TWI533731B - 標燈裝置及其控制方法 - Google Patents

Description

標燈裝置及其控制方法

本發明係關於一種標燈裝置(Beacon Device)，特別係關於可降低功率消耗之標燈裝置。

隨著行動通訊技術的發達，行動裝置在近年日益普遍，常見的例如：手提式電腦、行動電話、多媒體播放器以及其他混合功能的攜帶型電子裝置。為了滿足人們的需求，行動裝置通常具有無線通訊的功能。有些涵蓋長距離的無線通訊範圍，例如：行動電話使用2G、3G、LTE(Long Term Evolution)系統及其所使用700MHz、850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz以及2500MHz的頻帶進行通訊，而有些則涵蓋短距離的無線通訊範圍，例如：Wi-Fi系統使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的頻帶進行通訊。然而，在通訊過程中，行動裝置本身和與其連線之裝置通常都會大量消耗電力，有鑑於此，如何設計一種全新省電裝置以延長整體系統之使用時間，已成為現今設計者之一大挑戰。

本發明提供一種標燈裝置，包括：一天線；一低功率射頻裝置，產生一射頻信號，其中該射頻信號係經由該天線發射出去；一光感測器，偵測附近之光線強度，並產生一偵 測信號；一微處理器，根據該偵測信號，控制該低功率射頻裝置之操作模式；以及一電池，提供電力給該低功率射頻裝置、該光感測器，以及該微處理器。

另外，本發明提供一種標燈裝置之控制方法，包括下列步驟：藉由一光感測器，偵測附近之光線強度，並產生一偵測信號；藉由一微處理器，根據該偵測信號來控制一低功率射頻裝置之操作模式；藉由該低功率射頻裝置，產生一射頻信號；以及藉由一天線，將該射頻信號發射出去；其中該光感測器、該微處理器，以及該低功率射頻裝置皆由一電池來供應電力。

100‧‧‧標燈裝置

110‧‧‧天線

120‧‧‧低功率射頻裝置

130‧‧‧光感測器

140‧‧‧微處理器

150‧‧‧電池

S1‧‧‧射頻信號

S2‧‧‧偵測信號

T1‧‧‧廣播週期

T2、T3‧‧‧睡眠週期(信號產生間距)

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之標燈裝置之示意圖；第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之射頻信號之信號波形圖；第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之標燈裝置之操作流程圖；第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之標燈裝置之操作流程圖；第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之標燈裝置之操作流程圖；第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之射頻功率對光線強度之關係圖； 第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之射頻功率對光線強度之關係圖；以及第8圖係顯示根據本發明一實施例所述之標燈裝置之控制方法之流程圖。

為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之標燈裝置(Beacon Device)100之示意圖。標燈裝置100可以具有短距離無線通訊之功能，並可與附近之行動裝置(例如：智慧型手機、平板電腦，或是筆記型電腦)作無線連接。如第1圖所示，標燈裝置100包括：一天線(Antenna)110、一低功率射頻裝置(Low-power Radio Frequency Device)120、一光感測器(Light Sensor)130、一微處理器(Microprocessor)140，以及一電池(Battery)150。電池150可提供電力給低功率射頻裝置120、光感測器130、微處理器140，以及標燈裝置100之其他元件(未顯示)。為了縮小標燈裝置100之整體體積，電池150通常可以是一鈕扣型電池或乾電池。光感測器130可以是一光電二極體(Photodiode)或是一光敏電阻(Photoresistor)。光感測器130可偵測附近之光線強度，並產生一偵測信號S2。微處理器140可根據偵測信號S2來控制低功率射頻裝置120之操作模式。低功率射頻裝置120可具有多種操作模式，並選擇性地產生一射頻信號S1，其中射頻信號S1可再經由天線110發射出去。天線110 可以是任意種類，例如：一單極天線(Monopole Antenna)、一偶極天線(Dipole Antenna)、一補釘天線(Patch Antenna)、一平面倒F形天線(Planar Inverted F Antenna，PIFA)、一迴圈天線(Loop Antenna)，或是一晶片天線(Chip Antenna)。在一些實施例中，射頻信號S1為一藍牙(Bluetooth)信號，而低功率射頻裝置120可支援Bluetooth 4.0規格並具有單向廣播(Unidirectional Broadcast)之功能。換言之，低功率射頻裝置120僅可向外廣播射頻信號S1，但無法接收來自其他裝置之射頻信號。由於低功率射頻裝置120之操作模式可根據附近之光線強度來進行適當調整，本發明可藉此最佳化標燈裝置100之輸出功率，並有效地延長電池150之使用時間。本發明之細部操作方式將於下列實施例中作說明。必須理解的是，這些實施例僅為舉例，但其並非用於侷限本發明。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之射頻信號S1之信號波形圖。在第2圖之實施例中，低功率射頻裝置120至少可選擇性地操作於一工作模式(Work Mode)或一閒置模式(Idle Mode)。於工作模式中，低功率射頻裝置120係間歇地廣播射頻信號S1。更詳細而言，低功率射頻裝置120之工作模式包括交替之廣播週期T1和睡眠週期T2。於各廣播週期T1期間，低功率射頻裝置120以一射頻功率向外發射射頻信號S1，而於各睡眠週期T2期間，低功率射頻裝置120則停止發射射頻信號S1。睡眠週期T2之長度通常遠大於廣播週期T1之長度。另一方面，於閒置模式中，低功率射頻裝置120則完全不廣播射頻信號S1，以降低電池150之電力消耗量。必須了解的是，當低功 率射頻裝置120操作於閒置模式時，其射頻信號S1之波形係與其操作於工作模式之睡眠週期T2時極為相似(兩者之射頻信號S1皆可恆維持於低邏輯位準)。另外，低功率射頻裝置120更可操作於一特殊工作模式和一中間工作模式，而這些模式將於之後之實施例中進行討論。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之標燈裝置100之操作流程圖。在步驟S310，光感測器130偵測附近之光線強度，並產生偵測信號S2。在步驟S320，微處理器140根據偵測信號S2來判斷光線強度是否到達一臨界值。若是，在步驟S330，微處理器140控制低功率射頻裝置120操作於工作模式。若否，在步驟S340，微處理器140控制低功率射頻裝置120操作於閒置模式。在選擇低功率射頻裝置120之操作模式之後，光感測器130可持續地進行偵測程序(步驟S310)，而微處理器140亦可根據更新之偵測信號S2重新啟動判斷程序(步驟S320)。

第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之標燈裝置100之操作流程圖。在步驟S410，光感測器130偵測附近之光線強度，並產生偵測信號S2。在步驟S420，微處理器140根據偵測信號S2來判斷光線強度之相對大小。當光線強度相對較強時，在步驟S430，微處理器140控制低功率射頻裝置120操作於工作模式。當光線強度相對較弱時，在步驟S440，微處理器140控制低功率射頻裝置120操作於閒置模式。在選擇低功率射頻裝置120之操作模式之後，光感測器130可持續地進行偵測程序(步驟S410)，而微處理器140亦可根據更新之偵測信號S2重新啟動判斷程序(步驟S420)。第4圖之實施例可應用於一大型賣 場，其中標燈裝置100可設置於一商品架上。當有任何顧客接近此商品架時，標燈裝置100之低功率射頻裝置120可廣播射頻信號S1至顧客之行動裝置，以通知顧客相關之商品資訊。舉例而言，射頻信號S1可包括一通用唯一識別碼(Universally Unique Identifier，UUID)，而當顧客之行動裝置接收到射頻信號S1時，此行動裝置更可從大型賣場之一網路雲端系統處下載對應至此通用唯一識別碼之商品資訊，使得顧客可以即時獲取附近之商品情報。在前述應用中，於大型賣場之營業期間，標燈裝置100之低功率射頻裝置120因附近燈源恆亮而操作於工作模式，而於大型賣場之休息期間，標燈裝置100之低功率射頻裝置120因附近燈源恆暗而操作於閒置模式。在此設計下，標燈裝置100可僅於大型賣場中有顧客光顧時才廣播射頻信號S1，因此標燈裝置100之功率消耗量自然可明顯地降低，進而可增加其電池150之使用壽命。

另外，當光線強度相對適中時，在步驟S450，微處理器140更可控制低功率射頻裝置120操作於一特殊工作模式(可一併參考第2圖之射頻信號S1之波形)。於特殊工作模式中，低功率射頻裝置120具有相對較長之信號產生間距T3以及相對適中之射頻功率(與工作模式相比較)。舉例而言，當大型賣場已關門，但仍留有限燈光時，低功率射頻裝置120即可操作於特殊工作模式。又例如，低功率射頻裝置120可以設置於一商品櫥窗附近，並可對路邊經過之顧客發送相關之櫥窗消費資訊，其中所廣播之射頻信號S1包括對應至櫥窗商品資訊之通用唯一識別碼。

必須理解的是，以上所稱「相對較強」、「相對適中」、「相對較弱」之比較級詞彙可以更詳細地界定。舉例而言，若光線強度大於一第一臨界值，則微處理器140可判斷其為相對較強，若光線強度係小於一第二臨界值，則微處理器140可判斷其為相對較弱，而若光線強度係介於第一臨界值和第二臨界值之間，則微處理器140可判斷其為相對適中。

第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之標燈裝置100之操作流程圖。在步驟S510，光感測器130偵測附近之光線強度，並產生偵測信號S2。在步驟S520，微處理器140根據偵測信號S2來判斷光線強度之相對大小。當光線強度相對較強時，在步驟S530，微處理器140控制低功率射頻裝置120操作於閒置模式。當光線強度相對較弱時，在步驟S540，微處理器140控制低功率射頻裝置120操作於工作模式。在選擇低功率射頻裝置120之操作模式之後，光感測器130可持續地進行偵測程序(步驟S510)，而微處理器140亦可根據更新之偵測信號S2重新啟動判斷程序(步驟S520)。第5圖之判斷條件恰與第4圖相反。第5圖之實施例可應用於一戶外場所，其中標燈裝置100可設置於一道路警示裝置上。標燈裝置100之低功率射頻裝置120可廣播射頻信號S1至附近駕駛人之行動裝置，以通知駕駛人相關之警示資訊。舉例而言，射頻信號S1可包括一交通路況資訊或一車輛速限資訊。在前述應用中，於白晝期間，標燈裝置100之低功率射頻裝置120因附近光線較強而操作於閒置模式，而於黑夜期間，標燈裝置100之低功率射頻裝置120因附近光線較弱而操作於工作模式。在此設計下，標燈裝置100可僅於週圍能 見度不高時才廣播射頻信號S1，因此標燈裝置100之功率消耗量自然可明顯地降低，進而可增加其電池150之使用壽命。

另外，當光線強度相對適中時，在步驟S550，微處理器140更可控制低功率射頻裝置120操作於一中間工作模式(可一併參考第2圖之射頻信號S1之波形)。於中間工作模式中，低功率射頻裝置120具有相對適中之射頻功率(與工作模式相比較)。舉例而言，於陰天或傍晚期間，低功率射頻裝置120之廣播範圍可較為折衷，比如介於白晝及黑夜之廣播範圍之間。

第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之射頻功率對光線強度之關係圖。第6圖之關係可應用於第4圖之實施例。當低功率射頻裝置120非操作於閒置模式時(例如，操作於工作模式或特殊工作模式時)，低功率射頻裝置120之射頻功率可根據所偵測之光線強度而進行調整。舉例而言，當所偵測之光線強度增加時，微處理器140可控制低功率射頻裝置120提高其射頻功率，而當所偵測之光線強度下降時，微處理器140可控制低功率射頻裝置120降低其射頻功率。在一些實施例中，功率射頻裝置120之射頻功率係根據方程式(1)來調整：P=x *(b+n).............................................(1)其中P代表射頻功率，x代表最小射頻功率，b代表一基數，而n代表光線強度之等級。n可以是一正整數，其可與光線強度恰成正比。

第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之射頻功率對光線強度之關係圖。第7圖之關係可應用於第5圖之實施例。 當低功率射頻裝置120非操作於閒置模式時(例如，操作於工作模式或中間工作模式)，低功率射頻裝置120之射頻功率可根據所偵測之光線強度而進行調整。舉例而言，當所偵測之光線強度增加時，微處理器140可控制低功率射頻裝置120降低其射頻功率，而當所偵測之光線強度下降時，微處理器140可控制低功率射頻裝置120提高其射頻功率。在一些實施例中，功率射頻裝置120之射頻功率係根據方程式(2)來調整：P=x *(b-n)..............................................(2)其中P代表射頻功率，x代表最小射頻功率，b代表一基數，而n代表光線強度之等級。n可以是一正整數，其可與光線強度恰成正比。

第8圖係顯示根據本發明一實施例所述之標燈裝置之控制方法之流程圖。在步驟S810，藉由一光感測器，偵測附近之光線強度，並產生一偵測信號。在步驟S820，藉由一微處理器，根據偵測信號來控制一低功率射頻裝置之操作模式。在步驟S830，藉由低功率射頻裝置，產生一射頻信號。在步驟S840，藉由一天線，將射頻信號發射出去。光感測器、微處理器，以及低功率射頻裝置皆由一電池來供應電力。前述控制方法有助於節省標燈裝置之電池之電力。必須注意的是，以上步驟無須依次序執行，且第1-7圖之實施例之任何一或複數項特徵均可套用至第8圖之控制方法。

本發明提供一種新穎之標燈裝置，此種標燈裝置可根據附近之光線強度判斷環境條件，再據此自動地調整其信號發射模式，以達成降低電池功率消耗量之目的。因此，本發 明很適合應用於受限於電池電力之各種裝置，或是應用於包括大量無線通訊元件之各種場所。

在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。

本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧標燈裝置

110‧‧‧天線

120‧‧‧低功率射頻裝置

130‧‧‧光感測器

140‧‧‧微處理器

150‧‧‧電池

S1‧‧‧射頻信號

S2‧‧‧偵測信號

Claims (12)

1. 一種標燈裝置，包括：一天線；一低功率射頻裝置，產生一射頻信號，其中該射頻信號係經由該天線發射出去；一光感測器，偵測附近之光線強度，並產生一偵測信號；一微處理器，根據該偵測信號，控制該低功率射頻裝置之操作模式；以及一電池，提供電力給該低功率射頻裝置、該光感測器，以及該微處理器；其中該低功率射頻裝置係操作於一工作模式或一閒置模式；其中當該光線強度相對較強時，該低功率射頻裝置係操作於該工作模式，而當該光線強度相對較弱時，該低功率射頻裝置係操作於該閒置模式；其中當該光線強度相對適中時，該低功率射頻裝置更操作於一特殊工作模式，而於該特殊工作模式中，該低功率射頻裝置具有相對較長之信號產生間距以及相對適中之射頻功率。
2. 如申請專利範圍第1項所述之標燈裝置，其中該射頻信號為一藍牙信號，而該低功率射頻裝置支援Bluetooth 4.0規格並具有單向廣播之功能。
3. 如申請專利範圍第1項所述之標燈裝置，其中於該工作模式中，該低功率射頻裝置係間歇地廣播該射頻信號，而於該閒 置模式中，該低功率射頻裝置係完全停止廣播該射頻信號，以降低該電池之電力消耗量。
4. 如申請專利範圍第1項所述之標燈裝置，其中該微處理器先判斷該光線強度是否到達一臨界值，再據以控制該低功率射頻裝置操作於該工作模式或該閒置模式。
5. 如申請專利範圍第1項所述之標燈裝置，其中當該低功率射頻裝置非操作於該閒置模式時，該低功率射頻裝置之射頻功率係更根據該光線強度而進行調整。
6. 如申請專利範圍第1項所述之標燈裝置，其中該射頻功率係根據下列方程式來調整：P=x * (b+n)其中P代表該射頻功率，x代表最小射頻功率，b代表一基數，而n代表該光線強度之等級。
7. 一種標燈裝置之控制方法，包括下列步驟：藉由一光感測器，偵測附近之光線強度，並產生一偵測信號；藉由一微處理器，根據該偵測信號來控制一低功率射頻裝置之操作模式；藉由該低功率射頻裝置，產生一射頻信號；以及藉由一天線，將該射頻信號發射出去；其中該光感測器、該微處理器，以及該低功率射頻裝置皆由一電池來供應電力；其中該低功率射頻裝置係操作於一工作模式或一閒置模式； 其中當該光線強度相對較強時，該低功率射頻裝置係操作於該工作模式，而當該光線強度相對較弱時，該低功率射頻裝置係操作於該閒置模式；其中當該光線強度相對適中時，該低功率射頻裝置更操作於一特殊工作模式，而於該特殊工作模式中，該低功率射頻裝置具有相對較長之信號產生間距以及相對適中之射頻功率。
8. 如申請專利範圍第7項所述之控制方法，其中該射頻信號為一藍牙信號，而該低功率射頻裝置支援Bluetooth 4.0規格並具有單向廣播之功能。
9. 如申請專利範圍第7項所述之控制方法，其中於該工作模式中，該低功率射頻裝置係間歇地廣播該射頻信號，而於該閒置模式中，該低功率射頻裝置係完全停止廣播該射頻信號，以降低該電池之電力消耗量。
10. 如申請專利範圍第7項所述之控制方法，更包括：藉由該微處理器，判斷該光線強度是否到達一臨界值，並據以控制該低功率射頻裝置操作於該工作模式或該閒置模式。
11. 如申請專利範圍第7項所述之控制方法，更包括：當該低功率射頻裝置非操作於該閒置模式時，藉由該微處理器，根據該光線強度來調整該低功率射頻裝置之射頻功率。
12. 如申請專利範圍第7項所述之控制方法，其中該射頻功率係根據下列方程式來調整：P=x * (b+n) 其中P代表該射頻功率，x代表最小射頻功率，b代表一基數，而n代表該光線強度之等級。