CN101514795A - 娱乐用的交互式发光二极管显示系统及其网络 - Google Patents
娱乐用的交互式发光二极管显示系统及其网络 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种娱乐用的交互式发光二极管显示系统及其网络，其包括：具相互无线联机功能的多个发光二极管(LED)灯光控制器，能够无线联机至一个以上的无线操控端、多个动能感知器、其它发光二极管灯光控制器与无线远程遥控器，并接受该无线操控端、多个动能感知器、其它发光二极管灯光控制器与无线远程遥控器所传输指令的控制，产生RGB色彩信号，并进一步使多个与发光二极管灯光控制器连接的多个发光二极管灯泡产生色彩的变化。
Description
技术领域
本发明涉及一种灯光互动系统，特别是关于一种娱乐用的交互式发光二极管(LED)显示系统及其网络。
背景技术
传统灯光大多用于照明，缺乏气氛营造的效果，各灯光间没有连结整合，控制方法亦仅有开/关的状态，因此对于不同灯具以及灯光的明暗度、色彩变化以及冷暖色温无法做整体的配置。随着生活质量的提升，现代人在照明环境中，需要能够依照气氛而更换的灯光装置，且为了方便整体控制及施工，更需要一种能够经由无线传输方式整合各种灯具的装置。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种娱乐用的交互式发光二极管(LED)显示系统及其网络，其可在照明环境中依照气氛而更换灯光装置，能够经由无线传输方式整合各种灯具的装置，且方便整体控制及施工。
为达上述目的，本发明提供一种娱乐用的交互式发光二极管(LED)显示系统及其网络，其包括：
具联机功能的多个发光二极管(LED)灯光控制器，能够无线联机至一无线操控端、多个动能感知器或无线远程遥控器，并接受该无线操控端、多个动能感知器或无线远程遥控器所传输指令，产生RGB色彩信号，并进一步使多个与发光二极管灯光控制器连接的发光二极管灯泡产生色彩的变化，该发光二极管灯光控制器由无线模块IC、电源管理IC、电源适配器、发光二极管驱动器、发光二极管驱动器连接器、音讯插头输入连接器、麦克风输入连接器、交换器、声音过滤器、声音处理器等构成。
多个动能感知器，具有无线模块IC、加速感应器(Gsensor)、I2C(只有2线，SDA、SCL，是菲利普公司发明的串行接口)、联机控制钮、电源管理IC、电源开关。
无线远程遥控器，具有无线模块IC、液晶显示模块(LCM)、键盘输入接口、电池电源充电单元、电源管理IC、电源适配器、通用异步收发传输器(UART)、USB对串行端口桥接控制器(USB对RS232)、USB端用以连接至计算机560(可供下载数据至无线远程遥控器或上传常用参数至计算机560)。
上述无线操控端包含无线模块IC、显示无线操控端状态的发光二极管、通用异步收发传输器(UART)、USB对串行端口桥接控制器(USB对RS232)、USB端用以连接至计算机，使该无线操控端能够依据计算机内所含的剧本，将RGB色彩信号传输至多个发光二极管灯光控制器，使其产生整体且实时性的灯光演出。
该无线模块IC包含有无线IC芯片，该IC芯片中并包含有运算处理器(CPU)、串行闪存、震荡芯片、天线、输入/输出接口，以提供无线收发的中继工作，并提供有内存扩充槽供外部内存。
由此，一使用者可直接操作连接有无线操控端的计算机设备，或是通过无线远程遥控器，将信号发送至多个发光二极管灯光控制器，进一步控制多个发光二极管灯光控制器，使连接至控制多个发光二极管灯光控制器的多个发光二极管灯，产生整体变化效果。同时，该多个发光二极管灯光控制器的音讯插头输入连接器，可接收音讯，经由该声音过滤器与声音处理器，将一定频率范围内的模拟音讯转换成数字讯号，来控制连接至多个发光二极管灯光控制器的发光二极管灯光效果。而在有音乐的场所，例如看电影时，多个发光二极管灯光控制器上的麦克风输入连接器，可侦测周围的声音，随着声音节奏或高低的不同，改变多个发光二极管灯的灯光效果，使周围的灯光情境，完全融入剧情的变化。
该多个动能感知器主要具有加速度感应器，可让一使用者握持或配戴在身上，如此当使用者律动时，动能感知器可将移动量转换为电子信号，传输至发光二极管灯光控制器，使发光二极管灯光控制器产生对应的输出变化，使灯光随人体舞动产生对应的变化，增添娱乐效果。
附图说明
图1为本发明无线模块IC的方块图；
图2为本发明多个发光二极管灯光控制器的方块图；
图3为本发明动能感知器的方块图；
图4为本发明无线远程遥控器的方块图；
图5为本发明无线远程控制器的方块图。
图中符号说明
100无线模块IC
120震荡芯片
130串行闪存
140天线
150输入/输出接口
210无线模块IC
220电源管理IC
230电源适配器
240发光二极管驱动器
250发光二极管驱动器连接器
260音讯插头输入连接器
270麦克风输入连接器
280交换器
290声音过滤器
295声音处理器
296频谱单元
300无线模块IC
310加速度感应器
320I2C
330联机控制钮
340电源管理IC
350电源开关
400无线模块IC
410液晶显示模块(LCM)
420键盘输入接口
430电池电源充电单元
440电源管理IC
450电源适配器
460通用异步收发传输器(UART)
470通用异步收发传输器(UART)
480USB对串行端口桥接控制器(USB对RS232)
490USB端
500无线模块IC
510显示无线操控端状态的发光二极管
520通用异步收发传输器(UART)
530通用异步收发传输器(UART)
540USB对串行端口桥接控制器(USB对RS232)
550USB端
560计算机
具体实施方式
为了达到上述的发明目的，请一并参阅附图，就本发明较佳实施例详加说明其特征与功能如下。
图1为无线模块IC的方块图，包含有无线模块IC100、串行闪存130、震荡芯片120、天线140、输入/输出接口150，以提供无线收发的中继与运算工作。该无线模块IC为本发明的基础构件，普遍使用于各种独立单元之中，充当无线传输与运算处理的重要角色。如图1所示，其包含有无线模块IC100，该IC芯片中并包含有运算处理器、串行闪存130、震荡芯片120、天线140、输入/输出接口，150，其中该无线模块IC100为2.4GHz的RF射频，为IEEE-802.15.4的通讯规格，搭配16MHz的震荡芯片120，以产生射频信号，并将数据储存于1M bit大小的串行闪存130中，该无线模块IC100通过一输入/输出接口150与外界沟通，该接口所包含的通讯接口计有SPI、GPIO、I2C、模拟数字转换器/数字模拟转换器以及UART(通用异步收发传输器)，视需要可供选择。该无线模块IC更具有一天线140，该天线为一2.4GHz频率的外露天线或陶瓷天线。其中该无线模块IC可为捷力(Jennic)公司所生产的无线模块IC。
请参阅图2，为具联机功能的多个发光二极管灯光控制器的方块图，其能够被联机至一无线操控端、多个动能感知器或无线远程遥控器，并接受该无线操控端、多个动能感知器或无线远程遥控器所传输的信号，进一步产生RGB色彩信号使多个与发光二极管灯光控制器连接的发光二极管灯泡产生色彩的整体变化，该发光二极管灯光控制器由无线模块IC210、电源管理IC220、电源适配器230、发光二极管驱动器240、发光二极管驱动器连接器250、音讯插头输入连接器260、麦克风输入连接器270、交换器280、声音过滤器290、声音处理器295、频谱单元296等构成。其中该无线模块IC210如前述图1所例示的相同，故不予赘述。多个发光二极管灯光控制器在本发明中担任无线网络中继联机的责任，亦即所有设备皆经由发光二极管灯光控制器的无线网络装置(例如无线模块IC)相互连接起来，达到装置相连(device binding)的目的，包括动能感知器、无线远程遥控器、与计算机560联机的无线操控端、多个发光二极管灯光控制器之间，都是经由此串连起来，以形成一专用的网络联机，并且负责所有无线信息的传输。该发光二极管灯光控制器并负责依照程序化的灯光剧本控制发光二极管灯的变化，该剧本可储存于无线模块IC210中(如前所述无线模块IC具有1M bit大小的串行闪存130)，并且协调各发光二极管灯光控制器依照分配好的剧本共同控制发光二极管灯的变化，达成整体性的光源协调变化。
该发光二极管灯光控制器将欲传输至发光二极管灯的RGB色彩信号，通过发光二极管驱动器140与发光二极管驱动器连接器250传输至发光二极管灯上，并将该信号数据转换成DXM512(DMX512是美国戏剧技术学会(US ITT)制定的专门用于舞台灯光控制台与调光器之间数据通讯的协议标准，后来扩展到计算机灯、换色器等多种舞台设备的控制领域。DMX512主要内容是对通讯的数据协议作出规定)标准协议或PWM(脉冲宽度调变)，再交由发光二极管灯显示，以利控制。
该多个发光二极管灯光控制器的音讯插头输入连接器260可直接输入音讯，经由该声音过滤器290与声音处理器295，将一定频率范围内的模拟音讯转换成数字讯号，来控制连接至多个发光二极管灯光控制器的发光二极管灯光效果。而在有音乐的场所，例如看电影时，多个发光二极管灯光控制器上的麦克风输入连接器270，可侦测周围的声音，随着声音节奏或高低的不同，改变多个发光二极管灯的灯光效果，使周围的灯光情境，完全融入剧情的变化，或者可通过频谱单元296，直接将音乐频谱输入声音处理器295中，亦可以达成相同的效果。其中该音讯插头输入连接器260与麦克风输入连接器270，经由一交换器280切换控制，避免干扰，而该声音过滤器290，可为市售的型号为MAX293的IC芯片；该声音处理器295可为市售的型号为STM32F101C6的IC芯片；该交换器280直接由无线模块IC210控制，以选择音源来自音讯或麦克风；该发光二极管驱动器240可为市售的型号为74L V00D的IC芯片。电源管理IC220主要将电力分配至发光二极管驱动器247、无线模块IC210与声音处理器295，并且视各模块耗电量多寡，将电力充分分配，例如发光二极管驱动器247假若串接较多发光二极管，则电源管理IC220提供较多电力以提供发光二极管驱动器247使用，若整体电力使用超过负载，则予以断电，维护使用的安全，其电力来源，则完全由一电源适配器230供应，该电源适配器230负责将一交流市电转换成纯净无噪声的直流电，以确保连接其上的电子零件动作正常。
请参阅图3，为动能感知器的方块图，该多个动能感知器主要具有加速度感应器310，可让一使用者握持或配戴在身上，如此当使用者律动时，动能感知器可将移动量转换为电子信号，传输至发光二极管灯光控制器，使发光二极管灯光控制器产生对应的输出变化，使灯光随人体舞动产生对应的变化，增添娱乐效果。该动能感知器亦具有如前述功能的无线模块IC300，以及具两I2C320界面(只有2线，SDA、SCL，是菲利普公司发明的串行接口)，充当无线模块IC300与加速度感应器310的联机接口，以及具有联机控制钮330、电源管理IC340、电源开关350。其中该联机控制钮330在欲将动能感知器与发光二极管灯光控制器联机时发出联机需求信号之用，而电源管理IC340使用2个AAA电池，提供3.3V的电力，供应动能感知器独立运作电源，并在加速度感应器310无侦测到动作时关闭电源，延长使用时间。该电源开关350当一使用者停止使用动能感知器时可立即主动关闭电源之用。
请参阅图4，为无线远程遥控器的方块图，具有无线模块IC400、液晶显示模块(LCM)410、键盘输入接口420、电池电源充电单元430、电源管理IC440、电源适配器450、通用异步收发传输器(UART)460与470、USB对串行端口桥接控制器(USB对RS232)480、USB端490用以连接至计算机(可供下载数据至无线远程遥控器或上传常用参数至计算机)。
其中该无线模块IC400、电源管理IC440、电源适配器450，与上述相同名称者功能相同，故不赘述。比较特殊的有液晶显示模块(LCM)410，其为一液晶显示屏幕，显示操作状态与功能选单，可为市售型号ST7541的液晶显示模块；键盘输入接口420可为一般较轻的简易型键盘，其可视所需功能选单操作项目订做，或可为一般遥控器的软质橡胶垫；电池电源充电单元430，含有可充电的电池，以供储能之用；通用异步收发传输器(UART)460与470，提供无线模块IC400与USB对串行端口桥接控制器(USB对RS232)480通讯之用；USB对串行端口桥接控制器480，将RS232转换成USB接口，以与计算机连接；USB端490用以连接至计算机(可供下载数据至无线远程遥控器或上传常用参数至计算机)。该无线远程遥控器的主要剧本功能可包含有听音乐的灯光状态、看电影的灯光状态、跳舞的灯光状态、运动的灯光状态、玩游戏时的灯光状态、普通照明的灯光状态、灯光秀的灯光状态、由计算机主控(由计算机选择)的灯光状态。该上述的灯光状态，经由预先编码的程序逻辑播出或固定的RGB色彩信号播出。
请参阅图5，为无线操控端的方块图，具有：无线模块IC500、显示无线操控端状态的发光二极管510、通用异步收发传输器(UART)520与530、USB对串行端口桥接控制器(USB对RS232)540、USB端550用以连接至计算机560，使该无线操控端能够依据计算机560内所含的剧本，将RGB色彩信号传输至多个发光二极管灯光控制器，使其产生整体且实时性的灯光演出。
本发明有下列灯光显示模式可供使用：
一、若用发光二极管灯光控制器的麦克风输入连接器270来产生发光二极管灯光效果情境变化时(亦即通过外部的声音来控制发光二极管灯光效果时)，使用者为：1.先于无线远程遥控器选择“音乐”或“电影”功能。2.使用者选择无线模块IC210中预载的“风格”(Style)模式。3.每个具有麦克风输入连接器270的发光二极管灯光控制器，在允许的声音频率范围中测量声音的音波(sound wave)。4.由于麦克风输入连接器270所测的音波是模拟值，故通过声音处理器295以FFT(快速富利叶转换)将模拟值转换为数字值。5.此音波的数字值接着被发光二极管灯光控制器中的无线模块IC210处理，并依照所选择的风格模式产生RGB色彩数据，该色彩数据为DMX512协议或PWM信号。6.该数据被传输至发光二极管驱动器240，并经由发光二极管驱动器连接器250传输至发光二极管显示。此种显示模式是在于配置许多发光二极管灯光控制器时，不同位置的发光二极管灯光控制器将接收到大小不同的声音，以随着声音远近或大小，各自产生不同灯光变化效果。
二、除了使用麦克风输入连接器270外，亦可利用直接将声音输入声音过滤器290中，并将各发光二极管灯光控制器彼此联机，来产生整体发光二极管灯光效果情境变化，使用者为：1.先于无线远程遥控器选择“音乐”或“电影”功能。2.使用者选择无线模块IC210中预载的“风格”(Style)模式。3.将声音讯号输入发光二极管灯光控制器的声音过滤器290中。4.该声音过滤器290具有一声音输入插槽，可接收模拟的声音信号并通过声音处理器295以FFT(快速富利叶转换)将模拟值转换为数字值。5.此音波的数字值接着被发光二极管灯光控制器中的无线模块IC210处理，并依照所选择的风格模式产生RGB色彩数据，该色彩数据为DMX512协议或PWM信号。6.该数据被传输至各个发光二极管灯光控制器的发光二极管驱动器240中，并经由发光二极管驱动器连接器250传输至发光二极管显示。此模式主要是将多个个发光二极管灯光控制器彼此串连起来使用，故主要由一发光二极管灯光控制器来发送控制信号，告知其它发光二极管灯光控制器所应采取的风格剧本，并协同演出。(每个发光二极管灯光控制器经由无线网络互相连接)
三、若用动能感知器来产生发光二极管灯光效果情境变化时(亦即通过外部的动能来控制发光二极管灯光效果时)，使用者为：1.先于无线远程遥控器选择“跳舞”或“游戏”或“运动”功能。2.使用者选择无线模块IC210中预载的“风格”(Style)模式。3.使用者将动能感知器打开，并与发光二极管灯光控制器联机。4.该动能感知器搜集在X、Y与Z方向的加速度。5.该些数据接着被发光二极管灯光控制器中的无线模块IC210处理，并依照所选择的风格模式产生RGB色彩数据，该色彩数据为DMX512协议或PWM信号。6.该数据被传输至发光二极管驱动器240，并经由发光二极管驱动器连接器250传输至发光二极管显示。此种显示模式在于可随着使用者动作的改变而产生灯光变化的效果。
四、若用计算机560来产生发光二极管灯光效果情境变化时，使用者系：1.先于无线远程遥控器选择“计算机”功能。2.使用者选择无线模块IC210中预载的“风格”(Style)模式。3.各个发光二极管灯光控制器接收设于计算机560上的无线操控端的指令与设定。4.该些数据接着被发光二极管灯光控制器中的无线模块IC210处理，并依照所选择的风格模式产生RGB色彩数据，该色彩数据为DMX512协议或PWM信号。5.该数据被传输至发光二极管驱动器240，并经由发光二极管驱动器连接器250传输至发光二极管显示。此种显示模式在于可随着计算机560的指令而产生灯光变化的效果。
五、若用正常照明来产生发光二极管灯光效果时，使用者为：1.先于无线远程遥控器选择“正常照明”功能。2.使用者选择无线模块IC210中预载的“风格”(Style)模式。3.各个发光二极管灯光控制器接收该指令与设定。4.该些数据接着被发光二极管灯光控制器中的无线模块IC210处理，并依照所选择的风格模式产生RGB色彩数据，该色彩数据为DMX512协议或PWM信号。5.该数据被传输至发光二极管驱动器240，并经由发光二极管驱动器连接器250传输至发光二极管显示。
六、若用发光二极管灯光秀来产生发光二极管灯光效果时，使用者为：1.先于无线远程遥控器选择“发光二极管灯光秀”功能。2.使用者选择无线模块IC210中预载的“风格”(Style)模式。3.各个发光二极管灯光控制器接收该指令与设定。4.该些数据接着被发光二极管灯光控制器中的无线模块IC210处理，并依照所选择的风格模式产生RGB色彩数据，该色彩数据为DMX512协议或PWM信号。5.该数据被传输至发光二极管驱动器240，并经由发光二极管驱动器连接器250传输至发光二极管显示。
Claims (9)
1.一种娱乐用的交互式发光二极管显示系统及其网络，其特征在于，包括：
具相互无线联机功能的多个发光二极管灯光控制器，能够无线联机至一个以上的无线操控端、多个动能感知器、其它发光二极管灯光控制器与无线远程遥控器，并接受该无线操控端、多个动能感知器、其它发光二极管灯光控制器与无线远程遥控器所传输指令的控制，产生RGB色彩信号，并进一步使多个与发光二极管灯光控制器连接的多个发光二极管灯泡产生色彩的变化。
2.如权利要求1的交互式发光二极管显示系统及其网络，其中，该发光二极管灯光控制器包括无线模块IC、电源管理IC、电源适配器、发光二极管驱动器、发光二极管驱动器连接器、音讯插头输入连接器、麦克风输入连接器、交换器、声音过滤器、声音处理器。
3.如权利要求1的交互式发光二极管显示系统及其网络，其中，该多个动能感知器，包括无线模块IC、加速感应器、I2C、联机控制钮、电源管理IC与电源开关。
4.如权利要求1的交互式发光二极管显示系统及其网络，其中，该无线远程遥控器，包括无线模块IC、液晶显示模块、键盘输入接口、电池电源充电单元、电源管理IC、电源适配器、通用异步收发传输器、USB对串行端口桥接控制器、USB端用以连接至计算机，以供下载数据至无线远程遥控器或上传常用参数至计算机。
5.如权利要求1的交互式发光二极管显示系统及其网络，其中，该无线操控端包括无线模块IC、显示无线操控端状态的发光二极管、通用异步收发传输器、USB对串行端口桥接控制器、USB端用以连接至计算机，使该无线操控端能够依据计算机内所含的剧本，将RGB色彩信号传输至多个发光二极管灯光控制器，使其产生整体且实时性的灯光演出。
6.如权利要求1的交互式发光二极管显示系统及其网络，其中，该无线模块IC包括有无线IC芯片，该IC芯片中并包括有运算处理器、串行闪存、震荡芯片、天线、输入/输出接口，以提供无线收发的中继工作。
7.如权利要求2的交互式发光二极管显示系统及其网络，其中，该多个发光二极管灯光控制器的音讯插头输入连接器可直接输入音讯，经由该声音过滤器与声音处理器，将一定频率范围内的模拟音讯转换成数字讯号，来控制连接至多个发光二极管灯光控制器的发光二极管灯光效果；而在有音乐的场所，多个发光二极管灯光控制器上的麦克风输入连接器，可侦测周围的声音，随着声音节奏或高低的不同，改变多个发光二极管灯的灯光效果，使周围的灯光情境，完全融入剧情的变化。
8.如权利要求1的交互式发光二极管显示系统及其网络，其中，该多个动能感知器具有加速度感应器，可让一使用者握持或配戴在身上，如此当使用者律动时，动能感知器可将移动量转换为电子信号，传输至发光二极管灯光控制器，使发光二极管灯光控制器产生对应的输出变化，使灯光随人体舞动产生对应的变化，增添娱乐效果。
9.如权利要求1的交互式发光二极管显示系统及其网络，其中，该网络为IEEE802.15.4。
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