CN104954569B - 一种增强游戏软硬件交互功能的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增强游戏软硬件交互功能的装置，包括智能终端、标签元件和与所述智能终端连接的外设件，其中，所述外设件包括：读卡器模块，用于读取所述标签元件中预存的数据；音频通信模块，用于在智能终端和外设件之间传输音频模拟信号；中央处理模块，用于分别与所述读卡器模块和音频通信模块连接，控制所述读卡器模块和所述音频通信模块执行读取和/或写入操作，处理数据通信，执行解码和编码工作。本发明的有益效果为：能够兼容当前的智能操作系统，比如安卓、iOS等，能够直接与操作系统上运行的软件交互数据，为软件带来更多配件扩展功能；通过音频接口的硬件连接更牢固、更稳定；音频接口通用性更强，也便于用户连接操作。

Description

一种增强游戏软硬件交互功能的装置

技术领域

本发明涉及一种增强游戏软硬件交互功能的装置，适用于智能终端的游戏程序和外设件之间的交互。

背景技术

当前，智能硬件发展如火如荼，家庭物连网智能设备和器件也是日新月异。其中娱乐休闲的智能硬件更是智能设备领域中不可或缺的组成部分，而且具有巨大市场发展前景。

在游戏行业，逐渐出现软硬件交互的设备和解决方案。例如一款名称为Skylander的游戏，能够运行在游戏主机(比如微软公司的Xbox、索尼公司的PS3)或平板设备上。该游戏设有多种角色，用户可以选择不同角色进行冒险探索游戏，但用户不用通过鼠标、手柄进行角色切换，只需要利用一套游戏底座设备，把不同的游戏玩偶放置其上，游戏软件可根据底座设备上的玩偶自动切换相应的角色。传统的游戏智能设备软硬件交互的技术方案包括三大部分：1)游戏玩偶：内核RFID标签，标签内储存有相应的游戏相关信息，如角色身份、生命值等；2)连接底座：其主要包含读卡器的电路板，负责数据通信处理等；3)联接线路：通常采用蓝牙、USB等连接方式。这种方案仅适用于游戏主机平台，因为在智能移动终端上会凸显很多问题：1)游戏玩偶和连接底座的体积较大，不方便携带；2)蓝牙连接方式门槛较高，尤其对于儿童玩家，蓝牙的连接方式较为繁琐，容易误操作；3)USB连接方式不统一，有安卓系统支持的制式、有iOS系统支持的制式等，为了兼容各种USB连接方式，需要提供多种版本的连接处理，开发成本较高；4)游戏玩偶的互动功能较弱，只能对其读取数据。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，基于方便携带、易于操作的需求，提供一种游戏软硬件结合的装置，以增强智能设备尤其是游戏智能设备上的软硬件交互。

本发明采用的技术方案为一种增强游戏软硬件交互功能的装置，所述装置包括带有音频接口的智能终端、标签元件和与所述智能终端连接的外设件，其中，所述外设件包括：读卡器模块，用于读取所述标签元件中预存的数据；包含音频插头的音频通信模块，用于在智能终端和外设件之间传输音频模拟信号；中央处理模块，该中央处理模块分别与所述读卡器模块和音频通信模块连接，用于控制所述读卡器模块和所述音频通信模块执行读取和/或写入操作，处理外设件中的数据通信，执行音频模拟信号的解码和外设件输出数据的编码。

作为本发明装置的进一步改进：所述智能终端包括与所述音频接口连接的交互模块；所述交互模块被配置为与智能终端上运行的应用程序进行数据交互，继而在交互的数据和通过所述音频接口传输的音频模拟信号之间执行编码和解码工作。

优选地，所述交互模块包括线程管理器，该线程管理器被配置为执行以下步骤：创建音频交流线程，生成固定频率音频交流信号并发送到音频输出线路；创建音频监听线程，监听音频接口的传输信号，解码采集到的音频信号并输出数据到缓存去，然后通知应用程序接收解码数据；操作主线程循环等待数据缓存区中的数据存入事件。

作为本发明装置的进一步改进，所述中央处理模块包括数据传输模块，用于在中央处理模块中处理的数据和传输的音频模拟信号之间进行解码和编码。

优选地，所述数据传输模块包括：存储介质，用于储存数据；滤波电路，用于从输入的音频模拟信号中分离预设频率的交流信号与数据信号；包含编解码电路的读写模块，用于在编码解码过程中读取和写入数据；与读写模块连接的主控模块，用于处理音频模拟信号的解码和外设件输出数据的编码。

进一步，主控模块被配置为执行以下步骤：将读写模块传入的数据信息解码为标准数据并编码为编码信号，然后将该编码信号发送到音频通信模块的传输线路；从音频通信模块的传输线路接收音频信号并解码成标准数据，然后将该标准数据编码为数据信息并送入读写模块。

进一步，所述外设件还包括与所述读卡器模块连接的天线，用于感应所述标签元件以建立读卡器模块与标签元件之间的数据传输物理链路。

进一步，所述外设件还包括指示模块和电源模块，其中：所述指示模块用于指示音频通信模块的连接状态和读卡器模块的读写状态；所述电源模块用于从所述智能终端的音频接口获取电能，并为所述读卡器模块和所述中央处理模块供电。

作为本发明装置的进一步改进：所述标签元件包括射频识别元件和近场通讯识别元件，能够重复刷写和读取数据；所述读卡器模块包括射频识别读取器和近场通讯读取器。

优选地，所述外设件包括便携挂件。

本发明的有益效果为：根据本发明的技术方案兼容当前的智能操作系统(安卓、iOS等)，能够直接与操作系统上运行的软件交互数据，为软件带来更多配件扩展功能；通过音频接口的硬件连接更牢固、更稳定；音频接口相对于蓝牙、USB等连接方式，通用性更强，而且便于用户操作，简化连接过程；实现本发明的核心部件，即外设件可以作为移动设备的装饰品或挂件，具有携带方便的优点之余还增加用户接受度。

附图说明

图1所示为根据本发明的实施例的装置连接示意图；

图2所述为根据本发明的实施例的装置结构框图；

图3所示为根据本发明的实施例的软件交互示意图；

图4所示为根据本发明的实施例的数据传输和处理示意图；

图5所示为根据本发明的实施例的传输数据帧格式示意图。

具体实施方式

下面对应附图和实施例，并且基于游戏软件的应用场合来对本发明做进一步详细解释描述，但本发明的范围不限于这些例子，更不应将本发明的应用范围限制于游戏软件的实例。

参照图1，在根据本发明的一个实施例中，增强游戏软硬件交互功能的装置包括智能终端、外设件和标签元件。优选地，智能终端可以实施为智能手机、平板电脑、便携游戏机等设备；外设件可以实施例小型挂件，该小型挂件包含有RFID读卡器或NFC读卡器；标签元件可以实施为卡片的形式，其中包含有RFID或NFC标签。这个便携方便的挂件通过音频孔插入移动终端后，可以直接启动移动终端中的游戏程序。在游戏运行过程中玩家想更换如游戏中的美女角色时，只要把对应角色的玩偶或者卡片贴近耳机挂件，即可自动切换游戏中的游戏角色。因此，根据本发明的装置可以配合游戏软件为玩家带来新的游戏操控方式和体验。

图2所示为根据本发明的实施例的装置结构框图。外设件包括：音频通信模块、中央处理模块、读卡器模块、天线、电源模块和显示元件。在一个优选的实施例中，中央处理模块包括MCU(微处理单元)和数据传输模块，读卡器模块可以为RFID读卡器，标签元件可以是包含RFID标签的卡片。其中读卡器和标签之间采用ISO15693标准数据协议，通过感应天线建立数据传输物理链路。

图3所示为根据本发明的一个实施例的软件交互示意图。软件系统的方案如下：RFID标签和RFID读卡器之间的数据存储和通信软件(一般由原厂提供驱动)、MCU软件系统(处理和RFID芯片的数据通信和控制、音频数据的编解码等)、目标主机的音频数据驱动和编解码软件以及为不同游戏引擎提供的游戏智件SDK开发包。

根据本发明的一个重要的应用创新和组成部分在于，提供了基于耳机插孔的数据发送、接收、传输方法及系统。在发送侧：智能终端上的游戏应用程序将需要传送的游戏互动信息(如游戏玩偶ID、生命值、攻击力等)转换成音频格式的文件；将该音频格式的文件通过耳机插孔播放语音信息，其中所述语音信息包括该文件的原始格式。在接收侧：外设件从智能终端的耳机插孔处接收语音信息，调用录音器将语音信息录制成音频文件；将该音频文件转换成数据信息，将该信息根据定义的格式还原成游戏互动信息。该技术方案具有的优点和特点在于：可以基于耳机插孔传送数据、广泛适用平板和手机等；根据嵌入式开发的一般原理，设计了数据传输模块的结构，进而实现数据传输模块的硬件设计，并且在软件设计中实现了主控系统、各相关电路的控制程序；采用差分曼彻斯特码传输数据，能满足串行通信的同步要求，保障了数据传输的稳定性。

进一步，根据本发明实施例的另一个关键点在于数据传输模块的设计。下面通过更具体的实施例进行详细说明，其中移动终端实施为手机。

首先，手机系统与外界的连接线路，需要具有如下功能：

(1)寻址能力：对送来的片选信号进行识别。

(2)输入/输出功能：根据读/写信号决定当前进行的是输入操作还是输出操作。

(3)数据转换功能：并行数据与串行数据的转换或两种不同数据格式之间的转换。

(4)信号识别：识别就绪信号、忙信号等。

(5)中断管理：发出中断请求信号、接收中断响应信号、发送中断类型码的功能。

(6)复位：接收复位信号，从而使接口本身以及所连的外设进行重新启动。

(7)可编程：用软件来决定其工作方式，用软件来设置有关的控制信号。

(8)检测信息：一些接口还可根据具体情况设置其检测信息。

基于音频输入输出接口的数据传输方法可以弥补数据接口不一致的缺点，并扩充音频接口的应用。在实现传输音频模拟信号的系统上交换数字信号，设计难点是如何通过模拟信号进行数据通信，需要专门设计一种严格的通信机制或通信协议，保证基于手机音频输入输出接口的数据传输可靠。

如果把手机作为主导装置，由其产生位时钟信号、命令选择信号和数据，但在综合系统中，识别发送端比较困难。设计采用差分曼彻斯特编码的数据传输协议，开发了可下载手机软件，并为外设存储设备设计了实现编解码及传输协议的嵌入式系统。数据传输模块的结构和工作示意如图4所示。

在本实施例中，外设件通过音频输入输出接口与手机进行数据通信，数据信号在主控模块中进行编解码处理，再通过控制装置读取、写入外部介质，并存储数据。在数据传输的具体方式中，外设件通过插入手机外置话筒音频输入接口或音频线路输入接口的连接线发送数据信号给手机，外设件通过插入手机的外置耳机音频接口或音频线路输出接口的连接插线，接收手机发送出的数据信号。

如图4所示，外设件的外部数据传输器由滤波电路、主控模块、编解码电路、读写模块组成。滤波电路分离固定频率交流信号与数据信号。读写模块包含一个标准曼彻斯特编解码电路，读写解码电路采用BS730Q读写专用解码芯片，采用单轨道读写。实现的主控模块电路选用低功耗的MCU微控制器，内部有可编程工作寄存器，可以方便地与主机通信，但要有自己的数据协议。主控模块对双向信号进行编解码处理的过程如下：(1)主控电路模块将读写模块传入的曼彻斯特编码数据信息解码成国标数据，再编码为差分曼彻斯特编码数据信号，送到连接手机话筒接口或线路音频输入接口的传输线上。(2)从连接手机耳机接口或线路音频输出接口的传输线上接收差分曼彻斯特编码数据信号，解码成国标数据，再编码为标准曼彻斯特编码数据信息，送入读写模块。

在本实施例中，通过应用程序对从音频输入接口采集到的音频信号进行差分曼彻斯特解码，并送到音频输出接口。程序由3个线程构成，当数据传输服务程序在手机上启动后形成3个线程：(1)创建一个音频交流发送线程，负责设置输出最大音量，生成固定频率音频交流信号并发送到音频输出线路上；(2)创建一个监听音频输入接口数据的线程，负责对从音频输入接口采集到的音频信号，进行差分曼彻斯特解码，解码输出数据存放在接收数据缓存，通过调用外部业务程序注册的回调函数，通知外部业务程序注册取得传入的数据；(3)主线程循环等待发送数据缓存中的数据存入事件，当外部业务程序在数据要发送时，将要发送的数据放入共享的发送数据缓存时，数据存入事件发生，所述的主线程取到要发送的数据，进行差分曼彻斯特编码，再用操作系统的音频控制接口函数发送到音频输出口。

音频输入输出线路上传输的数据信号采用差分曼彻斯特编码，不进行载波调制与解调，直接在音频线路上传输数据编码信号。具体协议机制如下：

a、基于音频输入输出接口的数据传输方法是一种串行通讯方法，参考标准同步串行通讯协议，采用差分曼彻斯特编码，其特点为每发送一位至少有一个跳变，以适应在只能传输交流的音频输入输出线路上传输数据。通信信号中使用中间时刻的跳变来表示发送的0或1，第一个跳变的如果是正跳变表示1，如果是负跳变表示0，之后的跳变与前一个跳变进行差分，由相比较的结果决定是1或0，如果当前位跳变方向与前一位的跳变方向相同，则表示为0，否则表示为1。采用差分曼彻斯特编码，通信双方的同步允许差半位时间，同步差半位时间内接收的数据也不受影响。

b、数据传输是双工方式，从手机输出数据的传输使用音频输出线路，进入手机的数据传输使用音频输入线路，发送数据前让总线空闲准备，提示接收方做好接收准备。总线空闲准备是用连续发送8位以上的0来表示。

c、串行通讯采用帧起始标志进行同步，帧起始可以从任意一位开始，串行通讯的帧起始标志采用与标准串口通信同步中一样的标识，即连续发送6个1，即发送字符0X73E表示发送了帧起始标志。

d、串行通讯采用帧结束标志表示本次数据发送结束，进入总线空闲状态。连续发送7个1，即发送字符0x7f表示发送了帧结束。串行通讯中，线路上传输的数据的单位为位，发送Byte时首先发送最高位，最后发送最低位，发送数据时字节间没有间隔。发送数据时，数据中很可能有连续的6个1，这与帧起始标志和帧结束标志相同，会造成通讯歧义。为消除歧义，规定当发送数据时，连续发送5个1后，必须发送一位无效的0，再接着发送其他数据。而接收到连续的5个1后，需要删除接着收到的0。这连续的5个1并非一定在1个Byte中，例如，两个Byte0x0f和0xc0，每个Byte都没有连续的5个1，但先发送0x0f后发送0xc0时，就有连续的5个1了，需要动态插入、删除一位0。

e、所述基于音频输入输出接口的串行通讯中，编码信息流一般以块形式表示，一个信息流块包含：块头和块负载信息，线路上传输的数据帧格式如图5所示。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。术语“装置”可以有更广泛的引申含义，而不限制于单个装置，其应被解释为一个或多个装置元素的组合形式。

Claims (9)

1.一种增强游戏软硬件交互功能的装置，其特征在于，所述装置包括带有音频接口的智能终端、标签元件和与所述智能终端连接的外设件，其中，所述外设件包括：

读卡器模块，用于读取设有RFID和/或NFC标签的所述标签元件中预存的数据；

包含音频插头的音频通信模块，用于在智能终端和外设件之间传输音频模拟信号；

中央处理模块，该中央处理模块分别与所述读卡器模块和音频通信模块连接，用于控制所述读卡器模块和所述音频通信模块执行读取和/或写入操作，处理外设件中的数据通信，执行音频模拟信号的解码和外设件输出数据的编码；

其中，所述智能终端包括：

与所述音频接口连接的交互模块；

所述交互模块被配置为与智能终端上运行的应用程序进行数据交互，使得智能终端上的游戏应用程序将需要传送的游戏互动信息转换成音频格式的文件；将该音频格式的文件通过耳机插孔播放语音信息，其中所述语音信息包括该文件的原始格式；外设件从智能终端的耳机插孔处接收语音信息，调用录音器将语音信息录制成音频文件；将该音频文件转换成数据信息，将该信息根据定义的格式还原成游戏互动信息。

2.根据权利要求1所述的增强游戏软硬件交互功能的装置，其特征在于，所述交互模块包括线程管理器，该线程管理器被配置为执行以下步骤：

创建音频交流线程，生成固定频率音频交流信号并发送到音频输出线路；

创建音频监听线程，监听音频接口的传输信号，解码采集到的音频信号并输出数据到缓存去，然后通知应用程序接收解码数据；

操作主线程循环等待数据缓存区中的数据存入事件。

3.根据权利要求1所述的增强游戏软硬件交互功能的装置，其特征在于，所述中央处理模块包括数据传输模块，用于在中央处理模块中处理的数据和传输的音频模拟信号之间进行解码和编码。

4.根据权利要求3所述的增强游戏软硬件交互功能的装置，其特征在于，所述数据传输模块包括：

存储介质，用于储存数据；

滤波电路，用于从输入的音频模拟信号中分离预设频率的交流信号与数据信号；

包含编解码电路的读写模块，用于在编码解码过程中读取和写入数据；

与读写模块连接的主控模块，用于处理音频模拟信号的解码和外设件输出数据的编码。

5.根据权利要求4所述的增强游戏软硬件交互功能的装置，其特征在于，主控模块被配置为执行以下步骤：

将读写模块传入的数据信息解码为标准数据并编码为编码信号，然后将该编码信号发送到音频通信模块的传输线路；

从音频通信模块的传输线路接收音频信号并解码成标准数据，然后将该标准数据编码为数据信息并送入读写模块。

6.根据权利要求1所述的增强游戏软硬件交互功能的装置，其特征在于，所述外设件还包括与所述读卡器模块连接的天线，用于感应所述标签元件以建立读卡器模块与标签元件之间的数据传输物理链路。

7.根据权利要求1所述的增强游戏软硬件交互功能的装置，其特征在于，所述外设件还包括指示模块和电源模块，其中：

所述指示模块用于指示音频通信模块的连接状态和读卡器模块的读写状态；

所述电源模块用于从所述智能终端的音频接口获取电能，并为所述读卡器模块和所述中央处理模块供电。

8.根据权利要求1所述的增强游戏软硬件交互功能的装置，其特征在于：

所述标签元件包括射频识别元件和近场通讯识别元件，能够重复刷写和读取数据；

所述读卡器模块包括射频识别读取器和近场通讯读取器。

9.根据权利要求1所述的增强游戏软硬件交互功能的装置，其特征在于，所述外设件包括便携挂件。