CN106852127B - 具有径向独立的连接器的电子玩具及相关的通信协议 - Google Patents

Abstract

公开了一种可扩展的玩具组(100)以及相关方法、通信协议和有形计算机可读介质。基于哪些角色(150)耦接到基座单元(110)以及角色(150)耦接到基座单元(110)的哪些连接器，玩具组(100)可生成互动响应。角色(150)可包括允许角色(150)识别角色(150)耦接到基座单元(110)的哪个连接器(112)的电路(176)。这种电路(176)也可允许角色(150)识别也耦接到基座单元(110)的其它角色(150)并与其它角色(150)通信。基于所获取的识别符，角色(150)可生成合适的互动响应或以其它方式引起合适的互动响应，诸如激活基座单元(110)中的负载、打开基座单元(110)和/或角色(150)中的灯，和/或经由角色(150)的音频扬声器生成合适的可听见的响应。

Description

具有径向独立的连接器的电子玩具及相关的通信协议

技术领域

本发明总体涉及电子玩具，且尤其涉及包括基座单元和一个或多个角色(例如，小雕像或小塑像)的电子玩具。

背景技术

玩具通常提供娱乐，同时也使孩子们能够了解他们周围的世界。玩具可采取许多不同的形式。玩具可为简单的，诸如一组木块，或可为复杂的，诸如电子平板计算机设备。无论如何，成功的玩具应当玩起来有趣。

考虑到现代社会中电子设备盛行，许多孩子开始期望他们的玩具的一定程度的互动反馈。鉴于此，许多现今的玩具包括一个或多个电气部件，其被设计成感测孩子的动作并提供合适的反馈作为响应。特别地，当孩子按下按钮时，玩具可生成合适的可听见的响应。例如，当孩子按下标有字母A的按钮时，玩具可说：“这是字母A”。然而，这些玩具通常具有对孩子的这些动作的固定的或非常有限数量的响应。例如，响应于孩子按下标有字母A的按钮，玩具可在“这是字母A”和“短吻鳄(alligator)以字母A开头”之间交替地说。由于这种固定的性质，孩子可很快地长大或以其它方式对这些玩具感到厌烦。

发明内容

本公开涉及如结合附图中的至少一个所示和/或所述的可扩展的玩具组形式的电子玩具以及相关方法、通信协议和有形计算机可读介质。在一些实施例中，基于哪些角色(例如，小雕像或小塑像)耦接到基座单元、角色耦接到哪个基座单元，和/或角色耦接到基座单元的哪些连接器，玩具组可提供互动响应。角色可包括允许角色获取用于角色耦接至其的基座单元的连接器的识别符(ID)。这种电路也可允许角色识别也耦接到基座单元的其它角色并与其它角色通信。基于这些ID，角色可生成或以其它方式引起合适的互动响应，诸如激活基座单元中的电机、打开基座单元和/或角色中的灯，经由角色的音频扬声器生成合适的可听见的响应(例如，利用附接到基座单元的其它角色唱歌)等。

从下面的描述和附图中将更全面理解本发明的这些和其它优点、方面和新颖性特征以及其所示实施例的细节。

附图说明

在附图中通过示例的方式而非通过限制性的方式描述实施例。为了说明的简单和清晰，附图中所示的元件不一定按比例绘制。例如，为了清晰起见，一些元件的尺寸可相对于其它元件被夸大。进一步，在认为适当的情况下，在附图中重复参考标记以指示附图中的对应的或类似的元件。

图1A至图1C示出了可扩展的玩具组形式的电子玩具的实施例，电子玩具包括一个或多个基座单元以及耦接到基座单元的公连接器的一个或多个角色。

图2示出了关于公连接器配合到角色的母连接器的进一步的细节。

图3示出了角色的母连接器的进一步的细节。

图4提供了在角色的实施例中发现的电气部件的框图。

图5A、图5B和图5C描述了基座单元的四个、三个和两个触头连接器之间的差异。

图6A、图6B和图6C示出了用于可扩展的玩具组的公连接器和母连接器的其它合适的横截面。

图7提供了角色的连接器接口电路和基座单元的连接器接口电路的电路图。

图8示出了可通过角色实施的ID检测过程的流程图。

图9示出了作为附接到基座单元的结果可由角色形成的单一数据线、漏极开路网络。

图10提供了由漏极开路网络的角色生成的信号的各种波形。

图11示出了可由角色实施的示例主选择过程。

图12示出了作为执行图11的主选择过程的执行结果可由两个角色生成的示例波形。

图13示出了由角色所用的经由图9的漏极开路网络传输并接收数据的帧。

图14示出了图13中所示的帧的时隙的进一步的细节。

图15示出了可通过已经承担主角色的角色实施的示例顺序检测过程。

图16示出了可通过已经承担从角色的角色实施的示例顺序检测过程。

具体实施方式

在说明书中参考“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等指示所述实施例可包括特定的特征、结构或特点，但是每个实施例可不一定包括该特定的特征、结构或特点。此外，这些短语不一定指相同的实施例。进一步，结合实施例描述的特定的特征、结构或特点通常可并入其它实施例中或以其它方式通过其它实施例实施，不论是否明确地描述。

现在参考图1A至图1C，示出了可扩展的玩具组100的实施例。特别地，图1A描述了耦接到基座单元110的角色150，基座单元110被成形为类似于摇摆木马。图1B描述了从摇摆木马基座单元110的公连接器112去耦的图1A的角色150。图1C描述了包括两个公连接器112的可扩展的玩具组100的另一基座单元110的高级表示，两个公连接器112被配置为接纳角色150，诸如图1A和图1C的角色150。

一般而言，可扩展的玩具组100可包括一个或多个基座单元110和一个或多个角色150。基座单元110可采用运载工具(例如，汽车、飞机、踏板车、公共汽车、摇摆木马、游乐园乘坐装置)、环境(例如，农场、乡村、动物园等)、建筑物(例如，住宅、学校、消防站、警察局、农舍等)或孩子可能想要与其互动的一些其它场所的形式。如图1B和图1C所示，基座单元110可包括一个或多个公连接器或连接点112，角色150可机械地且电可拆卸地接合或耦接到该公连接器或连接点。在下面呈现关于公连接器112的进一步的细节。除公连接器112外，基座单元110还可包括一个或多个负载，诸如发光二极管、电机，和/或经由图1A至图1C中未示出的一条或多条电线电连接到公连接器112的其它互动设备。

角色150也可采用各种形式。角色150可包括类似于人(例如，男孩、女孩、动物园管理员、警察、消防员、公共汽车司机)、动物(例如，狗、猫、熊、牛等)、机器人或一些其它角色、生物等的小雕像或小塑像形状的外壳或壳体152。图2呈现了男孩形状的壳体152的描述。

除提供角色150的外部美学特征外，外壳152还可进一步提供母连接器154，其被配置为机械地接合公连接器112的圆柱形柱体114。除机械地接合公连接器112外，母连接器154还可进一步使母连接器154的端子或销156与公连接器112的环形触头116对齐。对于销156的描述，参见图3。

现在参考图4，提供了在角色150的实施例中发现的电气部件的框图。如所示，角色150可包括处理器160、存储器162和一个或多个输入/输出(I/O)端口或接口166。处理器160、存储器162，和I/O端口166可使用离散部件实现。然而，在一些实施例中，单片微控制器可实现处理器160、存储器162、I/O端口166或其部分。

在一些实施例中，I/O端口166中的一个或多个可包括模拟数字转换器(ADC)电路167或可与之相关，ADC电路167将所接收的模拟信号转换为适于通过处理器160处理的数字值。类似地，I/O端口166中的一个或多个可包括数字模拟转换器(DAC)电路168或可与之相关，DAC电路168将从处理器160接收的数字值转换为适于控制其它部件和/或与其它部件通信的模拟信号。在一些实施例中，ADC和/或DAC电路167、168可并入到微控制器的I/O端口166中。在其它实施例中，ADC和/或DAC电路167、168可由耦接到微控制器的I/O端口166的外部部件提供。

存储器162可包括易失性存储器163和非易失性存储器164。非易失性存储器164可储存待由处理器160执行的控制程序的指令。经由指令的执行，处理器160可控制角色150和基座单元110的操作。如下面更详细所述，作为执行指令的结果，处理器160可识别角色150耦接至的公连接器112、识别耦接到基座单元110的其它公连接器112的其它角色150、控制基座单元110的部件、控制角色150的部件，和/或经由基座单元110与其它角色150交换数据。

除控制程序的指令外，非易失性存储器164还可包括处理器160所用的数据，诸如待由处理器160经音频扬声器174回放的音频片段。特别地，非易失性存储器164可储存用于公连接器112的每个对应的ID的一个或多个响应。如上所述，在一些实施例中，存储器162可由微控制器提供。在其它实施例中，存储器162可由微控制器外部的一个或多个部件提供或部分提供。例如，角色150可包括储存待由处理器160回放的一个或多个响应(例如，音频片段、语音数据等)的串行外围接口(SPI)NOR闪存设备。

在下面关于图8详细地呈现用于获取公连接器112的ID的细节。对于相同的ID，不同的角色150可具有不同的响应。此外，每个角色150可具有针对相同ID的多于单一响应的响应。因此，使第一角色150耦接到基座单元110的公连接器112可生成来自第一角色150的第一组响应，而使第二角色150耦接到相同的公连接器112可生成不同于第一组响应的第二组响应。

在一个实施例中，玩具组100可设计有约147个不同的公连接器ID，且每个角色150可编程有超过400个响应。此外，玩具组100的基座单元110和角色150可分开售卖和/或套装售卖(例如，基座单元110和角色150)。此外，不同套装的基座单元110和角色150可混合并匹配。换句话说，第一套装中售卖的角色150可与第二套装中售卖的角色150和基座单元110一起使用，以向第二套装的角色150和基座单元110提供新的响应和互动。以这种方式，额外的角色150和基座单元110可添加到孩子已经拥有的角色150和基座110中，以在玩耍体验时扩展。

如所示，角色150还可包括经由独立的I/O端口166耦接到处理器160的机电按钮170和相关的LED 172。经由这些I/O端口166，机电按钮170可向处理器160提供指示是否已经按下按钮170的信号，且处理器160可视情况而关闭和打开LED 172。角色150还可包括音频扬声器174和接口电路176。音频扬声器174可经由I/O端口166耦接到处理器160以允许处理器160通过音频扬声器174回放储存在非易失性存储器164中的音频片段。连接器接口电路176可经由I/O端口166耦接到处理器160以允许处理器160向公连接器112发送信号和/或从公连接器112接收信号。此外，角色150可包括电池室180，其被配置为容纳一个或多个电池182并且使这些电池182的电端子184与电池室180的电触头186对齐。照此，电池182可放置在电池室180中以便经由电触头186向处理器160和角色150的其它电气部件输送电力。

现在转向图5A至图5C，示出了公连接器112的三个实施例。特别地，图5A描述了四触头公连接器112a，其中4个环形触头116a、116b、116c、116d定位在圆柱形柱体114a周围。图5B描述了三触头公连接器112b，其中3个环形触头116a、116b、116c定位在圆柱形柱体114b周围。图5C描述了两触头公连接器112c，其中2个环形触头116a、116b定位在圆柱形柱体114c周围。

如上所述，角色150包括圆柱形母连接器154，其被配置为机械地接合公连接器112的圆柱形柱体114并使销156电耦接到环形触头116。如下面更详细所述，圆柱形母连接器154允许角色150与具有不同数量的触头116(诸如，图5A至图5C的四触头、三触头和两触头实施例)的公连接器112一起使用。

在一个实施例中，角色150的圆柱形母连接器154和基座单元110的圆柱形柱体114具有圆形横截面。圆形横截面允许角色150以径向独立的方式机械地耦接到公连接器112。例如，如果公连接器112对应于车辆的驾驶员的座椅，角色150可利用面朝前、面朝后、面朝左、面朝右或在其间的任一径向面向的方向上的角色150机械地耦接到公连接器112。

除允许径向独立的机械耦接外，公连接器112和母连接器154的结构进一步允许销156a、156b、156c、156d以径向独立的方式电耦接到相应的触头116a、116b、116c、116d。如图3所示，每个销156a、156b、156c、156d具有距离角色150的基座153的纵向偏移158a、158b、158c、158d。类似地，如图5A至图5C所示，每个环形触头116a、116b、116c、116d具有距离公连接器112的基座113的对应的纵向偏移117a、117b、117c、117d。特别地，纵向偏移158a、158b、158c、158d和对应的纵向偏移117a、117b、117c、117d被限定成使得当角色150完全安置在公连接器112a上时销156a、156b、156c、156d接触对应的环形触头116a、116b、116c、116d。

在一个实施例中，每个公连接器112a、112b和112c的Y+环形触头116a具有纵向偏移117a，其大致对应于母连接器154的Y+销156a的纵向偏移158a。照此，不论角色150耦接到哪个公连接器112a、112b或112c，母连接器154和对应的柱体114a、114b、114c引导Y+销156a与相应的公连接器112a、112b、112c的Y+环形触头116a接触。销156b、156c、156d和环形触头116b、116c和116d以类似的方式操作；然而，当角色150耦接到三触头公连接器112b时，Motor销156d保持未连接，因为公连接器112b不包括对应的Motor环形触头116d。类似地，当角色150耦接到两触头公连接器112c时，GND销156c和Motor销156d保持未连接，因为公连接器112c不包括对应的GND环形触头116c和对应的Motor环形触头116d。

如上所述，在一个实施例中，玩具组100中的每个角色150具有固定数量的销156(例如，4个)，且基座单元110可包括具有2个、3个和/或4个触头116的公连接器112。然而，在其它实施例中角色150可包括不同数量的销156。此外，玩具组100可包括具有一系列销156的角色150(例如，具有两个连接器的角色150以及具有四个连接器的角色150)。同样地，在一些实施例中公连接器112均可具有固定数量的(例如，4个)环形触头116。此外，玩具组100可使销156和触头116的位置颠倒到角色150包括环形触头116且公连接器112包括销156的地方。

如上所述，公连接器112和母连接器154中的每个可具有圆形横截面，其允许角色150以径向独立的方式耦接到公连接器112。其它实施例可通过使用具有不同形状的横截面的公连接器112和母连接器154放弃某种径向独立。例如，公连接器112和母连接器154可具有八边形横截面，其允许角色150具有8个不同的径向面。参见例如图6A。然而，径向独立可利用除圆形外的横截面实现或保持。例如，如图6B所示，径向独立可经由具有正方形横截面的母连接器154和具有圆形横截面的公连接器的柱体114实现。相反地，径向独立也可使用圆形母连接器154和正方形柱体114实现，如图6C所示。在图6B的实施例中，销156可放置在正方形母连接器154的每侧上以接合柱体114的合适的环形触头116。在图6C的实施例中，母连接器154可包括接合柱体114的每侧上的销的环形触头。

图7描述了关于母连接器154和四触头公连接器112a之间的电接口的方面的细节。如所示，Y+、AUX、GND，和Motor销156和对应的触头116可使角色150的接口电路176电耦接到公连接器112a的连接器接口电路119a。如下面详细所述，角色150的处理器160可识别公连接器112a、控制基座单元110的一方面或多方面，并经由连接器接口电路119a、176与其它角色150通信。

如所述，在一个实施例中，接口电路176包括端子IOA1、IOA4、IOA5、IOA6、IOA7、IOB0、IOB1、IOB2、IOB3、X-，和X+。每个这种端子可经由对应的I/O端口166耦接到处理器160。这样，处理器160可经由相应的I/O端口166从这些端子读取电压和/或施加电压到这些端子。

IOA1端子经由电阻器R22耦接到晶体管Q7的漏极。Motor销156d耦接到晶体管Q3的集电极、晶体管Q6的漏极和晶体管Q7的栅极。IOB2端子经由二极管D2和电阻器R23也耦接到晶体管Q6的漏极和晶体管Q7的栅极。IOA4端子耦接到晶体管Q6的栅极，且晶体管Q6的源极耦接到地面。IOA6端子经由电阻器R11耦接到晶体管Q3的基极，且晶体管Q3的发射极耦接到电源VDD。

X-端子耦接到AUX销156b。X+端子经由电阻器R3耦接到Y+销156a。IOB0端子耦接到Y+销156a，且IOB3端子经由电阻器R42耦接到AUX销156b。AUX销156b经由上拉电阻器R6进一步耦接到电源VDD。

IOB1端子经由电阻器R15耦接到晶体管Q2的基极。类似地，IOA7经由电阻器R2耦接到晶体管Q5的基极。晶体管Q2的发射极和晶体管Q5的发射极耦接到电源VDD。晶体管Q2的集电极耦接到AUX销156b，且晶体管Q5的集电极经由电阻器R17耦接到AUX销156b。

现在参考连接器接口电路119a，Y+触头116a耦接到电阻器R31，其耦接到发光二极管LED1、电阻器R30和AUX连接器116b。电阻器R30经由通过键K2的第一路径和经由电阻器R33的第二路径进一步耦接到地面。类似地，发光二极管LED1经由包括电阻器R29和R33的第一路径和包括电阻器R29和键K2的第二路径进一步耦接到地面。

Motor触头116d经由发光二极管LED2和电阻器R47耦接到GND触头116c。Motor触头116d经由诸如电机MOTOR等负载进一步耦接到晶体管Q12的漏极。Motor触头116d还耦接到通信接口120的数据线。晶体管Q12的栅极经由电阻器R43也耦接到数据线并经由电容器C26耦接到GND触头116c。数据线经由包括下拉电阻器R28的第一路径和包括键K1和电阻器R20的第二路径进一步耦接到GND触头116c。

如上关于图5C所述，两触头公连接器112c不包括GND和Motor触头116c、116d。照此，两触头公连接器112c的连接器接口电路119c可仅包括在连接器接口电路119a中发现的部件的子集，这可降低实施成本。特别地，连接器接口电路119c可仅包括在Y+和AUX触头116a、116b之间耦接的电阻器R31，如图7中的虚线框标记的119c所示。

类似地，三触头公连接器112b不包括Motor触头116d。照此，三触头公连接器112b的连接器接口电路119b可仅包括在连接器接口电路119a中发现的部件的子集，这可降低实施成本。特别地，连接器接口电路119b可包括电阻器R31以及电阻器R29、R30、R33、发光二极管LED1和键K2，如图7中的虚线框标记的119b所示。

现在参考图8，示出了角色150的处理器160所用的ID检测过程200。一般而言，公连接器112基于电阻器R28、R30、R31识别它们自身，电阻器R28、R30、R31本质上为公连接器112提供了识别电路。特别地，在公连接器112中，用于电阻器R28、R30、R31的电阻值的组合可变化以唯一地识别公连接器112。处理器160可施加电压到公连接器112的触头116以便生成取决于电阻器R28、R30、R31的电压电平，且因此基于所生成的电压识别公连接器112。

为此，处理器160在210处可将IOB2端子和IOA1端子设置为预定的高电压V_HIGH。作为将高电压V_HIGH施加到端子IOB2和端子IOA1的结果，在端子IOA5处产生取决于电阻器R28的电阻的电压V₁。在一个实施例中，如果电阻器R28具有100KΩ的电阻，则在晶体管Q7的栅极处产生足以接通端子IOA5并使端子IOA5连接到地面的电压。相反地，如果电阻器R28的电阻为0Ω，则晶体管Q7保持截止且端子IOA5通过电阻器R22拉到高电压V_HIGH。因此，当电阻器R28为0Ω或以其它方式足够低以防止导通晶体管Q7时，端子IOA5为处理器160提供了逻辑高值或值“1”，或当电阻器R28为100KΩ或足够高以导通晶体管Q7时，提供了逻辑低值或值“0”。如果电阻器R28不存在(例如，两触头公连接器112b或三触头公连接器112c)，电阻器R28实际上是非常大的电阻。照此，将IOB2和IOA1端子设置为高电压V_HIGH将导通晶体管Q7并向IOA5端子提供逻辑低值。在220处，处理器160可读取在IOA5端子处产生的电压V₁以获取指示电阻器R28的电阻的值。

在获取用于电压V₁的值后，处理器160在230处可将X+端子设置为预定的高电压V_HIGH(例如，VDD)并将X-端子设置为预定的低电压V_LOW(例如，0V)。作为将这些电压施加到X+端子和X-端子的结果，在附接到公连接器112的IOB0端子处产生取决于公连接器112中的电阻器R31的电阻的电压V₂。在240处，处理器160可读取在Y+端子处产生的电压V₂以获取指示电阻器R31的电阻的值。

在获取用于电压V₂的值后，处理器160在250处可将IOA7设置为预定的低电压V_LOW以导通晶体管Q5。作为导通晶体管Q5的结果，在AUX销156b处产生取决于电阻器R30(如果存在)的电阻的电压V₃。在260处，处理器160可读取在X-端子处产生的电压V₃以获取指示电阻器R30的电阻的值。即使电阻器R30不存在(例如，两触头公连接器112c)，产生的电压V₃仍指示不存在电阻器R30。换句话说，处理器160可基于电压V₂和V₃检测到不存在电阻器R30。

最后，处理器160在270处可基于所获取的值V₁、V₂、V₃获取用于公连接器112的识别符(ID)。在一个实施例中，接口电路176和连接器接口电路119a、119b、119c基本生成用于值V₁的二进制值，但生成模拟值V₂、V₃，该模拟值V₂、V₃随后被对应的I/O端口166数字化。因为这些值V₂和V₃可能改变读数之间和假设具有相同ID的不同的公连接器112之间的位元。照此，处理器160可基于用于值V₂和V₃的相关的范围获取用于公连接器112的ID。例如，如果值V₁是逻辑高值，值V₂在数字值X和Y之间且值V₃在数字值A和B之间，处理器160可获取用于与基座单元110上的四触头公连接器112a相关的公连接器112的ID，已知基座单元110被成形为飞机。处理器160可使用所获取的ID检索来自其存储器162的适当的响应且可执行所检索的响应。例如，处理器160可引起角色150回放说“我喜欢飞我的飞机”的音频片段，或可引起所检测的基座单元110生成适当的响应，诸如打开使飞机的螺旋桨缓慢旋转的电机。

如上所述，处理器160可获取公连接器112的ID。照此，处理器160可确定其角色150附接至的公连接器112是否是四触头公连接器112a、三触头公连接器112b，还是两触头公连接器112c。如上所述，出于识别的目的，两触头公连接器112c可仅提供电阻器R31。照此，处理器160相对于两触头公连接器112c仅识别点112c并生成适当的响应。然而，四触头公连接器112a和三触头公连接器112b使能额外的功能。

如上所述，四触头公连接器112a和三触头公连接器112b可包括键K2和发光二极管LED1。为了感测键K2的状态，处理器160可将IOA7端子设置为低电压电平V_LOW。在这种配置中，如果没有按下键K2，晶体管Q5导通X-端子并使X-端子拉到高电压电平V_HIGH。然而，如果按下键K2，电阻器R17和R30形成分压器，其使X-端子处产生的电压减少至小于高电压电平V_HIGH的值。因此，当IOA7端子被设置为低电压电平V_LOW时，处理器160可通过监测X-端子的值感测是否按下键K2。

为了控制发光二极管LED1，处理器160可通过将IOB1端子设置为低电压电平V_LOW(诸如，地面)而导通晶体管Q2。导通晶体管Q2使发光二极管LED1连接到高电压电平V_HIGH(诸如，VDD)，这引起发光二极管LED1照亮。相反地，处理器160可通过将IOB1设置为高电压电平V_HIGH而截止晶体管Q2，这引起发光二极管LED1截止。照此，处理器160可视情况经由IOB1端子导通和截止发光二极管LED1。

四触头公连接器112a还可包括键K1和发光二极管LED2。为了感测键K1的状态，处理器160可将IOB2端子设置为高电压电平V_HIGH。在这种配置中，如果没有按下键K1，晶体管Q7导通，从而使IOA5端子接地。然而，如果按下键K1，晶体管Q7截止，从而使IOA5端子拉至高电压电平V_HIGH。因此，当IOB2端子被设置为高电压电平V_HIGH时，处理器160可通过监测IOA5端子的值感测是否按下键K1。在一个实施例中，当负载MOTOR没有打开时，处理器160仅可检测K1的状态。

为了控制发光二极管LED2，处理器160可通过将IOA6端子设置为低电压电平V_LOW(诸如，地面)而导通晶体管Q3。导通晶体管Q3使发光二极管LED2连接到高电压电平V_HIGH(诸如，VDD)，这引起发光二极管LED2照亮。相反地，处理器160可通过将IOA6设置为高电压电平V_HIGH而截止晶体管Q3，这引起发光二极管LED2截止。照此，处理器160可视情况经由IOA6端子导通和截止发光二极管LED2。在一个实施例中，当使用LED2时，不可以使用负载MOTOR。

在一个实施例中，基座单元110包括将每个公连接器112a的通信接口120耦接在一起的电线。特别地，基座单元110可包括将每个通信接口120的数据线耦接在一起的一条电线或多条电线。类似地，基座单元110可包括将每个通信接口120的接地耦接在一起的一条电线或多条电线。作为公连接器112a的这种相互连接的结果，当基座单元110的多个公连接器112a使角色150耦接至其时，角色150的晶体管Q6和相关的上拉电阻器R23有效地创建图9的漏极开路(open drain)网络。

如下面更详细所述，处理器160因此可利用Motor销156d以使用由其它角色150所共用的单一数据线上的双向串行通信协议与其它角色150通信。为此，处理器160可使用与晶体管Q7相关的IOA5端子作为DATA IN端子以从其它角色150接收数据。类似地，处理器160可使用与晶体管Q6相关的端子IOA4作为DATA OUT端子以向其它角色150传输数据。

除使用Motor销156d用于通信外，处理器160可经由Motor销156d进一步控制负载，诸如MOTOR。特别地，处理器160可通过经由端子IOA6导通晶体管Q3而打开负载。更具体地，处理器160可将端子IOA6设置为低电压电平V_LOW以导通晶体管IOA6，这引起电容器C26充电。不久之后，电容器C26可充分充电以导通晶体管Q12，且因此打开负载，诸如电机MOTOR。相反地，为了关闭负载，处理器160可通过经由端子IOA6施加高电压V_HIGH而截止晶体管Q3。

由于Motor销156d用于负载的通信和控制，处理器160使用以防止无意打开负载的这种方式限定的网络或通信协议。如上所述，电容器C26在MOTOR触头116d已经处于高电平V_HIGH后不久打开负载。照此，在一个实施例中，联网协议被设计成确保Motor触头116d在足以打开负载的时间内没有保持在高电平V_HIGH处。更具体地，电容器C26的电容影响打开负载所需的延迟周期或充电周期。照此，电容器C26的电容被选择为确保在打开负载之前没有过多延迟，同时确保充电周期足以防止经由Motor销156d的通信无意中打开负载。在一个实施例中，电容器C26的电容被选择使得当Motor触头116d在大致20至40符号时间内被保持为高时电容器C26打开负载。

为此，由角色150的处理器160执行的网络协议根据图10中所描述的使用信号。如下面详细所述，通常，附接到网络的其中一个角色150是主角色，且附接到网络的其它角色150是从角色。在空闲周期期间，主角色将数据线拉至低电平V_LOW。照此，如果在多于如310处所示的符号时间(例如，符号时间的至少125％)内数据线为低，则主角色存在。然而，如果在多于如图320处所示的符号时间内数据线为高，则，主角色不存在。除反映存在或不存在主角色外，数据线可进一步用于传输数据位或符号。为此，主设备(例如，角色150)可使用类似于曼彻斯特编码的符号编码方案传输数据。特别地，主角色可将数据线从高电平V_HIGH向低电平V_LOW变迁以传输数据“1”，如330处所示。相反地，主角色可将数据线从低电平V_LOW向高电平V_HIGH变迁以传输数据“0”，如340处所示。在一个实施例中，处理器160可引起这些变迁发生在大致符号时间周期的中心。照此，对于数据“1”，在符号时间的第一半内，数据线可处于高电平V_HIGH，且在符号时间周期的第二半内可处于低电平V_LOW。相反地，对于数据“0”，在符号时间周期的第一半内数据线可处于低电平V_LOW，且在符号时间周期的第二半内可处于高电平V_HIGH。350处提供了示例波长，其中首先通告主角色，之后传输数据位1、1、1、0、0、1。

现在参考图11和图12，将描述可通过处理器160实施以选择主角色的主选择过程400。特别地，图11描述了可通过每个处理器160实施的主选择过程400的流程图。图12描述了作为两个角色150(例如，设备A和设备B)均试图变成主角色的结果的在漏极开路网络上的示例波形。

下面的描述使用了诸如“处理器160允许数据线变高或浮高”、“处理器160拉低数据线”和类似短语等短语。使用这些短语是为了方便起见。更准确地，处理器160生成用于端子IOA4的信号，其导通或截止晶体管Q6，这反过来引起晶体管经由Motor销156d分别拉低数据线或允许上拉电阻器R23经由Motor销156d拉高数据线。这种冗长性使下面的公开内容的性质模糊不清，且上述短语抓住了用于控制数据线的生成的上拉和下拉的处理器160的本质。类似地，处理器160可基于经由晶体管Q7和IOA5端子获取的信号确定数据线的状态。此外，在下面这个概念被用为处理器160读取或确定数据线的状态，尽管处理器160可经由诸如晶体管Q7、IOA5端子和相关的I/O端口166等其它部件获取这种信息的这一事实。

在410处，处理器160可基于数据线的状态确定是否不存在主角色。如上所述，主角色拉低数据线，且如果不存在主角色，则网络的漏极开路性质导致数据线被拉高。因此，如果在长于符号时间内数据线为高，则处理器160在410处可确定不存在主角色。然而，如果在多于符号时间内数据线为低或不高，则处理器160可返回到410以进一步评定是否存在主角色。以这种方式，对于存在主角色，处理器160可不断监测网络，且如果不存在主设备，可试图变为主角色。

如所示，在图12中的周期T1期间，在多于一个符号周期内网络一直为高，且这种状态被设备A和B读取。照此，设备A和B在410处均可检测到不存在主角色，且可前进到420，试图变成主角色。在420处，在短周期内(例如，4毫秒)处理器160可拉低数据线。被拉低的该短周期可减少竞争成为主角色的设备的数量，因为不是网络上的所有设备可同时检测到不存在主角色。特别地，后面的设备在410处可检测在它们的监测期间被拉低的数据线，且因此不前进到420。420的短周期在图12中被反映为周期T2。

在430处，处理器160可清除计数器C。在440处，处理器160可在0和最大时隙数量MAX-1之间随机选择时隙值，并且在随机所选数量的时隙内继续使数据线保持为低。例如，协议可利用32个时隙，每个时隙具有16毫秒的周期。处理器160可在0和31之间随机选择一个值并且在所选数量的时隙内使数据线保持为低。因此，如果处理器160选择数字5，则在这个实施例中处理器160可在额外的5个时隙或80毫秒内继续使数据线保持为低。被保持为低的这种随机周期在图12中被示出为周期T3。特别注意的是，图12描述了设备A已经选择比设备B更大的时隙值，从而在较长周期T3内使数据线保持为低。

在基于其随机选择的时隙值使数据线保持为低后，处理器160在450处可确定另一设备是否竞争主角色。为此，处理器160在450处可在短时间周期内停止拉低数据线，并且读取数据线的状态。如果数据线低，这意味着另一设备正在竞争主角色。照此，处理器160可返回到410，从而放弃其当前变成主角色的企图。然而，如果数据线为高，则另一设备没有竞争主角色。因此，处理器160在460处增加其计数器C并且立即拉低数据线以促进其对主角色的追求。在一个实施例中，在450处，读取状态的短时间周期不到时隙周期的5％，以便降低另一设备错误地检测到没有其它设备正竞争主角色的可能性。如图12所示，设备B在周期T4处检测到数据线为低，因此另一设备正试图变成主角色。因此，设备B可返回到410并且停止其当前对变成主角色的追求。然而，设备A在周期T4处检测到数据线为高，因此检测到没有其它设备正试图变成主角色。照此，设备A在460处增加其计数器C并拉低数据线。

在增加计数器C后，处理器160在470处确定计数器C是否已经达到预定的数字(例如，3)。如果计数器C已经达到预定的计数，则处理器160成功地检测到没有其它设备试图变成主角色，次数等于预定的计数。因此，处理器160可前进到480，在480处，处理器160可承担主角色。然而，如果计数器C没有达到预定的计数，则处理器160可返回到440以选择另一随机时隙值并重复该过程，直到(i)作为在450处检测到另一设备试图变成主角色的结果，处理器160停止其对变成主角色的追求，或(ii)处理器160获取预定的计数C并前进到480以承担主角色。

从上可知，应当理解，主选择过程经由一些短脉冲实现。照此，完成主选择过程的总时间可比在其它协议中发现的预定的训练序列要短。此外，总时间也可比传输包括许多位元(在其它协议中发现的)的包的时间要短。照此，图12的主选择过程可启用快速主解决方案，从而允许主设备和从设备快速地响应网络配置的变化。更具体地，孩子可对角色150相对于基座单元110的公连接器112的位置进行重复附接、拆卸、重新附接、重新排序等。期望网络组织的快速解决方案(即，在任一给定时间处哪些角色是主角色或从角色)以使得角色150可对孩子的动作快速地提供合适的互动响应。

现在参考图13，示出了主角色和从角色使用的用于双向通信的帧500。如所示，帧500包括来自主角色的前导码510、来自主角色的起始位520、来自主角色的M个数据位530、来自主角色的校验位540，以及来自从角色的N个应答位550。在一个实施例中，M和N为6，且前导码510对应于在多于一个符号周期内拉低数据线的主角色。由于网络的漏极开路的实施，如果没有来自从设备的应答，应答周期550内的网络信号将浮高且无意中打开负载(例如，电机MOTOR)。为了解决该问题，实施答复周期550的每个应答隙，如图14所示。

在应答隙开始处，主设备在如图14中被示出为周期T1的短时间周期(例如，时隙的0.1％)内上拉数据线。从设备可从周期T1脉冲的下降缘得到定时以用于同步。主设备在周期T2期间继续下拉数据线。在对应于时隙的大致25％至75％的周期T3期间，从设备提供应答值。特别地，如果应答为数据“0”，从设备在周期T3期间下拉数据线。相反地，如果应答为数据“1”，则从设备在周期T3期间不拉低数据线。

在时隙的50％处，主设备可读取数据线以获取来自从设备的应答位。如所示，主设备在周期T4期间可停止下拉数据线。照此，数据线得到由从设备提供的应答值。因此，然后，主设备在应答隙的50％处可读取数据线以获取从设备的应答位。

图14应该使得主设备在除少数短暂周期(例如，应答隙的周期T1和T4)外的所有短暂周期内拉低数据线变得显而易见。照此，主设备确保没有无意中打开负载。除图14所示的波形外，主设备可在起始位520、M个数据位530和校验位540期间进行冲突检测。特别地，主设备可确定其是否能够在每个下降沿之前成功地拉高数据线。如果主设备不能在每个下降沿之前成功拉高数据线，则主设备检测到数据冲突。响应于检测到数据冲突，主设备继续发送帧的剩余的位元。主设备可放弃主角色且然后试图经由如上关于图11所述的主选择过程400重新获取主角色。

玩具组100的一些玩耍场景检测角色150耦接到公连接器112d且因此添加到网络的顺序。角色150然后可基于这种检测的顺序提供互动响应。为此，图15中示出了顺序检测过程600。在一些实施例中，主设备不一定是待添加到网络的第一角色150。相反，具有主角色的每个角色150实施图15所示的顺序检测过程600，且具有从角色的每个角色实施图16所示的顺序检测过程700。

如上关于图11所述，角色150可实施主选择过程400并且在480处承担主角色。在变成主角色时，这种角色150的处理器160在图15的610处可将计数器K初始化为0并且在620处发送第一轮询包。在630处，处理器160可确定是否已经接收到对第一轮询包的响应。如果没有接收到响应，处理器160在640处可增加计数器K。在650处，处理器可确定是否已经发送预定数量(例如，3个)的第一轮询包。特别地，如果计数器K等于预定的数量(例如，3)，则处理器160可确定已经发送预定的数量。照此，处理器160在660处确定其角色150是耦接到网络的第一设备。处理器160在670处然后继续进行正常通信，否则，处理器160返回到620以发送另一个第一轮询包。

然而，如果处理器160在630处接收了对第一轮询包的响应，则处理器160在680处确定其角色150不是附接到网络的第一角色150。更具体地，处理器160在680处继续进行，好像其角色150是附接到网络的第二角色150。处理器160然后在670处继续进行正常通信。

如上面关于图11所述，角色150可停止对主角色的追求并且变成从角色。在变成从角色时，处理器160可执行顺序检测过程700以确定设备连接到网络的顺序。特别地，处理器160在710处可确定其角色150在默认情况下是附接到网络的第二角色。然而，如果处理器160在720处接收了第一轮询包，处理器160在730处发送响应第一轮询包的应答。此外，处理器160在740处确定其角色150是附接到网络的第一角色150。

在一个实施例中呈现了玩法的一些示例以便有助于进一步理解基座单元110、角色150和通信协议如何互动。特别地，经由基座单元110的和通信协议的两个角色150可相互交谈、回答简单的问题，并且一起唱歌。这种唱歌可采取不同的形式，诸如、分成几部分唱、同时一起唱、单独唱等。此外，虽然角色110相互交谈且以其它方式互动，角色110可激活基座单元110的各种互动设备或负载，诸如发光二极管和电机。

示例A：分成几部分唱

迪伦：“你好，我是迪伦。”

麦迪：“我是麦迪。”

迪伦：“我们一起唱歌吧！”

麦迪：“哈哈！我非常乐意！”

迪伦：“我有我的朋友了！玩耍的时间到了！”(歌曲的A部分)

麦迪：“今天让我们学习、分享、唱歌吧！”(歌曲的B部分)

示例B：同时一起唱

迪伦：“你好，我是迪伦。”

麦迪：“我是麦迪。”

迪伦：“你想和我一起唱歌吗？”

麦迪：“好的！”

迪伦&麦迪：“我有我的朋友了！玩耍的时间到了！今天让我们学习、分享、唱歌吧！”(一起唱)

示例C：单独唱

迪伦：“你好，我是迪伦。”

麦迪：“我是麦迪。”

迪伦：“你能为我唱首歌吗？”

麦迪：“好的！”

麦迪：“我是麦迪！我喜欢我的摇摆木马，当然，我一直准备骑。”(麦迪自己的歌)

在附图中通过示例的方式而非通过限制性的方式描述了本发明的各种实施例。为了说明清晰，附图中所示的示例性元件不一定按比例绘制。就这一点而言，一些元件的尺寸可相对于其它元件被夸大，从而提供清晰性。此外，在认为适当的情况下，在附图中重复参考标记以指示对应的或类似的元件。

此外，某些实施例可被实施为非暂时性计算机可读介质(诸如，闪速存储器设备、硬盘设备、光盘媒体、DVD媒体、EEPROM等)上的多个指令。当通过处理器160执行时，这些指令可导致角色150实施各种之前所述的方法和过程。

虽然已经参考某些实施例描述本发明，但是本领域技术人员应当理解，在不偏离本发明的范围的情况下可进行各种修改且可替换等效物。此外，可进行许多修改以使特定的情况或材料适于本发明的教导而不偏离其范围。因此，意图是，本发明不应受限于公开的特定实施例或多个实施例，但本发明涵盖落入所附权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (14)

1.一种玩具组，包括：

基座单元(110)和两个或多个角色(150)，所述角色(150)被配置为与所述基座单元耦接使得，当被耦接时，所述基座单元和所述角色形成用于和孩子交互的玩具；

所述基座单元包括两个或多个第一连接器(112)，每个第一连接器(112)包括多个电触头(116)和用于识别相应的第一连接器的相关的识别电路；

每个角色包括第二连接器(154)，所述第二连接器(154)被配置为接合所述基座单元的第一连接器并将所述角色的电路电耦接至所接合的第一连接器的所述多个电触头，其中，所述角色的电路包括存储器(162)和处理器(160)，其中，所述存储器被配置为存储多个基座单元和/或角色响应，每个响应对应于识别所述基座单元的第一连接器的识别符，并且，其中，所述角色的所述处理器被配置为：

通过从所接合的第一连接器的相关的所述识别电路获取识别符来识别所接合的第一连接器；以及

生成来自存储在所述存储器中的多个所述响应中的与所获得的识别符相对应的一个响应；

其中，所述基座单元的所述第一连接器经由一个或多个电线耦接在一起，并且，所述角色被配置为当所述角色均接合至所述基座单元的所述第一连接器时经由所述一个或多个电线通信。

2.根据权利要求1所述的玩具组，其中：

所述识别电路包括一个或多个电阻器；并且

所述角色的电路被配置为生成取决于所述一个或多个电阻器的一个或多个电压，并且基于所生成的一个或多个电压确定用于所接合的第一连接器的所述识别符。

3.根据权利要求1所述的玩具组，其中，所述角色经由所接合的第一连接器和一条或多条电线形成漏极开路网络，并且被配置为通过感测所述一条或多条电线的信号电平承担主角色或从角色。

4.根据权利要求1所述的玩具组，其中，所述第一连接器和所述第二连接器允许所述角色径向独立地电耦接且机械耦接到所述基座单元。

5.一种与基座单元(110)一起使用的角色(150)，所述基座单元(110)具有一个或多个第一连接器(112)，每个第一连接器(112)具有用于识别相应的第一连接器的相关的识别符，所述角色包括：

小塑像形式的壳体(152)，其中，所述壳体包括被配置为将所述角色耦接到所述基座单元的第一连接器的第二连接器(154)；以及

所述壳体中的电路，包括存储器(162)和处理器(160)，所述存储器被配置为存储多个基座单元和/或角色响应，每个响应对应于识别所述基座单元的第一连接器的识别符，并且，其中，所述角色的所述处理器被配置为通过获取用于所述第一连接器的相关的识别符来识别所述角色耦接至的所述第一连接器，且生成来自存储在所述存储器中的多个所述响应中的与所获得的识别符相对应的一个响应。

6.根据权利要求5所述的角色，其中，所述电路包括处理器和非易失性存储器(164)，所述非易失性存储器(163)中储存了针对相关的所述识别符的至少一个响应。

7.根据权利要求5所述的角色，其中，所述角色的电路被配置为生成取决于与所接合的第一连接器相关的一个或多个电阻器的一个或多个电压，并且基于所生成的一个或多个电压确定用于所接合的第一连接器的所述识别符。

8.根据权利要求5所述的角色，其中，所述电路还被配置为检测连接到所述基座单元的其它角色的存在，并且如果没有检测到其它角色，则承担主角色；

或者，其中，所述电路还被配置为检测耦接到所述基座单元的主设备的存在，并且如果检测到主设备，则承担从角色。

9.根据权利要求5所述的角色，其中，所述电路还被配置为经由所述角色和所述其它角色所共用的单一数据线与耦接到所述基座单元的所述其它角色串行通信；

并且，其中，所述电路还被配置为确定所述角色和其它角色附接到所述基座单元的顺序。

10.根据权利要求5所述的角色，所述第二连接器包括多个偏移销，所述多个偏移销被配置为以径向独立的方式电接合所述基座单元的第一连接器的环形触头。

11.一种操作包括多个基座单元(110)和多个角色(150)的玩具组的方法，其中，每个基座单元被配置为耦接至一个或多个角色(150)，使得当被耦接时，所述基座单元和所述角色形成和孩子交互的玩具，所述方法包括：

在所述多个角色的每个角色的存储器(162)中存储多个基座单元和/或角色响应，每个响应对应于识别所述基座单元的第一连接器的识别符；

将所述多个角色的第一角色附接到所述多个基座单元的第一基座单元的第一连接器(112)；

响应于所述附接，利用所述第一角色获取用于所述第一连接器的第一识别符；

利用所述第一角色从所述第一角色的存储器中存储的多个所述响应中选择与所获取的第一识别符相应的第一响应；以及

利用所述第一角色执行所选择的第一响应。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

从所述第一连接器拆下所述第一角色；

将所述第一角色附接到所述第一基座单元的第二连接器；

响应于将所述第一角色附接到所述第二连接器，利用所述第一角色获取用于所述第二连接器的第二识别符，其中，所述第二识别符不同于所述第一识别符；

基于所获取的第二识别符，从所述第一角色选择第二响应；以及

利用所述第一角色执行所选择的第二响应，其中，所选择的第二响应不同于所选择的第一响应。

13.根据权利要求11所述的方法，还包括：

从所述第一连接器拆下所述第一角色；

将所述多个角色的第二角色附接到所述第一连接器；

响应于将所述第二角色附接到所述第一连接器，利用所述第二角色获取用于所述第一连接器的所述第一识别符；

基于所获取的第一识别符，从所述第二角色选择第二响应；以及

利用所述第二角色执行所选择的第二响应，其中，所选择的第二响应不同于所选择的第一响应。

14.根据权利要求12所述的方法，还包括：

从所述第一基座单元的所述第一连接器拆下所述第一角色；

将所述第一角色附接到所述多个基座单元的第二基座单元的第二连接器；

响应于将所述第一角色附接到所述第二连接器，利用所述第一角色获取用于所述第二连接器的第二识别符，其中，所述第二识别符不同于所述第一识别符；

基于所获取的第二识别符，从所述第一角色选择第二响应；以及

利用所述第一角色执行所选择的第二响应，其中，所选择的第二响应不同于所选择的第一响应。