利用音调的自动控制装置 本申请是分案申请，母案的申请号：200810170970.0，申请日：2008年10月21日，名称：利用音调的自动控制系统及自动控制装置。
【技术领域】
本发明是关于自动控制装置，尤其关于一种利用音调来进行控制的自动控制装置。
背景技术
图7显示现有玩具及其功能方块图。玩具900包含：一驱动器920及多个反应装置。反应装置940能够产生一手臂的动作。驱动器920电性连接于反应装置940且反应装置940受驱动器920控制而产生一反应，此反应可以为例如挥手、敲击等的一手臂的动作。反应装置940可以包含电性连接于驱动器920的一马达模块942及连接于马达模块942的一手臂模块943。反应装置940可以用产生一动作的动作模块来取代手臂模块943，例如能够用产生一步进的脚模块、产生眨眼的眼睛模块等来取代手臂模块943。反应装置也可以包含一灯光模块942a，此反应可以为灯光模块942a所发出的光线的变化。反应装置也可以为包含一扬声器943b的一声音模块942b，此反应为扬声器243b所发出的不同声音。
目前市面上的玩具通常只能单独动作，不能群体动作，而且在应用上不够多元性，也即现有的玩具通常只会内建一首歌或固定的歌曲，然后配合内建的程序做成固定的动作，因此，现有的玩具不能与人互动，随着使用的时间增长，会让人觉得单调无趣。
【发明内容】
有鉴于此，本发明一实施例提供一种自动控制装置，适于接收一输入信号以产生一反应，输入信号包含一音调，此音调包含一第一频率。此自动控制装置包含：一接收器、一信号处理装置、一驱动器及一反应装置。接收器接收输入信号的音调。信号处理装置依据第一频率是否符合一预设关系以取得指令。驱动器依据指令产生一操作信号。反应装置接收操作信号并依据操作信号产生反应。于一实施例中，此反应可以为一手臂动作、脚的步进、眨眼动作、发出声音或光线等。
本发明另一实施例提供一种自动控制系统，其包含：一储存单元、一播放装置、一接收器、一信号处理装置、一驱动器及一反应装置。接收器、信号处理装置、驱动器及反应装置可以为一自动控制装置的构件。储存单元储存至少一声音信号，且声音信号包含一音调，音调包含一第一频率。播放装置读取储存单元并播放声音信号。接收器接收声音信号的音调。信号处理装置依据第一频率是否符合一预设关系以取得指令。驱动器依据指令产生一操作信号。反应装置接收操作信号并依据操作信号产生一反应，且反应实质关联该声音信号的内容。于一实施例中，储存单元可以为一光盘片，播放装置可以为一光盘播放器。
本发明另一实施例提供一种自动控制系统，其包含：一储存单元、一输入装置、一音调处理单元、一接收器、一信号处理装置、一驱动器及一反应装置。接收器、信号处理装置、驱动器及反应装置可以为一自动控制装置的构件。输入装置用以输入一控制数据。储存单元储存多个彼此相异的声音信号，各声音信号包含一音调，且各音调分别设有一指令且包含一第一频率。音调处理单元分析控制数据与此些音调中的指令的关联性以产生对应控制数据的一选取声音信号。接收器接收选取声音信号的音调。信号处理装置依据第一频率是否符合一预设关系以取得指令。驱动器依据指令产生一操作信号。反应装置接收操作信号并依据操作信号产生一反应，且反应实质关联该声音信号的内容。
于一实施例中，上述的自动控制装置及自动控制系统中，音调更包含相异于第一频率的一第二频率，信号处理装置依据第一频率及第二频率是否符合另一预设关系以取得此指令。
于一实施例中，上述的自动控制装置及自动控制系统中，指令由一开始位及至少一指令位所构成，而信号处理装置测得第一频率持续一第一期间时，输出开始位；信号处理器测得第一频率持续一第二期间且第二频率持续一第三期间时，输出具有一第一逻辑值的指令位；信号处理器测得第一频率持续一第四期间且第二频率持续一第五期间时，输出具有一第二逻辑值的指令位，其中，第一逻辑值相异于第二逻辑值。
于本发明一实施例中，可以同时控制多个自动控制装置，且可以使自动控制装置执行较多种类的动作。一实施例中，可以在不干扰使用者听背景音乐的情况下，也能够控制自动控制装置动作，较佳地随背景音乐的节奏动作。一实施例中，自动控制装置可以摆放于与扬声器间具有适当距离的任意位置，不会有电线的干扰，使用较为方便。
【附图说明】
图1显示本发明一实施例自动控制装置及其功能方块图。
图2显示本发明一实施例自动控制系统的示意图。
图3为人耳可听最小响度曲线图。
图4显示本发明另一实施例自动控制系统的功能方块图。
图5显示本发明另一实施例自动控制系统的示意图。
图6显示本发明另一实施例自动控制系统的功能方块图。
图7显示现有玩具及其功能方块图。
【主要元件符号说明】
10 自动控制系统
160 接收器
161 麦克风
162 放大器
163 窄波滤波器
164 数字模拟转换器
20 自动控制系统
200 自动控制装置
200a 自动控制装置
200b 自动控制装置
220 驱动器
230 数字信号处理器
240 反应装置
240a 反应装置
240b 反应装置
242 马达模块
242a 灯光模块
242b 声音模块
243 手臂模块
243b 扬声器
30 自动控制系统
300 播放装置
311 播放单元
311 扬声器
312 播放单元
500 第一主机
511 播放单元
512 扬声器
513 音调处理单元
514 输入装置
515 储存单元
700 第一主机
711 播放单元
712 扬声器
713 音调处理单元
715 第一储存单元
716 第一通讯单元
800 第二主机
814 输入装置
815 第二储存单元
816 第二通讯单元
920 驱动器
940 反应装置
940a 反应装置
940b 反应装置
942 马达模块
942a 灯光模块
942b 声音模块
943 手臂模块
943b 扬声器
【具体实施方式】
有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
图1显示本发明一实施例的自动控制装置及其功能方块图。请参照图1，自动控制装置200适于接收一输入信号Sin以产生一反应，输入信号Sin可以为自一扬声器(未图标)发出的声音信号且于此声音信号中混有一音调St，音调St中设有一指令，且输入信号Sin也可以混合有自动控制装置200所处的环境的背景声音例如人的声音。自动控制装置200包含：一接收器160、一数字信号处理器230、一驱动器220及一反应装置240。接收器160可以包含一麦克风161、一放大器162、一窄波滤波器163及一数字模拟转换器(analog to digital converter)164。麦克风161可以为一电容式麦克风(Electric Condenser Microphone，ECM)用以接收输入信号Sin。因麦克风161所接收的输入信号Sin的强度有时候会过小或者因麦克风161本身产品特性，而造成其输出信号过小，因此可以增设放大器162放大麦克风161所接收后再输出地输入信号Sin。当输入信号Sin是由一扬声器所发出的声音及音调时输入信号Sin为模拟信号，而数字信号处理器230是处理数字信号，因此于麦克风161与数字信号处理器230之间可以设置数字模拟转换器164，以将是模拟信号的输入信号Sin转化为数字信号的输入信号Sin。此外，还可以于放大器162及数字模拟转换器164间增设窄波滤波器163。于本发明一实施例中，音调St的频率可以设为16kHz以上；而背景声音(包含自动控制装置200所在的环境的声音)一般为16kHz以下，因此可以利用窄波滤波器163预先大约地滤除背景声音，以增加自动控制装置200侦测输入信号Sin的音调的指令的准确性。
数字信号处理器230分析输入信号Sin中的音调St，并取得被设置于音调St中的指令。于本实施例中，使音调St具有一第一频率例如为18kHz及相异于第一频率的一第二频率例如为20kHz，因此数字信号处理器230可以依据第一频率与第二频率是否符合一预设关系来取得此指令。更详言之，其可以为频率与时间关系例如其为阶梯形式的关系，于一实施例中，指令可以由一开始位及4个的指令位所构成。于操作时，接收器160是实时地接收输入信号Sin，因此数字信号处理器230也能够实时地接收是数字信号的输入信号Sin，并对输入信号Sin中的音调St进行分析。当数字信号处理器230测得音调St中的第一频率持续一第一期间时，输出开始位。当数字信号处理器230测得第一频率持续一第二期间后接着第二频率持续一第三期间时，输出逻辑值为1的指令位。当数字信号处理器230测得第一频率持续一第四期间后接着第二频率持续一第五期间时，输出逻辑值为0的指令位。开始位设定为不具任何逻辑值，仅为作为辨识用，于数字信号处理器230测得开始位前不输出指令位，以确保指令的完整及正确性。当数字信号处理器230测得已输出一个开始位，且其所输出的指令位的个数符合一预设位数(于本实施例为4个)时，则判断此指令为完整的指令，而输出此指令。
表1
请参照表1，于本实施例中，使第二期间等于第五期间等于约0.03秒，使第三期间等于第四期间等于约0.06秒，并使第一期间等于第二期间加第三期间等于约0.09秒。因此一个完整的指令需要0.45秒才能完成。由于将开始位及每一指令位的持续时间设为相同，本实施例中均为约0.09秒，当数字信号处理器230测得超过一预定时间例如为0.09秒未测得音调时，即可判断未测得任何指令或此指令为错误指令，并等待下一个开始位而不输出任何指令位，因此可简化数字信号处理器230的运算，且可减少错误指令的输出。
反应装置240接收此指令并产生一反应，于本实施例，此反应可以为一手臂的动作。驱动器220电性连接于反应装置240及数字信号处理器230之间，是能够依据数字信号处理器230所输出的指令产生一操作信号。反应装置240可以包含电性连接于驱动器220的一马达模块242及连接于马达模块242的一手臂模块243。驱动器220自数字信号处理器230接收指令后，驱动马达模块242以使手臂模块243产生一动作，例如挥手、敲击等。于其它实施例中，可以用产生一动作的动作模块来取代手臂模块243，例如能够用产生一步进的脚模块、产生眨眼的眼睛模块等来取代手臂模块243。也即可以为一引动机构。于一实施例中，反应装置240a也可以为一灯光模块242a，此反应可以为灯光模块242a所发出的光线的变化。于一实施例中，反应装置240b也可以为包含一扬声器243b的一声音模块242b，此反应为扬声器243b所发出的不同声音。
图2显示本发明一实施例自动控制系统的示意图。请参考图2，自动控制系统10包含至少一自动控制装置200、一储存单元400及一播放装置300。于本实施例中，自动控制装置200的个数为2个，且本实施例的自动控制装置200相似于图1所示实施例的自动控制装置200，因此使用相同的元件符号并且相同的部分将省略其相关说明。储存单元400中储存至少一声音信号Sa，且此声音信号Sa包含一音调St，于音调St中设有一指令且包含一第一频率及相异于该第一频率的一第二频率。播放装置300可以包含一扬声器311及一播放单元312。播放单元312自储存单元400读取声音信号Sa并加以播放，再透过扬声器311发出声音信号Sa。播放单元312播放声音信号Sa时也会播放声音信号Sa中的音调St，使得声音信号Sa混有音调St。声音信号Sa可与自动控制装置200所处环境的背景声音混合而形成输入信号Sin。且于音调St中适当地配置具第一频率(例如为18kHz)的播放期间及第二频率(例如为20kHz)的播放期间，即可于音调St中设置一指令，使得声音信号Sa被播放后所发出的音调St也能够包含此指令。应了解的是声音信号Sa可以仅是音调St，也可以同时包含一例如为背景音乐的声音及一音调St。并且使自动控制装置200的接收器160具备窄波滤波器163，以大约地过滤输入信号Sin中的为背景音乐的声音的成分。
于一实施例中，播放装置300可以为一光盘播放器，而储存单元400可以为一数字多功能光盘片(digital versatile disc，DVD)或一紧密光盘片(compact disc，CD)等。DVD光盘片及CD光盘片储存有一影音数据或一声音数据用以供播放装置300读取并加以播放。此外，CD光盘片可以为一声音CD光盘片包括一条或以上的立体声轨，以16bitPCM编码技术，采样率为44.1kHz。储存于此些光盘片中的数据同时包含声音信号Sa，此声音信号Sa同时包含背景音乐及音调St。明显地于其它实施例中，播放装置300的播放单元311也可以为一行动播放器，而储存单元400也可以为闪存。
图3为人耳可听最小响度曲线图。请参考图3，当声音频率为1kHz时响度只要7db就能被人听到；当声音频率为20kHz时响度必须要70db以上人类才听的到。因此可以将声音信号Sa中的背景音乐设于较低频，而声音信号Sa中的音调St的第一频率及第二频率设为较高频，以减少人听背景音乐时被第一音调干扰的情况。背景音乐的频率可以设为小于16kHz，较佳地设为小于10kHz，更较佳地设为小于5kHz。而音调St的第一频率及第二频率设为大于或等于16kHz，较佳地第一频率设为18kHz而第二频率设为20kHz。
此外，自动控制系统10可以同时控制多个自动控制装置200。于本实施例中，将一个指令设成具有一个开始位及4个指令位，每个指令位可以为逻辑值0或逻辑值1，因此能够产生2的4次方个命令。例如，于自动控制系统10中，可以将指令的前两个指令位设为指示哪个自动控制装置200执行一反应(动作、发光或发出声音等)，而将指令的后两个指令位设为进行哪种反应。因此，具有4个指令位的指令，即可控制4个自动控制装置200，分别进行4种反应。若将指令位的预设位数设为8个时，则可控制8个自动控制装置200，分别进行8种反应，以此类推。
于一实施例中，自动控制系统10及自动控制装置200可以组成一组玩具乐团，并透过特制的CD光盘片或是DVD光盘片，来控制此组玩具(自动控制装置200)，以一乐团来说，通常会有吉他手、鼓手、键盘(keyboard)手、贝斯(bass)手。当播放光盘片时，此些玩具可以被光盘片内的声音信号Sa中指令控制以进行适当的动作，因此些玩具的整体动作就会很丰富，当声音信号Sa的背景音乐为摇滚乐时此些玩具能够执行配合摇滚乐的动作，当声音信号Sa的背景音乐为抒情歌时此些玩具能够执行配合抒情歌的动作，使用者只需要更换曲目，因此增加玩具的耐玩性以及吸引性。
图4显示本发明另一实施例自动控制系统的功能方块图。请参考图4，自动控制系统20包含至少一自动控制装置200a及一第一主机500。第一主机500可以包含一输入装置514、一储存单元515及一音调处理单元513。音调处理单元513包含一播放单元511及一扬声器512。储存单元515中储存多个声音信号Sa，且每一声音信号Sa包含一音调St，于每一音调St中设有相异的一指令，例如，此些指令可以命令自动控制装置200a微笑或举手。输入装置514用以输入一控制数据。控制数据可以为一文字，例如微笑或举手的文字。音调处理单元513分析控制数据与此些音调中的指令的关联性以产生对应此控制数据的一选取声音信号Sea。详由之，音调处理单元513分析此控制数据并自储存单元515的多个声音信号Sa中选择具有对应此控制数据的指令的声音信号Sa以供播放单元511透过扬声器512播放。例如所输入的控制数据为“微笑”的文字时，音调处理单元513则分析此控制数据并了解它的意思为微笑时，则自此些声音信号Sa中选择具有微笑指令的声音信号Sa，藉以产生一选取声音信号Sea。更具体而言，此选取声音信号Sea包含一音调St，此音调St设有要求自动控制装置200a微笑的指令，而音调处理单元513的播放单元512则是透过扬声器512播放此选取声音信号Sea。应了解的是，选取声音信号Sea可以仅是一音调St，也可以为同时包含背景音乐及一音调St。自动控制装置200a相似于图1所示实施例的自动控制装置200，因此使用相同的元件符号并且相同的部分将省略其相关说明。自动控制装置200a接收此选取声音信号Sea，分析选取声音信号Sea取得微笑指令后。自动控制装置200a执行完微笑的动作后，也可以透过其声音模块242b及扬声器243b发出一笑声。此外也可以发出一第二音调要求其它自动控制装置200a进行例如为拍手的指令，藉以利用自动控制装置200a控制自动控制装置200a。
本发明一实施例也可以应用于语言的教学，输入装置514可以为键盘，使用者可以使用外国语言例如英文输入控制数据，例如使用者输入英文的“Smile”，自动控制系统20分析其拼音是否正确，当拼音正确自动控制系统20就发出包含设有微笑指令的音调的声音信号Sa，自动控制装置200a接收到设有微笑指令的音调后，将会发出笑声或是发出微笑的英文发音。当拼音错误，也可以发出显示拼音错误的音调，例如设有举手指令的音调，自动控制装置200a接收到设有举手指令的音调后，将会进行举手的动作，并且也可以发出正确的并音，以供使用者学习。
于一实施例中，输入装置514也可以由中央处理器及程序完成，例如输入装置514可以耦接一邮件软件，当邮件软件接收到信时则发出控制数据，自动控制系统20透过输入装置514接收控制数据后，就发出设有微笑指令的音调，以要求自动控制装置200a发出笑声提醒使用者观看信件。
此外，输入装置514也可以为一服务器，控制数据为自服务器下载的邮件或信息，自动控制装置200a会根据邮件或信息的内容进行一反应。
图5显示本发明另一实施例自动控制系统的示意图。图6显示本发明另一实施例自动控制系统的功能方块图。请参考图5及图6，自动控制系统30包含至少一自动控制装置200b、一第一主机700及一第二主机800。第一主机700耦接第二主机800，且其可以一第一储存单元715、一第一通讯单元716及一音调处理单元713。音调处理单元713包含一播放单元711及一扬声器712。第二主机800可以包含一输入装置814、一第二通讯单元816及一第二储存单元815。第一储存单元715透过第一及第二通讯单元716及816耦接第二储存单元815。
于一实施例中，多个多个声音信号Sa储存于第二储存单元815，每一声音信号Sa包含一音调St，于每一音调St中设有相异的一指令，例如此指令可以命令自动控制装置200b微笑或举手。第二主机800的输入装置814用以输入一控制数据。控制数据可以为一文字，例如微笑或举手的文字。第一主机700的音调处理单元713透过第一及第二通讯单元716及816自第二主机800接收此控制数据后，分析此控制数据并自第二储存单元815的多个声音信号Sa中选择具有对应此控制数据的指令的声音信号Sa作为选取声音信号Sea，并将选取声音信号Sea下载至第一储存单元715以供播放单元711透过扬声器712播放。更具体而言，此选取声音信号Sea包含一音调St，此音调St设有要求自动控制装置200a例如微笑的指令。应了解的是，选取声音信号Sea可以仅是一音调St，也可以为同时包含背景音乐及一音调St。自动控制装置200b相似于图1所示实施例的自动控制装置200，因此相同的元件使用相同的元件符号并且将省略相同部分的相关说明。自动控制装置200b接收此选取声音信号Sea，分析选取声音信号Sea取得微笑指令后，自动控制装置200b执行完微笑的动作。
于一实施例中，第一主机700及第二主机800可以分别为一连接于因特网的个人计算机，第一及二通讯单元716及816可以为实时通讯软件。当操作第二主机800的使用者可以透过第一及二通讯单元716及816传递信息(例如喜怒哀乐的表情符号)给操作第一主机700的另一使用者时，自动控制装置200b可以执行对应此一信息的动作。且当第一储存单元715未储存有对应此信息的声音信号Sa时，自动控制系统20也可以透过第一及二通讯单元716及816从第二储存单元815将此对应的控制数据的声音信号Sa作为选取声音信号Sea下载至第一储存单元715。
由于，自动控制系统30使用普及的扬声器利用音调来控制自动控制装置200b，不需要使自动控制装置200b直接连接于第一主机700，因此无需安装特制硬件于第一主机700中，且自动控制装置200b可以摆放于与扬声器间具有适当距离的任意位置，不会有电线的干扰，使用较为方便。
在虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定的范围为准。另外，本发明的任一实施例或权利要求范围不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的保护范围。