TW201516986A - 無線可控的電動用品系統 - Google Patents

Abstract

一種無線可控的電動用品系統，包含複數個電動用品，至少一外部無線通訊控制模組，及一電源；該每一電動用品內建無線通訊模組、控制單元，該控制單元內建一模式通訊協定包含位址模式、調控模式、用品種類；該外部無線通訊控制模組，用來與該每一電動用品內建無線通訊模組溝通，提供該些電動用品內的計時器對時、更改其控制單元內的程式、記憶體的資料；外部無線通訊控制模組，可以無線傳送模式通訊協定、位址、調控資料給該複數個電動用品，每一電動用品收到後加以解碼，取得對應位址的調控資料，即進行功能調控，因此該複數個電動用品達到同時調控。

Description

無線可控的電動用品系統

本發明有關於一種無線可控的電動用品系統。

習知的LED燈裝設於室內可以有LED地磚燈，LED地板燈，LED舞檯燈，LED方磚燈，LED地板屏，LED發光地板，LED發光地磚、LED舞臺感應地磚燈、LED感應地磚燈、舞臺地磚燈等，其應用場合：社區及商業廣場、娛樂場所、產品發佈會、T型台走秀、大型晚會，演唱會等。因為其基本上設置於地面，需要使用高度防水的設計，防水性能等級：IP66；控制方式分為：單色常亮效果，內控同步RGB七彩變化，外控同步RGB七彩變化，國際標準DMX512協定控制系統等，可與電腦連線同步控制，亦可離線單獨控制；LED地磚燈可以組成數百平方米長的地板，演化出漸變、跳變、掃描、色彩追逐、色彩閃爍、隨機閃爍、漸變交替、流動已經視頻動畫等效果，用於地面亮化，T台走秀；也可以組成低解析度顯示幕，顯示視頻、動畫、文字等資訊。專用鍍金資料防水連接頭，由於資料信號對防水要求極高因此對防水連接頭的設計也頗為講究，需要精心設計的螺旋鎖緊式防水結構，以期操作方便，性能可靠；連接頭防水墊圈採用高彈性耐候矽膠 製成，具有持久高彈性，抗老化等特點；金屬插拔端子採用優質銅件並做表面鍍金處理，抗氧化能力強，並確保牢固接觸及優良的導電性能，防水接頭內加入專用抗氧化劑，以再次提高防潮和防水性。

而各個LED地燈之間的串接與控制常以DMX512為之，其資料傳輸採用非同步方式傳遞，傳輸速率為250K bps，每一個裝置都是透過8位元長度的資料數值來決定動作，而一組8位元資料可提供0至255的數值來表示各種不同的情境控制，有了這256種控制能力再搭配具可調光能力的LED燈具上，可顯得十分靈活。舉例而言，採用R、G、B三原色燈具，每一燈具具有256種顏色顯示，共可混合出256 x 256 x 256=16777216種顏色(Full Color)。

雖然DMX512已經提供了一個十分便利的通訊協議，但實際至現場應用時，仍需進行複雜的配線工程，為能夠更加方便的去進行現場施工，DMX512出現了採用2.4GHz為媒介的無線控制技術，控制器(controller)整合一發射器，而受控的LED燈串或其他相串裝置則於前端整合一接收器，因此控制器可無線發射訊號給受控的LED燈串或其他相串裝置。無線DMX512不單使用較不易受干擾的2.4GHz波段外，還加上了直接序列展頻(DSSS)及跳頻(HOP)技術，使得DMX512在無線傳遞中更加確保數據正確性。

綜上所述，目前的燈源陣列控制，甚至是舞台的各個LED燈與各項裝置的控制，雖然已經有DMX512的標準，但是因為採用串接的方式，仍然有配線的問題，配線不但容易造成觀瞻問題，而且若是配線損壞，則整個系統會因串接中斷造成無法運作。再者，若要變動各個LED燈與各項 裝置的空間配置，配線仍然會很麻煩。另外特別是對於戶外的應用需要高度防水，因此需要特別設計，增加成本，而造成未來修護不易的問題。再者，DMX512基本上是單向溝通，並沒有互動的功能，也就是舞台的各項裝置並無法與使用者互動。

本發明乃是提供一種無線控制電動用品系統的方法，這些電動用品包含室內的舞台裝置、或是室內各種電器、或是電燈、LED燈等，只要內建藍芽模組/WIFI模組，即可藉由手機或行動裝置，一次控制多個電動用品，無需配線，若有任何一電動用品損壞，也不會影響其他電動用品的運作。

本發明乃是提供一種無線可程式化的燈光系統，該系統的各個組成燈源至少具有太陽能電池以及無線通訊模組，透過一外部通訊裝置可無線調控該燈光系統的各組成燈源。

本發明乃是提供一種具有加密功能的無線可程式化的燈光系統，透過一外部通訊裝置可無線調控該燈光系統的各組成燈源，可確保資料或程式下載至燈光系統的每一組成燈源，不會被竊取或是被竄改。

本發明乃是提供一種無線控制舞台裝置的系統，舞台裝置包含燈光、LED、伺服(servos)裝置、馬達、繼電器(relays)、特效(special effect)裝置等，透過一外部通訊裝置可無線調控該系統的各組成裝置。

本發明乃是提供一種無線可控的太陽能燈源陣列可以在地面上、牆壁上、水面上鋪設，使其具有顯示器功能，同時能產生互動，陣列之間因為無需配線，每一太陽能燈源可完整密封，達到高度防水的等級。

本發明乃是提供一種無線可控的太陽能燈源陣列，可以設置於步道、自行車道、配合行動者配帶的無線通訊手環，可估測行動者移動速度或是提供語音導引。

本發明乃是提供一種無線可控的太陽能燈源陣列可作為導盲磚或是導路專，盲人透過具有藍芽4.0功能的手杖，靠近太陽能燈源可獲得語音導引向前或向左或向右或退後，一偏離，就會發出警告聲，要求轉回太陽能燈源。

本發明乃是提供一種無線可控的太陽能燈源陣列可作為真人遊戲廣場，地面LED燈可程式化變換顏色與亮度，有如一地面的大型顯示器，模擬各種電動玩具的遊戲程式，遊戲者可以扮演獵人的角色，追捕獵物。

本發明乃是提供一種無線可控的LED燈可安裝於地板成為運動訓練場地，該LED燈的顏色變化可按照訓練計畫程式化，運動者可於地面上追蹤該LED燈的顏色與亮滅，達到訓練速度、節奏、步法、互動的效果。

綜上所述，本發明提出一種無線控制電動用品系統的方法，這些電動用品包含室內的舞台裝置、或是室內各種電器、或是電燈、LED燈等，只要內建藍芽模組/WIFI模組，即可藉由手機或行動裝置，一次控制多個電動用品，無需配線，若有任何一電動用品損壞，也不會影響其他電動用品的運作。不論室內室外的複數個電動用品，不論使用太陽能或市電作為電源，包含舞台各種電動裝置、建築物牆面、地面、水面導盲磚道、自行車道、運動場地、遊戲場地等設置的LED陣列或其他電動用品等，均可以利用本發明裝置及系統，進行即時調控或同步調控，達到展示或互動的 效果。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

2‧‧‧透明外殼部件

3‧‧‧外殼機構部件

8、8’‧‧‧機械固定孔

10、20、30‧‧‧基板

11、21‧‧‧太陽能電池

12、22‧‧‧充放電電路

13、23‧‧‧可充電池

14、34‧‧‧驅動電路

15、34‧‧‧LED燈粒

16、26、36‧‧‧控制單元

17、27、37‧‧‧無線通訊模組

18、38‧‧‧太陽能電池

19、39‧‧‧感應器

31‧‧‧交流電源

32‧‧‧交流轉直流電路

33‧‧‧LDO

35‧‧‧致動器

40‧‧‧外部通訊模組

41、42、43、44‧‧‧無線可控太陽能LED燈

45‧‧‧藍牙無線通訊模組

50‧‧‧外部通訊模組

51‧‧‧路由器

52‧‧‧無線可控太陽能LED燈

圖1A 本發明裝置最基本電路結構之實施例。

圖1B，圖1A之整體電路容置於一防水機械結構之實施例。

圖2 本發明之作為路由器之用電路結構的實施例。

圖3 本發明之一無線可控的電動用品，其主要組成的實施例。

圖4本發明之系統架構圖實施例，包含外部通訊裝置與受控的太陽能LED燈。

圖5 本發明之實施例，由外部通訊控制裝置透過路由器即時傳送調控資料給太陽能LED燈。

圖6 本發明之路由器與太陽能LED燈互通流程圖

圖7 本發明之外部通訊控制裝置與電動物品互通流程圖

圖8 本發明之路由器與電動物品互通流程圖

請參閱圖1。圖1A之實施例提供了本發明裝置最基本電路結構，其組成主要是在電路基板10中，除了設置LED燈粒15及其驅動電路14外；其上並搭配至少一種互動之感測器19；也配置有無線通訊模組17，進行對外傳遞訊息、交換運作指令；整體運作電能，由太陽能電池11電連於 該基板上，經充放電電路12電性連接可充電池13。當裝置受到光線照射時，由太陽能電池11產生電能，提供裝置運作能量，並對該可充電池13進行充電；當光線不足時，則由可充電池13放電供應系統運作。整體運作控管，由控制單元16，與上述LED燈粒15、驅動電路14、感應器19、無線通訊模組17，及可充電池13電性相連，以進行整體裝置運作機制控管。無線通訊模組17可以是藍牙4.0版本(Bluetooth Low Energy)規範之標準，且控制單元16及無線通訊模組17可以整合、合併於單一運作元件中，例如選用TI CC2540/2541的系統晶片，形成最簡單之基本裝置型式。無線通訊模組17泛指各種近距離無線通訊模組，可選自藍芽、藍芽4.0、NFC、RFID、藍芽4.0以上、及其組合。較佳的選擇為兼有藍芽4.0與NFC的組合。

參看圖1B，整體電路容置於一防水機械結構之外殼機構部件3內，並於相對區域，設置防水之透明外殼部件2，使光線能照射到裝置於基板10上之太陽能電池11，也令LED燈粒15之光亮能照射出來。外殼機構部件3與結構體之結合則以一般機械固定方式進行，如圖1B中之機械固定孔8、8’，可以直接用螺絲固定裝置於地面上、牆面上，或是可埋入地面下。

請參閱圖2之電路結構，作為路由器之用，利用WiFi的高容量資料的傳輸能力，以獲得資料傳送的即時性，並具有類似DMX512的即時傳送資料並即時調變LED燈顏色與亮度的功能。如圖2所示之電路結構，其改採可直接遠端連線網際網路機制或是與外部通訊裝置連線之WiFi無線通訊模組及藍牙無線通訊模組27，來替代圖1之無線通訊模組17。控制單元26，可以與藍牙無線通訊模組或Wi-fi無線通訊模組27分別合併於單一元 件中，或分開設置，僅由控制電路電訊相連。整體電路包含其他之太陽能電池21、充放電電路22，及可充電池23電性相連設置於電路基板20上。由於Wi-fi無線通訊模組的功耗大，所以此路由器不提供LED燈的功能，並且將多出來的空間，提高電池的體積與容量，也增加太陽能電池的面積與容量。

如圖3所示，為一無線可控的電動用品，其組成主要是在電路基板30中，除了設置致動器35及其驅動電路34外；其上並搭配至少一種互動之感測器39；也配置有無線通訊模組37，進行對外傳遞訊息、交換運作指令；整體運作電能，由交流電源31電連於該基板上，一方面提供驅動電路34電源，一方面經交流轉直流電路32也提供直流電源給驅動電路34，或是電性連接LDO 33降壓與穩壓提供控制單元36、感應器39、無線通訊模組37運作所需電源。整體運作控管，由控制單元36，與上述LED燈粒35、驅動電路34、感應器39、無線通訊模組37，及LDO 33電性相連，以進行整體裝置運作機制控管。無線通訊模組37可以是藍牙4.0版本(Bluetooth Low Energy)規範之標準，且控制單元36及無線通訊模組37可以整合、合併於單一運作元件中，例如選用TI CC2540/2541的系統晶片，形成最簡單之基本裝置型式。無線通訊模組37泛指各種近距離無線通訊模組，可選自藍芽、藍芽4.0、NFC、RFID、藍芽4.0以上、及其組合。

如圖4與圖5所示，藉由舞台附近的外部通訊裝置40或50例如街燈內建的通訊模組、或是額外固定設置的通訊模組、或是行動裝置的通訊模組，該通訊模組可以是電力線通訊(PLC)、固網，或是WIFI、2G/3G/4G/5G等無線通訊的通訊節點，該外部通訊裝置有時需要結合另一近距離無線通 訊界面45例如BT4.0，該界面用來與太陽能燈源或無線可控的電動用品內建的近距離無線通訊模組例如BT4.0溝通，基本上外部通訊裝置與受控電動用品兩者之間的近距離無線通訊模組具相同通訊規範。

如圖4所示的系統架構圖，其實每個通訊節點41、42、43、44都是使用無線通訊模組作為收發器，該無線通訊模組例如藍牙低功耗模組(BT4.0)則可與微控制器利用UART、SPI、I2C溝通，微控制器例如MSP430則可送出訊號給受控體，例如燈光、LED、伺服裝置、馬達、繼電器(relays)、特效裝置等。圖4揭示的受控體應用，乃是戶外太陽能LED燈，需要能偵測外界光線強弱，決定是否點亮LED燈，也要注意充電電路的管理，偵測電池的儲電量，根據節目的內容管控燈源的顏色與亮度等。

本發明採用的通訊協定基本上可以相容於DMX512，更新的時間為20-33毫秒，較佳的選擇是23毫秒，以符合DMX512的標準。傳輸資料可使用512 byte的格式，每筆資料1 byte，外加一藍芽MAC位址。對於受控的電動用品，若是使用市電，為了即時性與大量資料的傳送，可以使用WIFI模組作為外部通訊裝置與受控的電動用品之間的通訊方式。然而對於電池供電的受控電動用品，則使用低功耗的近距離通訊模組例如藍芽、藍芽4.0、NFC、RFID、及其組合是較佳的實施方式，需要時再增加複數個路由器，例如藍牙/WIFI的COMBO模組。如此一來，通訊協定與傳輸的資料，就會有更多的彈性，也能有互動的模式，所以本發明可以大幅超過DMX512標準的功能。

外部通訊裝置與受控的電動用品之間常規性的通訊協定其格式如表1所示，包含三大部分，模式(MODE)、位址、資料(DATA)，其中 位址的長度依照MODE的設定而改變。而DATA的長度也依照受控的電動用品種類或是要求的性能而定。

其中MODE共有8 bit，包含3 bit給位址模式，3 bit給操作模式，2 bit給受控物品種類，如表2所示。

關於位址的通訊協定，可以有多種可能，只要在MODE加以設定即可。MODE的bit 7,6,5用來規範位址模式如表3所示。

經緯度與高度模式，最具有通用性，因為每一電動物品的安裝位置有一唯一的經緯度與高度，在識別上最直接，並且與三維的地圖或電動物品的空間配置設計圖直接相關。對於舞台設計，這種定址模式特別有用，因為直接驅動該安裝位置的電動用品產生的效果對設計者而言，比較容易從空間上看出其綜合的功效。

對於電動物品的安裝位置常有移動的狀況，或是該電動物品基本上就是移動的，則採用MAC位址，看來是最恰當的。對於受控的電動用品不多的情況，例如少於一萬個，則可以使用MAC位址最後2 bytes精簡版(110)來定址，以減少傳輸的資料量，但又可以清楚界定受控的電動用品是哪一個。

對於地面LED燈或是牆面LED燈或水面的LED燈陣列，若是作為大型顯示器，則利用二維坐標模式是較佳的選擇，因為編寫顯示器內容基本上是以二維坐標模式進行，每一個畫面中的每一個畫素的顏色與亮度，即為該二維坐標位址對應的調控資料，顏色豐富可給予全彩，需要3 x 8 bit的資料量。如果只需要RGB的組合大約有八種顏色，則僅要3 bit即可以涵蓋。當需要大量而快速廣播調控資料給受控的電動用品系統時，可使用二維座標模式精簡版來定址，增加一次廣播給受控的電動用品的數量。

對於戲劇院或表演廳，三維座標模式，應該是較佳的選擇，由於除了三維配置的燈光之外，還有三維配置的佈景與舞台昇降所需要的馬達或伺服裝置，特效裝置等。

對於自行車道、步道、導盲磚道等，基本上其太陽能驅動裝置，無論是LED燈或偵測裝置，大抵上都屬一維坐標或是流水編號，使用流水編號模式來定址，也可以類似道路的公里數，如此一來，與外部通訊裝置的互動，可以有效追蹤其位置。當然經緯度也仍然可在此應用使用。

MODE的bit 4,3,2用來規範8種操作模式，如表4所示。

MODE的bit 1,0用來規範受控用品種類例如，對於LED燈、伺服(servos)裝置、馬達、繼電器(relays)、特效(special effect)裝置等，其通訊 協定如表5所示。

如表4所示，操作模式有多種，受控的電動用品以太陽能LED地燈陣列為例，分別敘述如下

1.批次通訊模式：播放節目內建於每一個LED燈內的記憶體，節目事先經過規劃與模擬，基本上每個燈的顏色與亮度的變換速度以超過人眼視覺暫留30 Hz為基準，例如25 ms，若是以每一個燈要儲存的記憶體容量為10分鐘，則在RGB全彩3 bytes下，至少要儲存10分鐘x 60秒x 30 Hz x 3 bytes=54 Kbyte，以圖4的LED地燈而言，需要使用額外的記憶體或是MSP430的記憶體。燈源陣列視同大型顯示器，可以整體規劃每一燈源的節目內容，之後分別透過藍牙連線的方式將節目資料由外部通訊裝置下載至受控的LED地燈內的記憶體。節目資料基本上為一連串的影像資料，因此也可採用MPEG的影像壓縮概念，來進行資料量的壓縮，減少傳輸的資料量，以及記憶體的儲存。節目播放時，需要將每個燈源的計時器同步，方法就是利用外部無線通訊裝置將國際標準時間：以時/分/秒/毫秒的格式廣播給每個燈源，每個燈源(主節點)接收到，就將其內部的計時器重置，然後停止掃描，以節省功耗，或是直到不再收到時間同步的廣播，之後就以重置的 時間為基礎，以硬體的時脈累積計時器。這樣做可以保證每個燈源(主節點)的時間可以同步到數毫秒之間，避免由於每個燈源(主節點)的硬體時脈未必一樣，所造成長時間的累積誤差，因此透過每隔數小時，例如6小時或12小時，由外部提供標準時間來重置每個燈源的計時器，使其同步。

至於節目資料的更新，則是透過對一個一個LED地燈建立連線(connection)，將54kbyte資料寫入LED燈，然而cc254x晶片RAM只有4k~8kbyte所以需要藍芽邊傳，邊透過UART，轉給MSP430去存起來，每個燈大約需要10sec完成傳送，需要給MSP430起始的時間，MSP430要有自己的Timer。

即時傳送模式：即時傳送節目內容與播放，以圖4的LED燈陣列為實施例，方法就是由外部通訊裝置透過廣播以每次31 byte的資料量傳送給太陽能燈，藍牙模組收到資料的同時，透過UART，轉給MSP430，進行LED燈的顏色與亮度變化。其資料格式可能的實施例如表6所示，MODE選擇MAC位址最後2 bytes精簡版(110)，即時通訊(010)、RGB的LED燈(00)。

由於藍芽4.0廣播一次的周期最短可以少於30ms，但僅能提供每次31 byte的資料量，所以最多能夠對5個裝置提供24 bit資料；如果資料只要8 bit則能夠對9個裝置提供8 bit資料。要增加即時控制更多數量的LED燈，如圖5所示，如果提供多個WIFI/BT4.0路由器作為中繼廣播之用，則可以一次對其周圍的LED燈進行廣播，透過手機或行動裝置的WIFI直接將整個 陣列的LED燈所需的顯示資料先傳給地燈陣列中的每個WIFI(路由器)，再由WIFI(路由器)經過UART分配給BT4.0，然後再由BT4.0傳送給其周圍的地燈。這個WIFI(路由器)只有在需要接收資料時才醒來，其餘時間都是在睡覺，只有BT4.0才持續運作。

以32 x 16的陣列而言，如果是8個為一組，則需要64個WIFI/BT4.0的路由器，每個LED燈需要3 byte(24 bit)的資料量，加上MODE的一個byte，定址模式採用二維座標模式精簡版，最少需要8 x 3+8 x 0.5+1=29 byte，另外WIFI本身採用IP作為地址，所以64個路由器，每個路由器都需要有一個IP地址與資料，較佳實施例的格式如表7所示。

IP地址若選用IPv4則需要32 bit。若選用IPv6則需要128 bit。RFC 2373和RFC 2374定義的IPv6位址有128位元長；IPv6位址的表達形式一般採用32個十六進制數。

其操作程序如圖6所示，步驟60，設定每個LED燈源的位址；步驟61，外部通訊裝置利用WIFI將64個路由器所需的資料一次傳送至每個路由器；步驟62，每個路由器根據其自身的IP位址，解碼取得其對應 的8個LED燈所需資料。這需要至少傳送(更新速度30 Hz)64 x (29)=1856 byte @ 30 Hz或是1.856 K byte x 30=556.8K byte/sec；步驟63，每個路由器立即將該配屬之8個LED燈所需資料透過UART傳送給BT4.0，再由BT4.0廣播給每一個地燈；步驟64，每個地燈收到8個LED燈的資料再進行解碼，取得其自身的控燈資料，主要是顏色、亮度等；步驟65，然後據此提供給LED燈源的控制單元進行LED燈源的顏色與亮度控制；步驟66，重複步驟61至步驟65，直到外部通訊裝置停止傳送。

上述的即時通訊模式，其實也可以降階使用成為批次通訊模式，則外部通訊裝置不需要對每一LED燈建立連線，才能寫入資料。只要採用路由器架構，透過如圖6的流程，但是將步驟65改成『然後據此提供給LED燈源的控制單元進行LED燈源的顏色與亮度資料的儲存於記憶體』。

3.互動通訊模式：如圖1A所示的LED燈源內建感測器19，該感測器19選自加速度計、近接感測器、光感測器。對於地燈所組成的舞台，加速度計可用來偵測使用者踩在該地燈的衝擊產生的振動；近接感測器則用來偵測使用者踩在該地燈的電容或電磁變化；光感測器則用來偵測使用者踩在該地燈的光照變化。

也可讓使用者的足部穿戴裝置，該裝置包含無線通訊模組與加速度計或足底壓力感測器，足部穿戴裝置利用藍芽4.0從節點對地燈內的主節點廣播，作為RSSI的訊號偵測，當足部踩下時，加速度計或壓力感測 器產生瞬間變化，立刻要求足部穿戴裝置的藍芽從節點廣播，這時候足部裝置踩下處最靠近的地燈收到最強的RSSI，即可判知何人踩到，地燈並提供對應的燈光變化。

其實這種互動也可使用RFID或是NFC，也就是將NFC的標籤內建於LED燈，可使用同時具備NFC與藍芽4.0的通訊模組最適合，只要使用者的足部穿戴裝置內建NFC讀取器就可讀取LED燈的標籤，得知其所在位置，並由足部穿戴裝置的藍牙廣播或連線地燈要求其提供對應的燈光變化。

也可互換角色，讓LED燈內含NFC讀取器，而使用者的足部穿戴裝置內建NFC標籤，則利用NFC極短距離的通訊範圍，可以無誤的讓LED燈得知何人踩到，地燈並提供對應的燈光變化。。

使用者穿戴藍芽腳環，腳所踩到的燈就亮，腳離開，燈就暗。方法是利用RSSI來判斷，地燈都設為『腳環靠近、地燈就亮』。所以即使多人，也可分別設定，讓不同人的點亮顏色不同。

也可以開始的燈都是白色的，之後腳踩之處，就廣播給RSSI最強的地燈，哪些燈就根據收到的資料點亮顏色。如此一來，則地燈是主節點，可達到不同人產生不同顏色的燈，多人一起交織成為美麗的動畫。

4.程式空中燒錄模式：儘管太陽能燈可以安裝於任何日照足夠的地方，而且無線通訊距離可達屬公尺以上的地方，然則例如地燈、街燈、水上燈、大型建築物(例如機場航廈、摩天大樓等)的外牆顯示LED燈陣列等，都不易隨意將其取下更換進行燒錄新的程式，因此，需要藍芽4.0或是德州儀器提供的晶片CC2540/2541，利用其特有的空中燒錄模式來進行將已內建於太陽能燈的程式加以重新修改燒錄，如此一來，可隨時增添 新的操作模式、更改通訊協定(protocol)、或是其他新的功能，而非讓已燒錄的程式限制其功能，以免這些LED燈雖然有多年的壽命可以不必常更換，可是其軟體卻因為跟不上時代要求，而需要淘汰，一併需要將硬體更換掉，造成環保問題與浪費。

5.主換從模式：受控的電動用品如果內部使用藍牙低功耗(BLE)模組，大部分時間應該是工作於主節點狀態，方便聽廣播進行功能的調控，例如LED燈或冷氣機等。因此建立聯線前，先廣播此主換從模式，要電動用品自主節點切換至從節點，待連線資料寫入後，自動切換回主節點，或是當外部控制裝置無法與受控的電動用品進行連線時，就可先執行此一主換從模式，以LED燈陣列為例，定址採用MAC位址，如表7所示，就是要求MAC位址指定的LED燈全部要切換成從節點。

6.集體廣播模式：對於可控的電動用品不多的系統，而且距離不遠例如10-50公尺，可以使用行動通訊裝置的APP點選可控的電動用品，之後集體直接透過BLE廣播控制多個電動用品。其相關流程如圖7所示。步驟70，設定每個電動用品為主節點及其位址；步驟71，外部通訊裝置利用WIFI將路由器所需的資料一次傳送至路由器；步驟72，路由器根據其自身的IP位址，解碼取得其對應之多個電動用品的控制資料；步驟73，每個路由器之多個電動用品的控制資料，由BT4.0廣播給每一個電動用品；7.個別操作模式：對於可控的電動用品只要一個的系統， APP直接透過BLE寫入控制該單一電動用品。

此外，由於藍芽4.0原本就有加密的功能，使用AES-128 CCM加密演算法進行資料包加密和認證。因此在使用藍芽無線傳送資料時，只要加以設定HAL_AES_DMA=TRUE，即可獲得安全的資料傳送。

〔實施例的可能功效〕

實施例一：太陽能LED燈裝置

如圖1A與1B所示的太陽能LED燈裝置，該控制單元可選用TI的MSP430 MCU，而無線通訊模組則選用TI的藍牙低功耗模組CC2540/2541，MCU與藍牙低功耗模組之間則使用UART來進行資料交換。太陽能LED燈的規格為太陽能電池5V/100mA；鋰鐵電池3.2V/800mAh；8個LED燈粒。

外部通訊裝置可詢問太陽能LED燈的鋰鐵電池(Battery)電壓狀態：例如外部通訊裝置藍牙傳送"BATTERY" Ascii code“0x42 0x41 0x54 0x54 0x45 0x52 0x59“；太陽能LED燈的控制單元會回覆兩個byte,BAT_L,BAT_H，因為ADC參考電壓為2.5V，10bit，換算出來的電壓要乘2，才是電池電壓。

本實施例的通訊格式其欄位如MODE/MAC/DATA，共有5 byte資料，包含“MODE”，“MAC”以及“DATA”4 BYTE，由藍芽傳給MCU

MODE通訊協定如表2所示。MAC欄位為後兩BYTE的精簡版。DATA包含1 byte的RGB顏色與LED閃爍模式，0x0為滅掉，0x1為恆亮，0x02為閃爍。顏色共可以有4 x 4x 4=64。

DATA包含1 byte的On Time/Off Time欄位，在閃爍模式為0x02時，才可以設定閃爍時LED亮的時間及滅掉時間，其他模式都設定為0x0，每單位為10ms。

範例：LED閃爍模式，LED為白色，亮1秒滅0.5秒

0x53 0x05 0x02 0xFE 0x32

實施例二：露天舞台

露天舞台，較佳安裝地點為日照充足的戶外廣場、公園、大商場，例如台灣的高雄以及台南、嘉義、屏東等日照充足的縣市，西班牙、義大利、北京天安門廣場、台灣總統府廣場、讓民眾可以在上面跳街舞與表演、墾丁海洋祭等。以裝置一萬個LED燈為例，設計上若是每個LED燈的距離0.5m，則廣場面積可達50米x 50米=2500平方米，若是燈距為0.25m，則舞台面積可達25米x 25米=625平方米，也是相當大，應可容納400人以上同時在舞台上表演。

本發明安裝於戶外廣場有許多好處，特別是常常需要在廣場進行集會或表演，需要有整齊畫一的排列，本發明的太陽能地燈就可以作為地面的標記，並且可以在晚上提供燈光表演或是與音樂團或是跳舞一起配合互動表演。無論是閱兵、軍樂隊、民間藝術表演、大型體操表演等，都可因為地面的標記或夜間燈光標記，獲得整齊畫一的動作。甚至於可藉由地面的無線通訊模組，協助表演者正確的走位。

對於即興的表演，只要攜帶隨身音響，利用手機預約舞台的 使用時段，即可程式化該地燈陣列的節目。例如，街舞其實是一種隨時帶著音響，找到一個空曠的地方，眾人就可隨之起舞，然則通常沒有舞台的燈光可以提供與舞者或是音樂的節奏互動，如果利用本發明的露天舞台就可達到更好的練習與表演效果。

實施例三 電動用品的無線控制

如圖8所示，本發明乃是提供一種無線控制電動用品的方法，這些電動用品包含室內的舞台裝置、或是室內各種電器、或是電燈、電動窗簾、草地的灑水器等家庭電器用品系統、工廠的電動設備或裝置、辦公室的電器用品系統、或是各種場合的電動用品系統，只要內建藍芽模組/WIFI模組兩者之一，即可藉由手機或行動裝置，一次控制多個電動用品。基本上參照圖5與圖6的說明即可，只要將每個燈源50，原本是太陽能板與電池提供電源給LED燈以及無線通訊模組，如今將其改成由個別市電提供，如此一來，就可適用於室內或室外。也就是說本發明的通訊協定與控制裝置對於各種電動用品，都可適用。如果各種電動用品內建藍芽模組，同時距離不遠在五十公尺以內，或較佳在20公尺以內，基本上可以由手機或行動裝置直接藉由藍芽控制這些電動用品，只要這些物品內建的藍芽模組設定為主節點，而手機或行動裝置的藍芽模組設定為從節點。

步驟80，設定每個電動用品為主節點及其位址；

步驟81，外部通訊裝置利用WIFI將路由器所需的資料一次傳送至路由器；步驟82，路由器根據其自身的IP位址，解碼取得其對應之多個電動用品的控制資料； 步驟83，每個路由器之多個電動用品的控制資料，由BT4.0廣播給每一個電動用品；步驟84，每個電動用品收到多個電動用品的控制資料再進行解碼，取得其自身的控制資料；步驟85，據此提供給該電動用品的控制單元進行電動用品的功能控制；步驟86，重複步驟81至步驟85，直到外部通訊裝置停止傳送。

實施例四 室內舞臺

國際型大劇院大多擁有先進的舞臺設備。例如舞臺占地面積為1700平方米，可分為主舞臺、後舞臺、左右兩個側舞臺等四大部分。主舞臺有728平方米，後舞臺面積為360平方米，左右兩側舞臺面積各為270平方米。舞臺表面地板採用扁柏木材，整個地板富有彈性，能適用於各種演出需要。主舞臺地板共分二層，二層地板之間的距離為3.6米，設有54個特技表演口。大劇場共有82根電動吊杆(伺服裝置)以及各種LED燈照明或特效，分佈在舞臺各區域，其中主舞臺區域58根電動吊杆。這些吊杆以及各種LED燈照明或特效可按本發明無線可控電動用品的方式，預先編排的程式自動運行，或是作即時的調控，以滿足各種演出場景的需要。

實施例五 大型建築物外牆顯示器

地標建築物應該都要有燈光輝煌的顯示器，例如100 x 100的陣列，每個燈相距30cm，則可以組成30m x 30m的顯示器或大樓外壁，可做為1.廣告牆出租；2.節慶的燈光秀等。

全球各大城市的河流例如中國上海的黃浦江、英國倫敦的泰 梧士河、日本東京的運河、法國巴黎的塞納河、歐洲的萊茵河等，河流兩岸的建築物都可以裝飾成本發明的無線可控LED燈陣列，在夜間提供美麗的燈光秀或作為顯示幕，特別是遠方觀看，此舉比起101大樓外牆的LED燈使用有線連線，本發明可以更為省電，維修更簡單，更為靈活與互動性更強。

跨越各大城市河流的橋樑光雕，可使用本發明的無線可控LED燈陣列，變換顏色有其高度價值，特別是跨越的橋梁，可以有許多顏色，可以與通過的船隻互動，例如通過者為某一國家的觀光團，顯示特定的圖案與音樂，或是歡迎之詞。

實施例六 水上燈光秀與舞台

可將太陽能地燈置放於水下10-40公分，即成為太陽能水下燈，白天接受陽光照射，晚上就可自水下發光，增加水池、湖面的情趣。以50米x 25米的標準游泳池而言，可以在游泳池內做成水道或是藝術圖案，白天太陽照射充電，晚上則可以顯示各種顏色變化，隨音樂起舞。

另外，也可設計漂浮在水面上的太陽能水上燈，該燈源透過設計可使其重心低於水平面，即使有浪湧過來也可使其維持正面朝上的功能，如此一來，太陽能板可以持續朝上接收陽光發電，而天線也可以持續對外無阻礙的發射與接收電磁波。

實施例七 露天舞台設計

傳統上的舞台絕大多數有從空中打光或是布幕背景，其實來自地面的打光非常少見，空中打光會影響表演者的外表顏色，而來自於地面的打光，則對表演者影響較小。本發明的無線可控LED陣列鋪設於地面， 用手機等無線通訊裝置遙控變換燈光顏色，即可應用於舞台劇的地面打光，特別是露天劇場，舞台地板顏色可表示：白色表示雪地；藍色表示大海；綠色表示綠草如茵；黃色表示泥土或沙漠；紅色表示血流滿地；橙色表示烽火遍地；紫色表示薰衣草。

進一步可搭配高品質音響，表演內容的情境，程式變換地面的顏色，可獲得更好的舞台效果。對於露天音樂演奏，表演者可站在LED陣列鋪設的地面進行演奏，地面燈源隨著音樂變換顏色與場景。

實施例八 真人遊戲廣場

地面LED燈可程式化變換顏色與亮度，有如一地面的大型顯示器，模擬各種電動玩具的遊戲程式，遊戲者可以扮演大嘴巴吃食物，或是獵人穿戴腳環追逐目標，只要追上並且重合，即可吃掉該目標獲得獎金，每一目標的移動速度很高，並且具備人工智慧，知道獵人的位置，因此會計算逃離的方向，因此遊戲的等級可隨時改變。進一步於該LED燈內建感測器，該感測器選自加速度計、近接感測器、光感測器。加速度計可用來偵測使用者踩在該地燈的衝擊產生的振動；近接感測器則用來偵測使用者踩在該地燈的電容或電磁變化；光感測器則用來偵測使用者踩在該地燈的光照變化。

實施例九 具備運動訓練或體育訓練場

本發明乃是提供一種無線可控的LED燈可安裝於地板成為運動訓練場地，該LED燈的顏色變化可按照訓練計畫程式化，運動者可於地面上追蹤該LED燈的顏色與亮滅，達到訓練速度、節奏、步法、互動的效果。

實施例十 互動步道與互動自行車道

無線可控的太陽能燈源陣列，可以設置於步道、自行車道、配合行動者配帶的無線通訊手環，可估測行動者移動速度或是提供語音導引。

實施例十一 導盲磚或是導路磚

提供一種無線可控的太陽能燈源陣列可作為導盲磚或是導路磚，盲人透過具有藍芽4.0功能的手杖，靠近太陽能燈源可獲得語音導引向前或向左或向右或退後，一偏離，就會發出警告聲，要求轉回太陽能燈源。

綜上所述，本發明實施例提供了一種利用外部通訊裝置來調控電動用品系統，其具有簡易安裝設定特色，且可以無需直接控管人力需求，可遠距操控，亦可僅使用太陽能而無市電電力供應需求。不論室內室外的複數個電動用品，包含舞台各種電動裝置、建築物牆面、地面、水面等設置的LED陣列等，均可以利用本發明進行即時調控或同步調控的效果。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

50‧‧‧外部通訊模組

51‧‧‧路由器

52‧‧‧無線可控太陽能LED燈

Claims (16)

1. 一種無線可控的電動用品系統，包含複數個電動用品，該每一電動用品內建無線通訊模組、控制單元、電源，該控制單元內建一通訊協定，該通訊協定至少包含位址模式、調控模式；至少一外部無線通訊控制模組，用來與該每一電動用品內建的無線通訊模組溝通，傳送給該些電動用品內的控制單元至少一資料封包，該封包內含通訊協定、位址、調控資料，每一電動用品收到該封包後加以解碼，取得該電動用品對應位址的調控資料，即根據該調控資料進行電動用品的功能調控，使得該複數個電動用品皆受到即時調控。
2. 如申請專利範圍第1項所述之無線可控的電動用品系統，其中調控資料進一步包含至少計時器的時間、控制單元內的程式、記憶體的資料，其中之一。
3. 如申請專利範圍第1項所述之無線可控的電動用品系統，其中的電源選自市電、太陽能板/電池模組、電池、或其組合。
4. 如申請專利範圍第1項所述之無線可控的電動用品系統，其中的電動用品是指各種舞台裝置選自燈光、LED燈、伺服(servos)裝置、馬達、繼電器(relays)、特效(special effect)裝置。
5. 如申請專利範圍第1項所述之無線可控的電動用品系統，進一步於外部無線通訊控制模組與複數個電動用品之間加入至少一個路由器，該路由器包含至少一WIFI與一近距離通訊模組的組合，該近距離通訊模組選自藍芽、藍芽4.0、ANT、ZIGBEE、ANT+。
6. 如申請專利範圍第1項所述之無線可控的電動用品系統，其中的位址模 式選自經緯度/高度模式、三維座標模式、二維座標模式、流水號系列模式、直接順序模式、無線通訊模組的MAC位址、MAC位址最後2位元精簡版、二維座標模式精簡版。
7. 如申請專利範圍第1項所述之無線可控的電動用品系統，其中的調控模式選自批次通訊模式、即時通訊模式、互動模式、程式空中燒錄模式、主換從模式、集體廣播模式、個別操作模式。
8. 如申請專利範圍第1項所述之無線可控的電動用品系統，其中的複數個電動用品其內部的控制資料可按控制單元的計時器時間執行排程，複數個電動用品的計時器對時，可於每隔一固定時間，由外部無線通訊控制模組廣播無線傳送模式通訊協定、位址、現在時刻給該複數個電動用品，每一電動用品收到後加以解碼，取得對應位址的現在時刻，即進行對時，使得該複數個電動用品達到同步調控。
9. 如申請專利範圍第4項所述之無線可控的電動用品系統，其中的LED燈陣列可安裝於地板成為地燈並組合成一可變燈光的舞台，可安裝於牆面成為牆燈或天花板並組合成一大型顯示器，可安裝於水面成為水上燈光舞台，該些燈光的顏色變化可程式化，表演者可於夜間的舞台上表演，配合音樂的節奏，該LED燈的顏色可隨之變化，達到聲光互動的效果，可安裝於地板成為可變燈光的平台，配合水舞、噴水池、水下造景，進行各種表演。
10. 如申請專利範圍第4項所述之無線可控的電動用品系統，進一步於該LED燈內建感測器，該感測器選自加速度計、近接感測器、光感測器。
11. 如申請專利範圍第10項所述之無線可控的電動用品系統，對於地燈所 組成的平台，加速度計可用來偵測使用者踩在該地燈的衝擊產生的振動；近接感測器則用來偵測使用者踩在該地燈的電容或電磁變化；光感測器則用來偵測使用者踩在該地燈的光照變化。
12. 如申請專利範圍第4項所述之無線可控的電動用品系統，進一步包含使用者的穿戴裝置如足底裝置或手環裝置或拐杖裝置，該裝置包含無線通訊模組與加速度計或足底壓力感測器，穿戴裝置利用藍芽從節點對地燈內的主節點廣播，作為RSSI的訊號偵測，當穿戴裝置接觸時，加速度計或壓力感測器產生瞬間變化，要求穿戴裝置的藍芽從節點廣播，這時候穿戴裝置接觸處最靠近的地燈收到最強的RSSI，即可判知何人接觸，地燈並提供對應的燈光變化或引導。
13. 如申請專利範圍第10項或第11項所述之無線可控的電動用品系統，其中的LED燈可安裝於地板成為運動訓練場地，該LED燈的顏色變化可按照訓練計畫程式化，運動者可於地面上追蹤該LED燈的顏色與亮滅，達到訓練速度、節奏、步法、互動的效果。
14. 如申請專利範圍第1項所述之無線可控的電動用品系統，其中的無線通訊模組選自藍芽、藍芽4.0、NFC、RFID、WIFI、及其組合。
15. 如申請專利範圍第1項所述之無線可控的電動用品系統，其中的電動用品是指家庭電器用品系統、工廠的電動設備或裝置、辦公室的電器用品系統、或是各種場合的電動用品系統。
16. 一種無線控制電動用品系統的方法，該系統包含複數個電動用品，至少一外部無線通訊控制模組，該每一電動用品內建無線通訊模組、控制單元，其步驟如下： 提供一通訊協定給該外部無線通訊控制模組以及該些電動用品，該通訊協定包含位址模式、調控模式；使用該至少一外部無線通訊控制模組，無線傳送至少一資料封包給該複數個電動用品，該封包內含通訊協定、位址、調控資料；每一電動用品收到該封包後加以解碼，取得該電動用品對應位址的調控資料，即根據該調控資料進行電動用品的功能調控，使得該複數個電動用品皆受到即時調控。