读卡式可编程教育玩具组及其控制方法

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112619177A(43)申请公布日2021.04.09(21)申请号202011557873.4(22)申请日2020.12.25(71)申请人武汉理工大学地址430070湖北省武汉市洪山区珞狮路122号(72)发明人王永圣　霍嘉宸　易点　贺帅宇　庞家洪　刘惟伊　张艺腾　张煜龙　李少龙　刘宇晗　(74)专利代理机构湖北武汉永嘉专利代理有限公司42102代理人许美红(51)Int.Cl.A63H30/04(2006.01)G06K17/00(2006.01)权利要求书1页书4页附图3页(54)发明名称读卡式可编程教育玩具组及其控制(57)摘要本发明公开了一种读卡式可编程教育玩具组及控制方法，其中读卡式可编程教育玩具组包括玩具主体和与其相配套的卡片组；玩具主体内包括微控制器，以及均与该微控制器连接的RFID射频识别模块、动作执行机构、人机交互模块；卡片组包括多个可拼接的编程卡片，每个编程卡片内设有天线、线圈和RFID射频芯片；该RFID射频芯片通过天线线圈与玩具主体内的RFID射频识别模块通信。CN112619177ACN112619177A权　利　要　求　书1/1页1.一种读卡式可编程教育玩具组，其特征在于，包括玩具主体和与其相配套的卡片组；玩具主体内包括微控制器，以及均与该微控制器连接的RFID射频识别模块、动作执行机构、人机交互模块；卡片组包括多个可拼接的编程卡片，每个编程卡片内设有天线、线圈和RFID射频芯片；该RFID射频芯片通过天线线圈与玩具主体内的RFID射频识别模块通信。2.根据权利要求1所述的读卡式可编程教育玩具组，其特征在于，每个卡片表面贴有表明该卡片功能的指示标识。3.根据权利要求1所述的读卡式可编程教育玩具组，其特征在于，人机交互模块包括多个按键和LED指示灯。4.根据权利要求1所述的读卡式可编程教育玩具组，其特征在于，该卡式可编程教育玩具组还包括远程控制器，该玩具主体内还设有遥控传感模块，远程控制器与遥控传感模块无线通信连接。5.根据权利要求1所述的读卡式可编程教育玩具组，其特征在于，卡片组还包括可与编程卡片相拼接的装饰卡片，其表面贴有装饰画。6.根据权利要求1所述的读卡式可编程教育玩具组，其特征在于，该动作执行机构包括带编码的直流减速电机。7.根据权利要求1所述的读卡式可编程教育玩具组，其特征在于，玩具主体内还设有与微控制器连接的扬声器模块，以及将使用玩具信息发送给远程客户端的信息反馈模块。8.根据权利要求1所述的读卡式可编程教育玩具组，其特征在于，编程卡片为磁钮拔插式拼接卡片。9.一种读卡式可编程教育玩具组的控制方法，其特征在于，该控制方法基于权利要求1‑8中所述的读卡式可编程教育玩具组，具体包括以下步骤：玩具主体经过编程卡片时，编程卡片通过线圈感应电流，根据感应电流所获得的能量发送存储在编程卡片中的ID指令信息；RFID射频识别模块收到指令信息后进行处理，再传递给微控制器；微控制器读取编程指令，控制动作执行机构执行相应指令。10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于,该控制方法还包括以下步骤：微控制器读取指令后，通过扬声器播放相关指令给用户，指引用户的下一步操作。2CN112619177A说　明　书1/4页读卡式可编程教育玩具组及其控制方法技术领域[0001]本发明涉及可编程玩具领域，尤其涉及一种读卡式可编程教育玩具组及其控制方法。背景技术[0002]传统的玩具，由于大部分缺少可编程化、结合现有技术比较少，基本从传统出发，玩具的偏重点在于娱乐，教育意义较少。现如今玩具已经不仅仅是帮助儿童消除孤独、带来快乐、开发智力的事物，玩具的受众群体已经变得更为广泛，所发挥的作用也变得更为全面。人们对玩具的消费观念也在发生着转变，玩具已经从传统的机械类简单的玩具、布偶类玩具、装饰性的玩具，逐渐向新奇独特的电子玩具、可以语音对话的智能玩具、可以遥控的电动玩具转变。随着创客教育的普及和发展，将创客教育理念与玩具结合是玩具未来的主流方式。发明内容[0003]本发明的目的在于提供一种新型读卡式可编程教育玩具组，可解决现有编程玩具所存在的需连接电子设备才可以使用、幼儿使用编程玩具难上手、家长无法很好的得到反馈、必须接触操纵等的一系列问。[0004]本发明为达目的所采用的技术是：[0005]提供一种读卡式可编程教育玩具组，包括玩具主体和与其相配套的卡片组；[0006]玩具主体内包括微控制器，以及均与该微控制器连接的RFID射频识别模块、动作执行机构、人机交互模块；[0007]卡片组包括多个可拼接的编程卡片，每个编程卡片内设有天线、线圈和RFID射频芯片；该RFID射频芯片通过天线线圈与玩具主体内的RFID射频识别模块通信。[0008]接上述技术方案，每个卡片表面贴有表明该卡片功能的指示标识。[0009]接上述技术方案，人机交互模块包括多个按键和LED指示灯。[0010]接上述技术方案，该卡式可编程教育玩具组还包括远程控制器，该玩具主体内还设有遥控传感模块，远程控制器与遥控传感模块无线通信连接。[0011]接上述技术方案，卡片组还包括可与编程卡片相拼接的装饰卡片，其表面贴有装饰画。[0012]接上述技术方案，该动作执行机构包括带编码的直流减速电机。[0013]接上述技术方案，玩具主体内还设有与微控制器连接的扬声器模块，以及将使用玩具信息发送给远程客户端的信息反馈模块。[0014]接上述技术方案，编程卡片为磁钮拔插式拼接卡片。[0015]本发明还提供一种读卡式可编程教育玩具组的控制方法，该控制方法基于上述技术方案的读卡式可编程教育玩具组，具体包括以下步骤：[0016]玩具主体经过编程卡片时，编程卡片通过线圈感应电流，根据感应电流所获得的3CN112619177A说　明　书2/4页能量发送存储在编程卡片中的ID指令信息；[0017]RFID射频识别模块收到指令信息后进行处理，再传递给微控制器；[0018]微控制器读取编程指令，控制动作执行机构执行相应指令。[0019]接上述技术方案，该控制方法还包括以下步骤：微控制器读取指令后，通过扬声器播放相关指令给用户，指引用户的下一步操作。[0020]本发明产生的有益效果是：本发明通过可拼接的编程卡片的形式，当玩具需要执行指令时，通过拼接多张卡片即拼图的方式就可以实现，既简化了编程类玩具的结构，又增加了拼图的乐趣。[0021]进一步地，玩具主体在行进过程中会有LED闪烁或语音反馈，相比于市面上其他玩具来说在培养儿童用户编程思维的同时增加了自主性和趣味性。卡片的形状符合儿童用户的审美，方便用户进行拼接。[0022]进一步地，采用磁钮拔插式的凸起凹槽式的拼接方式可以在确保儿童用户安全的情况下加强卡片之间的固定。附图说明[0023]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：[0024]图1是本发明实施例可拼接的编程卡片的示意图；[0025]图2是本发明实施例玩具主体的结构示意图；[0026]图3是本发明实施例可拼接的编程卡片的内部结构示意图；[0027]图4是本发明实施例多种编程卡片示意图；[0028]图5是本发明实施例包括多个拼接的编程卡片和装饰卡片的示意图。具体实施方式[0029]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。[0030]如图1所示，本发明实施例的编程式卡片，其内设有天线、线圈和RFID射频芯片；该RFID射频芯片通过天线与外部RFID射频识别模块通信；该编程式卡片上设有拼接部，多个编程式卡片之间通过该拼接部拼接。[0031]编程式卡片为可拼接的卡片，可以通过多种方式，设计不同的拼接部来完成不同卡片之间的拼接。本发明实施例中，编程卡片选用磁钮拔插式拼接卡片。[0032]如图2、3所示，本发明实施例的读卡式可编程教育玩具组，包括玩具主体和与其相配套的卡片组；玩具主体内包括微控制器，以及均与该微控制器连接的RFID射频识别模块、动作执行机构、人机交互模块。本发明实施例中，微控制器采用微控制处理器STM32F103，可以通过RFID射频识别模块等检索到的信息，综合人机交互模块得到的指令进行处理，并对机器行为做出反馈。该处理器可以很好的满足该玩具所有的功能。[0033]该玩具主体中的RFID射频识别模块通过射频信号自动识别目标对象(即编程卡片)并获取相关数据，且无源RFID技术不需要外部电源且可同时识别多个标签，操作快捷方便。4CN112619177A说　明　书3/4页[0034]如图4、5所示，卡片组包括多个可拼接的编程卡片，每个编程卡片内设有天线、线圈和RFID射频芯片；该RFID射频芯片通过天线与玩具主体内的RFID射频识别模块通信。卡片组内的编程卡片可供用户自由选择拼接。编程卡片内部具有线圈，凭借线圈感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的卡片信息，RFID射频识别模块收到信息后传递给微控制器，对机器行为做出反馈。[0035]具体地，卡片组包中包含多组图文并茂的全彩卡片，每一组又由若干张编程卡片组成，都能够完整展示一个场景案例。选择一组编程卡片，用户可以通过自由拼接，创作不同类型的项目。每张卡片都在正面列出了该编程卡片所需要执行的任务，编程卡片背面展示了该操作的提示信息，编程卡片内部封装了充电线圈和RFID射频芯片。每张编程卡片都预先独立写入ID信息，机器人(即玩具主体)在经过编程卡片时，充电线圈会短暂充电，给RFID射频芯片供电，同时机器人读出编程卡片内的ID信息，根据规定的协议，机器人执行相应的动作指令。编程卡片组包携带方便，配合机器人主题适合在学校、编程培训机构及创客空间、图书馆或者家庭亲子活动中使用，在学习编程知识的同时，还能培养孩子们的想象、创造与分享能力。[0036]如图4所示，每张编程卡片表面贴有表明该卡片功能的指示标识。编程卡片为可被识别的有效卡片，有效卡片内部含有芯片，可以被玩具主体的识别模块识别，指导玩具主体前进、左转、右转、停止、缓慢等动作，该类卡片有左转、右转、前进、红绿灯、人行道等多种模式。[0037]人机交互模块包括多个按键和LED指示灯，如图1所示，在玩具主体上设有LED模块1、扬声器模块2、按键触控模块3和遥控传感模块4，其中LED模块1设置在玩具主体的眼睛中，扬声器模块2设置在玩具主体的肚子上，按键触控模块3设置在玩具主体的双脚或者双手上，遥控传感模块4设置也在玩具主体的双脚或者双手上。玩具主体可以做成各种卡头形象或者小动物形象。按键可以直接对玩具主体进行操作，如提供开关设备等简单功能；LED灯会根据机器读取的卡片的内容来进行闪烁，给予儿童用户有趣的反馈。[0038]该卡式可编程教育玩具组还包括远程控制器，该玩具主体内还设有遥控传感模块，远程控制器与遥控传感模块无线通信连接。遥控传感模块可使用nf2401芯片，该模块可以使用户远程操控玩具主体识别编程卡片、完成指令。[0039]如图5所示，卡片组还包括可与编程卡片相拼接的装饰卡片，其表面贴有装饰画。装饰卡片为无法被识别的无效卡片，无效卡片内部不含有可以被玩具主题识别的芯片，不可以被玩具主体的识别模块识别，主要作用为对游戏内容的装饰，该类卡片有梧桐树、石楠花等。[0040]该动作执行机构包括带编码的直流减速电机。该玩具主体中带编码的直流减速电机中的编码器是是一种信号传感器，可以将电机的运行状态实时传送给电机控制器。电机控制器位于机器人底盘部，用于控制电机，实现电机的调速、启停，从而实现玩具的启动与停止。[0041]玩具主体内还设有与微控制器连接的扬声器模块，以及将使用玩具信息发送给远程客户端的信息反馈模块。本发明实施例中信息反馈模块为ESP32模块，通过ESP32模块与用户APP之间形成数据互联，用户在APP上可以收到产品使用的反馈。这一功能的实现可以增强监护人在用户使用过程的参与度，全方面的更加了解用户。5CN112619177A说　明　书4/4页[0042]编程卡片为磁钮拔插式拼接卡片。编程卡片连接采用磁钮拔插式，该连接方式可以在保证安全的前提下连接效果较好。本发明实施例中每张编程卡片或者装饰卡片均包括相匹配的凸起和凹槽，每一张卡片的凹槽和凸起配合起来实现卡片之间的无缝连接。[0043]当玩具主体识别到不同的编程卡片时，能够通过射频识别模块等传感器，读取每一个编程卡片上的指令，通过微控制器使行动玩具执行包括速度、方向等指令，并通过扬声器播放相关指令给用户，指引用户的下一步操作。在此过程中，通过ESP32模块与手机实现数据连接，给监护人提供相关数据。[0044]上述读卡式可编程教育玩具组的控制方法，具体包括以下步骤：[0045]S1、机器人在经过编程卡片时，编程卡片通过线圈产生感应电流，根据感应电流所获得的能量通过天线模块发送预先存储在编程卡片中的ID指令信息；[0046]S2、RFID射频识别模块收到指令信息后进行处理，再传递给微控制器；[0047]S3、微控制器读取编程指令，按照规定的协议控制动作执行机构执行相应指令，机器人进行前后移动以及LED闪烁灯反馈。[0048]该控制方法还包括步骤S4：微控制器读取指令后，根据规定的协议通过扬声器播放相关指令给用户，指引用户的下一步操作。[0049]本发明克服了现有编程玩具卡片需连接电子设备才可以使用、幼儿使用编程玩具难上手、家长无法很好的得到反馈等一系列问题，通过可拼接的编程卡片来完成玩具的编程，简化了玩具形式，增强了编程玩具的趣味性，提高用户体验。[0050]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。6CN112619177A说　明　书　附　图1/3页图1图27CN112619177A说　明　书　附　图2/3页图3图48CN112619177A说　明　书　附　图3/3页图59