专利名称：自由成形的单向网络的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用自由空间中的电磁辐射的单向或单信道通信网络。这种单向网络可用于记录对诸如动作、提问或激励等提示的群响应；尤其是那些需要在分钟为单位的时间跨度上完成登记所有的响应。
已经提出了许多种网络系统。其中大多路不是无线的，由于购买和安装电线或光纤电缆的费用，所以这种有线的系统实现起来花费很大。而且，它们极难搬运在另一地方使用。这些无线系统还有一些缺点或限制。例如，美国专利5566022所描述的系统利用自由空间的红外(IR)发送，但，由于它在连接到网络的单元之间要有进行来回或多信道通信，所以它不是单信道系统。由于每个发射机必须还是接收机，所以多信道系统的费用将比单信道大。而且必须跟踪所有收发信机的状态，所以导致复杂化。
美国专利4377870所描述的另一个无线系统使用了单向射频(RF)发送，但发送的消息不是单频率的，不是编码信号，且不附有发送者ID。使用多频率发送的系统的花费比使用一个频率的花费要大。而且，在信号上不附带ID，系统利用局限于轮询功能。另一种无线系统是红外遥控器，在消费电子产品和打开和锁闭汽车门中使用。它是单信道通信，但它不是网络，因为它仅是一个发射机和一个接收机的组合。
本发明的目的在于提供一种自由成形的单向网络(FON)，简单的设计降低了产品的成本，并且便于使用和携带。一种自由成形的单向网络是单信道通信网络系统，在这种系统中，网络参与者传输的消息仅流入到中央接收机，而且网络可以由参与者任意组合来组成。
因此，根据本发明提供的自由成形单向网络包含多个网络参与者的无线发射机，每个所述发射机适于响应于诸如动作、提问或激励等提示，以编码辐射信号的短脉串形式在自由空间上以单频率或窄带频率发射短消息；中央无线接收机，检测发射机发射的消息；对这些消息进行译码和数字化的装置；中央处理装置，接收、存储和分析经译码和数字化的消息；以及向发送者确认收到他或她发送的消息的装置。
这样，提供了一种利用在自由空间内的固定单频率或窄带频率的电磁辐射信号的单向或单信道通信网络，它包含多个发射机和一个中央接收机，其中把每个消息编码成波串。在一较佳实施方式中，每个信号可以附带有发送者标识符(ID)。中央接收机可以一个单元或者是级联连接的多个单元，检测自由空间内的消息，并把它们发送到中央处理单元(CPU)对消息进行处理。
在一较佳实施例中，可以在每个发射机上设置一小显示板，以显示要发送的消息以及在预定时间内发送消息的尝试次数。该系统可以包括中央显示板，确认手段可以包含在中央显示屏上改变特征符号(例如颜色)，使发送者能看见，确认已经收到消息，并且显示屏上的每个符号可以显示从相应的发射机在预定时间内接收到消息的次数。
即使发射机包括了ID标记，CPU装置仍可以提供一选项，根据该系统的应用场合(例如，教育性的或仅仅为轮询)，忽略该标记，或者保留。
该系统的自由成形方面归因于ID编码发射的便携性，它可以对发射机任意组合，形成通信网络的发射机，也可以用多种组合形成多个网络。
多个发射机(T)和一个接收机(R)包含有FON硬件。每个发射机T具有集成电路(IC)和安装在便携盒内的射线发射器。IC芯片的存储单元存储用户ID号和简单的消息。当用户按下发射机T键盘的一个按钮时，把该消息写到发射机T的存储器上，并把附带标记的消息以辐射波串的短脉冲串的形式在自由空间内发射。如果需要，发射机T可以装备有显示屏，以显示要发送的消息和发送消息的尝试次数。接收机由类似的集成电路组成，但它具有辐线检测器而不是辐线发射器。它接收多个发射机T发射的附带标记的消息，以接收到的顺序对它们进行译码，并把数字形式的消息发送到CPU，以进行分析和存储。FON一个重要的较佳特点是向特定发送者回送已收到消息的确认信号，这可以是简单地改变中央显示屏上相应的标记块。由于发送者可以一次以上地尝试发送消息，所以增加的确认是把接收到消息的次数与标记块一起显示。
由FON软件进行处理，接收、分析和存储接收机检测到的消息。在开始对话之前，选择CPU是否处理每个消息附带的ID。当对话开始时，输入该对话的文件名并在CPU中创建数据文件。对于每一轮对话请求响应，打开定时器，把多个发射机的图象作为适当标记的框显示而发射到显示屏上，以使所有人都能看见。把接收到的每个消息存储在数据文件中。在过了预定的时间之后，分析所有的响应，把总结结果投影出来给所有人观看。对于下一轮重复这一循环，直到对话结束，在结束时，在数据文件上标注文件结束，并把整个文件写到例如硬盘等数据存储装置上，以便将来检索。
可以预想到，这种FON最简单的应用是工作训练或教育的指导对话。当教员者提出问题，通常仅一些听众举手要求回答。许多人没有积极参与，害怕窘迫。利用FON，所有听众均备有发射机，因此，所有人都可以隐蔽地回答，而不会有任何窘迫感。由于大多数指导问题能以多项选择的形式提出，所以消息可以简单到附带相应ID的一位数字。该ID可以是发射机T的单元号码、座位号、社会保险号，或者学生ID号。当使用个人化的ID时，表现出了FON独特的自由成形特点。例如，在如大学、学院或高级学校等教育机构内，所有学生中的每个学生可以配备一个自己私人的便携式发射机，它们可以随身携带，在它们参加的任何课中使用。在校园中，多台发射机对应于所有学生，多台接收机对应于至少多间教室。与例如架空投影仪的通常教学工具相比，校园范围的FON显然是通常的学习工具。FON将有利于在校园的每节课上使用主动学习策略，还可以自动记录上课人数。
现在通过例子，并参照附图描述本发明的实施例，其中
图1示意性地示出了包含FON的部件和它们连接关系，图2示意性地示出了用于用户标识的微芯片的使用，图3示意性地示出了接收机的基本部件，图4示出了接收机的微控制器的软件流程，以及图5示出了典型接收机的屏幕显示。
首先参照图1，发射机(T)最简单的一个实施例是手持式电池工作的装置，当十个数字键中的任一个键按下时，就以短脉冲的形式发射特征红外(IR)信号。该发射机T可以是商品化的电视机IR遥控器，其中，对电路进行了改进，增加了禁止连续发射的电路。在这种情况下，信号附带了3位ID号。一个以上的应答者可以共用一个发射机。例如，如果多项选择限制为5项选择，则两个人可以共用，数字1，2，3，4和5表示一位应答者，数字6，7，8，9和0表示另一位应答者。对于校园范围内的FON，较佳实施例需要如图2所示的专门设计的微芯片3。该设计能发射具有任意位数字的学生ID加上他/她的选择的被编码的IR波串信号。这种设计还允许输入学生ID，或者先键入口令来改变学生ID。还要求每个发射机装备显示板5，显示要发送的消息和以给定的提示显示尝试发送消息的次数。
接收机(R)7最简单的实施例是经适当改动的用于消费电子设备的IR遥控系统的商品化单元。图3示出了接收机的方框图，它由IR检测器9(耦加到前置放大器上的二极管传感器)、微控制器13和RS-232C驱动器15组成。对IR检测器从发射机之一检测到的信号是进行解码、数字化，并通过RD-232C串行端口，发送到CPU11或PC(或笔记本PC)，以进行数据登录和分析。该接收机由PC供电，可以接收远至约20米距离发射的、在约60度的锥角内到达的信号。可以级联两个或更多个接收机，以覆盖更大的区域。
图4示出了接收机内使用的微控制器的软件流程图。主环路17的主要功能是把IR信号译码成32位数字数据，并把该数据放入到发射队列中。还有四个中断，连接到该环路上。定时器中断19提供时间计数，其分辨率为0.1毫秒。IR接收21中断请求处理器译码。RS232C接收中断25把接收到的数据放入到发射队列中，因此，如果使用了一个以上的接收机单元，就可以形成级联结构。RS232C发射中断25发送发射队列中的数据。接收机整个空载时间约为0.1秒。
在较佳实施例中，PC或笔记本PC的最小配置为486芯片，8M RAM，Windows 3.1。用来显示简要结果的投影仪可以是LCD投影仪、TV监视器(具有VGA至视频转换器)，或屏幕投影仪。
数据登录、分析以及显示由FON软件处理。FON对话通常由几项工作组成，例如在课堂上或在乘积优先选择调查(product preference survey)中回答多项选择。PC显示监视器可以投射到单独的中央显示屏上，以使所有应答者都可以看到。每次FON对话开始时，PC监视器把发射机的实际版面显示成相应ID最后三个数字标注的框。同时，打开数据文件，并用数据和开始时间来标注。在该接合点上也可以改变缺省标记。
图5示出了一个典型的屏幕显示。当提出一个问题，并要求听众回答时，按下开始钮，开始计时。问题可以口头提出，使用书面问卷或者借助于视听设备。当听众中的一员通过按下他或她的发射机上的按钮回答时，中央显示屏上相应的框就改变颜色一秒或两秒，以确认已收到该信号。在允许回答该问题的时间内，该发射机的用户可以多次改变他或她的选择，只要它愿意。如果发射机装备有其自己的显示板，则在该板上可以显示每次的回答以及已发出的回答次数。在中央显示屏上也指示出在一特定问题期间接收到的每个发射机发送的回答次数。发送消息的次数和接收消息的次数之间的协议提供了附加的通信确认方法和手段，以缓解业务的拥挤。
把接收机接收到的并数字化的发射机信号按接收顺序，以一位数字后附带问题号和ID号存储在数据文件上。在计时到达零之后，构成所有发射机最后的回答的统计分布，并投射到中央显示屏上，以便听众观看。然后，如果有下项工作，则把问题号加1，重复上述循环。可以检索同一次对话中任一前述问题的答案，用于投影。在对话结束时，在数据文件上标注文件结尾，并把该文件存储到数据存储设备上，例如PC的硬盘，以便将来调用。如果在对话开始时跳过缺省上课模式，以便进行轮询模式，则在整个对话中，PC不必处理ID部分和每个消息。
在要求网络成员几乎同时回答多个问题或激励(stimulus)(好象股票交换一样)的情况下，则可以使多个FON以多种频率工作，一个问题或刺激使用一个频率上工作的FON。
至少在其较佳形式中，如果要使堆积或拥挤现象最小，则本发明确具有潜在的要求短的消息长度和低的发射速率的限制。这些限制是简易系统的不足。然而，虽然有这些限制，这里描述的结构仍非常适用于多种重要的实际应用；例如，在会议上的成员投票，或者股东大会上的投票，拍卖时出价人出价，在演出或展览会上观众对它们的选择进行排列，在教室中或在训练对话时学生回答问题，以及在股票交易上成员报价。
最后提到的应用要求多个FON以不同的频率在同一地方工作。本发明具有特别优点的实施例是教育机构，例如学校或大学等。每个学生可以具有它们自己的发射机，具有它们唯一的已编入单元内的ID号，他们可以在校园中把它带到他们上的课上。另一种可能性是系统可用于有身体残疾的学生或听众。在这种情况下，可以把发射机固定在适当的地方，参与者可以使用身体的任何部分抓住指针来按下按钮而完成。
上面用一个较佳实施例描述了本发明。但这仅为了示例。本发明很多其它变化、改动和应用对于该技术领域的熟练人员来说都是明显的。因此，本发明应当仅受到下面详述的权利要求书的范围来限定。
权利要求
1.一种自由成形的单向网络，其特征在于，包含多个网络参与者的无线发射机，每个所述发射机适于响应于诸如动作、提问或激励等提示，以编码辐射信号的短脉串形式在自由空间上以单频率或窄带频率发射短消息；中央无线接收机，检测发射机发射的消息；对这些消息进行译码和数字化的装置；中央处理装置，接收、存储和分析经译码和数字化的消息；以及向发送者确认收到他或她发送的消息的装置。
2.如权利要求1所述的网络，其特征在于，所述中央无线接收机包含多个级联的单独的接收机。
3.如权利要求1或2所述的网络，其特征在于，还包含中央显示屏，其中，所述确认装置包含在所述显示屏上以符号形式显示每个发射机的装置以及通过改变所述符号形式指示接收到消息的装置。
4.如权利要求1、2或3所述的网络，其特征在于，所述符号形式的所述改变包含颜色变化。
5.如权利要求1、2、3或4所述的网络，其特征在于，每个所述发射机包含显示要发送的消息的显示装置。
6.如权利要求5所述的网络，其特征在于，所述显示装置还包含显示尝试发送所述消息的的次数的装置。
7.如前述权利要求之一所述的网络，其特征在于，每个所述发射机设置有把参与者唯一的标识信号附加到要发射的消息上的装置。
8.如权利要求7所述的网络，其特征在于，每个所述发射机包含一个存储单元，其中，可以输入所述标识信号，或通过口令改变所述标识信号。
9.如权利要求8所述的网络，其特征在于，所述中央处理装置包含除去所述标识信号的装置。
10.如前述权利要求之一所述的网络，其特征在于，所述中央接收机每一次从多个发射机的短脉冲串信号中检测出一个信号。
11.如前述权利要求之一所述的网络，其特征在于，还包含中央显示屏。
12.如权利要求11所述的网络，其特征在于，所述中央显示屏适于指示在预定时间内从多个发射机中每个发射机接收到消息的次数。
13.如前述权利要求之一所述的网络，其特征在于，所述网络包含多个作为子网络在多个频率上并行工作的所述网络。
全文摘要
一种单向或单信道通信网络,在自由空间内利用固定的单频率或窄带频率的电磁辐射信号,它包含多个发射机和中央接收机,其中,对每个消息以波串的形式编码,并附带发送者标识。中央接收机可以是一个单元,或是多个级联的单元,它检测自由空间内的消息,并把它们发送到中央处理单元,以便对消息进行处理。该系统的自由成形方面使ID编码发射机具有可携带性,它能对发射机进行任意的组合,形成通信网络,或者产生多个这样的组合以形成多个网络。
文档编号H04L12/00GK1206975SQ9810371
公开日1999年2月3日 申请日期1998年1月26日 优先权日1998年1月26日
发明者陈显邦, 李志建, 谭永炎 申请人:香港大学科技研究发展有限公司