CN101014395A - 对人的接触敏感的玩具 - Google Patents

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Abstract

一种玩具，该玩具包括至少一个电容传感器、至少一个效应生成器，该电容传感器包括构成电容器(50)的两个板中的一个的金属板(5)，第二板由玩具附近的活物(4)的一部分构成；以及控制电路，该控制电路包括响应所述电容传感器的激励而使效应发生的装置；该玩具的特征是，所述至少一个电容传感器的所述金属板(5)被用作天线，用于接收来自该玩具附近的活物(4)的所述部分的射频发射。

Description

对人的接触敏感的玩具
本发明涉及一种玩具，该玩具包括用于探测活物(living being)的一部分的接近——特别是为了触发某种效应(effect)，比如，声效应、光效应或甚至是由所述玩具执行的运动——的装置。更具体而言，本发明涉及一种洋娃娃，该洋娃娃包括与其他探测系统相结合的、通过电容效应进行探测的装置。有关的领域为玩具领域和此种玩具中的电子设备的领域。
在诸如洋娃娃之类的玩具中使用电容效应探测器来启动效应是已知的。公开号为NO.US2004/0043696的美国专利申请公开了一种玩具，该玩具包括具有导电接收器板的电容效应非接触探测系统、效应激发电路以及将这两元件相互连接的装置。该接收器板可以被隐藏在玩具里，以便避免任何探测系统在玩具外部是可见或明显的。当对象接近其中一个接收器板时，在该板处测量到的电容被改变。因此，通过测量RC电路的时间常数，对RC电路放电时，有可能探测到所述时间常数的变化，时间常数等于乘积R*C，其中C是板的电容，R是电路中的阻抗。如此RC电路放电时间被测量，接着为了确定电容是否已变化，将RC电路放电时间和参考值作比较。放电时间的这种变化意味着有对象位于洋娃娃或玩具附近。
然而，如果金属板被引向玩具，那么玩具探测到板的存在，并因此触发其效应。因而，即使没有活物的任何部分位于传感器附近，玩具看来似乎也响应。此类干扰可由附近任何大重量或大面积的金属物体以此种方式引发。
本发明的目的是消除上面提到的不足。本发明因此提出避免那种干扰的探测系统。它所基于的事实是活物的身体发射无线电波。更确切地说，电力分配网络(electrical power distribution network)发射具有和它分配的电力相同波形的无线电波。这些波被附近的活物接收并被再发射。
本发明因此提供一种玩具，该玩具包括至少一个电容传感器、至少一个效应生成器，该电容传感器包括构成电容器的两个板中的一个的金属板，第二板由玩具附近的活物的一部分构成；以及
控制电路，该控制电路包括响应所述电容传感器的激励而使效应发生的装置；
该玩具的特征是，所述至少一个电容传感器的所述金属板被用作天线，用于接收来自该玩具附近的活物的所述部分的射频发射。
有利地，射频发射是以电力分配网络的频率。
在优选实施方案中，本发明的玩具有利地包括：
用于对所述至少一个电容传感器的电容器充电和放电的装置；
用于测量所述至少一个电容传感器的放电时间的计数器；
用于在所述电容器被充电时启动该计数器的装置以及用于在所述电容器被放电时使该计数器停止的装置；
连接至计数器并具有用于存储由计数器发出的多个放电时间的装置的控制电路，所述多个放电时间构成一个集(collection)，该控制电路包括用于分析多个放电时间的集的装置以及用于探测集的平均值相对于前一个集的平均值的变化的装置，该控制电路还包括用于将单个集里的放电时间的值的变化和频率基本等于电力分配网络的频率的正弦信号作比较的装置；
位于地和所述至少一个电容传感器的电容器的第一板的底部(base)之间的电阻器，这样电阻器和所述电容器组成RC电路；以及
产生电磁场的可变频率射频发生器、包括无源谐振电路的至少一个附加物(accessory)，该无源谐振电路由一电感与一电容器串联组成，并对确定频率的电磁场响应；以及用于确定至少一个附加物的存在并用于以一种使效应生成器产生效应的方式激励效应生成器的装置。
在优选实施方案中，本发明提供一种具有多个电容传感器的洋娃娃，该多个电容传感器位于洋娃娃上的不同位置。
在另一方面，本发明提供用于玩具的、探测人的存在的方法，该玩具包括一个电容传感器，该电容传感器包括构成电容器的两个板中的一个的金属板，所述电容器的第二板由玩具附近的活物的一部分构成，所述方法包括至少以下步骤：
产生一个包括所述电容器的放电时间的多个值的集；
将集的平均值和参考放电时间值作比较；
将集的平均值和前一个集的平均值作比较；以及
将集里电容器的放电时间值之间的任何变化和频率基本等于电力分配网络的频率的正弦信号作比较。
有利地，本发明的该第二个方面包括以下特征：
当放电时间值的变化基本上呈现出所述正弦信号的形式时，推出活物的一部分存在；
如果当前集的平均值基本上等于前一个集的平均值，并且如果之前推出活物的一部分存在，推出活物的一部分存在；
当当前集的平均值基本上等于参考值时，推出没有活物的任何部分存在；
参考值是外部条件的函数；以及
集包括十个放电时间值。
本发明的其他特征和优点通过参照附图给出的、对非限制性实施方案的以下描述显现，其中：
图1是示出根据本发明的洋娃娃的示意图；
图2是与图1洋娃娃中的电容传感器板相关的电子电路的示意图；
图3是由图2电路实现的本发明的探测方法的流程图；以及
图4是绘出接触期间集里放电时间的变化的曲线图。
图1示出了本发明的优选实施方案。它示出了具有多个传感器的洋娃娃1，这些传感器位于洋娃娃1身体的不同位置。这些传感器可以是多种类型的。这样，根据本发明的电容传感器2位于洋娃娃1的脚上、一个手腕上、以及一个脸颊上，而电感传感器3位于洋娃娃1的嘴唇上、胸上、以及另一个手腕上。其中电感传感器3用于探测未示出的附加物，电容传感器2用于探测传感器附近的活物的一部分的存在。其他传感器，比如重力或无线电传感器(未示出)，也可以被安装在洋娃娃1上。
每个电容传感器2能引发不同的动作，取决于其在洋娃娃1身体中的位置。通过该系统，由于金属物体的存在而导致的误动作被避免了。
图2示出了电容传感器2的操作。电容传感器2由探测板5和连接在探测板5和地之间的电阻器6组成。在人4的一部分接近时，由探测板5和人4的一部分组成的电容器50改变，以致由电阻器6和电容器50组成的RC电路的放电时间被改变。放大器7起对电容器50再充电的作用，以便计数器8测量RC电路的放电时间。计数器8通过开始计数信号81和放大器7协作。这样，当电容器50被放大器7充好电时，开始计数信号81通知计数器8应该开始计数了。类似地，停止计数信号82用来使计数器8停止并通知中央处理器(CPU)9可以在数据总线84上读取由计数器8传送的数据。通过公共时钟信号83，计数器8和CPU9被同步。
因此，为了开始对由探测板5和活物4的一部分组成的电容器50充电，CPU9通过将信号81置于1状态来指示放大器7开始充电。接着放大器7将电能传送给探测板5直到它被充好电。当由探测板5和活物4的一部分组成的电容器50已经完成充电时，信号81变为0，从而使放大器7停止并启动计数器8。一旦由探测板5和活物4的一部分组成的电容器50放完电，施密特比较器(Schmidt comparator)10将停止计数信号82置于0，从而使计数器8停止并通知CPU9应该存储出现在总线84上的放电时间值。
通过将上述操作重复一定数量的次数，由CPU9存储在存储器(图中未示出)里的放电时间值的集被建立，并且基于该集，下面要描述的分析使确定是否确实有活物位于洋娃娃1附近成为可能。该系统显示了简单并易于实现的优点。而且它能和CPU9以这样一种方式协作，即以便实现图3的流程图所示的方法。
此外，探测板5相当于天线，用于接收由活物的接近部分发射的无线电波。这具有这样的效应：使电容器50放电所需的时间随着时间变化，该变化呈现与电力分配网络具有相同频率的正弦信号的形式。
在图3中，流程图示出了根据本发明的探测方法是如何运行的。该方法以两个不同阶段P1和P2进行，P1是采样阶段，在此阶段，使用图2所示的电路建立电容器50的放电时间值的集，P2阶段是分析阶段，在此阶段分析P1阶段所收集的数据。
P1阶段以对系统进行初始化(S100)开始。在该步骤(S100)中，N的值被初始化为10。该值确定用于构成单个集的放电时间的数量。
如上面在描述图2时所说明的，电容器50在下一个步骤(S110)中被充电。电容器50被充电后，计数器8在下一个步骤(S120)中被启动，此时电容器50放电。探测器10在下一个步骤(S130)中起探测电容器放电的结束的作用。
一旦电容器50被完全放电，停止计数信号被启动，并且在下一个步骤(S140)中CPU存储计数器8提供的值。测试起确定N值的作用(S150)。如果N值不是0，那么在步骤(S151)中将N减1，并开始另一个充电循环：该方法返回到步骤(S110)。当在测试步骤(S150)中N值是0时，则P1阶段终止，并且一个有10个值的集在CPU9的存储器里建立。
P2阶段起分析P1阶段所收集的数据的作用。首先，将集的平均值和一参考值作比较。如果平均值基本上等于参考值，那么可以推出探测器5附近不存在活物的任何部分(S161)。反之，如果集的平均值与参考值并不基本相等，那么将集的上述当前平均值和前一个集的平均值作比较(S162)。如果这两个平均值基本是相等的，而且如果在前一次循环中推出了活物的一部分位于本发明的探测器附近，那么又可以推出所述部分继续位于探测器附近。反之，如果上述集平均值不是相等的，或者如果之前没有判定活物的一部分位于探测器附近，那么该过程继续到下个步骤(S163)。
在步骤S163中，将放电时间的值围绕集的平均值的变化和频率基本等于电力分配网络的频率的正弦信号作比较。图4是示出单个集里的放电时间T1-T10的曲线图。这些放电时间T1-T10围绕一个集平均值Tmean变化。在步骤S163中，CPU9在放电时间值T1-T10的变化里寻找频率基本等于电力分配网络的频率的正弦波形。如果，情况如同图4，在放电时间值T1-T10上叠放这样一个正弦信号是可能的，则推出活物的一部分存在于探测器附近。否则，推出有来自金属物体的干扰(S166)。然后该方法以一个结论步骤(S170)终止，如果推出活物的一部分存在于探测器附近，该结论步骤使效应被激发。
在一个实施方案中，步骤(S161)的参考值作为外部条件的函数被再调整，该外部条件比如温度、气压或者甚至是周围空气的湿度。

Claims (17)

1、一种玩具，该玩具包括至少一个电容传感器(2)、至少一个效应生成器，该电容传感器(2)包括构成电容器(50)的两个板中的一个的金属板(5)，第二板由该玩具附近的活物(4)的一部分构成；以及
控制电路，该控制电路包括响应所述电容传感器(2)的激励而使效应发生的装置；
该玩具的特征是，所述至少一个电容传感器(2)的所述金属板(5)被用作天线，用于接收来自该玩具附近的活物(4)的所述部分的射频发射。
2、如权利要求1所述的玩具，其中射频发射是以电力分配网络的频率。
3、如权利要求1或权利要求2所述的玩具，其特征在于，包括用于对所述至少一个电容传感器(2)的电容器(50)充电和放电的装置。
4、如权利要求3所述的玩具，其特征在于，包括用于测量所述至少一个电容传感器(2)的放电时间的计数器(8)。
5、如权利要求4所述的玩具，其特征在于，包括用于在电容器(50)被充电时启动该计数器(8)的装置(81)以及用于在电容器(50)被放电时使该计数器(8)停止的装置(82)。
6、如权利要求5所述的玩具，其特征在于，包括连接至计数器(8)并具有用于存储由计数器(8)发出的多个放电时间的装置的控制电路(9)，所述多个放电时间构成一个集。
7、如权利要求6所述的玩具，其中，控制电路(9)包括用于分析多个放电时间的集的装置以及用于探测集的平均值相对于前一个集的平均值的变化的装置。
8、如权利要求6或权利要求7所述的玩具，其中控制电路(9)包括用于将单个集里的放电时间的值的变化和频率基本等于电力分配网络的频率的正弦信号作比较的装置。
9、如前述任何一项权利要求所述的玩具，其中一电阻器(6)位于地和所述至少一个电容传感器(2)的电容器(50)的第一板(5)的底部之间，从而电阻器(6)和电容器(50)组成RC电路。
10、如前述任何一项权利要求所述的玩具，其特征在于，包括产生电磁场的可变频率射频发生器，
包括无源谐振电路的至少一个附加物，该无源谐振电路由一电感与一电容器串联组成，并对确定频率的电磁场响应；以及
用于确定至少一个附加物的存在并用于以一种使效应生成器产生效应的方式激励效应生成器的装置(3)。
11、如前述任何一项权利要求所述的玩具，其特征是，它是一种具有多个电容传感器(2)的洋娃娃(1)，该多个电容传感器位于洋娃娃(1)的不同位置。
12、用于前述任何一项权利要求所述的玩具的、探测人的存在的方法，该玩具包括一个电容传感器(2)，该电容传感器(2)具有构成电容器(50)的两个板中的一个的金属板(5)，所述电容器的第二板由玩具附近的活物(4)的一部分构成，所述方法包括至少以下步骤：
产生一个包括电容器(50)的放电时间的多个值的集；
将集的平均值和参考放电时间值(50)作比较；
将集的平均值和前一个集的平均值作比较；以及
将集里电容器(50)的放电时间值之间的任何变化和频率基本等于电力分配网络的频率的正弦信号作比较。
13、如权利要求12所述的方法，其中，当放电时间值的变化基本上呈现出所述正弦信号的形式时，推出活物(4)的一部分存在。
14、如权利要求12或13所述的方法，其中，如果当前集的平均值基本上等于前一个集的平均值，并且如果之前推出活物(4)的一部分存在，推出活物(4)的一部分存在。
15、如权利要求12至14中任何一项权利要求所述的方法，其中当当前集的平均值基本上等于参考值时，推出没有活物(4)的任何部分存在。
16、如权利要求15所述的方法，其中参考值是外部条件的函数。
17、如权利要求12至16中任何一项权利要求所述的方法，其中，集包括十个放电时间值。
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