CN105363223A - 基于nfc的智能可编程积木玩具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于NFC的智能可编程积木玩具，包括若干NFC天线，NFC天线上放置有积木块；积木块内内置有NFC标签；可控多路开关电路，其输入端分别与若干NFC天线连接；NFC读写单元，其第一输入端与可控多路开关电路连接，其第二输入端与若干NFC天线的输出端连接；单片机，其输入端与NFC读写单元连接，其地址控制端与可控多路开关电路的地址线连接；运行器用于顺序运行NFC标签上的程序代码，并根据运行结果驱动执行器执行相应动作。本申请将NFC技术运用至积木玩具上，通过搭建积木的形式使儿童体验到编程的乐趣，使积木玩具不仅仅是空间形状的拼接与组合，增强了对儿童的吸引力。

Description

基于NFC的智能可编程积木玩具

技术领域

本发明涉及一种基于NFC的智能可编程积木玩具。

背景技术

NFC近场通信技术是由非接触式射频识别（RFID）演变而来，能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换。工作频率为13.56MHz。

NFC天线是一种近场耦合天线，由于13.56Mhz波长很长，且读写距离很短（20cm以内，如果天线较小，还可以更短），NFC采用的耦合方式是磁场耦合。

现有普通儿童积木，使用木材、塑料、金属制成，积木仅仅是空间形状的拼接与组合，只能实现搭建、排列的功能，积木的拓展功能几乎为零，对儿童的吸引力有限。这种普通积木，虽然每个儿童都玩过，但是孩子们一般玩不了多久，就没有兴趣了。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于NFC的智能可编程积木玩具，以解决积木玩具积木仅仅是空间形状的拼接与组合，只能实现搭建、排列的功能，积木的拓展功能几乎为零，对儿童的吸引力有限的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于NFC的智能可编程积木玩具，包括若干顺序排列的NFC天线，NFC天线上放置有积木块；积木块内内置有NFC标签；每个NFC标签内内置有程序指令集，程序指令集包括至少一条程序代码；其每个NFC标签具有一个唯一的ID；

NFC读写单元，其第一输入端与可控多路开关电路连接，其第二输入端与若干NFC天线的输出端连接，用于顺序读取NFC天线内的程序指令集或NFC标签的ID；

单片机，其通过地址控制线上输出不同的地址编码，控制可控多路开关电路依次连通NFC天线和NFC读写单元；单片机的输入端与NFC读写单元连接，用于通过NFC读写单元获取NFC标签内的NFC天线内的程序指令集或NFC标签的ID，并将NFC标签的NFC天线内的程序指令集或NFC标签的ID送至运行器；

运行器，用于根据NFC天线的排列顺序顺序运行接收到的NFC天线内的程序指令集或NFC标签的ID并得出运行结果。

进一步地，NFC天线上设有用于限制积木块位置的限位槽，积木块固定设置在限位槽内。

进一步地，相邻两个NFC天线之间的间隔距离大于两者的作用范围之和。

进一步地，限位槽内还设有指示灯。

进一步地，NFC读写单元通过GPIO端口或UART或SPI或I2C总线与单片机连接。

进一步地，智能可编程积木玩具还包括用于根据运行结果执行相应动作的执行器。

本发明的有益效果为：本申请将NFC技术运用至积木玩具上，通过搭建积木的形式使儿童体验到编程的乐趣，使积木玩具不仅仅是空间形状的拼接与组合，增强了对儿童的吸引力。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构示意图；

图2为本发明一个实施例的天线的结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示的基于NFC的智能可编程积木玩具，包括若干NFC天线、可控多路开关电路、NFC读写单元、单片机以及运行器，下面分别对各个单元进行详细描述：

上述若干NFC天线顺序组成阵列，这个阵列可以是排列规则的，例如是一条直线，或者一个矩阵；也可以是不规则的其他阵列。NFC天线上有限制积木块摆放位置的限位槽，积木块设置在限位槽内。积木块内内置有NFC标签，每个NFC标签内内置有程序指令集，其中程序指令集包括至少一条程序代码。并且，每个NFC标签具有一个唯一的ID。

特别地，积木块的位置排列要考虑NFC天线的作用范围，每一个积木块所属的NFC天线的作用范围不能重叠，即相邻两个NFC天线的间隔距离大于两者的作用范围之和；如果重叠了，会导致两个积木块的NFC天线的信号冲突，导致两个积木块读出信号错误。

可控多路开关电路的输入端分别与若干NFC天线连接，用于依次连通NFC天线。可控多路开关电路是一种专用的射频高速多路开关电路芯片，可以在外界单片机的控制下，连通或者断开任何两路射频连线。

NFC读写单元，其第一输入端与可控多路开关电路连接，其第二输入端与若干NFC天线的输出端连接，用于顺序读取NFC天线内的程序指令集或NFC标签的ID；

单片机通过在地址控制线上输出不同的地址编码，控制可控多路开关电路，依次连通NFC天线与NFC读写单元；单片机输入端与NFC读写单元连接，用于通过NFC读写单元获取NFC标签内的NFC天线内的程序指令集或NFC标签的ID，并将NFC标签的NFC天线内的程序指令集或NFC标签的ID送至运行器；

运行器用于根据NFC天线的排列顺序顺序运行接收到的NFC天线内的程序指令集或NFC标签的ID并得出运行结果；执行器用于根据运行结果执行相应动作。

本发明的工作流程为：

1、放置内含NFC标签的积木块到NFC天线的限位槽上；

2、单片机向可控多路开关电路输出第一个天线地址编码，使得NFC天线的正负极与NFC读写单元连接；

3、单片机控制NFC读写单元读取积木块中的NFC标签的ID，并且通过总线（可以为GPIO/UART/SPI/I2C总线之一）将其传递给单片机，单片机保存结果为：NFC天线编号——NFCID。如果在NFC天线上没有放置积木块，那么NFC读卡芯片将读取不到NFC标签的ID，因此单片机保存结果为：NFC天线编号——NULL（NULL表示空）。

4、单片机输出第2个NFC天线的地址编码，重复上述过程3。

5、单片机输出后续所有的NFC天线的地址编码，并且重复上述过程3，完成对每个NFC天线上的积木块的扫描。

6、完成所有积木块的扫描后，单片机将获得了如下的一张表格：

NFC天线1—NFCID_A

NFC天线2——NFCID_B

NFC天线3——NFCID_C

NFC天线4——NFCID_D

…….

在系统中，已经设定了如下的替代关系：

NFCID_A——程序指令集Ⅰ（例如：Begin）

NFCID_B——程序指令集Ⅱ（例如：Forward）

NFCID_C——程序指令集Ⅲ（例如：Backward）

NFCID_D——程序指令集Ⅳ（例如：SayHello）

…….

因此，可以根据上述两张单片机获得的结果，从NFC天线上放置的积木块，得到程度代码序列。

例如，在上述表格中，表示：

在NFC天线1上放置了包含NFC标签NFCID_A的积木块，

在NFC天线2上放置了包含NFC标签NFCID_B的积木块，

在NFC天线3上放置了包含NFC标签NFCID_C的积木块，

在NFC天线4上放置了包含NFC标签NFCID_D的积木块，

那么代表的程序代码序列如下：

Begin；

Forward；

Backward；

SayHello；

在实现产品的过程中，可以在积木块上印刷上程序代码的字母，让使用者知道这个积木块所代表的程序代码。

在实际实现中，计算机程序的代码一般有三种：顺序语句、选择语句、循环语句。

1、对于顺序语句，在本系统中，使用一块积木块来代表。例如：机器人前进语句，就使用一块积木块“前进”代表。

2、对于选择语句，在本系统中，使用两块积木块来代表。一块积木块代表选择语句的开始，同时代表选择语句执行必须满足的条件，另外一块积木块代表选择语句的结束。在这两块积木块之间，可以放入任意多的其它的积木块。

3、对于循环语句，在本系统中，使用两块积木块来代表。一块积木块代表循环语句的开始，同时代表循环执行必须满足的条件，另外一块代表循环语句的结束。在这两块积木块之间，可以放入任意多的其它的积木块。

在产品实现中，通过扫描NFC天线获得的程序代码序列，可以在运行器中得到执行，执行的代码，可以通过运行器外接的声、光、电传感器等执行器，转化为声、光、电的不同效果。

程序代码在运行器中运行的时候，运行器可以把当前正在运行的程序代码对应的NFC天线的ID传回单片机，单片机可以控制在NFC天线上的对应限位槽内的LED灯亮起来，表明运行器正在执行这个NFC天线对应的积木块中的程序代码。

在实际实现中，运行器可以是单独的一台设备，运行器与单片机之间通过无线或者有线方式通信。或者，单片机也可以担任运行器的功能。

Claims (6)

1.一种基于NFC的智能可编程积木玩具，其特征在于，包括；

若干顺序排列的NFC天线，所述NFC天线上放置有积木块；所述积木块内内置有NFC标签；每个所述NFC标签内内置有程序指令集，所述程序指令集包括至少一条程序代码；其每个所述NFC标签具有一个唯一的ID；

NFC读写单元，其第一输入端与所述可控多路开关电路连接，其第二输入端与若干所述NFC天线的输出端连接，用于顺序读取所述NFC天线内的程序指令集或NFC标签的ID；

单片机，其通过地址控制线上输出不同的地址编码，控制所述可控多路开关电路依次连通所述NFC天线和所述NFC读写单元；单片机的输入端与所述NFC读写单元连接，用于通过NFC读写单元获取NFC标签内的NFC天线内的程序指令集或NFC标签的ID，并将所述NFC标签的NFC天线内的程序指令集或NFC标签的ID送至运行器；

运行器，用于根据所述NFC天线的排列顺序顺序运行接收到的所述NFC天线内的程序指令集或NFC标签的ID并得出运行结果。

2.根据权利要求1所述的基于NFC的智能可编程积木玩具，其特征在于，所述NFC天线上设有用于限制所述积木块位置的限位槽，所述积木块固定设置在限位槽内。

3.根据权利要求1所述的基于NFC的智能可编程积木玩具，其特征在于，所述相邻两个NFC天线之间的间隔距离大于两者的作用范围之和。

4.根据权利要求2所述的基于NFC的智能可编程积木玩具，其特征在于，所述限位槽内还设有指示灯。

5.根据权利要求1所述的基于NFC的智能可编程积木玩具，其特征在于，所述NFC读写单元通过GPIO端口或UART或SPI或I2C总线与所述单片机连接。

6.根据权利要求1所述的基于NFC的智能可编程积木玩具，其特征在于，所述智能可编程积木玩具还包括用于根据所述运行结果执行相应动作的执行器。