[发明专利]互动玩具

说明书

相关申请

本申请是在2009年10月6日提交的美国临时专利申请序列号No.61/249,227的非临时申请，并且要求其优先权，该美国临时专利申请的内容通过引用被在此结合。

背景技术

多年来，儿童乐于玩诸如洋娃娃、玩具人等玩具，包括诸如玩具火车组的运输工具。玩具火车组具有许多不同的形式，诸如模型轨道火车、遥控火车和木制火车。

发明内容

本发明的玩具火车系统提供了三种类型的游戏：（1）自由游戏，（2）声音和光游戏，以及（3）指导游戏。在自由游戏期间，用户可以在没有任何电子互动的情况下游戏，并且具有与其他系统类似的游戏体验。声音和光游戏向用户提供了电子因果关系游戏的附加维度。在指导游戏中，角色将向用户提供要完成的特定任务，并且在游戏期间建议游戏场景。

玩具火车系统包括许多运输工具、和产生无限数目的不同游戏模式的独特的互动火车站和目的地。儿童可以利用玩具火车系统游戏和互动，并且每次都具有独特的游戏体验。

本发明总体上涉及玩具火车系统，该玩具火车系统结合电子技术以在火车系统组件和用户之间提供互动。

基于对于低产品成本和丰富游戏体验的期望，存在与本发明相关联的许多设计挑战。在不增加成本和外部电路复杂度的情况下每一个挑战本身都不容易被解决。当全部加在一起时，整体设计和成本挑战消除了所有标准解决方案。为了实现与本发明相关的特定目标，本发明结合Cypress PSoC微控制器（例如，可以从Cypress半导体公司获得的CY8C21323）的动态积木零部件，并且编译一系列用户模块和内部电路路由以简化（低成本）并且解决（满足要求）设计挑战。Cypress PSoC微控制器包括模拟和数字逻辑和可编程互连的可配置块。这些可配置块允许基于设计要求来建立定制的外围配置。Cypress PSoC微控制器具有动态结构，这允许该块依赖于特定任务而移动。换句话说，微控制器的引脚的功能可以动态地改变。

因为本发明的游戏组件（例如，运输工具）是在物理上小的装置，所以电源的尺寸是要考虑的问题。虽然今天的大多数声音和光玩具设计使用三个电池单元，但是因为大的电池尺寸导致这不是排他性的。游戏组件需要使用更小尺寸的电池单元，诸如两个“AAA”碱性电池。这贯穿电池的使用期限提供了从2.2至3.0VDC的电压源。因为大多数低成本电子器件在3.3V（对于更新的IC为2.7V）或更高下工作，所以电池不能单独支持这个要求。一种解决方案是使用DC-DC转换器，以将电池电压升压到3.3V，并且贯穿电池单元的使用期限来调节该电压。这通常由外部DC-DC电源IC完成，这将增加不可接受的成本和提高的板复杂度。为了实现这一点，使能在Cypress PSoC微控制器内的内部转换模式泵（internal Switch Mode Pump），其允许微控制器和其他外部装置在3.3V或5V DC下运行。使用这种配置，实现了根据本发明的实施例的低成本、低复杂度和在PSoC解决方案内部的玩具火车系统。

本发明利用慢速和快速（例如，大约20kB/秒和更快的）红外线两者通信。为了经由IR发射器来发射IR标识系统ID代码（使用慢速红外线发射器SIR TX），使用将被调制到38kHz载波上以1000 bps数据率运行的通用异步接收器发射器（UART）。为了实现这一点，在IC引脚处的UART的输出被反相，并且将这个信号与38kHz时钟信号逻辑“与”。该解决方案将需要具有适当的逻辑门以完成反相器和与门功能的附加IC。为了在本发明中实现这个串行数据流，建立内部UART收发器和使用PSoC用户块的38kHz计数器。通过将UART信号输出内部反相并且逻辑与38kHz计数器，串行数据流被带到单个输出引脚，而没有增加的外部组件。

为了经由IR发射器发射IR数据流或文件（使用快速红外线发射器FIR TX），需要将被调制到455kHz载波上的以20kbps数据率运行的另一个通用异步接收器发射器（UART）。为了实现这一点，在IC引脚处的UART的输出被反相，并且将这个信号与455kHz时钟信号逻辑“与”。该解决方案将需要具有适当的逻辑门以完成反相器和与门功能的附加IC。为了在本发明中实现这个串行数据流，建立内部UART收发器和使用PSoC用户块的455kHz计数器。通过将UART信号输出内部反相并且逻辑“与”455kHz计数器，串行数据流被带到单个输出引脚，而没有增加的外部组件。