用於玩具的光電控制系統的製作方法
2023-05-08 08:47:56
專利名稱：用於玩具的光電控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於玩具的光電轉換和控制系統，更具體地，涉及一種能夠發射、接收光信號並且進行光電轉換的光電控制系統，以便控制一個玩具中的呼啦圈可跟隨參與遊戲的人的腰部的扭動方向和速度而旋轉。
背景技術：
利用包括採用微處理器在內的光電轉換和控制技術已日益廣泛地應用於包括玩具在內的各種日常的電子裝置或用具之中。它通過預先設置的程序，在輸入外部光信號的情況下，通過光電轉換獲得用於控制的電信號，使電子裝置或用具按照預定的方式啟動或動作，以達到所要求的目的。
在現有的光電控制的玩具中，基本上是採用人的手動操作一個遙控裝置來發出光信號，作為接收側的玩具在接收到該光信號之後經光電轉換而產生轉換後的相應的電信號，該電信號經處理之後成為用於控制玩具的機械動作的控制信號，從而達到控制玩具移動或動作的目的。在此過程中，除了手動操作之外，通常人體本身並不需要作出與控制相關的其它動作，就是說，玩具是被動地受到控制而動作的，作為控制者的人與玩具之間沒有更進一步的相互呼應，因而其娛樂性或投入感沒有地得到充分的發揮。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種發射、接收光信號並經光電轉換而進行光電控制的光電控制系統，在其一個第一操作模式的狀態下，用於控制一個人形玩具中的呼啦圈可跟隨參與遊戲的人的腰部的扭動方向和速度而旋轉，並且由於呼啦圈的旋轉而帶動人形玩具的搖動，使之在達到一個具有共振效果的旋轉頻率時具有最大的搖動幅度；或者在其一個第二操作模式的狀態下，當更換該玩具的呼啦圈的旋轉方向的速度時，如果檢測到人的腰部能夠跟隨呼啦圈的旋轉而扭動，則該玩具會發出聲或光，以表示人的腰部跟隨呼啦圈扭動的成功。
為了達到上述目的，根據本發明的用於一個人形玩具的光電控制系統包括兩個部分，其中，光信號發射部分被固定在參與遊戲的人的腰部，用於光信號的產生和發射，該光信號中包括了人的腰部的扭動的啟動和停止信息以及扭動的方向和速度的信息；光信號接收部分位於該玩具中，用於接收該光信號、對該光信號進行光電轉換，並且對所獲得的電信號進行判斷和處理，以控制位於該玩具中的呼啦圈跟隨人的腰部的扭動方向和速度而旋轉，並且由於呼啦圈的旋轉而帶動人形玩具的搖動，使之在達到一個具有共振效果的旋轉頻率時具有最大的搖動幅度；或者控制人形玩具發出聲或光，以表示人的腰部跟隨呼啦圈扭動的成功。
根據本發明的一種用於玩具的光電控制系統，包括一個發射部分，其中包括一個發射部分信號處理單元，用於接收所述發射部分中的一些其它部件的信息並進行判斷，並且根據所述判斷的結果來控制可見光或紅外光的發射；一個發射部分按鍵，它連接至所述發射部分信號處理單元，用於接通或切斷電源；一個X軸振動傳感器，它連接至所述發射部分信號處理單元，用於向所述發射部分信號處理單元提供所述發射部分在X軸方向的振動信息，所述X軸方向定義為在人體腰部的一個橫截面內的一個方向；一個Y軸振動傳感器，它連接至所述發射部分信號處理單元，用於向所述發射部分信號處理單元提供所述發射部分在Y軸方向的振動信息，所述Y軸方向定義為在所述人體腰部的橫截面內的與所述X軸方向相垂直的方向；一個發射部分工作指示發光二極體，它連接至所述發射部分信號處理單元，用於在所述發射部分信號處理單元的控制下發射可見光；一個紅外光發光二極體，它連接至所述發射部分信號處理單元，用於在所述發射部分信號處理單元的控制下發射紅外光；及一個發射部分直流電源，用於向所述發射部分的各個組成部分供電；和一個接收部分，其中包括一個接收部分信號處理單元，用於接收來自所述接收部分中的其它部件的信息並進行判斷和控制；一個紅外光接收器，它連接至所述接收部分信號處理單元，用於接收來自所述發射部分的紅外光，並且將所接收的光信號轉換成電信號並傳輸至所述接收部分信號處理單元；一個音頻放大電路，它連接至所述接收部分信號處理單元，用於放大從所述接收部分信號處理單元輸出的音頻信號；一個揚聲器，它連接至所述音頻放大電路，用於發出聲音；一個橋形馬達驅動電路，它連接至所述接收部分信號處理單元，用於在所述接收部分信號處理單元的控制下輸出驅動信號；一個動作馬達，它連接至所述橋形馬達驅動電路，用於在所述驅動信號的控制下按所需要的方向和速度旋轉；一個工作狀態顯示部分，它連接至所述接收部分信號處理單元，用於顯示所述接收部分的工作狀態；一個省電電路，用於在非工作狀態下關斷向所述紅外光接收器的供電；及一個直流電源，用於向所述接收部分的各個組成部分供電，其特徵在於，所述接收部分信號處理單元在其一個第一操作模式的狀態下，可操作地根據來自所述紅外光接收器的電信號中包含的有關所述發射部分的X軸和Y軸的振動信息進行判斷，根據所述判斷結果發出控制所述橋形馬達驅動電路的信號，以驅動所述動作馬達按所需要的方向和速度旋轉；或者，在其一個第二操作模式的狀態下，可操作地控制所述橋形驅動電路，以驅動所述動作馬達按所需要的方向和速度旋轉，並且根據所述判斷結果經所述音頻放大電路來控制所述揚聲器發聲並在所述工作顯示部分進行顯示。
在根據本發明的光電控制系統中，所述信號處理單元是一個微處理器。
在根據本發明的光電控制系統中，所述控制所述橋形馬達驅動電路的信號是兩個具有不同的佔空比的脈寬調製信號。
在根據本發明的光電控制系統中，所述控制所述橋形馬達驅動電路的脈寬調製信號包括一個指示所述工作馬達的旋轉方向的標誌位。
在根據本發明的光電控制系統中，所述發射部分可被裝嵌在一個便於固定在人體腰部的外殼中。
採用根據本發明的光電控制系統，在一種遊戲方法中，人形玩具的呼啦圈的旋轉受到參與遊戲的人的腰部的扭動的控制，並且由於呼啦圈的旋轉而帶動玩具的搖動，使之在達到一個具有共振效果的旋轉頻率時具有最大的搖動幅度；或者在另一種遊戲方法中，判斷參與遊戲的人的腰部的扭動能否跟隨呼啦圈的旋轉。這樣，玩具本身的搖動和其中的呼啦圈的旋轉共同產生良好逼真的效果，並且人和玩具兩者之間相互呼應，從而使遊戲過程更具娛樂性和投入感。
通過參照以下附圖的說明，本發明將變得更加清晰。附圖中圖1是根據本發明的光電控制系統的一個發射部分的方框圖；圖2是根據本發明的光電控制系統的一個接收部分的方框圖；圖3是X軸振動傳感器和Y軸振動傳感器的振動開關的結構示意圖；圖4是X軸振動傳感器和Y軸振動傳感器在各位置的狀態示意圖；圖5是順時針旋轉的控制信號波形圖；圖6是逆時針旋轉的控制信號波形圖；圖7是發射部分旋轉方向與速度識別的操作流程圖；圖8是接收部分的操作流程圖；圖9是採用根據本發明的光電控制系統的一個人形玩具的外形示意圖；圖10a和10b分別是根據本發明的光電控制系統中的用於固定在人體腰部的發射部分的外殼的正面和側面的外形示意圖。
實施例說明本發明的光電控制系統一個發射部分和一個接收部分構成。
圖1是根據本發明的光電控制系統的發射部分的方框圖。
如圖1所示，發射部分包括一個X軸振動傳感器11、一個Y軸振動傳感器12、一個按鍵開關13、一個發射部分信號處理單元14、一個工作指示發光二極體(LED)燈15、一個紅外光發光二極體16、以及一個發射部分的3V直流電源17。
圖5和圖6示出在人體腰部的不同的扭動方向的情況下由X軸振動傳感器11與Y軸振動傳感器12依人體腰部的扭動方向而組合地產生的兩種時差信號。如圖5所示，當人體腰部沿順時針方向扭動時，X軸振動傳感器11的方波脈衝信號的下降沿落後於Y軸振動傳感器12的方波脈衝信號的下降沿。如圖6所示，當人體腰部沿逆時針方向扭動時，X軸振動傳感器11的方波脈衝信號的下降沿超前於Y軸振動傳感器12的方波脈衝信號的下降沿。X軸振動傳感器11向信號處理單元14提供X軸方向的振動信息，Y軸振動傳感器12向信號處理單元14提供Y軸方向的振動信息。其中，X軸方向定義為所述發射部分在人體腰部處的一個橫截面的一個方向，而Y軸方向定義為在該橫截面內與X軸方向相垂直的方向。在上述兩種不同的扭動情況下，X和Y軸振動傳感器的信號被輸送至信號處理單元14進行運算和判斷。信號處理單元14根據判斷的結果輸出不同的信號去控制紅外光發光二極體16和工作指示LED燈15是否發光。通過按鍵13可以啟動或停止信號處理部分14的工作。電源17用於向所述發射部分的各個組成部分供電。
圖2是根據本發明的光電控制系統的接收部分的方框圖。
如圖2所示，接收部分包括一個紅外光接收器21、一個接收部分信號處理單元22、一個音頻放大電路23、一個揚聲器24、一個橋形馬達驅動電路25、一個動作馬達26、一個工作狀態顯示部分27、一個省電電路28、以及一個接收部分的6V直流電源29。
在工作時，紅外光接收器21接收來自發射部分的紅外光發光二極體16的紅外光信號時，並且將所接收的信號轉換成相應的電信號後輸送至信號處理單元22。信號處理單元22對該電信號進行判斷處理，然後根據判斷的結果向橋形馬達驅動電路25發出相應的動作信號，該動作信號包括具有不同的佔空比的脈寬調製信號，其中包括一個指示所述工作馬達的旋轉方向的標誌位，從而驅動動作馬達26按照所要求的方向和速度轉動。與此同時，信號處理單元22向音頻放大電路23發出發聲信號，從而帶動揚聲器24發出聲響。另一方面，信號處理單元22還向工作狀態顯示部分27提供相關的狀態指示信號，以顯示當時的工作狀態。當工作狀態顯示部分27無顯示，即信號處理部分22處於非工作狀態時，省電電路28關斷向紅外光接收器21的供電。電源29用於向所述接收部分的各個組成部分供電。
圖3示意地示出X軸振動傳感器和Y軸振動傳感器的振動開關的放大的結構。圖4示意地示出在人體腰部的不同的扭動方向的情況下的X軸振動傳感器和Y軸振動傳感器的振動開關在轉動圓周各個位置處的狀態。
從圖3可以看出，兩個振動開關的結構是相同的，均由一個空心銅管、一個鍍金鋼珠及三個引出腳組成。該兩個振動開關互成直角水平地放置於發射部分地外殼內，其中左右方向的稱為SW-X，另一個前後方向的稱為SW-Y。如圖4所示，當發射部分隨人體的腰部順/逆時針方向扭動時，振動開關會產生由規則的方波脈衝信號(見圖5和圖6)。
圖7是發射部分旋轉方向與速度識別的操作流程圖。
在第一種操作模式中，在開始時，發射部分的移動速度(即參與遊戲的人的腰部的扭動速度)等於0，計時器置0。信號處理單元14判斷是否能夠檢測到X軸傳感器的輸出信號下降沿，如果檢測不到的話，則重複進行此判斷。如果檢測到Y軸傳感器的輸出信號的下降沿，則進一步判斷Y軸傳感器的輸出信號是否為低電平。如果Y軸傳感器的輸出信號不是低電平的話，則表示參與遊戲的人的腰部是沿逆時針方向扭動的；如果Y軸傳感器的輸出信號是低電平的話，則表示參與遊戲的人的腰部是沿順時針方向扭動的。在判斷出轉動方向之後，在原轉動速度上加1。再判斷計時器是否已達到1秒，如果未達到1秒時，重複上述從開始進行的各操作；如果計時器已達到1秒，則有信號處理單元14控制紅外發光二極體16發出紅外光信號。
圖8示出接收部分的操作流程。在開始時，信號處理單元22通過音頻放大電路23控制揚聲器24發出聲響、工作狀態顯示部分27發光、並且通過橋形馬達驅動電路25控制動作馬達26的旋轉方向和速度。接著，信號處理單元22判斷是否接收到來自發射部分的紅外光發光二極體16的紅外光信號，如果沒有接收到紅外光信號，則重複上述從開始進行的各操作；如果接收到紅外光信號，則根據接收的信號而改變輸出至橋形馬達驅動電路的具有不同的佔空比的脈寬調製信號和其中的指示所述工作馬達的旋轉方向的標誌位，從而改變動作馬達的旋轉速度和方向，同時控制揚聲器24的聲響和工作狀態顯示部分的發光。
第二操作模式中的發射操作過程與第一操作模式中的發射操作過程相同。在接收操作過程中，信號處理單元22判斷所接收的紅外光信號中包含的旋轉速度和方向信息是否與玩具的現行旋轉速度和方向相一致。如果判斷的結果是一致的話，則通過音頻放大電路23控制揚聲器24發出聲響並且工作狀態顯示部分27發光；如果判斷結果是不一致的話，則既不發聲也不發光。
圖9示意地示出採用根據本發明的光電控制系統的一個人形玩具的外形。圖10a和10b分別示意地示出根據本發明的光電控制系統中的用於固定在人體腰部的發射部分的外殼的正面和側面的外形。
以上參照附圖對根據本發明的一個實施例進行了說明。本領域的普通技術人員可以理解，在不脫離本發明的精神和範圍的前提下，可以對本發明進行各種變化或修改。本發明的保護範圍由屬於本發明申請的權利要求書所限定。
權利要求1.一種用於一個玩具的光電控制系統，包括一個發射部分，其中包括一個發射部分信號處理單元，用於接收所述發射部分中的一些其它部件的信息並進行判斷，並且根據所述判斷的結果來控制可見光或紅外光的發射；一個發射部分按鍵，它連接至所述發射部分信號處理單元，用於接通或切斷電源；一個X軸振動傳感器，它連接至所述發射部分信號處理單元，用於向所述發射部分信號處理單元提供所述發射部分在X軸方向的振動信息，所述X軸方向定義為在人體腰部的一個橫截面內的一個方向；一個Y軸振動傳感器，它連接至所述發射部分信號處理單元，用於向所述發射部分信號處理單元提供所述發射部分在Y軸方向的振動信息，所述Y軸方向定義為在所述人體腰部的橫截面內的與所述X軸方向相垂直的方向；一個發射部分工作指示發光二極體，它連接至所述發射部分信號處理單元，用於在所述發射部分信號處理單元的控制下發射可見光；一個紅外光發光二極體，它連接至所述發射部分信號處理單元，用於在所述發射部分信號處理單元的控制下發射紅外光；及一個發射部分直流電源，用於向所述發射部分的各個組成部分供電；和一個接收部分，其中包括一個接收部分信號處理單元，用於接收來自所述接收部分中的其它部件的信息並進行判斷和控制；一個紅外光接收器，它連接至所述接收部分信號處理單元，用於接收來自所述發射部分的紅外光，並且將所接收的光信號轉換成電信號並傳輸至所述接收部分信號處理單元；一個音頻放大電路，它連接至所述接收部分信號處理單元，用於放大從所述接收部分信號處理單元輸出的音頻信號；一個揚聲器，它連接至所述音頻放大電路，用於發出聲音；一個橋形馬達驅動電路，它連接至所述接收部分信號處理單元，用於在所述接收部分信號處理單元的控制下輸出驅動信號；一個動作馬達，它連接至所述橋形馬達驅動電路，用於在所述驅動信號的控制下按所需要的方向和速度旋轉；一個工作狀態顯示部分，它連接至所述接收部分信號處理單元，用於顯示所述接收部分的工作狀態；一個省電電路，用於在非工作狀態下關斷向所述紅外光接收器的供電；及一個直流電源，用於向所述接收部分的各個組成部分供電，其特徵在於，所述接收部分信號處理單元在其一個第一操作模式的狀態下，可操作地根據來自所述紅外光接收器的電信號中包含的有關所述發射部分的X軸和Y軸的振動信息進行判斷，根據所述判斷結果發出控制所述橋形馬達驅動電路的信號，以驅動所述動作馬達按所需要的方向和速度旋轉；或者，在其一個第二操作模式的狀態下，可操作地控制所述橋形驅動電路，以驅動所述動作馬達按所需要的方向和速度旋轉，並且根據所述判斷結果經所述音頻放大電路來控制所述揚聲器發聲並在所述工作顯示部分進行顯示。
2.根據權利要求1所述的光電控制系統，其特徵在於，所述信號處理單元是一個微處理器。
3.根據權利要求1所述的光電控制系統，其特徵在於，所述控制所述橋形馬達驅動電路的信號是兩個具有不同的佔空比的脈寬調製信號。
4.根據權利要求3所述的光電控制系統，其特徵在於，所述脈寬調製信號包括一個指示所述工作馬達的旋轉方向的標誌位。
5.根據權利要求1所述的光電控制系統，其特徵在於，所述發射部分可被裝嵌在一個便於固定在人體腰部的外殼中，而所述接收部分被安裝在所述玩具之中。
專利摘要一種用於玩具的光電控制系統，包括兩個部分，其中，光信號發射部分被固定在參與遊戲的人的腰部，用於光信號的產生和發射，該光信號中包括了人的腰部的扭動的啟動和停止信息以及轉動的方向和速度的信息；光信號接收部分位於該玩具中，用於接收該光信號、對該光信號進行光電轉換，並且對所獲得的電信號進行判斷和處理，以控制位於該玩具中的呼啦圈跟隨人的腰部的扭動方向和速度而旋轉，並且由於呼啦圈的旋轉而帶動人形玩具的搖動，使之在達到一個具有共振效果的旋轉頻率時具有最大的搖動幅度；或者控制人形玩具發出聲或光，以表示人的腰部跟隨呼啦圈扭動的成功。
文檔編號A63H30/00GK2531847SQ0220213
公開日2003年1月22日 申請日期2002年1月18日 優先權日2002年1月18日
發明者蔡奇逢 申請人:銀輝玩具製品廠有限公司