TWI547211B

TWI547211B - 可組合式造型燈具

Info

Publication number: TWI547211B
Application number: TW104117716A
Authority: TW
Inventors: 魏兆煌; 魏子傑
Original assignee: 南臺科技大學
Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2016-08-21
Also published as: TW201644320A

Description

可組合式造型燈具

本發明係關於一種造型燈具，特別關於一種可組合式造型燈具。

七巧板為中國古代遊戲之一，使用七塊薄板拼擺出千餘種各種圖形，且板與板之間要有連接，如點的連接、線的連接或點與線的連接。

七巧板的玩法有4種，可以一個人玩，也可以多人同時玩：1.依圖成形，即從已知的圖形來排出答案；2.見影排形，從已知的圖形找出一種或一種以上的排法；3.自創圖形，可以自己創造新的玩法、排法；4.數學研究，利用七巧板來求解或證明數學問題。

七巧板按不同的方法拼擺、組合可以拼排成各式各樣的幾何圖形和形象，如橋樑、船隻、房屋、手槍或是跑步、站立、跌倒、玩耍、跳舞的人物以及戲水的魚、貓、狗等動物形狀。操作七巧板是一種啟發思維活動，有利於培養人們的觀察力、注意力、想像力和創造力，因此，不僅具有娛樂的價值，還具有一定的教育價值，可運用到教學當中。由於七巧板可以持續不斷地反覆組合，引起哲學、心理學、美學等多領域的研究者的興趣，也被作為製作商業廣告和印章的輔助手段。所以，玩七巧板排板遊戲能夠同時培養左右腦的發展，既能訓練左腦的邏輯推理能力，也能鍛煉右腦的創作能力及圖象處理能力，不單只幫助遊戲者掌握基本幾何圖形的關係和數學概念，還鼓勵擴散性思考的訓練，發揮個人創造的潛能。

七巧板適合於不同年齡、不同程度的人士，特別適合訓練小孩子的手眼協調能力，唯目前各種市售七巧板，不論由何種材質製成，均僅為簡單的板狀結構，除在遊戲時使用外無其他額外功能。

有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種可組合式造型燈具，其至少包括：第一燈具模組及複數個第二燈具模組。該第一燈具模組包括第一外殼及第一控制器，該第一外殼更設置有至少兩個電極。該複數個第二燈具模組，其各包括第二外殼及第二控制器，該第二外殼更設置有至少兩個電極。在該第一燈具模組之該至少兩個電極和該第二燈具模組之該至少兩個電極電性連接時，該第一燈具模組係經由該第一控制器提供直流電力及控制信號中之一者給該第二燈具模組，而該第二燈具模組係經由該第二控制器相對應地接收該直流電力或該控制信號。

在一實施例中，該可組合式造型燈具之第一燈具模組及複數個第二燈具模組可配置為具有七巧板造型之形狀。如此可賦予七巧板造型之組合式燈具，具有照明及裝飾功能，且透過簡單的連結，發光體間能自由地相對活動，整體造型更具有變化性、彈性。

在一些實施例中，結合供電與通訊機制，使組合式發光體在連結時，即可於兩兩組合式發光體間導通電流，免除個別供應電力的困擾，從而使組合式發光體、組合式發光體組以及燈具外觀簡潔，無多餘線路外露，造型更具設計感及美觀，而每一發光體也均可接受控制改變其發光效果。

在一實施例中，數據信號為「0」時第一控制器係採用短暫中斷輸出電源之供應來表達，而在數據信號為「1」或無數據信號傳輸時，在電纜線上輸出一高電位，如此各LED燈塊可對其內部儲能單元進行充電。

如此，本發明能讓使用者應用組合式發光體(如上述燈具模組)組成燈具時，不僅能發揮更多創意，設計更符合個人喜好的造型，賦予玩具或積木的樂趣，開創一種燈具(如發光二極體)的新應用領域。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉多個實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

11、12、13‧‧‧燈具模組

21‧‧‧第一燈具模組

22‧‧‧第二燈具模組

111、121、131、211、221‧‧‧側面

211A、221A‧‧‧正電極

211B、221B‧‧‧負電極

210‧‧‧第一外殼

220‧‧‧第二外殼

212‧‧‧第一控制器

213‧‧‧第一開關電路

214‧‧‧微處理器

215‧‧‧直流電源

216‧‧‧傳輸介面

219、229‧‧‧光源

222‧‧‧第二控制器

223‧‧‧第二開關電路

224‧‧‧微處理器

225‧‧‧充電電路

226‧‧‧蓄電池

圖1A顯示依據本發明之一實施態樣的可組合式造型燈具的示意圖。

圖1B及圖1C顯示燈具模組連接起來而做出不同式樣組合的示意圖。

圖1D顯示依據本發明之可組合式造型燈具之一實施例的示意圖。

圖2A顯示圖1D中之第一燈具模組之一實施例的電路方塊圖。

圖2B顯示圖2A中之第一控制器之一實施例的電路方塊圖。

圖3A顯示圖1D中之第二燈具模組之一實施例的電路方塊圖。

圖3B顯示圖3A中之第二控制器之一實施例的電路方塊圖。

圖4顯示開關電路之一實施例的電路方塊圖。

圖5顯示開關電路之另一實施例的電路方塊圖。

圖6顯示開關電路輸出入信號波型之一實施例的示意圖。

圖7顯示通訊信號波形之實施例的示意圖。

圖8與圖9分別為第一控制器與第二控制器的數據傳輸流程之實施例的流程圖。

圖10顯示一數據傳輸通訊協定之一實施例。

圖11及圖12顯示可組合式造型燈具

圖1A顯示依據本發明之一實施態樣的可組合式造型燈具的示意圖。如圖1A所示，可組合式造型燈具係至少由複數個燈具模組(如11、12、13)所組成。使用者可以隨意將該等燈具模組連接起來而做出不同式樣的組合，從而形成使用者自行設計的造型，例如圖1B及1C所示者。如圖1B或1C所示之造型中，燈具模組11、12、13彼此連接後，例如藉由各燈具模組上設置的電極以彼此電性耦接，以傳輸直流電力或控制信號來使燈具模組協同運作；如虛線所示意的為兩個燈具模組11與12(或11與13)之間存在直流電力傳輸及控制信號傳輸。藉此，該可組合式造型燈具能進一步實現不同的發光控制方式，從而滿足使用者的視覺體驗及達成各種功能，如裝飾、提醒、或廣告等作用。

圖1D顯示依據本發明之可組合式造型燈具的一實施例，其中複數個燈具模組之外殼係分別具有七巧板之形狀，使用者可以隨意將該等燈具模組連接起來而做出不同式樣的組合。如圖1D所示，複數個燈具模組可藉由電極來電性連接；例如燈具模組21，其側面211上設置有至少兩個電極，即正電極211A及負電極211B，其分別係圍繞在側面211的上下方。又前述圖1A的可組合式造型燈具之各燈具模組(11、12、13)之側面(如111、121、131)，亦可仿照圖1D，如此類推的設置電極。然而，本發明對於燈具模組的形狀及電極的實現方式並不限於前述例子，當可以其他不同的方式實現。

而燈具模組之間係採用主從模式來協同運作，其中複數個燈具模組中之至少一者係用作主燈具模組(以下稱為第一燈具模組)，而剩下的燈具模組則用作從燈具模組(以下稱為第二燈具模組)。舉例而言，請再參考圖1B或圖1C，燈具模組11係用作第一燈具模組，燈具模組12、13係用作第二燈具模組，故此，燈具模組11向燈具模組12、13提供直流電力，並提供控制信號，相對地燈具模組12、13可視需要而回傳數據信號給燈具模組11。

又例如，在圖1D中，可取燈具模組21用作第一燈具模組，其他燈具模組如22係用作第二燈具模組。請參考圖2A，第一燈具模組21包括第一外殼210及第一控制器212，該第一外殼210更設置有至少兩個電極，如正電極211A及負電極211B。第一控制器212用以控制光源219發光，舉例而言，光源219包含一個或複數個發光二極體(LED)。請參考圖3A，第二燈具模組22包括第二外殼220及第二控制器222，該第二外殼220更設置有至少兩個電極，如正電極221A及負電極221B。第二控制器222用以控制光源229(如LED)發光。

在第一燈具模組21之該至少兩個電極和第二燈具模組22之該至少兩個電極電性連接時，第一燈具模組21係經由第一控制器212提供直流電力及控制信號中之一者給第二燈具模組22，而第二燈具模組22係經由第二控制器222相對應地接收該直流電力或該控制信號。

如圖2B所示，第一控制器212更包括第一開關電路213，第一控制器212係經由第一開關電路213輸出直流電力或輸出控制信號，而第一開關電路213係於該直流電源中斷時傳送該控制信號。此外，第一控制器212更包括微處理器214及直流電源215。

在一實施例中，第一控制器212更可包括傳輸介面216，其用以與外部連接以傳輸通訊數據EXTS。舉例而言，微處理器214可經由各種傳輸介面216(例如支援乙太網路、藍芽、USB、RS232、及一般通用輸出埠等之至少一者)讀取外界的通訊數據EXTS，之後微處理器214將數據送往第一開關電路213，再經由電纜線ab傳送到其他燈具模組。

當不進行數據傳輸時，第一燈具模組21之微處理器214控制第一開關電路213使直流電源215連接到電纜線ab，提供電力給第二燈具模組22；當第一燈具模組21要接收任一第二燈具模組22的回傳數據時，微處理器214關閉第一開關電路213並從電纜線ab接收數據再經由傳輸介面216傳送至外部或由微處理器214來處理。微處理器214也控制第一燈具模組21內的光源219。

請參考圖3B，第二燈具模組22之第二控制器222更包括第二開關電路223，第二控制器222係經由第二開關電路223接收直流電力或控制信號。此外，第二控制器222更包括微處理器224、充電電路225及蓄電池226。

第二開關電路223之輸出端在無數據傳輸時係處於開路狀態，以接收第一控制器212之該直流電力或該控制信號。舉例而言，第一控制器212係經由第一開關電路213輸出高電位(例如1.5V、3.3V或5V，但不以此為限)作為該直流電力；又，第一控制器212係經由第一開關電路213輸出隨數據而變動之高低電位作為該控制信號。

而當第二控制器222回傳數據信號給第一控制器212時，第一開關電路213之輸出端係處於開路狀態，以接收第二控制器222之該數據信號。

請參考圖3B，當電纜線ab為高電位時，充電電路225由電線a取得電力並對蓄電池226進行充電，而當電纜線ab為脈波電位時，微處理器224經由第二開關電路223接收並解讀此信號再控制光源229燈。而當第二燈具模組22需要回傳數據時，微處理器224驅動第二開關電路223將數據送往電纜線ab。

圖4顯示開關電路之一實施例的電路方塊圖。此開關電路可利用來實現上述第一開關電路213及/或第二開關電路223。圖6顯示此開關電路的輸出入信號波形之一實施例。如圖6所示，當輸出致能信號(output enable)為高電位(如箭號601所指之處)時，圖4中的邏輯閘ND1與NR1開啟，數據輸出信號(DATAout)為高電位(如圖6中箭號602所指之處)時將使MOS電晶體M1導通而M2開路，使得電纜線上的電線a為高電位，反之若數據輸出信號(DATAout)為低電位時將使MOS電晶體M2導通而M1開路，使得電纜線上的電線a為低電位，如此纜線輸出信號(Line_Out)電位將隨數據輸出信號(DATAout)變動。當輸出致能信號(output enable)為低電位時，邏輯閘ND1與NR1均將關閉，使MOS電晶體M1與M2都為開路，使得纜線輸出信號(Line_Out)為三態狀況，但電纜線上的電線a則經由提升電阻R成為高電位(如圖6中箭號603所指之處)，纜線輸入信號(Line_In)可將電位拉低，使得數據輸入信號(DATAin)隨纜線輸入信號(Line_In)變動。

圖5顯示開關電路之另一實施例的電路方塊圖，其中第一控制器213與第二控制器223的開關電路分別至少由繼電器RY1、RY2構成。當不進行數據傳輸時，雙方的輸出致能信號(output enable)均設定為高電位，使繼電器的線圈未激磁，因而繼電器RY1的NC1接點與COM1接點連接，繼電器RY2的NC2接點與COM2接點連接，如此，第一控制器的DC電源經由電纜線a到達第二控制器的充電電路進行儲能。當進行數據傳輸時，雙方的輸出致能信號(output enable)均設定為低電位時，使繼電器的線圈激磁，因而繼電器RY1的NO1接點與COM1接點連接，繼電器RY2的NO2接點與COM2接點連接，如此雙方的數據可經由數據輸出信號(DATAout)與數據輸入信號(DATAin)相互傳遞。

圖7顯示通訊信號波形之實施例的示意圖。舉例而言，該通訊信號波形包括一啟始信號位元(START)、複數個數據位元(其包含MSB、LSB及其中的數據位元)、一數據檢察位元(PARITY)及一停止位元(STOP)。第一控制器212首先以輸出一低電位(如圖7中以L表示)來表示啟始信號位元，而第二控制器222藉由偵測此一低電位來辦別是否開始接收數據。當第一控制器212完成每筆的數據傳輸後會輸出一高電位(如圖7中以H 表示)的停止信號位元，如此，第一控制器212的第一開關電路213將對電纜線ab提供一高電位以便第二控制器222取得電力來對其內部充電；而若第一控制器212需要由第二控制器222取得回應數據時，第一控制器212的第一開關電路213將處於開路狀態，而第一控制器212可接收在電纜線ab上傳送的數據。

圖8與圖9分別為第一控制器與第二控制器的數據傳輸流程，其中在第二控制器的數據傳輸流程中「等待纜線空閒」係以判斷纜線是否處於低電位(代表纜線忙碌)。

請參考圖8之第一控制器的數據傳輸流程。如圖8所示，步驟S110判斷數據傳送是否要開始。若是，步驟S120表示令輸出致能信號(output_enable)為高電位。步驟S130表示輸出啟始信號，例如輸出低電位。步驟S140表示傳送數據。步驟S150判斷數據傳送是否完成。若數據傳送還未完成，則繼續執行步驟S140；若數據傳送已完成，則步驟S160表示輸出停止信號，例如輸出高電位。接著，步驟S170判斷是否要求回傳數據。若否，則回到步驟S110；若是，則步驟S180表示令輸出致能信號為低電位。步驟S190表示接收數據。步驟S200判斷數據接收是否已完成。若是，則又回到步驟S110；若否，則繼續執行步驟S190。

請參考圖9之第二控制器的數據傳輸流程。如圖9所示，步驟S310判斷數據接收是否要開始。若是，則步驟S320表示接收數據。步驟S330判斷數據接收是否完成。若是，則步驟S340判斷是否需要回傳數據。若要回傳數據，步驟S350表示要等待纜線空閒。若纜線是處於空閒狀態，則執行步驟S360以令輸出致能信號為高電位。接著，步驟S370表示輸出啟始信號，例如輸出低電位。步驟S380表示傳送數據。之後，步驟S390判斷數據傳送是否已完成。若已完成，步驟S400表示輸出停止信號，例如令輸出致能信號為高電位。上述步驟S350「等待纜線空閒」係以判斷纜線是否處於低電位(即代表纜線忙碌)。

圖10顯示數據傳輸通訊協定之一實施例，第一控制器(如212)以低電位的啟始信號701開始傳送數據，首先為第二控制器(如222)的地址710(其亦可視為第二燈具模組的地址)，接著為指定該第二控制器進行數據讀寫的位元。若該第二控制器認可此地址710，及會回傳一確認信號(ACK)，然後該第一控制器送出數據要存放於該第二控制器內的地址720(例如為16位元)，及要儲存的資料數據(例如為兩個8位元，如731、732所示者)，該第一控制器最後以高電位的停止信號705來結束此通訊，其中舉例而言，數據信號為「1」時以一高電位來表示，數據信號為「0」時以一低電位來表示。然而，本發明對之數據傳輸通訊協定並不作限制，故亦可以其他方式來實現。

無論在現代或古代，七巧板都是用以啟發幼兒智力的良好夥伴。它能夠把幼兒對實物與形態之間的橋梁連接起來，在培養幼兒的觀察力、想像力、形狀分析及創意邏輯上都有巨大的發展空間。七巧板可用來幫助小孩學習基本邏輯關係和數學概念。可以幫助孩子認識各種幾何圖形、數字、認識周長和面積的意義，及了解畢氏定理。七巧板還可以教導小朋友辨認顏色，引導小朋友領悟圖形的分割與合成，進而增強小朋友的手部智能、耐性和觀察力。七巧板亦可用以說故事，把數十幅七巧板圖片連成一幅幅的連貫圖畫，即可當漫畫般說故給小朋友聽，先拼出數款貓、幾款狗、一間屋，即可說出一美妙動人的故事(例如：大花貓遇見狗王子)。

在上述本發明之如圖1D之實施例，可組合式造型燈具之複數個燈具模組係具有七巧板之形狀。由此，上述本發明之實施例更賦予七巧板之形狀燈具模組具有照明功能，其除了可讓使用者自行組合喜好的圖案為燈飾外，亦可接受控制，靜態或動態地變更發光色彩、亮度及其他顯示特效。各燈具模組之工作電力及其控制信號可經由簡單的兩電極之連接來提供，結構簡單耐用，具有相當實用的價值。

雖然上述實施係利用七巧板之形狀為例，然而本發明之可組合式造型燈具不限於此，更可實作為日本之七巧板或七巧板之其他變形形狀。此外，本發明之可組合式造型燈具更可實現為，如圖11所示的八巧板、或十巧板之形狀，或如圖12所示以至於心型、蛋型、八卦或其他形狀；由此可知，本發明之燈具模組的實施方式是不受限於前述實施例所示的形狀。

此外，雖然在上述實施例中，各燈具模組的光源是採用LED來做說明，但是本發明之實施方式是不受限於前述實施例所採用的光源種類。例如在一實施例中，有機發光二極體(OLED)可做為任一燈具模組的光源，而燈具模組之控制器則可被配置為具備驅動OLED之電路。此外，在一實施例中，LED及OLED的各種組合亦可以用作燈具模組的光源。此外，本發明之實施方式是不受限於前述實施例中光源的設置位置，即燈具模組的光源可以設置在燈具模組內部(其燈具模組之外殼則為可透光之材質或具有可透光之開口者)及/或燈具模組外部(其燈具模組之外殼可以任何方式實現)。再者，燈具模組的光源可採用平面光源、曲面光源或可撓性光源，如以OLED光源為例，依據本發明之燈具模組外部(或內部)之至少一表面上或至少一側邊上可以設置OLED光源。

綜上所述，本發明之內容已以如上之實施例舉例說明了，然而本發明並非僅限定於此等實施方式而已。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可再進行各種之更動與修飾；例如，將前述實施例中所例示之各技術內容加以組合或變更而成為新的實施方式，此等實施方式亦當然視為本發明所屬內容之一。因此，本案所欲保護之範圍亦包括後面所敘述之申請專利範圍及其所界定之範圍。