DE202021002818U1 - Haptisches Instrument in Form eines quadratischen Bretts mit 100 einzeln aktivierbaren Feldern die durch einen Mikrocontroller (MCU) erfasst und verarbeitet werden können und jeweils über Sensoren und Lichtdioden (LED) verfügen - Google Patents

Abstract

Interaktives Brett mit 10x10 Feldern in Form einer Matrix (Fig. 1, 1) als zugrunde liegendes Konstrukt mit einem Rahmen sowie innen drin befindlicher Elektronik (Fig. 1, 3 und Fig. 1, 4), dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Felder (Fig. 1, 2) mithilfe von Magneten (Fig. 1, 5a) oder ID-Chips (Fig. 1, 5b) aktiviert werden können und Signale mithilfe eines speziellen Schaltkreises (Fig. 1, 6 / Fig. 2) an einen Mikrocontroller (Fig. 1, 7) zur Weiterverarbeitung senden, und dass die Reaktion des Bretts (Fig. 1, 1) auf Interaktion hin mithilfe eines Programms auf dem Mikrocontroller (Fig. 1, 7) bestimmt wird, welches auf einem Computer (Fig. 1, 9) entwickelt und auf den Mikrocontroller (Fig. 1, 7) geladen wird. Die Reaktion auf Interaktion hin kann in Form von Licht (Fig. 1, 4) auf dem Brett (Fig. 1, 1) und/oder Ton, Grafik und Text in einem Webbrowser (Fig. 1, 8) erfolgen.

Description

• Es gibt eine Vielzahl verschiedener Computeranwendungen und haptischer Instrumente. Jedoch nicht viele interessante Kombinationen aus den beiden Bereichen. Mit dieser Erfindung wird eine Kombination vorgestellt, bei der ein haptisches Instrument mit der Computertechnik auf eine neue Art und Weise genutzt wird.
• 1 zeigt eine schematische Abbildung der Erfindung.
• Zu Grunde der Idee liegt ein haptisches rechteckiges Objekt (Brett), welches in 10x10 Felder in Form einer Matrix (1, 1) aufgeteilt ist.
• Jedes der Felder (1, 2) beinhaltet einen Reed-Schalter (1, 4) oder anderen Interaktions-Sensor und eine Leuchtdiode/LED (1, 3).
• Durch einen speziellen Schaltkreis (1, 6 / 2) wird die Feld-Matrix gescannt bzw. abgefragt. Der besagte Schaltkreis (1, 6 / 2) wird auf der nachfolgenden Seite detailliert beschrieben und verfügt über eine schematische Abbildung in diesem Dokument (2). Sobald eine Interaktion mit hilfe eines Magnets (1, 5) in Form einer Figur oder Handschuhen etc. stattfindet (auch auf mehreren Feldern zugleich), erfasst der Mikrocontroller (1, 7) mithilfe des Schaltkreises (1, 6 / 2) die Nummern der Felder (1, 2) die aktiviert wurden.
• Abhängig von der Programmierung des Mikrocontrollers (1, 7) gibt es eine Ausgabe von Licht auf einem aktiviertem Feld (1, 2 und 1, 3), Ton oder Text und Grafik in einem Webbrowser (1, 8) bzw. Kombination dieser Ausgaben an den Nutzer dieser Erfindung.
  Mithilfe eines Computers (1, 9) kann der Mikrocontroller (1, 7) mit beliebigen Programmen ausgestattet werden, die entweder über Funksignale oder Kabel eingespielt werden.
• Bei der Programmierung des Mikrocontrollers (1, 8) in Verbindung mit allen dazugehörigen Elementen (1, 1 bis 9) gibt es keine Beschränkung ob es sich um ein elektronisches Brettspiel oder Musik-Instrument (zB. ein Keyboard) handelt.
• Die verwendeten Reed-Sensoren (1, 4) zur Erfassung der Interaktion können durch Hall- oder RFID Sensoren ersetzt werden, und die Magnete(1, 5) durch entsprechende Aktivierungs-Elemente. RFID Chip bei RFID- und ebenfalls Magnete bei Hall-Sensoren. Voraussetzung für das Ersetzen der Reed-Sensoren (1, 5) ist Verwendung des gleichen Designs.
• Unter Design versteht sich die Kombination aus einem Mikrocontroller (1, 7) sowie dem Schaltkreis (1, 6 / 2) und der Ausgabe von Signalen in Form von Ton, Text und/oder Licht (1, 3 und 1, 8). Welche Signale bei einer Interaktion ausgegeben werden wird durch das derzeit auf dem Mikrocontroller (1, 7) durch einen Computer (1, 9) geladene Programm bestimmt.
• Bezugszeichenliste

1

Brett mit Sensoren und Leuchtdioden/LEDs bestehend aus 100 einzelne Feldern (10x10 Matrix)

2

Einzelnes Feld

3

Leuchtdiode/LED

4

Reed-, Hall oder RFID-Sensor

5

Figur

5a

Magnet

5b

RFID Chip

6

Spezieller Schaltkreis auf Basis von Johnson Countern CD4017 und AND-Gates

7

Mikrocontroller (MCU)

8

Webbrowser

9

Computer

• Folgende Beschreibung bezieht sich auf die Bezeichnungen in 2, außer sie werden eindeutig der 1 durch eine Kennzeichnung in Klammern zugeordnet.
  Der Schaltkreis (1, 6 / 2) unterteilt das der Erfindung zugrunde liegende Konstrukt in Form eines Bretts (1, 1) in 10 Reihen und 10 Spalten und wird als 2 schematisch abgebildet.
• 10 Reed-Schalter in jeder Reihe sind über die Kontakte 1 (2, K1) in einer Linie und mit dem entsprechenden Ausgang vom 2.CD4017 verbunden - out0 bis out9. 10 Reedschalter jeder Spalte sind über die Kontakte 2 (2, K2) in einer Linie und mit dem entsprechenden Eingang 1 (2, A1) jedes der 10 logischen Elemente AND-Gate verbunden (drei SN74HC08N Mikrochips verfügen über je 4 AND-Gates in der Abbildung, verwendet werden insgesamt 10 von der AND-Gates).
• Eingang 2 (2, A2) von jedem der 10 AND-Gates ist mit dem entsprechenden Ausgang des 1.CD4017 verbunden von out0 bis out9.
• Der Mikrocontroller gibt eine Reihe von 100 Signalen (1 Reset-Impuls und 99 Clock-Impulse) aus - und erhält nach jedem Signal den Zustand des Read-Eingangs, ob ein OFF- oder ON-Signal vorliegt.
• Die Mikrochips CD4017 sind so beschaffen, dass nur ein out0 - out9 zur selben Zeit über eine Spannung verfügen kann. Im Ausgangszustand geben die beiden CD4017 je auf ihrem out0 eine Spannung ab (3.3 Volt), während alle anderen out1 - out9 über Null Spannung verfügen.
• Die ersten 10 Clock-Signale aktivieren nacheinander out1, out2 usw. bis zu out9 auf dem 1.CD4017. Beim 10. Signal wird der 1.CD4017 wieder auf out0 gesetzt, und es wird eine kurze Spannung über seinen Carry Out Ausgang aktiviert. Diese Spannung am Carry Out wird als Clock-Signal an den 2.CD4017 gesendet und aktiviert dessen out1. Nach den nächsten 10 Signalen wird der nächste Ausgang auf dem 2.CD4017 aktiviert und so weiter bis zur letzten Reihe. Beim Clock-Signal 99 verfügen beide CD4017 über eine Spannung auf ihrem jeweiligen out9. Beim anschließenden Reset- - Signal werden beide CD4017 in ihren Ausgangszustand versetzt.
• Somit ermöglicht der Schaltkreis (1, 6 / 2) es dem Mikrocontroller (1, 7), alle 100 Felder (1, 2) des Bretts (1, 1) sequentiell nacheinander zu überprüfen, und jedes der 100 Mikrocontroller-Signale ist der Nummer des entsprechenden Feldes (1, 2) zuzuordnen. Wird in einem Feld (1, 2) der Reed-Schalter durch einen Magneten aktiviert, dann legt der Mikrocontroller die entsprechende Signalnummer 3,3 Volt am Read-Eingang fest.
• Solche Serien von 100 Signalen sind mindestens Tausend Mal pro Sekunde möglich.
• Dieser Schaltkreis (1, 6 / 2) kann genauso gut von einem Mikrocontroller (1, 7) mit 5 Volt genutzt werden.
• Dieser Schaltkreis (1, 6 / 2) kann genauso gut andere Schalter und Sensoren verwenden, die nacheinander aktiviert und folglich vom Mikrocontroller (1, 7) gelesen werden, sodass eine Zuordnung des Signals mit seiner Nummer einem eindeutigen Feld (1, 2) zugeordnet werden kann.
• Für beide CD4017 sind out2 bis out8 identisch angeschlossen wie out0, out1 und out9.

Claims (8)

1. Interaktives Brett mit 10x10 Feldern in Form einer Matrix (1, 1) als zugrunde liegendes Konstrukt mit einem Rahmen sowie innen drin befindlicher Elektronik (1, 3 und 1, 4), dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Felder (1, 2) mithilfe von Magneten (1, 5a) oder ID-Chips (1, 5b) aktiviert werden können und Signale mithilfe eines speziellen Schaltkreises (1, 6 / 2) an einen Mikrocontroller (1, 7) zur Weiterverarbeitung senden, und dass die Reaktion des Bretts (1, 1) auf Interaktion hin mithilfe eines Programms auf dem Mikrocontroller (1, 7) bestimmt wird, welches auf einem Computer (1, 9) entwickelt und auf den Mikrocontroller (1, 7) geladen wird. Die Reaktion auf Interaktion hin kann in Form von Licht (1, 4) auf dem Brett (1, 1) und/oder Ton, Grafik und Text in einem Webbrowser (1, 8) erfolgen.
2. Interaktions-Sensor (1, 4) in jedem Feld (1, 2), dadurch gekennzeichnet, dass ein Reed- oder Hall- oder RFID-Sensor verwendet werden kann um einzelne oder mehrere Felder (1, 2) zu aktivieren und zu erfassen.
3. Aktivierung der Sensoren (1, 4) mit ID Chips (1, 5b) bei RFID-Sensoren und Magneten (1, 5a) bei Reed- und Hall-Sensoren, dadurch gekennzeichnet, dass diese als Figuren (1, 5) oder rohe Elemente/Teile genutzt werden können.
4. Eine Leuchtdiode/LED (1, 3) in jedem Feld (1, 2), dadurch gekennzeichnet, dass diese mithilfe des Mikrocontrollers (1, 7) in beliebiger Farbe (RGBW) zum leuchten gebracht werden kann.
5. Spezieller Schaltkreis (1, 6 / 2) auf Basis von Johnson Countern (2, 1.CD4017 und 2, 2.CD4017), dadurch gekennzeichnet, dass ein MCU (1, 7) mithilfe der Verbindung zwischen den CD4017 und AND-Gates (2, AND-Gates) die Interaktionen mit dem Brett (1, 1) permanent erfasst und ein entsprechendes Signal (2, Read) an den Mikrocontroller (1, 7) sendet.
6. Erfassung der Interaktion durch einen Mikrocontroller (1, 7) und den speziellen Schaltkreis (1, 6 / 2), dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkreis (1, 6 / 2) vom Mikrocontroller (1, 7) gesteuert wird (2 Reset Impuls und 2 Clock Impuls) und aufgrund des Programmcodes auf dem Mikrocontroller (1, 7) entsprechende Signale (2, Read) zurücksenden kann.
7. Programmierbare Ausgabe von Licht (1, 3), Grafik, Ton oder Text (1, 8) bzw. Kombination dieser Ausgaben durch den Mikrocontroller (1, 7) als Reaktion auf die Interaktion, dadurch gekennzeichnet, dass es auf einem Computer (1, 9) frei programmiert werden kann.
8. Programmierung des Mikrocontrollers (1, 7) mithilfe eines Computers (1, 9), dadurch gekennzeichnet, dass der Programmcode vom Computer (1, 9) mithilfe eines Kabels oder eines Funksignals auf den Mikrocontroller (1, 7) geladen werden kann.

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