中每個發(fā)射機接收到消息的次數(shù)。
13.如前述權(quán)利要求之一所述的網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)包含多個作為子網(wǎng)絡(luò)在多個頻率上并行工作的所述網(wǎng)絡(luò)。
全文摘要
一種單向或單信道通信網(wǎng)絡(luò),在自由空間內(nèi)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(fā)射機和中央接收機,其中,對每個消息以波串的形式編碼,并附帶發(fā)送者標識。中央接收機可以是一個單元,或是多個級聯(lián)的單元,它檢測自由空間內(nèi)的消息,并把它們發(fā)送到中央處理單元,以便對消息進行處理。該系統(tǒng)的自由成形方面使ID編碼發(fā)射機具有可攜帶性,它能對發(fā)射機進行任意的組合,形成通信網(wǎng)絡(luò),或者產(chǎn)生多個這樣的組合以形成多個網(wǎng)絡(luò)。
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(yōu)先權(quán)日1998年1月26日
發(fā)明者陳顯邦, 李志建, 譚永炎 申請人:香港大學科技研究發(fā)展有限公司