CN102430243B - 一种基于嵌入式无线传感技术的玩具及其数据处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种涉及电子技术领域的传感器技术，嵌入式数据处理及控制技术，尤指一种通过研究开发玩具的硬件及软件，进行益智教育的玩具，主要应用于儿童益智玩具系统的一种基于嵌入式无线传感技术的玩具及其数据处理方法。该装置硬件部分主要包括：主控机、从属机和一网络数据更新平台组合为一整体的拥有自组网能力的玩具，软件部分通过整体数据传输和系统计算，结果输出等模块，来完成数据处理；主要解决如何设计主控机、从属机和一网络数据更新平台以及数据传输方法等有关技术问题。本发明的积极效果是：该方案能在儿童玩游戏的过程中给予提示和帮助，以达到正确的益智效果，是一种有利于儿童想象力和创造力培养的儿童益智玩具。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域的传感器技术，无线射频技术，嵌入式数据处理及控制技术，尤指一种利用现代科技手段，通过研究开发儿童益智玩具的硬件及软件，达成进行益智教育的效果，主要应用于软件开发技术的儿童益智玩具系统及其玩具的数据处理方法。
背景技术
益智玩具作为儿童生活中很重要的一部分，与儿童的身心成长和发展是不可分割的。
目前，市场上儿童益智玩具品种有很多，但各有千秋，有些只能让儿童玩，并不能在儿童玩的过程中提示儿童此动作是否正确，或游戏结果是什么？其原因为儿童益智玩具在软件和硬件的结合上有一定的缺陷，不能进行数字化的分析、判断等。
另外，没有足够好的益智玩具软件开发的支持，缺乏具有有利于儿童想象力和创造力培养的更好的儿童益智玩具。
发明内容
为了克服上述不足之处，本发明的主要目的旨在提供一种通过研究开发儿童益智玩具硬件及软件，达成进行益智教育的效果，其中还应用传感器技术标记和识别周围ID显示数据；应用可交互式无线射频技术进行有条件的数据交互；应用嵌入式数据处理机控制技术进行数据处理和输出控制的一种基于嵌入式无线传感技术的玩具及其数据处理方法。
本发明的另一目的旨在提供一种儿童益智玩具方案，此方案由儿童益智玩具硬件，相应游戏软件，和一个网络数据更新平台构成，可以通过更新软件和信息,进行不同应用和实现可持续循环使用的儿童智能玩具,用户可以通过此平台更新儿童益智玩具的应用软件，已完成各种益智游戏的更新；此方案可以在儿童玩游戏的过程中给予提示和帮助，以达到正确的益智效果。
本发明要解决的技术问题是：硬件部分主要解决如何设计主控机、从属机和一网络数据更新平台，以及各模块如何组合为一整体的拥有自组网能力的嵌入式数据处理技术玩具问题；软件部分主要解决如何实现整体数据传输、系统数据下载、更新和系统计算，结果输出等各模块的工作方法，以及如何通过更新软件和信息,进行不同应用实现的一款可持续循环使用等有关技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该玩具有天线、接口、电源、存储器、扩音器、开关芯片、磁感应开关芯片、串口闪存芯片、射频及控制芯片、电平转换芯片、稳压芯片、传感器、计算机硬件与软件等部件，还包括：主控机、从属机和一网络数据更新平台，从属机主要由传感器、磁传感器、天线、无线射频及控制模组、数据存储模组、音频输出模组、视屏输出模组和电源模组组成，主控机控制器的输出端与主控机天线的相应输入端口相互电连接，主控机天线的输出端与从属机天线的相应输入端口相互电连接，从属机天线的输出端与从属机存储器的相应输入端口相互电连接，从属机存储器的输出端与从属机处理器的相应输入端口相互电连接，从属机处理器的输出端与从属机输出设备的相应输入端口相互电连接，主控机和从属机组合为一整体的拥有自组网能力的嵌入式无线传感技术的玩具，该玩具至少包括：
一主控机控制器由无线射频、控制模组及周围电路、USB-UART转换芯片及周围电路、射频天线、带供电功能的USB接口组成，主控机控制器分为两路输入：
第一路接口J与USB-UART转换芯片的输入输出端相互电连接，USB-UART转换芯片与接口H的输入输出端相互双向电连接，接口H与主控机控制器的输入输出端相互双向电连接；第二路主控机天线与接口I的输入输出端相互双向电连接，接口I与主控机控制器的输入输出端相互双向电连接；
一从属机处理器由无线射频及控制模组及周围电路、射频天线、重力传感器、磁传感器、数据存储模组、音频输出模组、视屏输出模组、内部电源组成，上述各模块通过无线方式进行数据传输的嵌入式数据处理及输出装置，从属机处理器分为四路输入：
第一路从属机磁传感器的输出端与接口A的相应输入端口相互电连接，接口A的输出端与从属机处理器的相应输入端口相互电连接；第二路重力传感器的输出端与接口B的相应输入端口相互电连接，接口B的输出端与从属机处理器的相应输入端口相互电连接；第三路从属机存储器与接口C的输入输出端相互双向电连接，接口C与从属机处理器的输入输出端相互双向电连接；第四路从属机天线与接口D的输入输出端相互双向电连接，接口D与从属机处理器的输入输出端相互双向电连接；
从属机处理器分为四路输出：
第一路从属机处理器的输出端与接口E的相应输入端口相互电连接，接口E的输出端与音频处理器的相应输入端口相互电连接，音频处理器的输出端与从属机扩音器的相应输入端口相互电连接；第二路从属机处理器的输出端与接口F的相应输入端口相互电连接，接口F的输出端与电平转换B的相应输入端口相互电连接，电平转换B的输出端与从属机显示屏的相应输入端口相互电连接；第三路电源的输出端与电源监控的相应输入端口相互电连接，电源监控的输出端与电平转换A的相应输入端口相互电连接，电平转换A的输出端与从属机处理器的相应输入端口相互电连接；第四路接口G与电源监控的输入输出端相互双向电连接，接口G的输出端与从属机处理器的相应输入端口相互电连接；
一网络数据更新平台由计算机硬件与软件、游戏数据包、主控机控制器和从属机处理器组成，主控机控制器通过USB接口与计算机硬件连接、并得游戏数据和指令，主控机控制器通过无线数据传输方式把游戏数据和指令分别发送给相对应的从属机处理器。
进一步的，所述的一种基于嵌入式无线传感技术的玩具的主控机控制器设有内嵌32位ARM7处理器,设有低功耗2.4GHz无线电收发器的ZigBee芯片，32位ARM7处理器运用存储的软件进行数据分析和计算，发出控制指令，并通过处理器中的2.4GHz无线电收发器与周围节点进行单点对单点的无线路由传输、单点对多点的无线星状网传输、多点对多点的无线网状网数据传输和共享。
进一步的，所述的一种基于嵌入式无线传感技术的玩具的从属机处理器设有内嵌32位ARM7处理器,设有低功耗2.4GHz无线电收发器的ZigBee芯片，32位ARM7处理器运用存储的软件进行数据分析和计算，根据计算结果发出控制指令，控制音频及视频输出设备，并通过处理器中的2.4GHz无线电收发器与周围节点进行单点对单点的无线路由传输、单点对多点的无线星状网传输、多点对多点的无线网状网数据传输和共享。
进一步的，所述的一种基于嵌入式无线传感技术的玩具的从属机处理器的每一个从属机都有一个固定ID，从属机周围设有ID识别；每一个从属机上下左右四个方向各设置一个磁传感器，每个磁传感器感应到另一个从属机的相应磁传感器，并把采集到的数据保存在从属机存储器中，等待数据判断处理。
进一步的，所述的一种基于嵌入式无线传感技术的玩具的稳压芯片U4的电路分别与周围电路相互电连接，第一路引脚1经由电阻R8后接地；第二路引脚2分别有两路连接，一路经由电阻R9后接地，另一路与电阻R10的一端与电阻R12、R13的一端相互电连接；第三路引脚3经由电容C14和电阻R10，以及经由电阻R12与电容C15、R13分压后与电源VCC相互电连接；第四路引脚4接地；第五路引脚5经由电阻R14后与电源VCC相互电连接；第六路引脚6分别有两路连接，一路与电容C16的一端相互电连接，另一路经由肖特基二极管与电源VCC和场效应晶体管Q1的一端相互电连接；第七路引脚7与场效应晶体管Q2的一端相互电连接；第八路引脚8分别有两路连接，一路与电容C16的另一端相互电连接，另一路与场效应晶体管Q2的另一端相互电连接；第九路引脚9与场效应晶体管Q4的一端相互电连接；第十路引脚10接地；第十一路引脚11与场效应晶体管Q3的一端相互电连接；第十二路引脚12分别有两路连接，一路经由电容C11和肖特基二极管与电源VCC和场效应晶体管Q1的一端相互电连接，另一路与场效应晶体管Q3的另一端相互电连接；第十三路引脚13与场效应晶体管Q1的再一端相互电连接；第十四路引脚14与电容C11的另一端相互电连接；第十五路引脚15经由电容C7后接地；第十六路引脚16分别有两路连接，一路经由电容C8后接地，另一路与电源VCC和场效应晶体管Q1的一端相互电连接；
场效应晶体管Q1、Q2和Q3之间设有电感L3。
一种基于嵌入式无线传感技术玩具的数据处理方法，该方法通过主控机、从属机和一网络数据更新平台，通过此平台更新儿童玩具的应用软件，来完成各种游戏的更新；通过整体数据传输、系统数据下载、更新和系统计算，结果输出的各模块，来完成各种数据处理；应用传感器技术标记和识别周围ID显示数据，应用可交互式无线射频技术进行有条件的数据交互，应用嵌入式数据处理机控制技术进行数据处理和输出控制，实现儿童教育的效果，此方案可以在儿童玩游戏的过程中给予提示和帮助，以达到正确的效果，该数据处理方法的具体工作步骤是：
步骤1.网站下载：软件/数据包
客户通过在数据更新平台下载一款游戏的相关数据包P到本地计算机；
步骤2.计算机存储器
执行完网站下载：软件/数据包模块后，则进入计算机存储器模块的输入端，得到软件/数据包；
步骤3.计算机处理器：运行软件/数据包
执行完计算机存储器模块后，则进入计算机处理器：运行软件/数据包模块的输入端，计算机运行数据包P，得到游戏指令数据A、标准数据B、输出数据C；
步骤4.计算机数据接口
执行完计算机处理器：运行软件/数据包模块后，则进入计算机数据接口模块的输入端，得到应用数据；
步骤5.主控机数据接口
执行完计算机数据接口模块后，则进入主控机数据接口模块的输入端，得到应用数据，主控机通过USB接口与计算机连接，并得游戏相关数据为指令数据A、标准数据B和输出数据C；
步骤6.主控机控制器
执行完主控机数据接口模块后，则进入主控机控制器模块的输入端，得到应用数据；
步骤7.主控机天线
执行完主控机控制器模块后，则进入主控机天线模块的输入端，得到应用数据，主控机通过2.4GHz无线数据传输方式把游戏相关数据：指令数据A、标准数据B和输出数据C，分别发送给相对应的从属机；
步骤8.从属机天线
执行完主控机天线模块后，则进入从属机天线模块的输入端，得到应用数据；
步骤9.从属机存贮器
执行完从属机天线模块后，则进入从属机存储器模块的输入端，得到应用数据；
步骤10.从属机处理器
执行完从属机存储器模块后，分别有两路连接，一路则进入从属机处理器模块的输入端，得到数据，另一路经由从属机处理模块后，则进入从属机输出设备模块的输入端，每一个从属机有一个固定ID；
步骤11.从属机存储器
执行完从属机处理器模块后，再进入从属机存储器模块的输入端，得到数据；
步骤12.从属机输出设备
执行完从属机存储器模块后，则进入从属机输出设备模块的输入端，通过显示器/扩音器得到数据；
步骤13.从属机传感器
从属机通过磁传感器得到感应数据D；
步骤14.从属机存储器
执行完从属机传感器模块后，则进入从属机存储器模块的输入端，得到感应数据；
步骤15.从属机处理器
执行完从属机存储器模块后，则进入从属机处理器模块的输入端，从属机通过调用、对比标准数据B和传感器所得数据D；
步骤16.从属机输出设备
执行完从属机处理器模块后，则进入从属机输出设备模块的输入端，从属机显示屏/扩音器根据数据是否匹配，输出对比结果E/F。
进一步的，所述的一种基于嵌入式无线传感技术玩具的数据处理方法的系统计算，结果输出方法的具体工作步骤是：
步骤1.从属机传感器
从属机通过磁传感器得到感应数据D；
步骤2.从属机存储器
执行完从属机传感器模块后，则进入从属机存储器模块的输入端，得到感应数据；
步骤3.从属机处理器
执行完从属机存储器模块后，则进入从属机处理器模块的输入端，从属机通过调用、对比标准数据B和传感器所得数据D，并根据数据是否匹配，输出对比结果E或F；
步骤4.从属机输出设备
执行完从属机处理器模块后，则进入从属机输出设备模块的输入端，通过显示器/扩音器得到数据输出对比结果；
步骤5.从属机天线
执行完主控机天线模块后，则进入从属机天线模块的输入端，得到应用数据；
步骤6.从属机存储器
执行完从属机天线模块后，则进入从属机存储器模块的输入端，得到应用数据；
步骤7.从属机处理器
执行完从属机存储器模块后，分别有两路连接，一路则进入从属机处理器模块的输入端，得到数据，另一路经由从属机处理器模块后，则进入从属机输出设备模块的输入端，每一个从属机有一个固定ID，对比应用数据和感应数据。
本发明的有益效果是：该发明提供一种儿童益智玩具方案，用户可以通过更新软件和信息,进行不同应用和实现可持续循环使用的儿童智能玩具；用户还可以通过此平台更新儿童益智玩具的应用软件，已完成各种益智游戏的更新；此方案可以在儿童玩游戏的过程中给予提示和帮助，以达到正确的益智效果，是一种有利于儿童想象力和创造力培养的儿童益智玩具。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图1为本发明整体数据传输方案框图；
附图2为本发明系统数据下载、更新模块结构方框图；
附图3为本发明系统计算，结果输出模块结构示意图；
附图4为本发明主控机构成模块结构示意图；
附图5为本发明从属机构成模块结构示意图；
附图6为本发明从属机周围ID识别模块结构示意图；
附图7为本发明稳压芯片U4的电路原理图；
附图8为本发明各磁感应开关芯片的电路原理图；
附图9为本发明串口闪存芯片U15的电路原理图；
附图10为本发明射频及控制芯片U6的电路原理图；
附图中标号说明：
11—网站下载：软件/数据包；
12—计算机存储器；
13—计算机处理器：运行软件/数据包；
14—计算机数据接口；
21—主控机数据接口；
22—主控机控制器；
23—主控机天线；
24—USB-UART转换芯片；
30—从属机处理器；
31—从属机输出设备；
32—从属机存储器；
33—从属机天线；
34—从属机显示屏；
35—磁传感器；
36—电平转换A；
37—电平转换B；
38—音频处理器；
39—电源监控；
40—重力传感器；
41—从属机扩音器；
具体实施方式
请参阅附图4、5、6、7所示，本发明玩具有天线、接口、电源、存储器、扩音器、开关芯片、磁感应开关芯片、串口闪存芯片、射频及控制芯片、电平转换芯片、稳压芯片、传感器、计算机硬件与软件等部件，还包括：主控机、从属机和一网络数据更新平台，其设备主要由重力传感器、磁传感器、天线、无线射频及控制模组、数据存储模组、音频输出模组、视屏输出模组和电源模组组成，上述各模块通过相互电连接，或通过无线方式进行数据传输，组合为一整体的拥有自组网能力的嵌入式无线传感技术的玩具，该装置至少包括：
一主控机控制器22由无线射频、控制模组及周围电路、USB-UART转换芯片24及周围电路、射频天线、带供电功能的USB接口组成，主控机控制器22分为两路输入：
第一路接口J与USB-UART转换芯片24的输入输出端相互电连接，USB-UART转换芯片24与接口H的输入输出端相互双向电连接，接口H与主控机控制器22的输入输出端相互双向电连接；第二路主控机天线23与接口I的输入输出端相互双向电连接，接口I与主控机控制器22的输入输出端相互双向电连接；
一从属机处理器30由无线射频及控制模组及周围电路、射频天线、重力传感器、磁传感器、数据存储模组、音频输出模组、视屏输出模组、内部电源组成，上述各模块通过无线方式进行数据传输的嵌入式数据处理及输出装置，从属机处理器30分为四路输入：
第一路从属机磁传感器35的输出端与接口A的相应输入端口相互电连接，接口A的输出端与从属机处理器30的相应输入端口相互电连接；第二路重力传感器40的输出端与接口B的相应输入端口相互电连接，接口B的输出端与从属机处理器30的相应输入端口相互电连接；第三路从属机存储器32与接口C的输入输出端相互双向电连接，接口C与从属机处理器30的输入输出端相互双向电连接；第四路从属机天线33与接口D的输入输出端相互双向电连接，接口D与从属机处理器30的输入输出端相互双向电连接；
从属机处理器30分为四路输出：
第一路从属机处理器30的输出端与接口E的相应输入端口相互电连接，接口E的输出端与音频处理器38的相应输入端口相互电连接，音频处理器38的输出端与从属机扩音器41的相应输入端口相互电连接；第二路从属机处理器30的输出端与接口F的相应输入端口相互电连接，接口F的输出端与电平转换B 37的相应输入端口相互电连接，电平转换B 37的输出端与从属机显示屏34的相应输入端口相互电连接；第三路电源的输出端与电源监控39的相应输入端口相互电连接，电源监控39的输出端与电平转换A 36的相应输入端口相互电连接，电平转换A 36的输出端与从属机处理器30的相应输入端口相互电连接；第四路接口G与电源监控39的输入输出端相互双向电连接，接口G的输出端与从属机处理器30的相应输入端口相互电连接；
一网络数据更新平台由计算机硬件与软件、游戏数据包、主控机控制器22和从属机处理器30组成，主控机控制器22通过USB接口与计算机硬件连接、并得游戏数据和指令，主控机控制器22通过无线数据传输方式把游戏数据和指令分别发送给相对应的从属机处理器30。
请参阅附图4所示，进一步的，所述的一种基于嵌入式无线传感技术的玩具的主控机控制器22设有内嵌32位ARM7处理器,设有低功耗2.4GHz无线电收发器的ZigBee芯片，32位ARM7处理器运用存储的软件进行数据分析和计算，发出控制指令，并通过处理器中的2.4GHz无线电收发器与周围节点进行单点对单点的无线路由传输、单点对多点的无线星状网传输、多点对多点的无线网状网数据传输和共享。
请参阅附图5所示，进一步的，所述的一种基于嵌入式无线传感技术的玩具的从属机处理器30设有内嵌32位ARM7处理器,设有低功耗2.4GHz无线电收发器的ZigBee芯片，32位ARM7处理器运用存储的软件进行数据分析和计算，根据计算结果发出控制指令，控制音频及视频输出设备，并通过处理器中的2.4GHz无线电收发器与周围节点进行单点对单点的无线路由传输、单点对多点的无线星状网传输、多点对多点的无线网状网数据传输和共享。
请参阅附图5、6所示，进一步的，所述的一种基于嵌入式无线传感技术的玩具的从属机处理器30的每一个从属机都有一个固定ID，从属机周围设有ID识别；每一个从属机上下左右四个方向各设置一个磁传感器，每个磁传感器感应到另一个从属机的相应磁传感器，并把采集到的数据保存在从属机存储器32中，等待数据判断处理。
请参阅附图7所示，进一步的，所述的一种基于嵌入式无线传感技术的玩具的稳压芯片U4的电路分别与周围电路相互电连接，第一路引脚1经由电阻R8后接地；第二路引脚2分别有两路连接，一路经由电阻R9后接地，另一路与电阻R10的一端与电阻R12、R13的一端相互电连接；第三路引脚3经由电容C14和电阻R10，以及经由电阻R12与电容C15、R13分压后与电源VCC相互电连接；第四路引脚4接地；第五路引脚5经由电阻R14后与电源VCC相互电连接；第六路引脚6分别有两路连接，一路与电容C16的一端相互电连接，另一路经由肖特基二极管与电源VCC和场效应晶体管Q1的一端相互电连接；第七路引脚7与场效应晶体管Q2的一端相互电连接；第八路引脚8分别有两路连接，一路与电容C16的另一端相互电连接，另一路与场效应晶体管Q2的另一端相互电连接；第九路引脚9与场效应晶体管Q4的一端相互电连接；第十路引脚10接地；第十一路引脚11与场效应晶体管Q3的一端相互电连接；第十二路引脚12分别有两路连接，一路经由电容C11和肖特基二极管与电源VCC和场效应晶体管Q1的一端相互电连接，另一路与场效应晶体管Q3的另一端相互电连接；第十三路引脚13与场效应晶体管Q1的再一端相互电连接；第十四路引脚14与电容C11的另一端相互电连接；第十五路引脚15经由电容C7后接地；第十六路引脚16分别有两路连接，一路经由电容C8后接地，另一路与电源VCC和场效应晶体管Q1的一端相互电连接；
场效应晶体管Q1、Q2和Q3之间设有电感L；
稳压芯片U4的引脚41:输入VCC_BP
稳压芯片U4的引脚42：输出VCC 3.3V,分别连接串口闪存芯片U15的引脚50：VCC 3.3V，连接磁感应开关芯片U16的引脚95：VCC 3.3V，连接磁感应开关芯片U17的引脚94：VCC 3.3V，连接磁感应开关芯片U18的引脚93：VCC 3.3V，连接磁感应开关芯片U19的引脚92：VCC 3.3V，连接射频及控制芯片U6的引脚72:VBATT。
请参阅附图1、2所示，一种基于嵌入式无线传感技术玩具的数据处理方法，该方法通过主控机、从属机和一网络数据更新平台，通过此平台更新儿童玩具的应用软件，来完成各种游戏的更新；通过整体数据传输、系统数据下载、更新和系统计算，结果输出的各模块，来完成各种数据处理；应用传感器技术标记和识别周围ID显示数据，应用可交互式无线射频技术进行有条件的数据交互，应用嵌入式数据处理机控制技术进行数据处理和输出控制，实现儿童教育的效果，此方案可以在儿童玩游戏的过程中给予提示和帮助，以达到正确的效果，该数据处理方法的具体工作步骤是：
步骤1.网站下载：软件/数据包11
客户通过在数据更新平台下载一款游戏的相关数据包P到本地计算机；
步骤2.计算机存储器12
执行完网站下载：软件/数据包11模块后，则进入计算机存贮器12模块的输入端，得到软件/数据包；
步骤3.计算机处理器：运行软件/数据包13
执行完从属机存储器12模块后，则进入计算机处理器：运行软件/数据包13模块的输入端，计算机运行数据包P，得到游戏指令数据A、标准数据B、输出数据C；
步骤4.计算机数据接口14
执行完计算机处理器：运行软件/数据包13模块后，则进入计算机数据接口14模块的输入端，得到应用数据；
步骤5.主控机数据接口21
执行完计算机数据接口14模块后，则进入主控机数据接口21模块的输入端，得到应用数据，主控机通过USB接口与计算机连接，并得游戏相关数据为指令数据A、标准数据B和输出数据C；
步骤6.主控机控制器22
执行完主控机数据接口21模块后，则进入主控机控制器22模块的输入端，得到应用数据；
步骤7.主控机天线23
执行完主控机控制器22模块后，则进入主控机天线23模块的输入端，得到应用数据，主控机通过2.4GHz无线数据传输方式把游戏相关数据：指令数据A、标准数据B和输出数据C，分别发送给相对应的从属机；
步骤8.从属机天线33
执行完主控机天线23模块后，则进入从属机天线33模块的输入端，得到应用数据；
步骤9.从属机存储器32
执行完从属机天线33模块后，则进入从属机存储器32模块的输入端，得到应用数据；
步骤10.从属机处理器30
执行完从属机存储器32模块后，分别有两路连接，一路则进入从属机处理器30模块的输入端，得到数据，另一路经由从属机处理器30模块后，则进入从属机输出设备31模块的输入端，每一个从属机有一个固定ID；
步骤11.从属机存储器32
执行完从属机处理器30模块后，再进入从属机存储器32模块的输入端，得到数据；
步骤12.从属机输出设备31
执行完从属机存储器32模块后，则进入从属机输出设备31模块的输入端，通过显示器/扩音器得到数据；
步骤13.从属机传感器35
从属机通过磁传感器得到感应数据D；
步骤14.从属机存储器32
执行完从属机传感器35模块后，则进入从属机存储器32模块的输入端，得到感应数据；
步骤15.从属机处理器30
执行完从属机存储器32模块后，则进入从属机处理器30模块的输入端，从属机通过调用、对比标准数据B和传感器所得数据D；
步骤16.从属机输出设备31
执行完从属机处理器30模块后，则进入从属机输出设备31模块的输入端，从属机显示屏/扩音器根据数据是否匹配，输出对比结果E/F。
请参阅附图3所示，进一步的，所述的一种基于嵌入式无线传感技术玩具的数据处理方法的系统计算，结果输出方法的具体工作步骤是：
步骤1.从属机传感器35
从属机通过磁传感器得到感应数据D；
步骤2.从属机存储器32
执行完从属机传感器35模块后，则进入从属机存储器32模块的输入端，得到感应数据；
步骤3.从属机处理器30
执行完从属机存储器32模块后，则进入从属机处理器30模块的输入端，从属机通过调用、对比标准数据B和传感器所得数据D，并根据数据是否匹配，输出对比结果E或F；
步骤4.从属机输出设备31
执行完从属机处理器30模块后，则进入从属机输出设备31模块的输入端，通过显示器/扩音器得到数据输出对比结果；
步骤5.从属机天线33
执行完主控机天线23模块后，则进入从属机天线33模块的输入端，得到应用数据；
步骤6.从属机存储器32
执行完从属机天线33模块后，则进入从属机存储器32模块的输入端，得到应用数据；
步骤7.从属机处理器30
执行完从属机存储器32模块后，分别有两路连接，一路则进入从属机处理器30模块的输入端，得到数据，另一路经由从属机处理器30模块后，则进入从属机输出设备31模块的输入端，每一个从属机有一个固定ID，对比应用数据和感应数据。
请参阅附图8所示，所述的一种基于嵌入式无线传感技术的玩具的磁感应开关芯片U16，U17，U18及U19的引脚1分别有两路连接，一路与电源VCC相互电连接，另一路经由电容C47后接地，引脚2分别有两路连接，一路经由电阻R45与电源VCC相互电连接，另一路分别连接到射频及控制芯片U6的99,98，97及96的接口，把磁传感器得到的数据传输给射频及控制芯片U6进行处理。
磁感应开关芯片U16的引脚99:Q4GPIO29连接射频及控制芯片U6的引脚69:KBI_7，磁感应开关芯片U17的引脚98:Q3GPIO28连接射频及控制芯片U6的引脚68:KBI_6，磁感应开关芯片U18的引脚97:Q2GPIO27连接连接射频及控制芯片U6的引脚67:KBI_5，磁感应开关芯片U19的引脚96:Q1GPIO26连接射频及控制芯片U6的引脚68:KBI_4。
请参阅附图9所示，所述的一种基于嵌入式无线传感技术的玩具的串口闪存芯片U15，它通过串行外围设备接口SPI(SerialPeripheral Interface)接口分别与射频及控制芯片U6的SPI接口50、51、52、53、54和55的各端口相互对应电连接，进行数据传输工作。串口闪存芯片U15的引脚51:DI连接射频及控制芯片U6的引脚61:SPI_MOSI，串口闪存芯片U15的引脚52:CLK连接射频及控制芯片U6的引脚62:SPI_SCK，串口闪存芯片U15的引脚53:DO连接射频及控制芯片U6的引脚63:SPI_MISO，串口闪存芯片U15的引脚54:CS连接射频及控制芯片U6的引脚64:SPI_SS，串口闪存芯片U15的引脚55:NOR_HOLD连接射频及控制芯片U6的引脚65:KBI_1。
请参阅附图10所示，所述的一种基于嵌入式无线传感技术的玩具的射频及控制芯片U6把得到的数据处理后通过天线发送出去；射频及控制芯片U6的引脚73:RF_GND与地相互电连接，射频及控制芯片U6的引脚74:RF_RX_TX与天线相互电连接，射频及控制芯片U6的引脚71:MOD02与5V_PWR相互电连接。
本发明的结构特征：
一种基于嵌入式无线传感技术的玩具及其数据处理方法的益智玩具是由智方主控机和智方从属机组成，是可以通过更新软件和信息进行不同应用实现的一款可持续循环使用的儿童智能玩具。其设备为由传感器、天线、无线射频及控制模组、数据存储模组、音频输出模组、视屏输出模组、电源模组构成的拥有一定自组网能力的益智玩具。
1无线自组网传输方式进行数据传输的嵌入式智能玩具--智方的主控机
1.1构成：
智方主控机是由无线射频及控制模组(Free scaleMC13224芯片及周围电路)、USB转UART接口转换芯片FT232RQ及周围电路、Zigbee射频天线、带供电功能的USB接口构成；
1.2作用：
通过无线射频方式传输数据；
通过USB接口与计算机连接；
通过USB接口供电；
通过USB接口与计算机进行数据交互：把数据从计算机下载
到主控机本地；
通过Zigbee射频天线把中控机上的数据发送给从属机；
说明：
a)主控机处理器22为Free scale MC13224，它是一款内嵌了32位ARM7处理器,集成了完整的低功耗2.4GHz无线电收发器的ZigBee芯片；
b)主控机可通过处理器内嵌的32位ARM7处理器运用存储的软件进行数据分析和计算，并发出控制指令；主控机可通过处理器中的2.4GHz无线电收发器与周围节点进行单点对单点的无线路由传输、单点对多点的无线星状网传输、多点对多点的无线网状网数据传输和共享；
2无线自组网传输方式进行数据传输的嵌入式智能玩具--智方的从属机
2.1构成：
智方从属机是由无线射频及控制模组(Free scale MC13224芯片及周围电路)、Zigbee射频天线、重力传感器、磁传感器、数据存储模组、音频输出模组、视屏输出模组、内部电源构成的可通过无线方式进行数据传输的嵌入式数据处理及输出装置；
2.2作用：
可通过各传感器采集到各对应数据；
通过FLASH存储数据；
通过Zigbee射频天线接收主控机发送的数据及指令；
通过音频设备输出音频数据；
通过LCD显示视频数据；
2.3说明：
a)从属机处理器为Free scale MC13224，它是一款内嵌了32位ARM7处理器,集成了完整的低功耗2.4GHz无线电收发器的ZigBee芯片；
b)可通过从属机处理器内嵌的32位ARM7处理器运用存储的软件进行数据分析和计算，并根据计算结果发出控制指令，控制音频及视频输出设备；
c)从属机可通过处理器中的2.4GHz无线电收发器与周围节点进行单点对单点的无线路由传输、单点对多点的无线星状网传输、多点对多点的无线网状网数据传输和共享；
d)从属机可在FLASH存储器中存储各种数据以备调用；
e)每一个从属机都有一个固定ID；
f)磁传感器：每一个从属机上下左右四个方向各设置一个磁传感器；每个磁传感器可以感应到另一个从属机的相应磁传感器，并把采集到的数据D保存在从属机存储器中，等待数据判断处理；
g)重力传感器：通过重力传感器保证视频输出为一个方向；
3数据更新平台www.inteapps.com.cn
数据更新平台www.inteapps.com.cn是提供客户的数据下载更新平台；
本发明数据处理方法的工作原理：
1.1步骤
1)客户通过在数据更新平台www.inteapps.com.cn下载一款游戏的相关数据包P到本地计算机；
2)计算机运行数据包P，得到游戏指令数据A、标准数据B、输出数据C；
3)智方主控机通过USB与计算机连接、并得游戏相关数据(指令数据A、标准数据B、输出数据C)；
4)每一个智方从属机有一个固定ID；
5)主控机通过2.4GHz无线数据传输方式把游戏相关数据(指令数据A、标准数据B、输出数据C)分别发送给相对应的智方从属机；
6)智方从属机通过磁传感器得到数据D；
智方从属机通过调用、对比标准数据B和传感器所得数据D，并根据数据是否匹配，输出对比结果E或F；
1.2数据传输说明
每一个从属机有一个固定ID：a、b、c、d、e···n；
每一个从属机有4个磁传感器：1、2、3、4；
每一个从属机的每一个传感器会感应到相邻从属机及对应
传感器的ID和磁传感器的号码；如图6所示：
即针对a这个从属机实际所得的数据aD为：
a1：b3
a2：e4
a3：c1
a4：d2
a本身得到的标准数据为aB；
a从属机处理器对比数据aB和数据aD；
如果两个数据相同则输出对应数据aE；(YES)
如果两个数据不相同则输出对应数据aF；(ERROR)
每一个从属机分别都有对应的标准数据xB及实际所得
数据xD；每一个从属机处理器对比数据xB和xD，判断
是否相同，并输出对应结果数据xE或xF。
1.3设备容量说明
每一个主控机最多可以和254的从属机组成一个群体。
Claims (7)
1.一种基于嵌入式无线传感技术的玩具，该玩具有天线、接口、电源、存储器、扩音器、开关芯片、磁感应开关芯片、串口闪存芯片、射频及控制芯片、电平转换芯片、稳压芯片、传感器、计算机硬件与软件，其特征在于还包括：主控机、从属机和一网络数据更新平台，从属机主要由传感器、磁传感器、天线、无线射频及控制模组、数据存储模组、音频输出模组、视屏输出模组和电源模组组成，主控机控制器(22)的输出端与主控机天线(23)的相应输入端口相互电连接，主控机天线(23)的输出端与从属机天线(33)的相应输入端口相互电连接，从属机天线(33)的输出端与从属机存储器(32)的相应输入端口相互电连接，从属机存储器(32)的输出端与从属机处理器(30)的相应输入端口相互电连接，从属机处理器(30)的输出端与从属机输出设备(31)的相应输入端口相互电连接，主控机和从属机组合为一整体的拥有自组网能力的嵌入式无线传感技术的玩具，该玩具至少包括：
一主控机控制器(22)由无线射频、控制模组及周围电路、USB-UART转换芯片(24)及周围电路、射频天线、带供电功能的USB接口组成，主控机控制器(22)分为两路输入：
第一路接口J与USB-UART转换芯片(24)的输入输出端相互电连接，USB-UART转换芯片(24)与接口H的输入输出端相互双向电连接，接口H与主控机控制器(22)的输入输出端相互双向电连接；第二路主控机天线(23)与接口I的输入输出端相互双向电连接，接口I与主控机控制器(22)的输入输出端相互双向电连接；
一从属机处理器(30)由无线射频及控制模组及周围电路、射频天线、重力传感器、磁传感器、数据存储模组、音频输出模组、视屏输出模组、内部电源组成，从属机处理器(30)分为四路输入：
第一路从属机磁传感器(35)的输出端与接口A的相应输入端口相互电连接，接口A的输出端与从属机处理器(30)的相应输入端口相互电连接；第二路重力传感器(40)的输出端与接口B的相应输入端口相互电连接，接口B的输出端与从属机处理器(30)的相应输入端口相互电连接；第三路从属机存储器(32)与接口C的输入输出端相互双向电连接，接口C与从属机处理器(30)的输入输出端相互双向电连接；第四路从属机天线(33)与接口D的输入输出端相互双向电连接，接口D与从属机处理器(30)的输入输出端相互双向电连接；
从属机处理器(30)分为四路输出：
第一路从属机处理器(30)的输出端与接口E的相应输入端口相互电连接，接口E的输出端与音频处理器(38)的相应输入端口相互电连接，音频处理器(38)的输出端与从属机扩音器(41)的相应输入端口相互电连接；第二路从属机处理器(30)的输出端与接口F的相应输入端口相互电连接，接口F的输出端与电平转换B(37)的相应输入端口相互电连接，电平转换B(37)的输出端与从属机显示屏(34)的相应输入端口相互电连接；第三路电源的输出端与电源监控(39)的相应输入端口相互电连接，电源监控(39)的输出端与电平转换A(36)的相应输入端口相互电连接，电平转换A(36)的输出端与从属机处理器(30)的相应输入端口相互电连接；第四路接口G与电源监控(39)的输入输出端相互双向电连接，接口G的输出端与从属机处理器(30)的相应输入端口相互电连接；
一网络数据更新平台由计算机硬件与软件、游戏数据包、主控机控制器(22)和从属机处理器(30)组成，主控机控制器(22)通过USB接口与计算机硬件连接、并得游戏数据和指令，主控机控制器(22)通过无线数据传输方式把游戏数据和指令分别发送给相对应的从属机处理器(30)。
2.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式无线传感技术的玩具，其特征在于：所述的主控机控制器(22)设有内嵌32位ARM7处理器,设有低功耗2.4GHz无线电收发器的ZigBee芯片，32位ARM7处理器运用存储的软件进行数据分析和计算，发出控制指令，并通过处理器中的2.4GHz无线电收发器与周围节点进行单点对单点的无线路由传输、单点对多点的无线星状网传输、多点对多点的无线网状网数据传输和共享。
3.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式无线传感技术的玩具，其特征在于：所述的从属机处理器(30)设有内嵌32位ARM7处理器,设有低功耗2.4GHz无线电收发器的ZigBee芯片，32位ARM7处理器运用存储的软件进行数据分析和计算，根据计算结果发出控制指令，控制音频及视频输出设备，并通过处理器中的2.4GHz无线电收发器与周围节点进行单点对单点的无线路由传输、单点对多点的无线星状网传输、多点对多点的无线网状网数据传输和共享。
4.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式无线传感技术的玩具，其特征在于：所述的从属机处理器(30)的每一个从属机都有一个固定ID，从属机周围设有ID识别；每一个从属机上下左右四个方向各设置一个磁传感器，每个磁传感器感应到另一个从属机的相应磁传感器，并把采集到的数据保存在从属机存储器(32)中，等待数据判断处理。
5.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式无线传感技术的玩具，其特征在于：所述的稳压芯片U4的电路分别与周围电路相互电连接，第一路引脚1经由电阻R8后接地；第二路引脚2分别有两路连接，一路经由电阻R9后接地，另一路与电阻R10的一端与电阻R12、R13的一端相互电连接；第三路引脚3经由电容C14和电阻R10，以及经由电阻R12与电容C15、R13分压后与电源VCC相互电连接；第四路引脚4接地；第五路引脚5经由电阻R14后与电源VCC相互电连接；第六路引脚6分别有两路连接，一路与电容C16的一端相互电连接，另一路经由肖特基二极管与电源VCC和场效应晶体管Q1的一端相互电连接；第七路引脚7与场效应晶体管Q2的一端相互电连接；第八路引脚8分别有两路连接，一路与电容C16的另一端相互电连接，另一路与场效应晶体管Q2的另一端相互电连接；第九路引脚9与场效应晶体管Q4的一端相互电连接；第十路引脚10接地；第十一路引脚11与场效应晶体管Q3的一端相互电连接；第十二路引脚12分别有两路连接，一路经由电容C11和肖特基二极管与电源VCC和场效应晶体管Q1的一端相互电连接，另一路与场效应晶体管Q3的另一端相互电连接；第十三路引脚13与场效应晶体管Q1的再一端相互电连接；第十四路引脚14与电容C11的另一端相互电连接；第十五路引脚15经由电容C7后接地；第十六路引脚16分别有两路连接，一路经由电容C8后接地，另一路与电源VCC和场效应晶体管Q1的一端相互电连接；
场效应晶体管Q1、Q2和Q3之间设有电感L3。
6.一种基于嵌入式无线传感技术玩具的数据处理方法，其特征在于：该方法通过主控机、从属机和一网络数据更新平台，通过此平台更新儿童玩具的应用软件，来完成各种游戏的更新；通过整体数据传输、系统数据下载、更新和系统计算，结果输出的各模块，来完成各种数据处理；应用传感器技术标记和识别周围ID显示数据，应用可交互式无线射频技术进行有条件的数据交互，应用嵌入式数据处理机控制技术进行数据处理和输出控制，实现儿童教育的效果，此方案可以在儿童玩游戏的过程中给予提示和帮助，以达到正确的效果，该数据处理方法的具体工作步骤是：
步骤1.网站下载：软件/数据包(11)
客户通过在数据更新平台下载一款游戏的相关数据包P到本地计算机；
步骤2.计算机存储器(12)
执行完网站下载：软件/数据包(11)模块后，则进入从属机存储器(12)模块的输入端，得到软件/数据包；
步骤3.计算机处理器：运行软件/数据包(13)
执行完从属机存储器(12)模块后，则进入计算机处理器：运行软件/数据包(13)模块的输入端，计算机运行数据包P，得到游戏指令数据A、标准数据B、输出数据C；
步骤4.计算机数据接口(14)
执行完计算机处理器：运行软件/数据包(13)模块后，则进入计算机数据接口(14)模块的输入端，得到应用数据；
步骤5.主控机数据接口(21)
执行完计算机数据接口(14)模块后，则进入主控机数据接口(21)模块的输入端，得到应用数据，主控机通过USB接口与计算机连接，并得游戏相关数据为指令数据A、标准数据B和输出数据C；
步骤6.主控机控制器(22)
执行完主控机数据接口(21)模块后，则进入主控机控制器(22)模块的输入端，得到应用数据；
步骤7.主控机天线(23)
执行完主控机控制器(22)模块后，则进入主控机天线(23)模块的输入端，得到应用数据，主控机通过2.4GHz无线数据传输方式把游戏相关数据：指令数据A、标准数据B和输出数据C，分别发送给相对应的从属机；
步骤8.从属机天线(33)
执行完主控机天线(23)模块后，则进入从属机天线(33)模块的输入端，得到应用数据；
步骤9.从属机存储器(32)
执行完从属机天线(33)模块后，则进入从属机存储器(32)模块的输入端，得到应用数据；
步骤10.从属机处理器(30)
执行完从属机存储器(32)模块后，分别有两路连接，一路则进入从属机处理器(30)模块的输入端，得到数据，另一路经由从属机处理器(30)模块后，则进入从属机输出设备(31)模块的输入端，每一个从属机有一个固定ID；
步骤11.从属机存储器(32)
执行完从属机处理器(30)模块后，再进入从属机存储器(32)模块的输入端，得到数据；
步骤12.从属机输出设备(31)
执行完从属机存储器(32)模块后，则进入从属机输出设备(31)模块的输入端，通过显示器/扩音器得到数据；
步骤13.从属机传感器(35)
从属机通过磁传感器得到感应数据D；
步骤14.从属机存储器(32)
执行完从属机传感器(35)模块后，则进入从属机存储器(32)模块的输入端，得到感应数据；
步骤15.从属机处理器(30)
执行完从属机存储器(32)模块后，则进入从属机处理器(30)模块的输入端，从属机通过调用、对比标准数据B和传感器所得数据D；
步骤16.从属机输出设备(31)
执行完从属机处理器(30)模块后，则进入从属机输出设备(31)模块的输入端，从属机显示屏/扩音器根据数据是否匹配，输出对比结果E/F。
7.根据权利要求6所述的一种基于嵌入式无线传感技术玩具的数据处理方法，其特征在于：所述的系统计算，结果输出方法的具体工作步骤是：
步骤1.从属机传感器(35)
从属机通过磁传感器得到感应数据D；
步骤2.从属机存储器(32)
执行完从属机传感器(35)模块后，则进入从属机存储器(32)模块的输入端，得到感应数据；
步骤3.从属机处理器(30)
执行完从属机存储器(32)模块后，则进入从属机处理器(30)模块的输入端，从属机通过调用、对比标准数据B和传感器所得数据D，并根据数据是否匹配，输出对比结果E或F；
步骤4.从属机输出设备(31)
执行完从属机处理器(30)模块后，则进入从属机输出设备(31)模块的输入端，通过显示器/扩音器得到数据输出对比结果；
步骤5.从属机天线(33)
执行完主控机天线(23)模块后，则进入从属机天线(33)模块的输入端，得到应用数据；
步骤6.从属机存储器(32)
执行完从属机天线(33)模块后，则进入从属机存储器(32)模块的输入端，得到应用数据；
步骤7.从属机处理器(30)
执行完从属机存储器(32)模块后，分别有两路连接，一路则进入从属机处理器(30)模块的输入端，得到数据，另一路经由从属机处理器(30)模块后，则进入从属机输出设备(31)模块的输入端，每一个从属机有一个固定ID，对比应用数据和感应数据。
Priority Applications (1)
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| CN201110351437.6A CN102430243B (zh) | 2011-11-09 | 一种基于嵌入式无线传感技术的玩具及其数据处理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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