一种使用天线近场感应的益智玩具及其识别响应方法

摘要

本发明公开了一种使用天线近场感应的益智玩具及其识别响应方法，该益智玩具包括活动件，活动件内设置有包含活动件的身份信息的电子标签，还包括底座，底座上设置有天线组、天线控制单元、定位单元、处理单元和交互单元；天线组，用于感应电子标签；天线控制单元，用于读取电子标签携带的活动件的身份信息，定位单元，用于确定电子标签对应的活动件的位置；处理单元，用于根据活动件的位置和身份信息生成并发送响应信号；交互单元，用于根据所述响应信号，完成与用户的交互。该益智玩具及其识别响应方法通过生动的互动，与现有玩具相比增强了趣味性，起到寓学于乐的作用。

说明书

技术领域

本发明涉及玩具领域，尤其涉及一种使用天线近场感应的益智玩具及其识 别响应方法。

背景技术

积木、七巧板、拼图等作为一种儿童玩具，对儿童的智力开发，空间思维 训练以及手眼协调能力培养有着很大的帮助，其以塑料或者木头拼接的方式， 成本较低，广受欢迎。目前的市场上主要以无电气功能的积木为主，如乐高积 木，或者积木的连接扣处有电极，将积木搭好后置入电池可以完成一些声光的 控制。其缺点是，这些益智玩具缺乏生动的互动。

发明内容

本发明提供一种通过近场感应检测活动件的身份和位置以实现生动的互动 从而增强趣味性的益智玩具及其识别响应方法。

为实现上述益智玩具和方法，本发明采用以下技术方案：

一方面采用一种使用天线近场感应的益智玩具，包括活动件，所述活动件 内设置有包含活动件的身份信息的电子标签，所述益智玩具还包括：底座，所 述底座上设置有天线组、天线控制单元、定位单元、处理单元和交互单元；

其中，所述天线组，用于感应放置底座上的活动件的电子标签；

所述天线控制单元，用于通过天线组获取电子标签，读取电子标签携带的 活动件的身份信息，并记录天线组中感应到电子标签的天线的信息；

所述定位单元，用于根据感应到电子标签的天线的信息确定该电子标签对 应的活动件的位置；

所述处理单元，用于根据活动件的位置和身份信息生成响应信号；

所述交互单元，用于根据所述响应信号，完成与用户的交互。

其中，所述电子标签为NFC电子标签，所述近场感应通过NFC进行通信。

其中，所述电子标签为RFID电子标签，所述近场感应通过RFID进行通信。

其中，所述天线组包括多个天线列和多个天线行，所述天线控制单元包括 选择开关和电子标签识别电路；所述选择开关由处理单元控制并和所述电子标 签识别电路电性连接，所述天线列和天线行中的天线通过选择开关与电子标签 识别电路轮换电性导通。

其中，所述定位单元具体用于根据感应到电子标签的天线的位置，判断携 带该电子标签的活动件的位置。

其中，所述天线组中感应到电子标签的天线的信息包括天线感应到电子标 签时的场强等级，所述场强等级用于确定活动件在底座上位置。

其中，所述活动件为积木、拼图或七巧板，所述交互单元包括喇叭和/或屏 幕。

其中，所述活动件中包含一个活动件座，其它活动件摆放在活动件座上。

另一方面采用一种使用天线近场感应的益智玩具识别响应方法，该方法包 括：

通过天线组获得在益智玩具底座上的活动件中内置的电子标签并记录天线 组中感应到该电子标签的天线的信息，读取电子标签携带的活动件的身份信息；

根据感应到电子标签的天线的信息确定该电子标签对应的活动件的位置；

根据活动件的位置和身份信息生成并发送响应信号；

接收所述响应信号并根据所述响应信号，完成与用户的交互。

其中，所述通过天线组获得在益智玩具底座上的活动件中内置的电子标签 并记录感应到该电子标签的天线组中天线的信息，读取电子标签携带的活动件 身份信息具体为：

侦测在所述底座上的活动件中对应该天线上方的活动件的电子标签；

每根天线侦测完后获得电子标签并对应记录天线的信息；

读取电子标签携带的身份信息。

其中，所述根据感应到电子标签的天线的信息确定该电子标签对应的活动 件的位置具体为：

读取所有感应到电子标签的天线列和天线行中的天线的信息；根据每个电 子标签对应的天线组中感应到的场强确定电子标签的位置；

根据电子标签的位置确定对应的活动件在底座上的位置。

其中，所述根据电子标签的位置确定对应的活动件在底座上的位置之后还 包括：

根据天线感应到电子标签的场强的等级确定活动件在底座上的高度。

本发明的有益效果在于：通过在活动件中内置近场感应电子标签，并设置 对应专用的底座，在底座内设置天线组和相应的控制电路，对底座上的活动件 进行位置判断和活动件携带信息的判断，与预设的活动件摆放方案对比后产生 互动，通过生动的互动，与现有的益智玩具相比增强了趣味性。

附图说明

图1是本发明一种使用天线近场感应的益智玩具的第一实施例结构方框 图；

图2是本发明一种使用天线近场感应的益智玩具的第二实施例结构方框 图；

图3是本发明一种使用天线近场感应的益智玩具的识别响应方法的第一实 施例流程图；

图4a是本发明一种使用天线近场感应的益智玩具的识别响应方法的第二实 施例流程图；

图4b是本发明一种使用天线近场感应的益智玩具的识别响应方法的第二实 施例中一种积木摆放方式的示意图；

图4c是本发明一种使用天线近场感应的益智玩具的识别响应方法的第二实 施例中一种积木摆放方式的示意图；

图4d是本发明一种使用天线近场感应的益智玩具的识别响应方法的第二实 施例中一种积木摆放方式的示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

图1是本发明一种使用天线近场感应的益智玩具的第一实施例结构方框图， 如图所示，该益智玩具包括活动件100，所述活动件100内设置有包含活动件 100的身份信息的电子标签，所述益智玩具还包括：底座200，所述底座200上 设置有天线组210、天线控制单元220、定位单元230、处理单元240和交互单 元250；

其中，所述天线组210，用于感应放置底座200上的活动件100的电子标签；

所述天线控制单元220，用于通过天线组210获取电子标签，读取电子标签 携带的活动件100的身份信息，并记录天线组210中感应到电子标签的天线的 信息；

所述定位单元230，用于根据感应到电子标签的天线的信息确定该电子标签 对应的活动件100的位置；

所述处理单元240，用于根据活动件100的位置和身份信息与预设的活动件 100放置方式对比生成响应信号；

所述交互单元250，用于根据所述响应信号，完成与用户的交互。

通过在活动件100中内置近场感应电子标签，并设置对应专用的底座200， 在底座200内设置天线组210和天线控制单元220，对底座200上的活动件100 进行位置判断和活动件携带信息的判断，与预设的活动件摆放方案对比后产生 互动，通过生动的互动，与现有的益智玩具相比增强了趣味性。

图2是本发明一种使用天线近场感应的益智玩具的第二实施例结构方框图。 如图所示，所述电子标签为NFC电子标签，所述近场感应通过NFC进行通信。 天线组210包括多个天线列211和多个天线行212，所述天线控制单元220包括 选择开关221和电子标签识别电路222；所述选择开关221由处理单元240控制 并和所述电子标签识别电路222电性连接，所述天线列211和天线行212中的 天线通过选择开关221与电子标签识别电路222轮换电性导通。所述定位单元 230具体用于根据感应到电子标签的天线的位置，判断携带该电子标签的活动 件100的位置。所述天线组210中感应到电子标签的天线的信息包括天线感应 到电子标签时的场强等级，所述场强等级用于确定活动件100在底座200上位 置。所述活动件为积木、拼图或七巧板，所述交互单元250包括喇叭和/或屏 幕。所述活动件100中包含一个活动件座110，其它活动件100摆放在活动件座 110上。

NFC是近场通信中比较成熟的技术，在本实施例中，采用NFC进行活动件 100和底座200之间的近场通信，并且本实施例中选用的活动件100为积木，电 子标签识别电路222采用的是AS3911NFC专用芯片。本实施例中主要针对积木 只摆放一层的情况进行设计。为了准确识别积木在底座200上的具体位置，将 天线组210设置为上下两层，其中一层为多个天线横向摆放得到的天线行212， 另一层为多个天线纵向摆放得到的天线列211，每个天线行212和每个天线列 211会产生一个交点，而每个交点在底座200上也会有一个具体的位置，如果给 每个天线行212和天线列211赋予不同的位置属性，那么交点的位置就可以通 过天线行212和天线列211的位置属性以类似于平面坐标的方式表示出来。积 木放置于底座200上之后总是会被天线行212和天线列211中的天线的感应到， 根据感应到某个积木的天线行212和天线列211的位置属性，即可确定积木的 位置。

进一步地，为了确保活动件100在被多根天线行中的天线和多根天线列中 的天线感应到时，能够对活动件100进行精确定位，可以从多根感应到活动件 100的天线行212中忽略场强粗略地将活动件的纵向位置定在两个天线行之间， 从多根感应到活动件的天线列211中忽略场强粗略地将活动件100的横向位置 定在两个天线列之间，两者结合即为活动件100在底座上的位置；亦可根据两 根天线对同一个活动件100的感应的场强的强度比例，对活动件100的位置进 行更加具体的定位，例如某活动件100被天线列211的天线2和天线3同时感 应到，场强的比例为4：6，则该活动件100的横坐标可以精确为2.6。

此外，在本实施例中，为了适应AS3911NFC专用芯片无单独GPIO口控制 选择开关221的特性，通过处理单元240对选择开关221进行控制。处理单元 240通过选择开关221选择天线组210中的某一行（或列）天线，AS3911NFC 专用芯片检测该行（或列）天线是否有NFC电子标签，如果有则获取该电子标 签的身份，记录该行（或列）的位置信息，检测完成后切换到另一行（或列）， 直到把整个天线组的天线都检测完。

进一步地，为了提高电子标签的识别效率，在天线控制单元220中设置多 个电子标签识别电路222，天线分组对应一个电子标签识别电路222，选择开关 221将每组天线中的天线逐个与电子标签识别电路连接222。

检测结束后，定位单元根据电子标签信息及其对应的行和列的位置信息， 综合成该电子标签的位置信息。例如某个活动件100中的电子标签被天线行中 的天线1和天线列中的天线5感应到，那么该活动件100的位置则可表示为 （5,1）。

优选的，所述电子标签为RFID电子标签，近场感应通过RFID进行通信。

对应的，近场感应在使用RFID进行通信的时候，电子标签和天线控制单元 中的标签识别电路也需要进行相应的调整。

图3是本发明一种使用天线近场感应的益智玩具的识别响应方法的第一实 施例流程图，如图所示，该方法包括：

步骤310：通过天线组获得在益智玩具底座上的活动件中内置的电子标签并 记录天线组中感应到该电子标签的天线的信息，读取电子标签携带的活动件的 身份信息；

步骤320：根据感应到电子标签的天线的信息确定该电子标签对应的活动件 的位置；

步骤330：根据活动件的位置和身份信息生成并发送响应信号；

步骤340：接收所述响应信号并根据所述响应信号，完成与用户的交互。

通过读取活动件携带的电子标签的身份信息，综合读取到活动件的天线的 信息，判断活动件在底座上的具体位置，将活动件的摆放方式与预设的活动件 摆放方式进行对比，根据对比结果生成响应信号并根据响应信号完成响应互动， 使得益智玩具的游戏内容更加丰富，增强了益智玩具的趣味性。

图4a是本发明一种使用天线近场感应的益智玩具的识别响应方法的第二实 施例流程图，如图所示，该方法包括：

步骤401：侦测在底座上的活动件中对应该天线上方的活动件的电子标签。

步骤402：每根天线侦测完后获得电子标签并对应记录天线的信息。

记录侦测到的电子标签并记录是哪根天线侦测到的。

步骤403：读取电子标签携带的活动件身份信息。

根据电子标签确认活动件携带的信息，所述信息指活动件上的内容，例如 图案、数字、字母等。

步骤404：根据每个电子标签对应的天线组中感应到的场强确定电子标签的 位置。

步骤405：根据电子标签的位置确定对应的活动件在底座上的位置。

读取到的电子标签的位置即为对应活动件的位置。

步骤406：根据天线感应到电子标签的场强的等级确定活动件在底座上的高 度。

通过对天线行或天线列感应到活动件的场强进行等级划分，与预设的等级 对应高度对比，即可判断活动件所处的高度。

步骤407：根据活动件的位置和身份信息生成并发送响应信号。

步骤408：接收所述响应信号并根据所述响应信号，完成与用户的交互。

为对本实施例进一步补充说明，针对活动件为数字积木的情况，就三种积 木摆放的识别响应过程进行详细阐述。

游戏之前将数字积木座摆放在底座上，底座识别出数字积木座中的电子标 签，并进入数字算式模式，游戏时将数字积木摆放在数字积木座上。

如图4b所示，底座中设置了总共13个天线列，从左到右依次编号1～13； 设置总共6个天线行，从下到上依次编号1～6，整个底座对应被分割为78个小 区域，每个区域对应一个编号坐标（n，m），其中1≤n≤13，1≤m≤6。对应的每 个立方体正好或大体放置于一个区域内。每个积木上设置有数字、图案、运算 符号等内容，积木内的电子标签的内容包括每个积木的编号，积木的编号与内 容对应。图5b中总共有5个积木，每个积木的编号都不一样，具体在电子标签 中体现，5个积木携带的内容分别为“1”、“+”、“2”、“=”、“4”，每根天线侦测电 子标签后具体将会有编号为4、5、6、7、8的天线列和编号为3的天线行发现 电子标签，进一步对位置进行定位，对标签信息进行分析，综合后可以得到（4,3）、 （5,3）、（6,3）、（7,3）、（8,3）处放置有积木，积木携带的内容分别为“1”、“+”、 “2”、“=”、“4”，根据与预设的积木摆放方式对比，认为这种积木摆放方式是有 误的，处理单元产生摆放有误的控制信号并发送到交互单元，交互单元根据该 控制信号控制喇叭或屏幕发出“加油”或“再来一次”之类的响应。图4c是另 一种积木摆放方式，同图4b的摆放方式的识别过程一样，综合后得到，（8,2）、 （9,2）、（10,2）、（11,2）、（12,2）处放置有积木，积木携带的内容分别为“1”、“+”、 “1”、“=”、“2”，根据与预设的积木摆放方式的对比，认为这种积木摆放方式是 正确的，处理单元产生摆放正确的控制信号并发送到交互单元，交互单元根据 该控制信号控制喇叭或屏幕发出“你真棒”之类的响应。图4d是积木摆放的又 一种方式，其中每个积木都跨在天线行的两根天线上和天线列的两根天线上， 以其中左边第一个“1”为例，它将会被编号为8、9的两根天线列中的天线和编号 为1、2的两根天线行中的天线感应到，将积木的位置定位在两根天线之间。假 设编号为8、9的两根天线同时感应到积木，但是在此忽略场强的强弱，直接将 积木的横坐标定为8.5，依此类推，编号为1、2的两根天线同时感应到积木， 那么积木的纵坐标定为1.5，故左边第一个积木的位置为（8.5,1.5），其它的积木 由此定位。亦可根据两根天线对同一个活动件100的感应的场强的强度比例， 对活动件100的位置进行更加具体的定位，例如图4d中第一个积木被天线列的 天线8和天线9同时感应到，假设场强的比例为6：4，则该积木的横坐标可以 精确为8.4。

通过上述步骤，可以对益智玩具进行快速准确的识别响应，在活动件摆放 的过程中产生生动的互动，增强积木的趣味性，起到寓学于乐的作用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局 限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变 化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该 以权利要求的保护范围为准。