专利名称：无线感测网络互动式学习装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子辅助学习的装置，特别是涉及到一种无线感测网络互 动式学习装置。
背景技术：
无线感测网络广泛应用在国防、医学、交通、环保、居家等领域，应用产 品不胜枚举.，但将无线感测网络应用在人文艺术与数字学习却是阙如。本实用 新型利用无线感测技术，应用在公共展览场的作品介绍与教学，对参观民众做 初步的身份建立及分类，依照不同的身份予以多媒体信息与学习内容传达，并 累计追踪记录学习结果以呈现另一件互动式艺术的作品展示。
现今的艺文展览场合曾有，，无线定位PDA辅助学习系统"，主要是利用无 线网络、PDA、红外线定位的结合应用，民众只要手持展场提供的PDA，走至 每一件作品前面，经红外线定位装置侦测有人靠近作品，通过无线网络传送该 作品的辅助说明，以及设计好的数字学习问答数据，传送至民众手持的PDA中， 民众就可明了每一件作品的创作意涵，不需配合导览人员定时定点的解说，还 能进一步得到简易互动学习。
另外，位于中国台湾的国立历史博物馆展览的古器物，利用同样的技术将 古器物的介绍设计成数字学习内容，例如"器物小常识"、，，草书知多少"、" 玉器大发现"、，，壁砖小秘密，，等，将原本的文字介绍转变成影音的多媒体数 据，让参观的民众借着这些多媒体信息，以更活泼有趣的方式吸收历史器物的 知识。然而，利用红外线做位置感应，受限于红外线只能作直线方向侦测，而 且中间不许有不透光的障碍物，用在位置侦测应用上相当的不便，加上红外线 缺乏一对多的通讯能力，更是难以应用在多人同时在欣赏同一件物品的实际情 况。展览会场上要如何利用无线感应技术，使得一件作品做到同时感应到多人 观赏；如何更活泼更有趣做到互动式控制方法，而不是让人单纯操作多媒体装 置；如何将民众的身份数据融入到多媒体信息，做到学习内容分配及成效效益分析等问题，都是当今现代化互动式展览场正在努力发展的技术重点。 发明内容
为解决上述现有技术的不足，本实用新型为一种无线感测网络互动式学习
装置包括无线数据标签，具存储器以储存使用者身份与学习数据，以及学习 记录，并有一按钮作操作控制；无线感应控制器，感应无线标签并读取其存储 器内的信息； 一数字摄影机，结合影像侦测程序，以判断出使用者作答的信息； 一投影机，用以在平面上投射出图像式多媒体学习信息； 一喇叭，播放问候语、 装置操作指示、朗读出问题内容； 一个人电脑，执行影像侦测程序，连接投影 机、数字摄影机与喇叭； 一学习数据库，储放学习提问相关文字以及影像多媒 体数据； 一.网络伺服器，用来储存学习数据库；其中所述无线数据标签、无线 感应控制器与个人电脑、网络伺服器之间通过有线或无线方式通信连接。
首创整合无线感测网络、互动影像侦测、装置艺术、数据库内容管理、数 字创意学习之一个系统。借着无线感测网络的运用，使用者利用无线感测器标 签技术参与互动式创意学习，互动式创意学习环境可依使用者身份，如性别、
年龄、喜好等等，回馈出不同的互动学习内容；本系统并以数字装置艺术方式 让学习者通过影像侦测程序作互动参与学习；使用者的学习成绩会即时的纪录 在数据库内容管理系统中。这些学习回馈数据，包括了使用者身份、学习成绩、 展场民众的统计信息，将再被作视觉化处理，形成另一件在展场呈现的互动式
本实用新型的技术特点在于结合无线感测网络具身分辨识功能，可针对身 份而以不同的题目进行教学，也可追踪记录学习成效的回馈系统功能。可解决 过去的无线网络学习环境遭遇的几个问题，如解决红外线应用在无线侦测的问 题、解决展览场地无线感应器信息传递问题、解决即时互动式控制问题、解决 如何让民众的身份辨识数据融入学习效益问题。
请参阅以下有关本实用新型一较佳实施例的详细说明及其附图，将可进一 步了解本实用新型的技术内容及其目的功效；有关该实施例的附图为
图1是本实用新型内容示意图； 图2是XML数据传送方式方块图；图3是使用者在体验互动式学习内容主要流程图； 图4是一件互动式数字艺术作品实例；
图5(a)、 5(b)是Zigbee无线通讯协定的两种拓朴形式示意图。 附图标记说明
1-无线数据标签；2-无线感应控制器；3-数字摄影机；4-投影机；5-学习数据库；6-网络伺服器；7-个人电脑；8-喇叭；9-连接线；B-按键钮； L-LED灯。
具体实施方式
本实用新型的无线感测网络互动式学习装置，其包括无线数据标签(l)， 具存储器以.储存基本数据以及学习记录；无线感应控制器(2)，感应无线标签 (1)以读取数据，并具无线控制功能；数字摄影机(3)，结合影像侦测程序， 判断出使用者作答的信息；投影机(4),在平整面上投射图像式多媒体学习信 息；学习数据库(5)，储存文字以及影像多媒体数据；网络伺服器(6),主 要用来储存学习数据库，可利用 一般个人电脑甚至笔记型电脑架设成网络工作 站的伺服器；个人电脑(7),用来执行互动式创意学习程序，连接投影机(4)、 数字摄影机(3)与喇叭(8);喇叭(8)，播放语音式多df某体数据，连接线(9), 用来连接个人电脑(7)、投影机(4)、数字摄影机(3 )、无线感应控制器(2) 以及喇p八(8)。
如图1为本实用新型之一个实施例，需一空间布置出互动式学习环境，利 用投影机(4)投射出多媒体学习内容，其学习环境布置情况如图1所示，使用 者先将一些基本数据，利用感应方式记录到无线数据标签(1)中的存储器，然 后携带该无线数据标签(1)，进入到互动式学习环境，无线感应控制器(2) 是用Zigbee无线通讯协定技术，侦测到使用者手中的无线数据标签(1 )正在接 近，并读取其内存储器信息，无线感应控制器(2)亦可由Bluetooth、 RFID、 IEEE802.il系列，替换原来Zigbee通讯技术，作为之间无线感应及无线数据撷 取的解决方案，而无线感应控制器(2)与学习数据库(5)连线比对无线数据 标签(1)内相关数据。
另外一提的是无线数据标签(1)上，具有三个不同颜色LED (L)以及一 按键钮(B)，如图1中的放大图所示，LED (L)是要表示无线数据标签(1) 当时的情况，当该无线数据标签(1)作无线传输，即LED (L)用闪烁绿色灯号的方式表示数据正在传输，而当LED (L)灯号显示为红色，表示该无线数据 标签电力不足，需做电力补充，当LED (L)灯号显示为蓝色时，表示同一学习 环境中，同时有其他无线数据标签(1)。
无线数据标签(1)上的按键钮(B)，主要用来告知使用者要开始体验互 动式学习内容。
当使用者真正进入到互动式学习环境，无线感应控制器(2)就会发出控制 信号，使投影机(4)以及喇叭(8)播放欢迎使用者进到互动式学习环境的多 媒体影音数据。至于整个无线感测网络互动式学习装置，是如何判断使用者是 否进入到互动式学习环境，乃是通过装置中的数字摄影机(3),利用现今数字 影像辨识技术，比对摄影前后时间的环境影像数据，来辨识使用者是否已经进 入到学习环境之中，再让无线感应控制器(2)发出信号，启动装置中的投影机 (4)以及喇叭(8)播放出适当的多媒体影音数据。在影像辨识能力方面，有赖 于数字摄影照相机(4 )所使用的感光元件的使用，如使用CCD或CMOS的感 光元件，以及元件本身的像素呈现多寡，都会影响辨识的结果。
当使用者进入到互动式学习环境并按下无线数据标签(1 )上的按键钮(B ), 就会开始驱动互动式创意学习程序，程序中的无线感应控制器(2)将会感应使用 者的无线数据标签(l)后，该无线感应控制器(2)先连接到学习数据库(5)中，搜寻 出使用者的身份以及对应身份的提问，使连接投影机(4)以及喇叭(8)的个 人电脑(7)播放欢迎使用者进到互动式学习环境的多媒体影音数据。通过投影机 (4)在地面上投射出一个多媒体影像(P)如图1所示，其多媒体影像(P)包 括一个大圆(P0)以及四个小圆(Pl-P4),大圆(P0)为问题的影像数据如 图片或影片，大圆(P0)圆周上的则有问题的文字叙述，另外四个小圆(P1-P4)则分别是四个答案，通过喇叭(8)告知使用者问题的题目，并告知使用者 要如何作答。当使用者要选择四个小圆(P1 P4)的其中之一作答，必须用脚 板点选或站立在所选择的小圆(P1或P2或P3或P4)的范围，让数字摄影机(4) 拍摄到使用者的动作，用作答时间前后的影像差异，利用影像辨识技术，归纳 出使用者作答的回馈信息，将作答的回馈信息由无线感应控制器(2)，回传到 该学习数据库(5)，并利用其内的互动学习回馈系统，判断作答的结果，并将 数据传至个人电脑(7)通过投影机(4)与喇叭(8)播放最后的学习结果。若是使用者 答对了，学习数据库(5)内的互动学习回馈系统，就会将数据传至个人电脑(7) 通过投影机(4)与喇叭(8)播放答案正确，解答以及下一个学习信息。若是使用者答错了，学习数据库(5)内的互动学习回馈系统，就会将数据传至个人电脑(7) 通过投影机(4)与喇p八(8)播放答案错误，并询问是否继续作答的信息。 使用者在整个互动式学习环境中，所表现互动式学习过程，包括
(a) 无线感应控制器(2)利用Zigbee无线通讯协定技术，感应到无线数据 标签(1)内存储器信息；
(b) 无线感应控制器(2)连接到网络伺服器(6)及学习数据库(5)，比 对无线数据标签(1)内的数据；
(c) 学习数据库(5)经无线感应控制器(2),让个人电脑(7)通过投影 机(4)在地面上投射出一个多媒体学习内容；
(d) 个人电脑(7)通过数字摄影机(4)及影像侦测程序，判断出使用者作 答的信息，.由无线感应控制器(2),回传到该学习数据库(5)并利用其内的 互动学习回馈系统，判断作答的结果，并呈现最后的学习结果。；
(e) 无线感应控制器(2)与学习数据库(5)，是过程中不可少的两个因素， 主要原因在于无线感应控制器(2)与学习数据库(5)之间传递的数据，以及 感应到无线数据标签(l)内存储器信息，都是以XML数据讯息广播方式，用 无线或有线方式做之间的数据传送，如图2的方块图所示。
如图2中的无线感测网络系统、互动式创意学习程序、数字创意学习回馈 系统、数字艺术作品、学习数据库(5)都是以XML讯息广播系统做数据传递， 其中的无线感测网络系统与XML讯息广播系统，负责过程a与过程b的XML 数据往来传输；互动式创意学习程序、XML讯息广播系统以及数字创意学习回 馈系统，负责过程c与过程d的XML数据往来传输，特别是每个程序设计重点 也不同，其主要工作如下
无线感测网络系统
无线数据标签(1)让无线感应控制器(2)感测到使用者，并可储存使用 者身份信息如年龄、性别、喜好等等。将讯息转发至XML讯息广播系统处理， 最后将学习记录传到学习数据库(5)。
互动式创意学习程序
搭配数字摄影机(4)所使用的影像辨识程序，以及学习数据库(5)内的 的互动式多媒体程序(Flash Action Script),把学习多媒体数据导入互动式的学习 方式，使用者以肢体动作做为回馈到系统的信息，让整个学习过程更有亲身参 与的体验。XML讯息广播系统
身份判别数据、影像辨识数据、互动式学习多媒体数据、无线感应数据、 数据库搜寻数据，都是以XML数据型态作为讯息的广播与传递。此系统设计让 数据在不同程序系统中传递自由度高，可扩充性大。数字创意学习回馈系统
针对使用者相关数据的内容管理系统，储存信息包括性别、年龄、喜好、 学习记录、学习成绩以及参加学习民众的统计信息。系统可将其统计结果，以 图表呈现学习成绩，甚至追踪使用者学习成效，最后以统计数据再现的视觉化 方式呈现，更可作为日后修改互动学习内容与动作呈现方式的参考。
依据上述的系统程序的功能，使用者在体验互动式学习内容主要流程如图3 所示
(a) 使用者注册，身份数据写入"数字创意学习回馈系统"数据库中；
(b) 无线感测网络侦测使用者进入互动式创意学习场域，传送使用者数据至 XML讯息广播系统；
(c) Flash程序至XML讯息广播系统抓取使用者数据，互动式创意学习开始；
(d) 影像侦测程序侦测使用者位置数据，互动式创意学习Flash程序判断答 案及计分；
(e) 学习结束，Flash程序将使用者成绩传至XML讯息广播系统，写入"数 字创意学习回馈系统"数据库中；
(f) "数字创意学习回馈系统，，以报表呈现使用者成绩；
(g) 学习回馈数据形成另一件互动式数字艺术作品。在此特别说明关于互动 式数字艺术作品，以图4举例来说，学习回馈数据将再被作视觉化作品呈现为" 人气开花"作品，蓝花与红花大小象征展场男性与女性人数比、精灵数量即现 场参与者的总人数、明暗不同的树群代表不同时间的群体学习成绩。
为了让无线感测网络互动式学习装置，有更进一步互动学习效果，部份多 媒体学习内容设计，容许在同一学习环境内，同时有一人以上参与，例如问题 答案为复选时。其技术是利用Zigbee的无线传输协定中的拓朴方法，其方法可 分成两种拓朴方式， 一种是星状拓朴，如图5(a)所示，很多Zigbee网络装置围 绕着一全功能Zigbee装置，中心的全功能Zigbee装置(c )为网络协调者，它 就像个集线器(hub)收集多个全功能Zigbee装置(a)或精简功能Zigbee装置(b ) 当作数据终端机，另外一种拓朴为点对点(peer-to-peer)配接，如图5(b)所示。无 线感测网络互动式学习装置，所采用方法的是星状拓朴技术，该装置中的无线感应控制器(2)同时扮演全功能Zigbee装置(c)以及网络协调者，而每个使 用者手上的无线数据标签(1)则为精简功能Zigbee装置(b)。单这样的方式 无法完全实现多人在同一环境中，使用无线感测网络互动式学习装置，还得搭 配装置中的数字摄影机(3)，以及影像辨识程序。利用Zigbee的拓朴管理，搭 配数字摄影机(3)及影像辨识程序所辨识到在场的使用者，用以区分每个无线 数据标签(1)与每位使用者关系，只要在开始互动式学习之前，完成无线数据 标签(1)与使用者关系建立，就可以让一人以上的使用者，在同一学习环境中 一起体验互动式学习内容。
以上具体实施方式
仅为本实用新型的较佳实施例，其对本实用新型而言是 说明性的，而非限制性的。本领域的技术人员在不超出本实用新型精神和范围 的情况下，.对之进行变换、修改甚至等效，这些变动均.会落入本实用新型的权 利要求保护范围。
权利要求1. 一种无线感测网络互动式学习装置，其特征在于，包括无线数据标签，具存储器以储存使用者身份与学习数据，以及学习记录，并有一按钮作操作控制；无线感应控制器，感应无线标签并读取其存储器内的信息；一数字摄影机，结合影像侦测程序，以判断出使用者作答的信息；一投影机，用以在平面上投射出图像式多媒体学习信息；一喇叭，播放问候语、装置操作指示、朗读出问题内容；一个人电脑，执行影像侦测程序，连接投影机、数字摄影机与喇叭；一学习数据库，储放学习提问相关文字以及影像多媒体数据；一网络伺服器，用来储存学习数据库；其中所述无线数据标签、无线感应控制器与个人电脑、网络伺服器之间通过有线或无线方式通信连接。
2. 根据权利要求1所述的无线感测网络互动式学习装置，其特征在于，该无 线数据标签与该无线感应控制器，符合支持无线通讯协定标准，所述标准包括 包括Zigbee、 Bluetooth、 RFID、 IEEE802.11系列。
3. 根据权利要求1所述的无线感测网络互动式学习装置，其特征在于，该数 字摄影机的影像撷取元件为CCD或CMOS电子感光元件。
4. 根据权利要求1所述的无线感测网络互动式学习装置，其特征在于，该无 线数据标签具一以上的多色LED以表示使用情况。
5. 根据权利要求1所述的无线感测网络互动式学习装置，其特征在于，该伺 月l器为一部个人电脑或笔记型电脑或网络工作站。
6. 根据权利要求1所述的无线感测网络互动式学习装置，其特征在于，该学 习数据库架设在网络伺服器上，通过网络连接方式，传输多媒体数据。
7. 根据权利要求1所述的无线感测网络互动式学习装置，其特征在于，该学 习数据库与该无线感应控制器连线沟通方式，是通过有线网络连接或无线网络， 作为之间控制与通讯连接。
8. 根据权利要求2所述的无线感测网络互动式学习装置，其特征在于，该等 无线数据标签与无线感应控制器与该数字摄影机通过无线拓朴网络进行连接。
专利摘要本实用新型为一种无线感测网络互动式学习装置，包括无线数据标签，具存储器以储存使用者身份与学习数据，以及学习记录，并有一按钮作操作控制；无线感应控制器，感应无线标签并读取其存储器内的信息；一数字摄影机，结合影像侦测程序，以判断出使用者作答的信息；一投影机，用以在平面上投射出图像式多媒体学习信息；一喇叭，播放问候语、装置操作指示、朗读出问题内容；一个人电脑，执行影像侦测程序，连接投影机、数字摄影机与喇叭；一学习数据库，储放学习提问相关文字以及影像多媒体数据；一网络伺服器，用来储存学习数据库；其中所述无线数据标签、无线感应控制器与个人电脑、网络伺服器之间通过有线或无线方式通信连接。
文档编号G09B7/00GK201251858SQ200820127900
公开日2009年6月3日 申请日期2008年8月7日 优先权日2008年8月7日
发明者许素朱 申请人:许素朱