KR100861830B1 - 무선 제어 장난감 자동차용 통신 시스템 - Google Patents

무선 제어 장난감 자동차용 통신 시스템 Download PDF

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Abstract

원격 제어기(210)로부터 장난감 자동차로 제어 신호를 전송하는 통신 시스템이 이용된다. 원격 제어기는 제어 스위치, 부호화기 및 전송기(224)를 포함하고, 장난감 자동차는 수신된 제어 신호에 따른다. 부호화기는 미리 정해진 수의 바이페이즈 부호화된 비트를 포함하는 각각의 패킷(100)과 함께 제어 신호 패킷(100)의연속적인 스트림을 생성한다. 각각의 바이페이즈 부호화 비트는 50%의 듀티 사이클을 갖는 소정의 폭과 동일하고, 2개의 전송 요소를 포함한다. 하나의 2진 상태는 서로 동일한 비트의 전송요소 양자로 정의되고, 다른 이진 상태는 서로 반대의 비트의 전송요소 양자로 정의된다. 각각의 패킷(100)은 제1의 미리 정해진 수의 플래그 비트(104), 제2의 미리 정해진 수의 데이터 비트(108), 및 적어도 하나의 체크섬 비트(106)를 포함한다.
Figure R1020037010474
장난감 자동차, 데이터 스트림, 원격 제어기, DPLL, 마이크로프로세서

Description

무선 제어 장난감 자동차용 통신 시스템{COMMUNICATION SYSTEM FOR RADIO CONTROLLED TOY VEHICLE}
본 발명은 일반적으로 원격 제어 장난감 자동차에 관한 것이며, 특히, 이러한 장난감 자동차를 제어하는 개선된 통신 시스템에 관한 것이다.
장난감 자동차의 동작을 원격 제어하기 위해 몇몇 유형의 통신 시스템이 사용된다. 이러한 통신 시스템 중의 하나에서, 제어 데이터 패킷들은 원격 제어 장치로부터 장난감 자동차로 무선 신호에 의해 연속적인 스트림으로 전송된다. 각각의 데이터 패킷은 2가지 유형의 비트, 즉, 마커 비트(W2) 및 데이터 비트(W1)를 포함한다. 종래기술의 통신 시스템에서 이용되는 전형적인 데이터 패킷의 일례가 도 6에 도시된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 마커 비트들 각각은 75% 듀티 사이클을 갖고, 각각의 마커 비트는 50%의 듀티 사이클을 갖는 데이터 비트에 비해 상승 에지사이에서 2배의 길이를 갖는다. 단일의 데이터 패킷은, 전송되는 제어 신호에 따르는 패킷내에 다수의 데이터 비트와 함께 가변적인 데이터 비트수가 후속하는 4개의 리딩 마커 비트들을 포함한다. 따라서, 장난감 자동차의 동작을 제어하는 데이터는 패킷내에 다수의 데이터 비트들로 부호화된다. 예컨대, 패킷내의 10개의 데이터 비트들은 자동차가 전진하도록하는 명령일 수 있고, 패킷내의 28개의 데이터 비트들은 자동차가 전진하고 좌회전하도록 하는 명령일 수 있으며, 패킷내의 34개의 데이터 비트들은 자동차가 전진하고 우회전하도록 하는 명령일 수 있다. 각각의 데이터 비트들의 폭은 동일하고, 각각의 분리된 장난감 자동차 커맨드 신호에 이용되는 데이터 비트의 수는 복호화를 용이하게 하고 패킷 레벨 에러 검사를 위해 임의의 다른 커맨드 신호에 이용되는 데이터 비트수로부터 적어도 6개 비트 만큼 이격된다. 예컨대, 11개의 데이터 비트가 수신된 패킷은 장난감 자동차내의 수신기/복호화기에 의해 에러로 해석된다.
이러한 종래기술의 통신 시스템에서 이용되는 데이터 부호화 기법은 제한된 수의 제어 가능 구성요소로 장난감 자동차를 제어하는데 적합하지만, 자동차의 제어 가능 구성요소의 수가 증가하면, 이러한 종래 기술의 부호화 기법에서 필요로 하는 패킷의 길이는 수용될 수 없을 만큼 길다. 예컨대, 기본적인 4개의 기능의 자동차 제어기와 관련되어 전술한 종래기술에서의 부호화 기법을 사용하면, 전송되는 가장 긴 커맨드는 64 데이터 비트 길이이고, 4개의 마커 비트와 함께 사용될 때는 전체가 144개의 전송 요소(비트당 2개의 전송 요소)가 된다. 종래의 부호화 기법에서 각각의 전송 요소가 약 315 마이크로초의 길이이기 때문에, 4가지 기능의 자동자 제어기용의 가장 긴 패킷은 거의 45밀리초가 된다. 이렇게 긴 데이터 패킷은 통계적으로 간헐적인 무선 잡음에 의해 중단될 가능성이 더욱 많고, 그래서 더 짧은 패킷은 특히, 장난감 자동차가 제어될 때 무선 송신기/수신기의 통신 범위의 거리 제한범위에 있게 된다.
특정 데이터 비트수가 각각의 가능한 커맨드에 제공되는 종래의 데이터 부호 화 기법은 많은 수의 기능이 제어되야 하는 장난감 자동차를 제어하는데는 덜 허용가능하다. 예컨대, 새로운 장난감 자동차는 스티어링 기능을 위한 7개 위치의 제어기, 드라이브 기능을 위한 7개 위치의 제어기 및 3개의 부가적인 제어 기능("트위스트"라 명칭됨)을 포함한다. 이러한 장난감 자동차의 제어는 147가지에 달하는 분리된 커맨드 코드(7 x 7 x 3)를 필요로 하고, 커맨드간에 6개의 데이터 비트가 분리된 종래의 부호화 기법으로 구현되면, 가장 긴 커맨드는 거의 900 데이터 비트 길이가 되고, 전송에 500밀리초이상이 소요된다. 이러한 길이의 커맨드 신호는 플레이 값이 감소되는 지점에서 이러한 장난감 자동차의 응답성 및 범위를 과도하게 제한한다.
또한, 종래의 부호화 기법은 "정지"커맨드를 갖지 않는다. 대신에, 장난감 자동차는 약 50 밀리초의 정해진 기간동안 커맨드 신호가 없으면 정지하도록 프로그램된다. 따라서, 사용자가 장난감 자동차를 정지시키기 위해 모든 제어 스위치를 해제할 때, 제어기에 의해 전송이 수행되지 않고, 장난감 자동차는 실질적으로 정지하기 전에 적어도 부가적인 50 밀리초동안 현재의 이동방향을 유지한다. 또한, 수신기는 정지 커맨드(전송 없음)가 요구되는지 여부를 결정할 수 없기 때문에, 장난감 자동차는 잡음 신호의 수신에 따라 적어도 50밀리초동안 움직임을 유지한다.
본 발명은 종래의 부호화 기법의 여러 문제점, 특히, 다수의 제어 가능 기능을 갖는 장난감 자동차를 제어하기 위해 이용될 때의 부호화 기법의 문제점을 해결할 수 있는 데이터 부호화 구조를 갖는 통신 시스템을 제공한다. 본 발명의 통신 시스템에서는, 단지 16비트를 포함하는 데이터 패킷이 모든 제어 신호를 장난감 자동차로 전송하는데 이용된다. 이러한 방식에서, 각각의 데이터 패킷의 시간 길이는 최소화되어 응답성을 개선하고, 데이터 전송중에 무선 잡음의 가능성을 감소시켜 장난감 자동차의 복수의 기능을 제어하는 충분한 정보를 제공하는 동안의 범위를 증가시킨다. 또한, 본 발명에서 이용되는 부호화 기법은 바이페이즈(biphase) 부호화 비트(50% 듀티 사이클)을 이용하여 각각의 전송 요소의 중간에서 판독된 비트로 수신 거리를 최대화하여 복호화 과도 현상 또는 에러 데이터에 대한 가능성을 현저히 감소시킨다. 또한, 본 발명의 통신 시스템에서는, 제어 스위치가 "오프" 위치에 있을 때마다 확정적이고 명확한 "정지"신호가 원격 제어에 의해 전송되어 개선되고 더 신속하게 장난감 자동차를 정지시키며 종래의 시스템에서 발생했던 에러 수신을 현저하게 방지한다. 결국, 본 발명은 각각의 전송 요소의 중간부를 파악하는 디지털 위상 동기 루프(pll)를 이용하여 에러 데이터가 판독될 가능성을 줄이며 개선된 동기화를 제공한다. 본 발명의 통신 시스템은 더 짧은 데이터 패킷을 제공하여 짧은 응답 시간과 더 긴 동작 범위 및 개선된 통신의 정확성을 제공한다.
간단히 말해, 본 발명은 원격 제어기로부터 장난감 자동차로 제어 신호를 전송하는 통신 시스템을 포함한다. 원격 제어기는 제어 스위치, 부호화기 및 전송기를 포함한다. 장난감 자동차는 수신기, 복호화기, 및 원격 제어기로부터 수신된 제어 신호에 따라 장난감 자동차의 동작을 제어하는 액튜에이터(actuator)를 포함한다. 이러한 통신 시스템에서, 부호화기는 연속적인 제어 신호 패킷의 스트림을 생성한다. 각각의 패킷은 소정수의 바이페이즈 부호화 비트를 포함하고, 각각의 바이페이즈 부호화 비트는 50%의 듀티 사이클을 갖는 소정의 폭과 동일하고, 2개의 전송 요소를 포함한다. 하나의 2진 상태는 서로 동일한 비트의 전송요소 양자로 정의되고, 다른 이진 상태는 서로 반대의 비트의 전송요소 양자로 정의된다. 각각의 패킷은 모든 패킷에 대해 동일한 제1 소정수의 플래그 비트, 제어 스위치의 위치에 따라 변하는 제2 소정수의 데이터 비트, 및 적어도 하나의 체크섬 비트를 포함한다.
도 1은 본 발명에서 이용되는 양호한 제어 신호 패킷을 도시하는 다이어그램도.
도 2는 양호한 원격 제어 유닛의 주요 기능 요소를 도시하는 기능적 개략 블록도.
도 3은 장난감 자동차의 양호한 수신기/복호화기의 주요 기능 요소를 도시하는 기능적 개략 블록도.
도 4는 원격 제어 유닛의 부호화기 부분의 기능을 도시하는 기능적 순서도.
도 5A-1, 5A-2, 5B-1 및 5B-2 모두는 복호화기의 기능을 도시하는 기능적 순서도.
도 6은 종래의 제어 신호 패킷을 도시하는 다이어그램도.
본 발명의 양호한 실시예에 대한 다음의 자세한 설명 및 전술한 상세한 설명 은 부가된 도면을 참조하면 더 잘 이해할 수 있다. 본 발명의 설명을 위한 목적으로, 현재 양호한 실시예의 도면이 도시된다. 그러나, 본 발명은 정해진 배열 및 수단에 의해 한정되는 것은 아님을 알아야 한다.
도면을 참조하면, 몇몇 도면에 걸쳐 동일한 구성요소를 나타내기 위해 동일한 참조 부호가 사용되며, 본 발명의 양호한 실시예에 따라 이용된 제어 신호 패킷(100)을 도시하는 다이어그램도가 도 1에 도시된다. 양호한 실시예에서, 부호화기, 양호하게는 마이크로프로세서 기반 부호화기(도 1에는 도시되지 않음)가 도 1에 도시된 유형의 제어 신호 패킷(100)의 연속적인 스트림(102)을 생성하기 위해 이용된다. 패킷(102)의 스트림내의 각각의 패킷(100)은 도시된 실시예에서, 소정수의 비트들을 포함하고, 바람직하게는 많거나 적을 수 있지만 16 비트가 이용될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 바이페이즈 부호화 비트는, 동일한 소정의 폭을 갖고, 부호화된 비트마다 2개의 전송요소를 포함하는 50%의 듀티 사이클을 이용하는 각각의 바이페이즈 부호화 비트와 함께 이용된다. 다른 형식의 부호화 및/또는 듀티 사이클이 이용될 수 있다. 본 실시예에서, 하나의 2진 상태, 이진수 "0"는 비트의 두개의 전송요소가 서로 동일한 것으로서 정의되며, 다른 이진 상태, 이진수 "1"은 비트의 두개의 전송요소가 서로 반대인 것으로서 정의된다. 이러한 바이페이즈 부호화 기법을 이용하면 각각의 전송요소의 중앙부를 판독하여 비트의 상태를 판독할 수 있게 때문에 이로운 점이 있다. 따라서, 비트의 전송요소 양자의 중앙부가 동일(양자 모두가 "온" 또는 "오프")하면, 대응하는 비트는 이진수 "0"으로 복호화되고, 단일 비트의 전송요소 양자의 중앙부가 서로 반대(하나는 "온"이고, 다른 하나는 "오프")이면, 비트는 이진수 "1"로 복호화된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 각각의 신호 패킷(100)은 플래그 비트(104)인 제1 또는 선행의 6개 비트를 갖는 16비트로 구성된다. 양호하게는, 특별한 장난감 자동차를 제어하는데 이용되는 각각의 제어 신호 패킷(100)에 대한 플래그 비트(104)는 예컨대, "011111"와 언제나 동일하여, 장난감 자동차의 수신기의 복호화기는 각각의 패킷(100)의 시작 또는 선단부를 용이하게 식별할 수 있게된다. 바람직하게는, 플래그 비트(104)의 몇몇 다른 수 또는 구성이 이용될 수 있다.
각각의 신호 패킷(100)의 다음 2개의 비트는 체크섬 비트(106)(C0 및 C1)이며, 이는 본 실시예에서 패킷(100)의 데이터부(108)내의 모든 "1"을 더하고, 합산된 최하위 2개의 비트를 비트 C0 및 C1으로 이용함으로써 결정된다. 원한다면, 체크섬 비트(106)를 더 많거나 적게 할 수도 있고, 또는 체크섬 비트(106)를 제거할 수도 있다. 또한 다른 방식으로 체크섬 비트(106)를 결정할 수도 있다.
신호 패킷(100)내의 다음의 8개 비트는 장난감 자동차의 실제 동작을 결정하는 데이터 비트(108)를 포함한다. 제1의 3개의 데이터 비트(110)(D0, D1 및 D2)는 장난감 자동차의 다양한 구동 커맨드를 위한 것이고, 다음의 3개의 데이터 비트(112)(S0, S1 및 S2)는 장난감 자동차의 스티어링 커맨드를 위한 것이고, 마지막 2개의 데이터 비트(114)(T0 및 T1)는 예컨대 원격 제어기상의 스턴트 버튼에 할당될 수 있는 "트위스트(twist)"비트이다. 데이터 비트(108)를 3개의 이진 부호화된 10진수 영역(110, 112, 114)으로 분리함으로써, 각각의 16비트 신호 패킷(100)내에 각각이 7개의 다른 구동 커맨드, 7개의 다른 스티어링 커맨드 및 3개의 다른 트위스트 커맨드 포함하는 제어 신호를 전송할 수 있다. 약 315 마이크로초 길이의 각각의 전송요소로, 각각의 신호 패킷(100)의 전체 길이는 약 10밀리초가 되고, 이는실질적으로 전술한 종래의 통신 기법에서 이용된 커맨드 신호보다 짧거나 가장 짧다. 이렇게 현저하게 짧은 신호 패킷(100)은 무선 잡음에 의해 간섭받지 않고 장난감 자동차에 의해 쉽게 수신될 수 있으며, 따라서, 더 넓은 제어 범위를 갖게 한다. 이러한 짧은 길이의 패킷(100)은 또한 동일한 전송 및 수신 하드웨어를 이용하더라도 수신거리를 최대화하여 개선된 응답성을 제공한다.
본 실시예의 부가적인 특징은 원격 제어 유닛(도 1에 도시되지 않음)의 제어 스위치가 해제되어 사용자가 장난감 자동차를 정지시키는 것을 원함을 나타낼 때마다 자동으로 부호화되어 전송되는 "정지"신호 패킷(100)을 사용하는 것이다. 양호하게 나타나는 "정지"커맨드는 도 1의 신호 패킷에 도시된다. 아무런 제어 스위치도 활성화되거나 억제되지 않을 때마다 별개의 정지 커맨드 신호 패킷(100)을 이용함으로써, 장난감 자동차의 수신기는, 수신기가 더이상의 커맨드를 받지 않는 상태(즉, 정지 상태)까지 장난감 자동차가 이전에 수신된 커맨드 신호에 따라 기능을 지속하는 동안 종래의 통신 기법에서 이용된 유형의 임의의 상당한 유예 기간을 제공함이 없이 즉각적으로 응답할 수 있게 된다. 본 실시예에서, 정지 커맨드는 구동 데이터 비트(110) 및 스티어링 데이터 비트(112)가 스티어링 스위치의 중앙부 및 속도 제어 스위치의 정지부를 의미하는 "3"과 같고, 트위스트 비트(114)는 트위스트 버튼이 억제되지 않음을 나타내는 "0"과 같음을 나타내는 것이다. 물론, "1"인 4개의 데이터 비트로서, 체크섬 비튼 도시된 바와 같이 모두 0이다.
도 2는 양호한 원격 제어 유닛(210)의 주요 구성요소를 도시하는 개략적인 블록도이다. 도 2에 도시된 원격 제어 유닛(210)은 무선 제어 장난감 자동차의 동작을 제어하는 당업자에게 알려진 전형적인 원격 제어 유닛이다. 따라서, 도 2가 양호한 원격 제어 유닛을 도시하지만, 당업자는 전술한 통신 시스템 및 기법이 임의의 다른 적절한 원격 제어 유닛과 함께 이용될 수 있음을 알 수 있다.
원격 제어 유닛(210)은, 원격 제어 유닛(210)의 다른 구성요소의 동작을 제어하고, 전술한 제어 신호 패킷(100)을 생성하는 기능을 하는 마이크로프로세서(212)를 갖는 부호화부를 포함한다. 마이크로프로세서(212)는 양호하게는 당업자에게 잘 알려진 유형일 수 있다. 마이크로프로세서(212)의 상세한 구조 및 기능적 특징은 당업자에게 잘 알려져 있어, 여기서는 상세히 설명하지 않는다. 양호하게는, 원격 제어 유닛(210)은 배터리, 양호하게는 충전 가능 또는 충전 가능하지 않은 9 V 배터리(214)에 의해 전력이 공급된다. 배터리(214)로부터의 전원은 본 실시예에서는 4.3V 조정기(216)인 전압 조정기를 통해 마이크로프로세서(212)로 공급된다. 실질적으로 배터리(214)의 피크 전압이하인 조정된 출력 전압을 갖는 전압 조정기(216)를 사용하여 원격 제어 유닛(210)이 배터리(214)로부터 감소된 출력 전압에서도 동작할 수 있게 한다. 양호하게는, 전압 조정기(216)는 당업자에게 잘 알려진 유형이고, 상용가능한 것이다. 원격 제어 유닛(210)의 이하 기술되는 구성요소의 전원도 또한 배터리(214)에 의해 공급된다. 광 발산 다이오드(LED)(218)는 배터리(214)에 접속되어 사용자에게 잔여 배터리량을 알린다.
원격 제어 유닛(210)은 장난감 자동차의 동작을 제어하기 위해 사용자에 의해 활성화될 수 있는 복수의 제어 스위치(도시되지 않음)를 포함한다. 전형적으로, 하나의 제어 스위치(레버 스위치일 수 있음)가 자동차의 전진 또는 후진 방향(구동 제어 스위치)의 속도를 결정하는데 이용될 수 있고, 제2의 제어 스위치(이것 또한 레버 스위치일 수 있음)가 장난감 자동차의 스티어링(좌측, 우측 또는 전방)을 제어하는데 이용될 수 있고, 하나 이상의 부가적인 제어 스위치(푸시 버튼 스위치일 수 있음)가 잡음 생성, 플래시 라이트, 자동차가 전복되도록 하는등의 자동차의 "트위스트"특징을 위해 이용될 수 있다. 사용자 제어 스위치는 레버 스위치, 푸시 버튼 스위치, 조이 스틱의 형태일 수 있다. 이용되는 제어 스위치의 유형에 무관하게, 각각의 스위치의 위치는 마이크로프로세서(212)로의 입력(220, 222)으로서 이용되는 신호를 생성한다. 마이크로프로세서(212)는, 제어 스위치로부터 입력 신호를 수신하고, 각각의 신호 패킷(100)에 결합되는 대응하는 데이터 비트(108)를 생성하여 신호를 "부호화"한다. 마이크로프로세서(212)는 실질적으로 동시에 각각의 신호 패킷(100)에 결합되는 체크섬 비트(106)를 계산한다. 최종적으로, 마이크로프로세서는 전술한 바와 같이, 특정의 장난감 자동차에 대해 언제나 동일한 플래그 비트(104)를 생성한다. 마이크로프로세서(212)는 플래그 비트(104), 체크섬 비트(106) 및 데이터 비트(108)를 도 1에 도시된 전술한 바와 같은 방식으로 배열하여 장난감 자동차로 전송하기 위한 16 비트 제어 신호 패킷(100)을 생성한다. 마이크로 프로세서(212)가 각각의 제어 신호 패킷(100)을 생성하기 전의 기본적인 단계가 도 4의 순서도(410)에 도시된다. 제어 스위치가 동일한 위치에 있는한, 마이크로프로세서(212)는 패킷(102)의 연속적인 스트림으로서 동일한 제어 신호 패킷(100)을 계속 생성한다. 임의의 제어 스위치의 위치가 변하면, 마이크로프로세서(212)는 변화를 감지하여, 스위치의 위치에서 또 다른 변화가 감지될때까지 계속 생성되는 일련의 새로운 제어 신호 패킷(100)을 생성한다.
원격 제어 유닛(210)은 또한 전송부(224)를 포함한다. 전송부(224)는 양호하게는 크리스탈(crystal) 제어 오실레이터이며 크리스탈(228)을 포함하는 무선 주파수 오실레이터(226)를 포함한다. 본 양호한 실시예에서, 크리스탈(228)은 49.860MHz의 크리스탈이다. 그러나, 몇몇 다른 크리스탈이 다른 주파수에서 대안적으로 이용될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 오실레이터(226)는 반드시 크리스탈 제어 오실레이터일 필요는 없다.
오실레이터(226)로부터의 출력 신호는 무선 주파수 출력 증폭기(230)에 의해 증폭된다. 또한, 무선 주파수 출력 증폭기(230)는 마이크로프로세서(212)로부터 제어 신호 패킷(100)을 수신하고, 오실레이터(226)로부터 수신된 무선 주파수 반송파 신호를 변조하기 위해 제어 신호 패킷(100)을 이용한다. 무선 주파수 출력 증폭기(230)로부터의 출력 신호는 안테나 정합 네트워크(232)를 통해 신호를 방사하기 위해 적절한 안테나(234)를 통과한다. 무선 주파수 출력 증폭기(230), 안테나 정합 네트워크(232) 및 안테나(234)는 무선 제어 장난감 자동차 분야에서 당업자에게 잘 알려진 유형이다. 바람직하게는, 마이크로프로세서(212)에 의해 생성된 제어 신호 패킷(100)을 전송하기 위한 다른 방법이 대안적으로 이용될 수 있음을 당업자는 알 수 있다. 이와 같이, 원격 제어 유닛(210)은 사용자 입력 스위치(220, 222)로부터의 신호를 제어 신호 패킷(100)으로 부호화하기 위한 마이크로프로세서(212)이외의 다른 몇몇 구조를 이용할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 원격 제어 유닛(210)에 의해 제어되는 장난감 자동차내에서 이용되는 수신기/복호화기(310)의 양호한 실시예의 기능적인 개략적 블록도 이다. 수신기/복호화기(310)는 수신용 및 원격 제어 유닛(210)으로부터 수신된 신호를 복호화하기 위한 수신부를 포함한다. 수신부는 안테나(312), 수신기/복조기(314) 및 고 이득 차동 증폭기(316)를 포함한다. 안테나(312)는 장난감 자동차 분야에서 당업자에게 잘 알려진 유형이다. 수신기/복조기(314)는 양호하게는 초-재생 형(super-regenerative type)이고, 원격 제어 유닛(210)의 전송부(224)의 주파수에 동조된다. 본 실시예에서, 49.860MHz는 송수신 주파수이다. 그러나, 다른 적합한 주파수도 대안적으로 이용될 수 있음을 알 수 있다. 수신기/복조기(314)의 자세한 구조 및 동작은 일반적으로 당업자에게 잘 알려져 있어서, 본 발명의 이해를 위해 여기에 나타낼 필요는 없다. 또한, 임의의 다른 적합한 유형의 수신기가 대안적으로 이용될 수 있음을 알 수 있다. 수신기/복조기(314)로부터 복조된 출력은 신호를 본 기술분야에 잘 알려진 방식으로 증폭하는 고 이득 차동 증폭기(316)에 제공된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 수신기/복호화기(310)의 전원은 본 실시예에서는 7.2 V의 NICad TMH 배터리인 배터리(318)에 의해 제공된다. 당업자는 동일하거나 다른 전압을 갖는 다른 유형의 배터리가 대안적으로 이용될 수 있음을 알 수 있다. 수신기/복조기(314) 및 고 이득 차동 증폭기(316)는, 본 기술분야에 잘 알려진 방식으로 조정된 출력 전압을 제공하는 기능을 하는 조정기 회로(320)를 통해 배터리(318)에 의해 전원이 공급된다. 조정기 회로(320)의 자세한 구조 및 동작은 본 발명에서 중요한 것이 아니므로, 여기서는 설명하지 않는다. 조정기 회로(320)는 배터리(318)의 전압 레벨에 무관하게 소정의 레벨의 조정된 DC출력 전압을 제공하는 기능을 한다는 정도의 설명으로 충분하다.
수신기/복호화기(310)의 심장부는 마이크로프로세서(MCU)(322)이다. 마이크로프로세서(322)는 또한 전원 필터(324)를 통해 조정기 회로(320)에 의해 전원이 공급된다. 마이크로프로세서(322)는 고 이득 차동 증폭기(316)으로부터 복조되고 증폭된 디지털 신호를 수신하고, 인스톨된 소프트웨어 프로그램에 기초하여 수신된 신호를 판독 및 복호화하고, 복호화된 데이터를 이용하여 복호화된 제어 신호에 따라 장난감 자동차내의 모터의 동작을 제어하는 제어 신호를 생성한다. 저항기 프로그램된 오실레이터(326)는 프로세서(322)에 클록 신호를 제공한다. 프로세서(322)로부터의 출력 제어 신호는, 2개의 구동 모터(M1 및 M4)의 동작을 제어하는 고 전력 구동 모터 H 브릿지(328)을 포함하는 제1 액튜에이터에 제공된다. 서미스터(332)는 구동 모터(330)의 온도를 감지하여 서미스터 회로(334)를 통해 마이크로프로세서(322)에 피드백을 제공하는데 이용된다. 이러한 방식에서, 마이크로프로세서(322)는 구동 모터(330)의 과열을 방지하는 기능을 한다. 마이크로프로세서(322)로부터의 다른 출력 제어 신호는, 스티어링 모터(M3)(338)의 동작을 제어하는 중간 전력 스티어링 모터 H-브릿지(336)를 포함하는 제2 액튜에이터에 인가된다. 스티어링 모터(338)는 부호화된 피드백 신호를 마이크로프로세서(322)에 제공하는 스티어링 와이퍼 피드백/PCB340을 포함하여, 마이크로프로세서(322)는 지속적으로 스티어링 모터(338)의 위치를 감지한다. 마이크로프로세서(322)로부터의 제3의 출력 제어 신호는, "트위스트" 모터(M2)(344)의 동작을 제어하는 중간 전력 토소(torso) 모터 H-브릿지(342)를 포함하는 제3의 액튜에이터에 인가된다. 트위스트 모터(344)와 관련된 토소 와이퍼 피드백/PCB346은 트위스트 모터(344)의 위치와 관련하여 부호화된 피드백 신호를 마이크로프로세서(322)에 제공한다.
수신된 제어 신호를 복호화하고 장난감 자동차내의 다양한 모터(330, 338, 344)를 제어하는 신호를 생성하기 위해 본 발명에서는 마이크로프로세서(322)를 사용하지만, 본 기술분야에 알려진 임의의 적합한 제어 방법이 대안적으로 사용될 수 있음을 당업자는 알 수 있다.
도 5A-1, 5A-2, 5B-1 및 5B-2 모두는 다양한 장난감 자동차용 모터(330, 338, 344)의 동작을 제어하는 마이크로프로세서(322)에 의해 이용되는 소프트웨어 프로그램 또는 펌웨어의 동작을 도시하는 순서도(510)를 구성한다. 마이크로프로세서(322)는 순서도(510)에 도시된 방식과 다른 방식으로도 기능할 수 있음을 당업자는 알 수 있다. 따라서, 순서도(510)는 제어 프로그램이 기능하는 단지 하나의 예인 것으로 간주되어야 한다.
전술한 바와 같이, 본 양호한 실시예에서, 마이크로프로세서(322)에 의해 수신된 제어 신호 패킷(100)의 복호화는 비트들의 에지를 파악해서가 아니라 각각의 바이페이즈 비트 전송요소의 중간부를 파악해서 실행된다. 이러한 방식에서, 신호가 전송요소의 중간에 존재해야하는 것인 한, 신호선이 여분의 잡음 블립(blip)을 갖는지는 중요하지 않다. 잡음 블립이 전송요소의 중간에 나타나면, 마이크로프로세서(322)는 데이터 패킷이 훼손되었는지의 여부를 판정하는 능력을 가져야 한다. 이러한 목적을 위해, 디지털 위상-동기 루프(DPLL)가 마이크로프로세서(322)의 메모리부내에 저장된 펌웨어내에 제공된다. DPLL은 동기화를 위해 모든 비트의 중간에 있는 에지를 찾는다. 에지가 DPLL이 예상하는 곳에 정확하게 나타나면, DPLL은 위상 시프트 없이 현재의 동기화 클록을 유지한다. DPLL이 에지를 예상한 후에 약간의 시간이 지날때까지 에지가 나타나지 않으면, DPLL은 위상차를 약간 감소시키기 위해 하나 또는 2 클록을 지연시킨다. 이것이 DPLL클록을 급격하게 변화시킬 수 있기 때문에, DPLL은 수신된 신호를 정확하게 정합시키위해 그 위상을 시프트시키지 않는다. 대신에, DPLL은 단지 유입 신호 쪽으로 약간 이동한다. 이러한 방식에서, 새로운 데이터 스트림은 DPLL이 그것에 동기화하기전에 어느정도 시간을 필요로하지만, DPLL은 일단 데이터 스트림이 흐른후에는 더 양호한 잔여 동조 기회를 갖는다. 따라서, DPLL은, 비트로의 후속 에지 또는 잡음 비트에 의해 호스티지(hostage)가 되지 않는한 데이터 스트림으로 동기화를 얻거나 유지하는 양호하고 간단한 방법을 제공한다. 또한, 패킷간의 지연없이 연속적인 스트림(102)에서 신호 패킷(100)을 전송함으로써, 데이터 스트림(102)의 위상은 변하지 않고, DPLL은 동기화에 효과적이다.
본 양호한 실시예에서, 마이크로프로세서(322)는 인터럽트 기반에서 기능하 지 않는다. 대신에, 마이크로프로세서는, DPLL루틴을 실행시키고, 수신된 데이터 비트를 판독하고, 제어 출력 신호등을 생성하는 것을 포함하는 특정 기능의 수행에 전념하는 각각의 사이클의 일부의 주기적인 기반에 따라 기능한다. 그러나, 마이크로프로세서(322)는 원한다면 인터럽트 기반에서 기능할 수도 있음을 당업자는 알 수 있다. 전술한 DPLL을 제외한 다른 형태의 동기화가 대안적으로 이용될 수 있음을 당업자는 또한 알 수 있다.
전술한 바로부터, 본 발명은 원격 제어 장난감 자동차의 동작을 제어하는 개선된 통신 기법을 포함함을 알 수 있다. 또한, 당업자는 광범위한 본 발명의 사상으로부터 이탈하지 않고 전술한 실시예에 대한 변형례가 만들어질 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명은 개시된 특정 실시예에만 한정되지 않고, 부가된 특허청구범위에 정의된 바와 같은 본 발명의 범주 및 사상내에서 변형예를 포함하게 된다.

Claims (12)

  1. 원격 제어기로부터 장난감 자동차로 제어 신호를 전송하는 통신 시스템 - 상기 원격 제어기는 제어 스위치들, 부호화기, 및 제어 신호를 위한 일정한 주파수의 반송파 신호를 생성하는 오실레이터를 포함하는 전송기를 포함하고, 상기 장난감 자동차는 상기 제어 신호를 수신하기 위한 수신기, 상기 수신기로부터의 상기 제어 신호를 복호화하기 위한 복호화기, 및 상기 원격 제어기로부터 수신된 제어 신호에 따라 상기 장난감 자동차의 동작을 제어하는 액튜에이터를 포함함 - 에 있어서,
    상기 부호화기는 상기 반송파 신호를 변조하여 상기 일정한 주파수로 연속적으로 전송되는 제어 신호 패킷들의 연속적이면서 중단되지 않는 스트림을 생성하고, 각 제어 신호 패킷은 첫번째 패킷을 제외하고는 시간상으로 선행하는 패킷에 바로 이어지고, 상기 패킷들 각각은 미리 정해진 수의 바이페이즈(biphase) 부호화된 비트들을 포함하고, 각각의 바이페이즈 비트는 미리 정해진 동일한 폭 및 2개의 전송요소를 포함하는 50%의 듀티 사이클을 갖고 - 하나의 이진 상태는 비트의 상기 2개의 전송요소가 서로 반대인 것으로서 정의됨 -, 각각의 패킷은 모든 패킷들에 대해 동일한 상태인 제1의 미리 정해진 수의 플래그 비트들, 상기 제어 스위치들의 위치에 따라 그 상태가 변하는 제2의 미리 정해진 수의 데이터 비트들 및 적어도 하나의 체크섬(checksum) 비트를 포함하는 통신 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나의 이진 상태는 이진수 "1"을 나타내고,
    다른 하나의 이진 상태는 이진수 "0"을 나타내며 비트의 2개의 전송요소들이 서로 동일한 것으로서 정의되는 통신 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    각각의 패킷은 16개의 비트를 포함하는 통신 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1의 미리 정해진 수의 플래그 비트는 6개인 통신 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2의 미리 정해진 수의 데이터 비트는 8개인 통신 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 데이터 비트들 중 3개는 상기 장난감 자동차의 구동 기능을 제어하기 위한 것이고, 상기 데이터 비트들 중 3개는 상기 장난감 자동차의 스티어링 기능을 제어하기 위한 것인 통신 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 데이터 비트들 중 2개는 부가적인 장난감 자동차의 기능을 제어하기 위한 것인 통신 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    각각의 패킷은 2개의 체크섬 비트를 포함하되, 이 체크섬 비트는 상기 데이터 비트내의 모든 비트들을 합산하고 그 합의 최하위 2개의 비트들을 이용하여 결정되는 통신 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 플래그 비트는 각각의 패킷의 선단 에지에 위치하고, 상기 플래그 비트 이후에는 상기 체크섬 비트 및 상기 데이터 비트들이 후속하여 위치하는 통신 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복호화기는, 상기 패킷내의 각 비트의 각 전송 요소의 중간에서 상기 수신된 제어 신호를 판독하는 통신 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복호화기는 마이크로프로세서를 포함하는 통신 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 수신기는 수신된 상기 패킷들의 스트림에 따라 상기 복호화기의 동기화를 하기 위한 디지털 위상-동기 루프(phase-locked loop)를 포함하는 통신 시스템.
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