WO2014032246A1

WO2014032246A1 - 一种循迹玩具的循迹方法、装置及其玩具

Info

Publication number: WO2014032246A1
Application number: PCT/CN2012/080752
Authority: WO
Inventors: 韩性峰
Original assignee: 齐晓燕
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2014-03-06
Also published as: CN104245071B; CN104245071A

Abstract

本发明涉及一种循迹玩具的循迹方法，包括如下步骤：产生或设置一检测数据序列，使用该检测数据序列调制载波信号，得到调制后的载波信号；输出所述调制后的载波信号作为当前工作的检测单元的驱动信号，同时取得所述当前工作的检测单元的输出信号的交流分量;比较所述交流分量与所述产生或设置的检测数据序列是否相符，如相符，不输出与该当前工作的检测单元对应的转向控制信号；如不相符，输出与该当前工作的检测单元对应的转向控制信号一设定时间；轮换当前工作的检测单元与未工作的检测单元。本发明还涉及实现上述方法的装置及其玩具。实施本发明的循迹玩具的循迹方法、装置及其玩具，具有以下有益效果：对电源要求较低、判断较为准确、不易受到干扰。

Description

一种循迹玩具的循迹方法、装置及其玩具技术领域

本发明涉及玩具领域，更具体地说，涉及一种循迹玩具的循迹方法、装置及其玩具。

背景技术

循迹玩具是玩具市场中很有趣味性的一款产品，可以单独玩，也可以互相竟赛；其玩法第一步：在白色纸上用黑色笔画一条实线，线可以是直的，也可以是弯曲的，使用者可根据自己喜好画线；第二步：将玩具车（或者做成公仔形状的各种玩具）放在黑色线的起点，打开开关，玩具就可以沿着黑色线走过去，线弯曲的地方，玩具会根据线的弯转方向自动转弯，实现循迹性；目前市场上方案（请参见图 1 ) 实现原理：因为黑色纸与白色纸对红外线的吸收能力不同，黑色纸吸收能力强反射能力弱，而白色纸反射能力强吸收能力弱，于是红外探头探测区域的颜色深浅不同时，会返回高低不同的电压信号，根据返回信号的状态，判断玩具是跨在线上移动还是压在黑色线上，如出现压黑色线的状况，则相应的调整马达转动方式，使玩具转弯，从而与黑色线方向一致。这一点，在中国专利申请号为： 201020664994.6, 201120220318.2等专利中也有记载。因此，在现有技术中，都是利用对电平信号的判断来实现对转向及马达的控制的。由于需要判断电平翻转信号，因此对电压的稳定性要求极高，同时易受其它红外线遥控设备的干扰而出现误动作；从图 1可以看到，红外线探测装置的采样端需用可调电阻调节其状态，因此每台设备出厂前都要进行精密调试，从而导致生产难度大，生产效率低；可调电阻价格贵，导致玩具成本高；红外发射管开机就一直处于发射状态，左右易互相干扰；红外发射管开机就一直处于发射状态，耗电流大，降低玩具内电池的使用寿命。

发明内容本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述对电源的要求高、成本较高、容易被干扰的缺陷，提供一种对电源的要求较低、成本较低、不易被干扰的一种循迹玩具的循迹方法、装置及其玩具。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种循迹玩具的循迹方法，所述循迹玩具包括设置在其底部左右两侧的两个轮流工作的检测单元，所述循迹方法包括如下步骤：

A )产生或设置一检测数据序列，使用该检测数据序列调制红外发射管的载波信号，得到调制后的载波信号；

B )输出所述调制后的载波信号作为当前工作的检测单元的驱动信号，并同时取得所述当前工作的检测单元的输出信号的交流分量；

C ) 比较所述交流分量与所述产生或设置的检测数据序列是否相符，如相符，不输出与该当前工作的检测单元对应的转向控制信号；如不相符，输出与该当前工作的检测单元对应的转向控制信号一设定时间；

D )轮换当前工作的检测单元与未工作的检测单元，并返回步骤 B )。

更进一步地，所述检测数据序列包括其速率为大于 2kbps的脉沖数据序列。

更进一步地，所述检测单元为发出红外线并接收被遮挡物反射红外线的红外线对管；其驱动波形是红外发射管的驱动波形，其输出波形是红外接收管的输出波形。

更进一步地，所述步骤 D ) 中进一步包括如下步骤：

D1 )将所述当前工作的检测单元的红外发射管的驱动信号设置在封锁电平并保持，使其转换为未工作状态；

D2 )撤销当前未工作的检测单元的红外发射管的驱动信号封锁电平，使其转换为工作状态。更进一步地，所述步骤 C )进一步包括：

C1 )对所述取得的交流分量解码，得到其内容；所述内容包括得到的电平序列或 /和相位；

C2 ) 比较所述解码得到的电平序列表示的内容与设置的检测数据序列表示的内容是否相同或 /和相位是否一致，如是，判断为相符；否则，判断为不相符。

更进一步地，所述转向控制信号为两个，分别对应于所述两个检测单元，一个所述转向控制信号的输出使得所述循迹玩具转向设定方向。

本发明还涉及一种实现上述方法的装置，所述循迹玩具包括设置在其底部左右两侧的两个轮流工作的检测单元，所述装置包括：

调制单元：用于产生或设置一检测数据序列，使用该检测数据调制红外发射管的载波信号，得到调制后的载波信号；

驱动及信号接收单元：用于输出所述调制后的载波信号作为当前工作的检测单元的驱动信号，并同时取得所述当前工作的检测单元的输出信号的交流分量；

比较及转向控制信号输出单元：用于比较所述交流分量与所述产生或设置的检测数据序列是否相符，如相符，不输出与该当前工作的检测单元对应的转向控制信号；如不相符，输出与该当前工作的检测单元对应的转向控制信号一设定时间；

转换单元：用于轮换当前工作的检测单元与未工作的检测单元。

更进一步地，所述转换单元进一步包括：

检测单元封锁模块：用于将所述当前工作的检测单元的红外发射管的驱动信号设置在封锁电平并保持，使其转换为未工作状态；检测单元封锁撤销模块：用于撤销当前未工作的检测单元的红外发射管的驱动信号封锁电平，使其转换为工作状态。更进一步地，所述比较及转向控制信号输出单元进一步包括：解码模块：用于对所述取得的交流成分解码，得到其内容；比较模块：用于比较所述解码得到的电平序列表示的内容与设置的检测数据序列表示的内容是否相同或 /和相位是否一致，如是，判断为相符；否则，判断为不相符。

本发明还涉及一种循迹玩具，包括设置在其底部左右两侧的两个轮流工作的检测单元、设置其底部且远离所述检测单元一端中部的导向装置以及控制装置，所述控制装置为所述检测单元提供驱动信号，接收所述检测单元输出信号并依据所述接收到的信号控制所述导向装置使所述循迹玩具调节行进方向；所述控制装置采用上述的循迹方法进行循迹。

实施本发明的循迹玩具的循迹方法、装置及其玩具，具有以下有益效果：由于使用设定的检测数据序列对载波信号进行调制，且使用调制后的载波信号发送到检测单元，同时，对该检测单元输出的、由于上述调制后的载波信号而得到的输出，滤掉其直流成分，保留交流成分，使用该交流成分判断并得到转向控制信号，避免了使用电平来判断，所以其对电源要求较低、判断较为准确、不易受到干扰；而交替工作的检测单元进一步节省了电源消耗，降低了成本。

附图说明

图 1是现有技术中循迹玩具的电路结构示意图；

图 2是本发明循迹玩具的循迹方法、装置及其玩具实施例中循迹方法的流程图；

图 3是所述实施例中循迹装置的结构示意图；

图 4是所述实施例中循迹玩具的结构示意图；

图 5是所述实施例中循迹玩具的电原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步说明。如图 2所示，在本发明循迹玩具的循迹方法、装置及其玩具实施例中，该循迹玩具的循迹方法包括如下步骤：

步骤 S21 产生或设置检测数据序列，用其调制载波，得到调制后的载波信号：通常，在现有技术中，由于其采用电平翻转来判断循迹玩具是否在正确的轨道上，因此，不会对用于驱动红外线检测装置的载波信号进行调制，而是直接将载波信号输送到红外线检测装置作为驱动信号。但是，在本实施例中，由于采用取得红外线检测装置输出的交流分量作为检测手段，所以需要产生或设置一个检测数据序列 , 并使用该检测数据序列对载波进行调制，使得上述红外检测装置发出的红外线中携带设定的信息，再依据该红外线反射回来并被接收的信号中的这些信息来判断循迹玩具是否处于轨迹之上，也就是是否需要调节该循迹玩具的方向。故设置或产生一个固定的监测数据序列，并用该检测数据序列不断地、周期性地调节载波信号，得到调制后的载波信号，作为红外检测装置的驱动信号；在本实施例中，检测数据序列是其速率为大于 2kbps的脉沖数据序列；例如，一个速率为 5kbps 的脉沖数据序列。筒单地讲，检测数据序列就是一个其速率在上述速率范围内的脉沖串。对数据速率的限定是为了避开较为广泛使用的红外遥控器发出信号的干扰。

步骤 S22输送该调制后的载波信号到当前工作的检测单元，并取得该检测单元输出信号的交流分量：在本步骤中，输出上述调制后的载波信号作为当前工作的检测单元的驱动信号，并取得所述当前工作的检测单元的输出信号的交流分量；在本实施例中，该循迹玩具包括了在其底部左右两侧的两个轮流工作的检测单元，也就是说，在一个检测单元工作时，另一个并不工作，而在该处于工作状态的单元检测完成后，使得工作的这个检测单元停止工作，并使原先不工作的另一个检测单元开始工作，如此循环往复；而这些检测单元为发出红外线并接收被遮挡物反射红外线的红外线对管；其驱动波形是红外发射管的驱动波形，其输出波形是红外接收管的输出波形。也就是说，这些调制后的载波信号输送到当前工作的红外线对管的发射管上作为发射驱动波形（或信号），该当前工作的红外线对管的发射管发出红外线光，这些红外线光中携带有设定的信息，并在遇到阻挡物（例如，该循迹玩具运动的平面或纸面）后产生反射，反射光被该红外线对管的接收管接收，该接收管因此产生输出信号，在本步骤中，取得这些输出信号的交流分量并送出。

步骤 S23 对取得的交流分量解码，得到其数据：在本步骤中，将上述步骤中得到的交流分量输送到控制单元或控制装置中，在本实施例中，该控制单元或装置是一个 MCU; 在该 MCU中，对得到的交流分量（如果红外对管的发射的红外线没有被循迹玩具运动的平面上的黑色轨迹吸收，该交流分量实际上是检测数据的交流部分）进行解码，得到其表示的数据。在本步骤中，该数据不仅仅是一个电平序列，在再解码的同时，还会取得表示该接收到的信号的相位，该相位也是上述数据的一个重要组成部分。

步骤 S24得到的数据与检测数据相符？在本步骤中，判断解码得到的电平序列表示的内容与设置的检测数据序列表示的内容是否相同或 /和相位是否一致，如是，判断为相符，表示循迹玩具的方向不需要调节，执行步骤 S25; ；否则，判断为不相符，表示循迹玩具的方向需要调节，执行步骤 S26。在本实施例中，解码得到的数据包括电平序列或 /和相位；在一种情况下，得到的数据是一系列的、具有一定幅度电平的脉沖以及这些脉沖的相位，这些脉沖表示一个特定的内容，在设置检测数据序列时，该内容已经确定，例如，设置为 "1001" , 如果解码后的脉沖序列表示的也是 "1001" , 则表示其数据内容相同；在本步骤中，就需要分别比较这些脉沖序列及其相位是否与比较所述解码得到的内容与设置的检测数据内容是否相同且相位是否一致，如是，判断为相符；否则，判断为不相符；在另外一些情况下，也可以只得到其中一项或只判断其中一项。只要确认发射的光信号并没有被黑线吸收，而是基本上完全反馈回来即可。

步骤 S25 不输出与该检测单元对应的转向控制信号：在本步骤中，由于上述经过解码得到的数据与设定的检测数据相符，表明循迹玩具在正确的轨迹上、至少当前不需要调节其运动方向，所以，不输出转向控制信号，保持该循迹玩具的运动方向。在本实施例中，转向控制信号为两个，分别对应于两个检测单元，一个转向控制信号的输出使得循迹玩具转向设定方向。请参见图 5, 在图 5中，转向控制信号被标记为 "right" 和 "left" ，分别由不同的输出端口输出，这两个转向控制信号分别对应于不同的检测单元，例如，信号 "right" 对应于设置在玩具左边的检测单元，当该检测单元检测输出的信号与设定的检测数据内容相符时，不输出该信号；而当该检测单元检测输出的信号与设定的检测数据内容不相符时，输出该信号，使得循迹玩具的前进方向向右偏移。执行完本步骤后，跳转到步骤 S27。

步骤 S26输出与该检测单元对应的转向控制信号：在本步骤中，由于上述经过解码得到的数据与设定的检测数据不相符，表明循迹玩具不在正确的轨迹上、需要调节其运动方向，所以，输出转向控制信号，使该循迹玩具的运动方向向上述设定方向转动。执行完本步骤后，执行步骤 S27。

步骤 S27封锁当前工作的检测单元使其转换为未工作状态：在上述步骤中，实际上已经完成了一个检测单元的检测工作，正如前面所描述的一样，在本实施例中，该循迹玩具的底面两侧（左右两侧，参见图 4 )分别设置有两个检测单元，这两个检测单元是不间断地轮流工作的。所以，当完成一个检测单元的检测工作之后，需要将这个检测单元转换到非工作状态，而将当前处于非工作状态的检测单元转换到工作状态，进行检测。本步骤和步骤 S28合起来完成这一动作。由于在本实施例中，使一个检测单元处于非工作状态的方法是使其发射管被封锁而不能发出红外线，例如，将其驱动端设置为高电平，使得发射管两端不存在电压差或电压差不足以驱动该发射管发光；而使一个检测单元转换为工作状态的方法是撤销其发射管的封锁，代之以经过调制的载波驱动波形。为此，在本步骤中，就是将上述步骤中发射并取得信号的检测单元的发射管驱动端设置为封锁电平，使其转换为非工作状态。

步骤 S28撤销当前未工作的检测单元的封锁使其转换未工作状态：在本步骤中，撤销上述步骤执行时其发射管被封锁的那个检测单元的封锁电平，将上述调制过的载波信号取代，使其转为工作状态。执行本步骤后，跳转到步骤 S12, 开始下一轮的检测。

本实施例中还涉及一种实现上述方法的装置，请参见图 3 , 该装置包括：调制单元 31、驱动及信号接收单元 32、比较及转向控制信号输出单元 33以及转换单元 34; 当然，如前所述，循迹玩具包括设置在其底部左右两侧的两个轮流工作的检测单元（参见图 4 )。其中，调制单元 31用于产生或设置一检测数据序列，使用该检测数据调制红外发射管的载波信号，得到调制后的载波信号；驱动及信号接收单元 32用于输出上述调制后的载波信号作为当前工作的检测单元的驱动信号，并取得该检测单元的输出信号的交流分量；比较及转向控制信号输出单元 33用于比较得到的交流分量与所述产生或设置的检测数据序列是否相符，如相符，不输出与该当前工作的检测单元对应的转向控制信号；如不相符，输出与该当前工作的检测单元对应的转向控制信号一设定时间；转换单元 34用于轮换当前工作的检测单元与未工作的检测单元。也就是说，转换单元 34用于是该循迹玩具上的两个检测单元周期性地轮换工作，且每个检测单元工作的时间相等。例如，在 0-1秒第一个检测单元工作、第二个检测单元不工作；在 1-2 秒第二个检测单元工作、第一个检测单元不工作；在 2-3秒第一个检测单元工作、第二个检测单元不工作；并以此类推。在本实施例中，转换单元 34进一步包括：检测单元封锁模块 341和检测单元封锁 ^ 销模块 342; 其中，检测单元封锁模块 341用于将所述当前工作的检测单元的红外发射管的驱动信号设置在封锁电平并保持，使其转换为未工作状态；检测单元封锁撤销模块 342用于撤销当前未工作的检测单元的红外发射管的驱动信号封锁电平，使其转换为工作状态。

此外，在本实施例中，比较及转向控制信号输出单元 33进一步包括解码模块 331和比较模块 332; 解码模块 331用于对上述取得的交流成分解码，得到其内容；比较模块 332用于比较所述解码得到的电平序列表示的内容与设置的检测数据序列表示的内容是否相同或 / 和相位是否一致，如是，判断为相符；否则，判断为不相符。当然，在一些情况下，也可以只判断上述相位或数据内容中的一个。

在本实施例中，还涉及一种使用上述方法循迹的循迹玩具。请参见图 4、图 5 , 其中，图 4是该玩具的底面示意图，图 5是该玩具的电原理图。如图 4所示，循迹玩具包括设置在其底部左右两侧的两个轮流工作的检测单元（41、 42 )、设置其底部且远离检测单元（41、 42 ) 一端的中部的导向装置 45以及控制装置（参见图 5 中的 MCU 及其外围部件），控制装置为检测单元（41、 42 )提供驱动信号，接收检测单元（41、 42 )输出信号并依据所述接收到的信号控制导向装置 45使循迹玩具调节行进方向；该控制装置采用上述的循迹方法进行循迹。在途 4 中， 43、 44是设置在该玩具上的动力装置，为该玩具提供行进的动力。体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

权利要求书

1、一种循迹玩具的循迹方法，其特征在于，所述循迹玩具包括设置在其底部左右两侧的两个轮流工作的检测单元，所述循迹方法包括如下步骤：

A )产生或设置一检测数据序列，使用该检测数据序列调制载波信号，得到调制后的载波信号；

2、根据权利要求 1所述的循迹方法，其特征在于，所述检测数据序列包括其速率为大于 2kbps的脉沖数据序列。

3、根据权利要求 2所述的循迹方法，其特征在于，所述检测单元为发出红外线并接收被遮挡物反射红外线的红外线对管；其驱动波形是红外发射管的驱动波形，其输出波形是红外接收管的输出波形。

4、根据权利要求 3所述的循迹方法，其特征在于，所述步骤 D ) 中进一步包括如下步骤：

D2 ) ^销当前未工作的检测单元的红外发射管的驱动信号封锁电平，使其转换为工作状态。

5、根据权利要求 4所述的循迹方法，其特征在于，所述步骤 C ) 进一步包括：

CI )对所述取得的交流成分解码，得到其数据内容；所述数据内容包括得到的电平序列或 /和相位；

6、根据权利要求 5所述的循迹方法，其特征在于，所述转向控制信号为两个，分别对应于所述两个检测单元，一个所述转向控制信号的输出使得所述循迹玩具转向设定方向。

7、一种实现如权利要求 1所述循迹方法的装置，其特征在于，所述循迹玩具包括设置在其底部左右两侧的两个轮流工作的检测单元，所述装置包括：

调制单元：用于产生或设置一检测数据序列，使用该检测数据序列调制红外发射管的载波信号，得到调制后的载波信号；

8、根据权利要求 7所述的装置，其特征在于，所述转换单元进一步包括：

检测单元封锁模块：用于将所述当前工作的检测单元的红外发射管的驱动信号设置在封锁电平并保持，使其转换为未工作状态；检测单元封锁撤销模块：用于撤销当前未工作的检测单元的红外发射管的驱动信号封锁电平，使其转换为工作状态。

9、根据权利要求 8所述的装置，其特征在于，所述比较及转向控制信号输出单元进一步包括：

解码模块：用于对所述取得的交流成分解码，得到其内容；所述内容包括得到的电平序列或 /和相位；

比较模块：用于比较所述解码得到的电平序列表示的内容与设置的检测数据序列表示的内容是否相同或 /和相位是否一致，如是，判断为相符；否则，判断为不相符。

10、一种循迹玩具，其特征在于，包括设置在其底部左右两侧的两个轮流工作的检测单元、设置其底部且远离所述检测单元一端中部的导向装置以及控制装置，所述控制装置为所述检测单元提供驱动信号，接收所述检测单元输出信号并依据所述接收到的信号控制所述导向装置使所述循迹玩具调节行进方向；所述控制装置采用如权利要求

1-6中任意一项所述的循迹方法进行循迹。