TWI431993B - 訊號收發裝置及雙向訊號傳輸系統 - Google Patents

Description

訊號收發裝置及雙向訊號傳輸系統

本發明係關於一種訊號收發裝置及雙向訊號傳輸系統的方法，特別是關於一種運用導電殼體傳送彼此的控制訊號。

現今在不同的訊號收發裝置、控制裝置之間訊號的傳輸，很廣泛的用在不同的產品上。以運動器材中的健身腳踏車為例：健身腳踏車上有面板控制電動機轉速與顯示轉速的狀態，而其傳統健身腳踏車的控制系統，是為採用有線的傳輸來進行警示訊號的控制。這種技術，以廣為自行車、汽機車等的交通工具所採用，但由於安裝的費時以及還必需費額外的線材錢，且所連接的控制線材多，易造成維修的困難。

另外一種設計為採用無線訊號傳輸的方式，讓運動器材可不用線材即達到訊號傳輸的目的。不過，無線傳輸的方式容易受到環境中的雜訊影響，因此，仍有其運用上的限制。

於是，如何能思考一種暨可省卻線材的消耗，又可免去無線傳輸的干擾問題的傳輸技術，成為一個重要的研究方向。

鑑於以上習知技術的問題，本發明提供一種運用導電殼體來進行不同的訊號收發裝置、控制面板之間訊號的傳輸，可達到以健身腳踏車導電殼體即可進行訊號傳輸的目的。

本發明提供之目的，為一種雙向訊號傳輸系統，係連接一導電殼體並運用該導電殼體進行訊號傳輸，包含：控制裝置、至少一個以上訊號收發裝置。其中，控制裝置包含：控制面板、第一傳送器、第一接收器與第一電容耦合單元。控制面板用以產生第一編碼資料並處理第一解調變資料以進行顯示。第一傳送器連接控制面板，用以接收第一編碼資料並運用第一載波頻率對第一編碼資料進行調變以產生第一調變訊號。第一接收器連接控制面板，用以解調變第二調變訊號，以產生第一解調變資料。第一電容耦合單元耦接導電殼體、第一傳送器與第一接收器，用以載入第一調變訊號至導電殼體並接收第二調變訊號。其中，每個訊號收發裝置包含：第二電容耦合單元、第二接收器、第二傳送器、傳送控制模組與接收控制模組。第二電容耦合單元耦接導電殼體，用以擷取載於導電殼體之第一調變訊號與載入第二調變訊號。第二接收器耦接第二電容耦合單元，用以解調變第一調變訊號為第二解調變資料。接收控制模組連接第二接收器，用以解碼第二解調變資料並產生第一控制訊號。傳送控制模組用以接收第一輸入訊號並處理第一輸入訊號為第二編碼資料。第二傳送器連接傳送控制模組與第二電容耦合單元，用以調變第二編碼資料為第二調變訊號並載入第二電容耦合單元。

本發明另一目的，提供一種訊號收發裝置，其包含有傳送控制模組、傳送器、電容耦合單元、訊號接收模組、接收器等。其中，傳送控制模組用以接收第一輸入訊號，並處理第一輸入訊號為第二編碼資料。第二傳送器連接傳送控制模組，用以調變第二編碼資料為第二調變訊號。第二電容耦合單元耦接導電殼體與第二傳送器，用以載入第二調變訊號至導電殼體並擷取載於導電殼體之第一調變訊號。第二接收器耦接第二電容耦合單元，用以解調變第一調變訊號為第二解調變資料。接收控制模組連接第二接收器，用以解碼第二解調變資料為第一控制訊號。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

本發明之作法即在於採用殼體的導電成分來作為傳輸線，以達到降低傳輸線運用的目的。其中，殼體的導電成分，可能有多種樣態，例如，具有導電性的金屬，或者，具有導電性的碳纖維，或者，其他具有導電性的物質所製作的殼體等等。只要具有導電性，即可為本發明所運用。

本發明訊號調變的方法，可採用振幅調變(AM)、頻率調變(FM)、相位調變(PM)等類比調變技術，或者，採用數位調變技術如OOK、FSK、ASK、PSK、QAMMSK、CPM、PPM、TCM、OFDM等之現有技術，或者，採用展頻技術FHSS、DSSS等等，當然，未來的新調變技術，亦可延伸運用至本發明。運用較高級的調變技術會讓成本增加，端視設計者對於市場的需求而定，較佳者為以最適當的成本來達到所需的訊號傳輸即可。

本發明訊號多工方式，可採用時間多工與分頻多工。而時間多工具體的實施例，於第1圖的實施例中，本發明可採用半雙工(時間多工)或全雙工(分頻多工)的方式。半雙工的作法，係採取單一頻率者，在訊號傳輸的過程，由主控收發裝置發出控制訊號。主控收發裝置藉由時間多工的方式，在不同訊號要傳送時，由訊號收發裝置發出要傳送的訊號給不同的裝置。例如，由單一主控收發裝置發射端利用時間差的方式，可搭配多個接收端、發射端與收發端。而全雙工的方式，係採用頻率多工的方式，由頻譜上得知，相同傳輸線上可藉由不同的頻率載送不同的訊號資料，例如，兩組傳送器與接收器可採用兩組工作頻率，三組傳送器與接收器則可採用三組工作頻率，依此類推。利用導電殼體來進行資料傳輸時，需解決訊號干擾的問題。此時，可利用編解碼系統來進行錯誤更正的方式，可應用於時間多工與分頻多工上。

請先參考第1圖，其為本發明之雙向訊號傳輸系統100，其由控制裝置200與訊號收發裝置210所構成，並運用導電殼體150作為訊號傳輸的媒介。雙向訊號傳輸系統100係藉由控制裝置200作為提供使用者訊息與操作的介面，讓使用者操作控制裝置200當中的控制面板再經由導電殼體150之傳輸後控制訊號收發裝置210而讓電動機171進行各種動作，例如，增加/降低磁阻或者增加/降低轉速，此外，可將感測器172所抓取的訊號，經由導電殼體150的傳輸後，由控制裝置200顯示感測器172的訊息。感測器172可以是：磁感應器、馬達電流電壓、壓力傳感器、溫溼度傳感器、光電傳感器、氣體傳感器、流量傳感器、加速度計(G sensor)、超聲波傳感器、液位傳感器、浸水傳感器、照度傳感器、差壓變送器、風速器、轉速器…等，用以測定各種物理量，例如：當感測器172為轉速器時，可用以測定電動機轉速。亦即，將本發明的系統運用於健身腳踏車或者跑步機、踏步機等時，即可將車輪的轉速器，甚至其他的感測器的資料顯示至控制裝置200，與控制電動機171等裝置的控制整合在同一系統。

控制裝置200係包含：控制面板101、第一傳送器104、第一接收器105與第一耦合電容單元106。其中，各元件之連接關係與功能說明如下：控制面板101用以產生第一編碼資料並處理第一解調變資料以進行顯示。第一傳送器104連接控制面板101，用以接收第一編碼資料，並運用第一載波頻率對第一編碼資料進行調變以產生第一調變訊號。第一接收器105連接控制面板101，用以解調變第二調變訊號，以產生第一解調變資料，其中，第二調變訊號係載於導電殼體150。第一電容耦合單元106，耦接導電殼體150、第一傳送器104與第一接收器105，用以載入第一調變訊號至導電殼體150並接收第二調變訊號。

每個訊號收發裝置210包含：第二電容耦合單元107、第二接收器111、接收控制模組112、第二傳送器108與傳送控制模組109。其中，各元件之連接關係與功能說明如下：第二電容耦合單元107耦接導電殼體150，擷取載於導電殼體150之第一調變訊號並載入由第二傳送器108所傳送之第二調變訊號。第二接收器111耦接於第二電容耦合單元107，解調變第一調變訊號為第二解調變資料。接收控制模組111連接第二接收器111與電動機171，用以解碼第二解調變資料並產生第一控制訊號。傳送控制模組109連接感測器172與第二傳送器108，用以接收感測器172所產生的第一輸入訊號，並處理第一輸入訊號為第二編碼資料，並傳送至第二傳送器108。第二傳送器108則與第二電容耦合單元107耦接，用以調變第二編碼資料為第二調變訊號，並藉由第二電容耦合單元107載入至導電殼體150。

接著，請參考第2圖，其說明控制面板101的細部功能方塊。其中，各控制面板包含：顯示單元151、輸入單元154與微控制器152。其中，各元件之連接關係與功能說明如下：輸入單元154產生第二輸入訊號；編解碼器153連接於第一傳送器104與第一接收器105，用以接收並解碼第一解調變資料為第一解碼資料並產生該第一編碼資料。微控制器152連接顯示單元151、輸入單元154、編解碼器153，用以將第二輸入訊號轉換為第一控制資料並傳送至編解碼器153以產生第一編碼資料，並接收編解碼器153所傳來之第一控制資料以產生第二控制資料而控制顯示單元151之顯示。其中，編解碼器153可整合至微控制器152中。

其中，顯示單元151可採用液晶顯示板或LED顯示面板。微控制152係為低功率微控制器。

接著，請參考第3圖，其說明接收控制模組112的細部功能方塊。其中，接收控制模組包含：解碼器157、驅動器155與微控制器156。其中，各元件之連接關係與功能說明如下：解碼器157連接第二接收器111，用以接收第二解調變資料並解碼為第二解碼資料。微控制器156連接解碼器157，用以接收第二解碼資料並轉換為第三控制資料。驅動器155連接微控制器156與電動機171，依據控制資料產生第一控制訊號以控制電動機171。其中，解碼器157可整合至微控制器156中；驅動器155亦可整合至微控制器156中。

其中微控制器156係為一低功率控制器，且驅動器155係為功率驅動器，而電動機171設備連接接收控制模組112，依據第一控制訊號控制電動機171轉速或者電動機171的磁阻。

接著，請參考第4圖，其說明傳送控制模組109的細部功能方塊。其中，傳送控制模組109包含：轉換器158、微控制器159與編碼器160。其中，各元件之連接關係與功能說明如下：轉換器158接收第一輸入訊號並轉換為一數位輸入訊號；微控制器159連接轉換器158與編碼器160，用以處理計算數位輸入訊號為第四控制資料；編碼器160連接於微控制器159與第二傳送器108，用以接收第四控制資料並編碼為第二編碼資料。其中；編碼器160可整合至微控制器159中；轉換器158亦可整合至微控制器159中。

其中，轉換器158係為類比數位轉換器，用以轉入感測器訊號轉換成數位資料。感測器172可以是以下感測器的任意組合：磁感應器、馬達電流電壓、壓力傳感器、溫溼度傳感器、光電傳感器、氣體傳感器、流量傳感器、加速度計(G sensor)、超聲波傳感器、液位傳感器、浸水傳感器、照度傳感器、差壓變送器、風速器、轉速器…等，用以測定各種物理量，例如：當感測器172是轉速器，用以測定電動機171之轉速。

此外，第一電容耦合單元106、第二電容耦合單元107、係採用一電極片並塗上一層絕緣層而形成。

而前述的第一編碼資料、第二編碼資料可包含一偵錯碼，用來讓訊號傳輸過程具有錯誤容忍度。更甚者，更可包含一身份編碼，用以讓控制裝置200可同時控制多組訊號收發裝置210。

此外，第1圖的實施例，係以一個控制裝置200控制一組訊號收發裝置210。其他的實施例，例如控制兩組、三組的訊號收發裝置210，亦為可行者。例如，控制兩組訊號收發裝置210，可採取前述的身份碼的方式，來提供給不同的訊號收發裝置210控制指令，讓其分辨正確的控制指令。

雖然本發明之較佳實施例揭露如上所述，然其並非用以限定本發明，任何熟習相關技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．雙向訊號傳輸系統

101．．．控制面板

104．．．第一傳送器

105．．．第一接收器

106．．．第一耦合電容

107．．．第二耦合電容

108．．．第二傳送器

109．．．傳送控制模組

111．．．第二接收器

112．．．接收控制模組

151．．．顯示單元

152．．．微控制器

153．．．編解碼器

154．．．輸入單元

155．．．驅動電路

156．．．微控制器

157．．．解碼器

158．．．轉換器

159．．．微控制器

160．．．編碼器

171．．．電動機

172．．．感測器

200．．．控制裝置

210．．．訊號收發裝置

第1圖係為雙向訊號傳輸系統之功能方塊圖；

第2圖係為控制面板的實施例；

第3圖係為接收控制模組的實施例；及

第4圖係為傳送控制模組的實施例。

100．．．雙向訊號傳輸系統

101．．．控制面板

104．．．第一傳送器

105．．．第一接收器

106．．．第一耦合電容

107．．．第二耦合電容

108．．．第二傳送器

109．．．第二傳送控制模組

111．．．第二接收器

112．．．第二接收控制模組

171．．．電動機

172．．．感測器

200．．．控制裝置

210．．．訊號收發裝置

Claims (47)

1. 一種雙向訊號傳輸系統，係連接一導電殼體，並運用該導電殼體進行訊號傳輸，該雙向訊號傳輸系統包含：一控制裝置，包含：一控制面板，用以產生一第一編碼資料並處理一第一解調變資料以進行顯示；一第一傳送器，連接該控制面板，用以接收該第一編碼資料，並運用一第一載波頻率對該第一編碼資料進行調變以產生一第一調變訊號；一第一接收器，連接該控制面板，用以解調變一第二調變訊號，以產生該第一解調變資料；及一第一電容耦合單元，耦接該導電殼體、該第一傳送器與該第一接收器，用以載入該第一調變訊號至該導電殼體並接收該第二調變訊號，該第一電容耦合單元係採用一電極片並塗上一層絕緣層而形成；及至少一個訊號收發裝置，每個該訊號收發裝置包含：一第二電容耦合單元，耦接該導電殼體，用以擷取載於該導電殼體之該第一調變訊號與載入該第二調變訊號，該第二電容耦合單元係採用一電極片並塗上一層絕緣層而形成；一第二接收器，耦接該第二電容耦合單元，用以解調變該第一調變訊號為一第二解調變資料；一接收控制模組，連接該第二接收器，用以解碼該第二解 調變資料並產生一第一控制訊號；一傳送控制模組，用以接收一第一輸入訊號，並處理該第一輸入訊號為一第二編碼資料；及一第二傳送器，連接該傳送控制模組與該第二電容耦合單元，用以調變該第二編碼資料為該第二調變訊號並載入該第二電容耦合單元。
2. 如請求項1之系統，其中該控制面板包含：一顯示單元，用以顯示一畫面；一輸入單元，用以產生一第二輸入資料；及一微控制器，連接該顯示單元、該輸入單元、該第一傳送器與該第一接收器，用以接收該第一接收器所傳入之該第一解調變資料並於解碼後產生一第二控制資料以控制該顯示單元之該畫面顯示，並編碼該第二輸入訊號以產生該第一編碼資料以傳送至該第一傳送器。
3. 如請求項2之系統，其中該顯示器係選自：一液晶顯示面板、一LED顯示面板。
4. 如請求項1之系統，其中該控制面板包含：一顯示單元，用以顯示一畫面；一輸入單元，用以產生一第二輸入訊號；一編解碼器，連接於該第一傳送器與該第一接收器，用以接收並解碼該第一解調變訊號為一第一解碼資料，並產生該第一編碼資料；及一微控制器，連接該顯示單元、該輸入單元、該編解碼器，用以將該第二輸入訊號轉換為一第一控制資料並傳送至該編解碼器以產生該第 一編碼資料，並接收該編解碼器所傳來之該第一解碼資料以產生一第二控制資料而控制該顯示單元之該畫面顯示。
5. 如請求項4之系統，其中該顯示器係選自一液晶顯示面板、一LED顯示面板。
6. 如請求項4之系統，其中該編解碼器與該微控制器係為一單晶片。
7. 如請求項1之系統，其中該接收控制模組包含：一微控制器，連接該第二接收器，用以接收該第二解調變資料並轉換為一第三控制資料；及一驅動器，連接該微控制器，依據該第三控制資料產生該第一控制訊號。
8. 如請求項7之系統，其中該驅動器係為一功率驅動器。
9. 如請求項7之系統，其中該驅動器與該微控制器係為一單晶片。
10. 如請求項1之系統，其中該接收控制模組包含：一解碼器，連接該第二接收器，用以接收該第二解調變資料並解碼為一第二解碼資料；一微控制器，連接該解碼器，用以接收該第二解碼資料並轉換為一第三控制資料；及一驅動器，連接該微控制器，依據該第三控制資料產生該第一控制訊號。
11. 如請求項10之系統，其中該驅動器係為一功率驅動器。
12. 如請求項10之系統，其中該解碼器與該微控制器係為一單晶片。
13. 如請求項10之系統，其中該驅動器與該微控制器係為一單晶片。
14. 如請求項1之系統，其中該傳送控制模組包含：一轉換器，用以接收該第一輸入訊號並轉換為一數位輸入訊號；及一微控制器，連接該轉換器與該第二傳送器，用以處理計算該數位輸入訊號為該第二編碼資料。
15. 如請求項14之系統，其中該轉換器係為一類比數位轉換器。
16. 如請求項14之系統，其中該轉換器與該微控制器係為一單晶片。
17. 如請求項1之系統，其中該傳送控制模組包含：一轉換器，用以接收該第一輸入訊號並轉換為一數位輸入訊號；一微控制器，連接該轉換器與該第二傳送器，用以處理計算該數位輸入訊號為一第四控制資料；及一編碼器，連接於該微控制器與該第二傳送器，用以接收該第四控制資料並編碼為該第二編碼資料。
18. 如請求項17之系統，其中該轉換器係為一類比數位轉換器。
19. 如請求項17之系統，其中該轉換器與該微控制器係為一單晶片。
20. 如請求項17之系統，其中該編碼器與該微控制器係為一單晶片。
21. 如請求項1之系統，更包含一電動機，連接該接收控制模組，依據該第一控制訊號而動作。
22. 如請求項1之系統，更包含一感測器，連接該傳送控制模組，用以產生該第一輸入訊號。
23. 如請求項22之系統，其中該感測器係選自以下感測器之組合：磁感應器、馬達電流電壓、壓力傳感器、溫溼度傳感器、光電傳感器、氣體傳感器、流量傳感器、加速度計(G sensor)、超聲波傳感器、液位傳 感器、浸水傳感器、照度傳感器、差壓變送器、風速器、轉速器。
24. 如請求項1之系統，其中該第一傳送器與該第二傳送器係選自：類比調變器、數位調變器、展頻調變器。
25. 如請求項1之系統，其中該第一接收器與該第二接收器係選自：類比解調變器、數位解調變器、展頻解調變器。
26. 如請求項1之系統，其中該第一編碼資料、該第二編碼資料更包含一偵錯碼。
27. 如請求項1之系統，其中該第一調變訊號與該第二調變訊號係採用同一工作頻率。
28. 如請求項1之系統，其中該第一調變訊號與該第二調變訊號係採用兩工作頻率。
29. 一訊號收發裝置，係連接一導電殼體，並運用該導電殼體進行訊號收發，該訊號收發裝置包含：一傳送控制模組，用以接收一第一輸入訊號，並處理該第一輸入訊號為一第二編碼資料；一第二傳送器，連接該傳送控制模組，用以調變該第二編碼資料為一第二調變訊號；一第二電容耦合單元，耦接該導電殼體與該第二傳送器，用以載入該第二調變訊號至該導電殼體並擷取載於該導電殼體之一第一調變訊號，該第二電容耦合單元係採用一電極片並塗上一層絕緣層而形成；一第二接收器，耦接該第二電容耦合單元，用以解調變該第一調變訊號為一第二解調變資料；及 一接收控制模組，連接該第二接收器，用以解碼該第二解調變資料為一第一控制訊號。
30. 如請求項29之裝置，其中該第二傳送器係選自：類比調變器、數位調變器、展頻調變器。
31. 如請求項29之裝置，其中該第二接收器係選自：類比解調變器、數位解調變器、展頻解調變器。
32. 如請求項29之裝置，更包含一電動機，連接該接收控制模組，依據該第一控制訊號而動作。
33. 如請求項29之裝置，其中該接收控制模組包含：一微控制器，連接該接收器，用以接收該解調變資料並轉換為一第三控制資料；及一驅動器，連接該微控制器，依據該第三控制資料產生該第一控制訊號。
34. 如請求項33之裝置，其中該驅動器係為一功率驅動器。
35. 如請求項33之裝置，其中該驅動器係與該微控制器整合為一單晶片。
36. 如請求項29之裝置，其中該接收控制模組包含：一解碼器，連接該第二接收器，用以接收該第二解調變資料並解碼為一第二解碼資料；一微控制器，連接該解碼器，用以接收該地貳解碼資料並轉換為一第三控制資料；及一驅動器，連接該微控制器，依據該第三控制資料產生該第一控制訊號。
37. 如請求項36之裝置，其中該驅動器係為一功率驅動器。
38. 如請求項36之裝置，其中該解碼器與該微控制器係為一單晶片。
39. 如請求項36之裝置，其中該驅動器與該微控制器係為一單晶片。
40. 如請求項39之裝置，更包含一感測器，連接該傳送控制模組，用以產生該輸入訊號。
41. 如請求項40之裝置，其中該感測器係選自以下感測器之組合：磁感應器、馬達電流電壓、壓力傳感器、溫溼度傳感器、光電傳感器、氣體傳感器、流量傳感器、加速度計(G sensor)、超聲波傳感器、液位傳感器、浸水傳感器、照度傳感器、差壓變送器、風速器、轉速器。
42. 如請求項29之裝置，其中該傳送控制模組包含：一轉換器，用以接收該第一輸入訊號並轉換為一數位輸入訊號；及一微控制器，連接該轉換器與該第二傳送器，用以處理計算該數位輸入訊號為該第二編碼資料。
43. 如請求項42之裝置，其中該轉換器係與該微控制器整合為一單晶片。
44. 如請求項29之裝置，其中該傳送控制模組包含：一轉換器，用以接收該第一輸入訊號並轉換為一數位輸入訊號；一微控制器，連接該轉換器與該第二傳送器，用以處理計算該數位輸入訊號為一第四控制資料；及一編碼器，連接於該微控制器與該第二傳送器，用以接收該第四控制資料並編碼為該第二編碼資料。
45. 如請求項44之裝置，其中該轉換器係為一類比數位轉換器。
46. 如請求項44之裝置，其中該轉換器與該微控制器係為一單晶片。
47. 如請求項44之裝置，其中該編碼器與該微控制器係為一單晶片。