TW201237741A - Interactive sound and light art device with wireless transmission and sensing capability - Google Patents

Description

201237741 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 術ίί明係關於一種具無線傳輸及感測能力之互動式聲光藝 【先前技術】 周鹏技術近年來峨廣泛的制，在生活的四 二迎轉可以看到各種無線感測網路 =的遊戲機wii即是無線感測網路的一丄】天= I =同種類的制11，諸如紅外線感·以及三轴感柄 的動作，再利用無線網路傳遞到主機上進行處理 ㊉見的應用包含用無線感咖路監測病人或老人的生 ^活近年來無線網路技術更結合自動控㈣統達成智慧型家居 【發明内容】 錄日聊以此觀點&發’探討無_測祕與人互動的各 •^性。本發日科僅僅#試各種無線感卿路與人互動的各 _卜還預期將科技與休啦相結合，使本發明不僅僅是- 也是-件藝術作品’同時也能提升生活樂趣。 發财要利技術為無__職術，在此樣技術下 種感測器進行環境的感測，以及透過各種不同的輸 3置表達欲呈現之概念。同時本發明將會設計多種不人 互動之模式’_人與魏互動之目的。 ” 本發明之目的旨在提供一種具無線感測功能之互動式聲光 201237741 藝術裝置，主要由數個藝術造细立 樂節點以音料料乡財所顧’每個音 ΐ;計，在-藝術造型容器㈡内 濕度、光度、風力等環境偵測咸以、彳器ι括· ^度、 近，在該藝術造型容器内部嵌入一立 打/、人的接 透過環境資減人_，料^=d =變化與人互動者。_此—互動科技， 互雜、織性’讓人們透過互械知科技進行互動 創意賞析，隨時享受休_技之美妙與愉悅。 订動 【實施方式】 茲就本發明所應用之硬、軟體架構，先說明如下。 硬體架構： 式庙今組巧ΐ作部份’採用Oct—"1感應器’ 0ctoPusI1 ί 主气可以为為通訊元件與感測元件兩大部份，Octopus II $ Μ華大子許健平教授的團隊所研究開發出來的無線感測節 $ ’ Octopus II可相容於Moteiv公司所生產的Tmote Sky這個感測 卽$ ’可以使用TinyOS作業系統與nesc程式語言。0ctopusII感 節點可分為五個部分，分別是感測模組（Sens〇rM〇duie)、資 料與控制模組（Data and Control Module )、通訊模組 (CommunicationModule)、電源供應模組（powerModuie)、以 及USB通訊模組（USB Host Chip)。 音樂模組製作上使用VLSI公司所生產之VS 1 OOOd音樂解碼 DSP晶片。VSlOOOd使用的DSP系統晶片，整合了低功耗之DSP 核心VSDSP4，工作頻率為12MHz，提供〇gg之音樂格式，同時 具有256Mbytes NAND、Full Speed USB、6組GPIO、1 組SPI介 面、1組UART以及高音質之立體聲DAC等特性。第三代感測節 點將聲音解碼播放之工作與Octopus II獨立出來，由VSlOOOd完 全負責解碼以及音樂播放之功能，而Octopus II只控制核心以及 擴充其他感測器，並且負責感測資料、下命令控制VSlOOOd以 及通訊等工作。 201237741 軟體架構： 由於無線感測器具有小體積以及低耗電之特性，因此盔 ^測器能使用的硬體資源相當有限。在有限的資源下，如^能 ，到最高的效益是無線感測網路一個重要的議題。相較於傳 甘入入式系統所使用的作業系統，無線感測器所使用之作辈系絲 不需要達到咼效能或是高擴充性之要求，但必須達到善^“ 標。加州柏克萊大學針對這些特性，開發出'適合運行在= ，，，器上之作業系統，稱為TinyOS。TinyOS的概念是將程g 切割為不同的元件’將不同的元件間以管線互相連接，重禎 件可重新的被利用，達到以最少資源達成最大目的之功效。 由於無線感測器體積小’因此在硬體上面盎法接供足銳的 記憶體，也無法提供記憶體中Stack進行複雜的2作；^使記恃 體足夠，安裝在無線感測器上之處理器也無法管理。相較 統的作業系統’ TinyOS並不需要複雜的記憶體管理以及褶‘的 =功能。此外’在無線感測器上也沒有所謂“ 。因此，對於作業系統來說，不需提供額外的介面給使用 者作程式使用。在TinyOS上採用Split-phase Interface的方式，將 所芝的功能獨立撰寫，並盡可能的重複利用程式碼片段，以達 到節省記憶體空間之目的。此外，在傳統作業系統中，在等待 硬體做出反應時’多會利用Busy Waiting之方法造扞蓉捭，缺而 此種作法套用在無線感測器上會相當浪g費日待因J而 TinyOS徹底採用Event-driven的概念，當硬體完成工作德详屮φ 斷要求’再由Tiny〇s_-事件進行處理 所撰寫之程式緊密的結合，並達到節省資源之目的。 傳統的程式語言並無法滿足『以最少資源達成最大效能 之目的，因此，一種類似於c語言的新語言，稱為nesC，便應運 ，生，nesC為TinyOS上專用的程式開發語言，其設計的概‘是 事彳動來巧作，並將各種不同的功能模組化(module)^每 個模被稱為元件(C0mp0nent) ’只有該元件被使用時才會包 含ί ’如此可以使♦、統最小化’適合於資源有限的sensor node來使用。nesc的程式碼撰寫在副檔名為*nc的檔案下，一 ，*.nc的内容可能是定義interface (定義存取元件的^ncti〇 或component (程式碼實作部份)。介面(㈣他㈣在⑽尤中具有雙 f ί且描述在提供者(Pn)videi·)與使用者(useri間的 雙向溝通料。在介面巾具有料(event)跟命令㈣mmand)兩組 201237741 ，令集可以使用’介面内可以定義許多—s，讓 (omponents)之間藉由宣告介面來達到彼此溝通的目的。 本發明互動模式說明： 做分 對話模式(以Twitter社群對話為例)。茲就4三種互動ί Λ 環境感測互動模式 在『環境感測』模式下，僅透過風力大小、是否下 ifί昏等環境的感測與判斷，來決定音樂播放之曲目，'其軟 體架構圖如圖1所示，以下將詳細說明。 、

At,在軟體架構下，MSP430Radio元件負責傳送與接收無線 資料’其硬體部分為CC2420 ; ExpSensor元件負責擴充感測5|之 ，以3接收感測資料，硬體部分是域力計 度和光7C度感測器所構成，VsCommand元件則是下命令給 VSlOOOd播放音樂之部分，硬體為vsl〇〇〇d所構成，以下將詳= 說明各個主要元件之負責工作和底層實作元件。 、 今環境感測節點中的ExpSensor元件，主要的功能是支援各 種感測器的擴充’其中HplMsp430InterruptC以及 HplMsp430GeneralIOC將用於擴充風力計和雨量計，並以中斷告 知Octopus II進行次數計算，再求得目前之風速與雨量。 溫溼度則是使用SensirionShtllC元件來進行威測， SensirionShtl 1C之底層實作為I2C通訊與SHT進行串列資〜料之交 換’可以为為 Command Phase 以及Data Phase。在Command Phase 之運作下，Octopus II必須初始化SHTll，告知SHT11目前要進 行感測命令之交換，例如00011為量測溫度、00101為量測溼度， SHT11收到命令後會等待一段時間，當感測資料轉換完成後， 即進入Data Phase，這時SHT11會分兩次回傳i2bits的感測資料 給〇ct=pusll，每次8bits為一個單位，分別為MSB及LSB，每收 一個單元資料，OctopusII會回一個ACK告知SHT11已成功收到 資料，重覆這樣之動作即可感測到溫度與溼度。

HamamatsuS 1087ITsrC則是光亮度器，其使用〇ctopus II的12bitsADC來感測資料，底層的實作部分以AdcRea(jciientC 進行類比數位轉換之控制。 201237741 和編包括傳送和接收資料、封包解析 7 fi==p430Uart所對應之腳位為⑽啊II ί為別細ART中的取概，鮑率㈣她) •I，我們可以實現上述之環境感測模 或雨聲音樂約3至，$2Si法ΪΪ 環境與人之互動模式 太模式下’為了實現聲音播放節點(如: 曰播放節點則研發❿咖之建立、時ϊ同 =ί^ίΐίί3;此外，感測器的使用部份，三軸加速 度感測态主要用來判斷使用者是否有拍打藝 g您 5波=感？器用來判斷是否有行之 ϋΓ^?1141013傳輸之部分，同步演算法是為了“ 律及職律不協ί，ίί 於副旋律之節點’另一方面’由 料封包及控制封包之多步傳輸機制。 、貫乍貝 緖如圖L所f,，气個軟體系統架構主要分為Sensing編她以 ㈣個部份’其中Sensing Module為環境感測節 3實ΐϊνΐϊΐϋ音播放節點。此互動模式之i點在 ，lClmati〇I2及多步傳輸(Multi-_ Transmission)。由彳互動 3 i ί ^ $藝術造型音樂節點或是拍打藝術造型音 1¾ 到黃/、風力或雨量大於期望值 T霄觸知曰朱，故整個凟异法之實現是由Detect〇rC元件來實 201237741 1乍二m〇rc^時實作了擴充感測器、時間同步、建令袋隹 二炙步傳輸之功能，底層的部分則是由Μ8Ρ43〇Κ^ί1芦ί 以下將分別說明各種觸發模式和各個元件之功能。下達〒令， 夸個藝術造型音樂節點(如:太陽花)之互動觸發 種.壤境觸發、拍打觸發、移動觸發，其優弈避 &:為二 $權發次之’移動觸發▲低。在環^發普 型音樂節點目前之播放狀態並記錄起來 術造型音樂節點播放相對應之音樂，待風力 ’放完後，太陽花藝術造型音樂節點會回覆之前的之樂 ^列如播放至第5首的50秒，整個運作流程為環境减 ? #'^^MSP430Radi^M^it^ > ,4 t 觸發部份亦如環境觸發相=fD二SS’ 疋曲目播芒元後，回覆先前之播放狀態與曲目。 、寺 制立Σΐίί之ΐίί,’ΐ移動觸發下將使用叢集的概念以控 律。各個藝術造型音樂節點的合作方式如下，者威 =路上=個皆未被觸發’則表示網路上此時不存在;何 時；：動if巧網ΐ中一個節點第一次被移動觸發 ϊί占第，二隊撰寫之Tiny〇s元件。當有個感測 H第發時且不存在㈤时1^，此時該節點會先使 間，生接著讓感測節點等待一航數時 其它㈣之austerHead叢集封包，則表示 ΪΓ成5 fer Head，接著再送出auster Head叢集封包 ^正Ha它卽ϊ。當等待其它節點回覆完ack後，該節

Head，並播放主旋律，同時亦送出封包讓 網路上之^匕即點同步靜音播放副旋律。 為了能讓播放音樂之部分沒有任何延遲，在選出㈤放 201237741 ^Member NodeSf^ Head 4i5Si音= 放m點被移動觸發時，才會荃ί 們參考多篇相關之文獻:具法的部分我 與人之互動模式，實作環境 社群巧(以Twitter社群話語為例） SKi ϊ；; 5 ίί乂則社群中之數位‘ίίί S 觸發全部的太陽花藝術念3)，貝ί 過網ιΐΐ 料_鍵字透 尋 i 透過音樂輸出系二ίχίίίίϊί^ίίϊ，之後將

SS:i=期望的是£以爲:Κι:藉S Ϊ㈡而不是真人的錄音話語。：ίίί 201237741 ^群話語互動模式實作採用集中式演算法進行實作，網路 :所有，節點將被分為兩種角色，一為一般的節點，另一 節點。Header節點不僅僅需要擔負統計所有資料，並g =语放的工作，同時Header節點也需要負擔一般節點的工 作，^叙郎點所擔負的工作，包含感測資料以及回報資料。除此 f外’一般節點必須接收來自Header節點所發出的語音放 路佈建時，將會事先挑選好一個節點作為Header節點， 郎點為一般節點。一般節點感測到人的出現時，將會回 $貝料”Header節點’ Header節點會統計所有來自一般節點的 夕女斤1f諸互動模式或機制，本發明可以圖6，7所示 之太陽化作為本發明之實施例。 點，乃t—種具魏及藝術_藝術造型音樂感測節 n包甘括二，造型容器(以太陽花為例，但未限定於此太 二卩可戈*裝感測設備和播音設備；一個支座’可盘蓺 (以花為例)連結；一個或多種感測器，如溫 二f或多個督八；以及一個或多個鐘電池，由 成種/、,、，、線傳輸及感測能力之互動式聲光藝術裝置。 同步藝術造型音縣測節點(以太陽花為例） 卞並涵盖該藝術造型音樂感測節點(以太陽花為例〕 變，ίί㈣讀#&範奸作適#之修飾或改 物本ii實制之。例如’該藝術造型容器可為人偶、 動物植物、可動式或固定式藝術造型等等。 於線感測平台僅提供Ζί_之通訊協定，礙 者互動本發明料㈤’111此無法透過手機與使用 個無關道11作為—藝術造塑音樂感 敎时仰用手機 201237741 【圖式簡單說明】 ^ Ξί環境感測模式之軟體架構圖。 =圖為環境感測模式之程式流程圖。 圖為環境與人之互動模式軟體架構圖。 第圖為環境與人之互動模式流程圖。 第5圖為社群對話後端系統(以Twitter網路 :6圖為藝術造型音樂感測節點(以太陽花為命視)圖。 7圖顯示藝術造型音樂感測節點(以太陽花為例)之内部構 【主要元件符號說明】

Claims (1)

1. 201237741 七、申請專利範圍： L 互動/聲光藝術裝置’主要係㈣數藝術 曰柒感測郎點所構成，每個音樂節點以多執交響樂 二樂^或If音)與社群平台之社會話語之創意數位為0内容設 =，在一藝術造型容器内部嵌入多數感測器包括：溫度、濕 又、光度、風力、微波等環境偵測感測器以收集環境資訊， 並刀別以二軸加速度計及微波感測器來偵測人的拍打盥人 的接近，在該藝術造型容器内部嵌入一音樂控制器、喇^和 LED，透過環境資訊及人的行為，以多執交響樂(或音樂， 或语音)和生動有趣的LED燈光變化與人互動。 2. f申請專利範圍第1項之具無線傳輸及感測能力之互動式 聲光藝術裝置’其中該藝術造型音樂感測節點，係包括： 一個藝術造型容器，其内部可安裝感測設備和播音設備； 一個支座’可與該藝術造型容器連結，· 一個或多種感測器，如溫度、濕度、光度、風力、三軸加速 度計、微波感應器等感應器外型； 一個或多個音樂播放模組； 一個或多個喇叭；以及 一個或多個鐘電池’由是構成一種具無線傳輸及感測能力之 互動式聲光藝術裝置。 3· Ϊ申專利範圍第1項之具無線傳輸及感測能力之互動式聲 f藝，裝置，其中該藝術造型音樂感測節點係包括其同步合 音技術者。 4· ^ t請專利範圍第1項之具無線傳輸及感測能力之互動式聲 光藝術裝置，其中該藝術造型音樂感測節點係包括其合奏音 樂者。 5·，申請專利範圍第1項之具無線傳輸及感測能力之互動式 聲光藝術裝置，其中該藝術裝置係包括一無線閘道器，俾作 為該藝術造型音樂感測節點與手機溝通之橋樑，讓使用者可 用手機下載該節點中之音樂者。 12 201237741 7. 6· f申請專利範圍第1項之具無線傳輸及感測能力之互動式 聲光藝術裝置，其中該藝術造型容器係選自：人偶、動物、 植物及可動式或固定式之藝術造型者。 -甲遠藝術造型容器，係一太陽花者。 13