无线场景设备的制造方法
【专利摘要】本实用新型技术方案公开了一种无线场景设备和无线定位方法，所述无线场景设备包括：感应天线、感应识别单元和控制单元，其中，当带有身份感应单元的玩具进入场景中的特定区域，所述感应识别单元用于读取所述玩具的认证信息，所述特定区域在所述感应天线的感应范围内，所述认证信息包括用于标识玩具身份的信息；所述控制单元用于获取所述感应识别单元读取的认证信息，以确定所述玩具的身份和位置信息。所述无线场景设备和无线定位方法可以快速、准确地实现玩具在场景中的定位，且不受场景环境的影响。
【专利说明】
无线场景设备
技术领域
[0001]本实用新型属于玩具定位技术领域，具体涉及一种无线场景设备和无线定位方法。
【背景技术】
[0002]传统的移动类玩具如坦克、战车、赛车等所在的竞技或游戏场景是通过搭建地图、沙盘、赛道等来构成，玩具在场景内完成各种姿态的实现，彼此间的竞技。玩具在场景中的定位方式通常有以下三种:
[0003]颜色传感器+色纸定位。玩具自身装有颜色传感器，在场景内布置不同颜色贴纸，玩具存储颜色对应的位置信息。当玩具经过场景的颜色时被玩具的颜色传感器捕捉到并调用之前存储颜色对应的位置信息，从而实现了玩具在场景内的定位。该定位方式要求用户自定义贴纸位置后更新玩具自身贴纸对应的位置信息，缺少灵活和方便性，并且由于贴纸颜色会随着环境和时间变化出现色差，导致玩具检测精确度的降低，所以整个过程需要人工干预，对环境要求比较高。
[0004]摄像头图像识别定位。玩具自身装有摄像头，在场景内布置有特定规律的光影或图像，玩具通过摄像头采集到的视频或图像信息，比对地图数据库来实现玩具在场景内的定位。该定位方式要求用户能够根据不同的场景生成地图数据库，对应用者的技术要求较高，并且由于照明光暗差异影响，导致玩具摄像头采样图像的可靠性会降低，所以整个过程需要复杂的前期地图数据规划，对环境照明要求比较高。
[0005]基于接收信号强度指不(RSSI,Received Signal Strength Indicat1n)的强度算法定位。玩具自身带有射频收发器，可以是无线局域网(W1-Fi ,Wireless Fidelity)、蓝牙(Bluetooth)、紫蜂(ZigBee)、射频(RF，Rad1 Frequency)等协议标准，并在场景内布置一定数量的信标(Beacon)信号收发器。玩具可以通过读取场景内不同Beacon信号的强度，并通过类似基站的定位算法或无线信号指纹库来得出所在位置。该定位方式要求用户能够合理设计Beacon信号收发器在场景地图中的摆放位置，并能采集信号指纹库才能实现定位，且因为射频信号传播时的多径效应导致室内定位精度较低。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型技术方案要解决的技术问题是现有的玩具在场景中的定位方式对场景环境要求高，且定位精度低。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型技术方案提供一种无线场景设备，包括:感应天线、感应识别单元和控制单元，其中，当带有身份感应单元的玩具进入场景中的特定区域，所述感应识别单元用于读取所述玩具的认证信息，所述特定区域在所述感应天线的感应范围内，所述认证信息包括用于标识玩具身份的信息；所述控制单元用于获取所述感应识别单元读取的认证信息，以确定所述玩具的位置信息。
[0008]可选的，所述无线场景设备包括多个感应天线，各个感应天线的感应范围不同，所述控制单元用于根据所述感应识别单元读取的认证信息和感应天线的感应范围确定所述玩具的身份和位置信息。
[0009]可选的，所述控制单元还用于将所述玩具的身份和位置信息发送至操控端。
[0010]可选的，所述控制单元还用于获取所述操控端的反馈信息。
[0011]可选的，所述无线场景设备还包括无线通讯单元，所述控制单元和操控端通过所述无线通讯单元传送信息。
[0012]可选的，所述无线通讯单元采用蓝牙、W1-F1、射频或ZigBee通讯技术。
[0013]可选的，所述控制单元还用于根据所述玩具的身份和位置信息执行光效和/或声效控制操作。
[0014]可选的，所述控制单元还用于控制所述感应识别单元对所述玩具的身份感应单元执行写入操作。
[0015]可选的，所述感应天线为RFID天线，所述感应识别单元为RFID读写器，所述身份感应单元为RFID标签。
[0016]可选的，所述感应天线为NFC天线，所述感应识别单元为NFC模块，所述身份感应单元为NFC模块。
[0017]为解决上述技术问题，本实用新型技术方案还提供一种无线定位方法，包括:当带有身份感应单元的玩具进入场景中的特定区域，通过感应识别单元读取所述玩具的认证信息，所述特定区域在感应天线的感应范围内，所述认证信息包括用于标识玩具身份的信息；获取所述RFID读写器读取的认证信息，以确定所述玩具的身份和位置信息。
[0018]可选的，在所述场景内布置有多个感应天线，各个感应天线的感应范围不同；所述确定所述玩具的身份和位置信息包括:根据所述感应识别单元读取的认证信息和感应天线的感应范围确定所述玩具的身份和位置信息。
[0019]可选的，所述无线定位方法还包括:将所述玩具的身份和位置信息发送至操控端。
[0020]可选的，所述无线定位方法还包括:获取所述操控端的反馈信息。
[0021]可选的，采用蓝牙、W1-F1、射频或ZigBee通讯技术与所述操控端传送信息。
[0022]可选的，所述无线定位方法还包括:根据所述玩具的身份和位置信息执行光效和/或声效控制操作。
[0023]可选的，所述无线定位方法还包括:控制所述感应识别单元对所述玩具的身份感应单元执行写入操作。
[0024]可选的，所述感应天线为RFID天线，所述感应识别单元为RFID读写器，所述身份感应单元为RFID标签。
[0025]可选的，所述感应天线为NFC天线，所述感应识别单元为NFC模块，所述身份感应单元为NFC模块。
[0026]与现有技术相比，本实用新型技术方案应用了无线感应识别技术，感应天线可以灵活地布置在场景内，当带有身份感应单元的玩具进入感应天线的感应范围就可以被精确地识别和定位，感应天线和感应识别单元可以工作于恶劣环境下，不受周围环境的影响，还可识别高速移动的玩具，因此本实用新型技术方案具有定位识别精度高，且对场景环境的要求低的优点。
[0027]进一步，本实用新型技术方案采用多天线设计，多个感应天线可以灵活布置在场景内的不同位置，利用不同天线的感应范围实现多区域定位，且每个区域可以识别和定位多个玩具，因此本实用新型技术方案具有可扩展性强的优点。
[0028]进一步，本实用新型技术方案通过无线通讯技术将玩具的身份和位置信息上传至操控端，供操控端进行实时处理和反馈，以更灵活地操控玩具，从而实现了玩具、操控端和场景的关联和灵活交互。
【附图说明】
[0029]图1为本实用新型技术方案的无线场景设备的结构示意图；
[0030]图2为本实用新型实施例的无线场景设备的结构示意图；
[0031 ]图3为本实用新型另一实施例的无线场景设备的结构示意图。
【具体实施方式】
[0032]本实用新型技术方案的无线场景设备通过无线感应识别技术实现玩具的识别和精确定位，如图1所示，所述无线场景设备包括:感应天线(单个或多个，图中示例性地给出了四个，即Tl、T2、T3、T4)、感应识别单元M2和控制单元Ml，其中，当带有身份感应单元NI的玩具NO进入场景MO中的特定区域，感应识别单元M2用于读取玩具NO的认证信息，所述特定区域在所述感应天线的感应范围内；控制单元Ml用于获取感应识别单元M2读取的认证信息，以确定玩具NO的身份和位置信息。所述认证信息包括用于标识玩具身份的信息。
[0033]所述的无线感应识别技术可以是无线射频识别(RFID，Rad1 FrequencyIdentif icat 1n)技术，具体地，所述感应天线采用RFID天线，所述感应识别单元采用RFID读写器，所述身份感应单元采用RFID标签。RFID技术是一种非接触式识别，特点是安全、快速和不受环境因素影响。
[0034]所述的无线感应识别技术也可以是近场通讯(NFC，Near Field Communicat1n)技术，具体地，所述感应天线为NFC天线，所述感应识别单元为NFC模块，所述身份感应单元为NFC模块。NFC技术是由RFID技术演变而来，增加了数据双向传送的功能，应用更为灵活。
[0035]下面以RFID为例对本实用新型技术方案进行详细说明。
[0036]本实用新型实施例的无线场景设备请参考图2，包括:控制单元A1、RFID读写器A2、RFID天线Rl、R2、R3和R4，其中，当附有RFID标签(Tag)的玩具BI进入场景AO中的特定区域，RFID读写器A2用于读取玩具BI的认证信息，所述特定区域在所述RFID天线的感应范围内；控制单元Al用于获取RFID读写器A2读取的认证信息，以确定玩具BI的身份和位置信息。
[0037]具体地，RFID天线可以预先布置在场景AO中的某一位置，RFID天线具有一定的感应范围，进一步还可以在RFID天线的感应范围内预先划定特定区域，特定区域的范围可以小于或等于RFID天线的感应范围C3RFID读写器A2通过RFID天线发送一定频率的射频信号，当附有RF ID标签的玩具BI进入特定区域，例如设置在图2所示的RF ID天线R3的感应范围内的特定区域，则会产生感应电流，附有Tag的玩具BI获得能量被激活;玩具BI将标签内的认证信息通过Tag内置发送天线发送出去，所述认证信息包括所述标签的编码信息;RFID天线接收到从玩具BI发送来的载波信号，经天线调节器传送到RFID读写器A2;RFID读写器A2读取玩具的认证信息，包括对接收的信号进行解调和解码然后送到控制单元Al。
[0038]控制单元Al获取RFID读写器A2读取的认证信息，以确定玩具BI的身份和位置信息。由于RFID天线的位置预先布置，其感应范围也能够确定，当控制单元Al获取到RFID读写器A2读取的认证信息后，就可以确定发送该认证信息的玩具BI进入了场景AO中预先设置的特定区域(RFID天线的感应范围内)，也就确定了玩具BI在场景AO中的位置信息。控制单元Al通常可以采用微控制器(MCU)。
[0039]控制单元Al还可以用于根据所述玩具的身份和位置信息，执行相应地预设操作，例如，在场景AO中，执行光效和/或声效控制操作;或者，控制所述RFID读写器A2对玩具BI的RFID标签执行写入操作。
[0040]玩具BI内的RFID标签除了发送自身的编码信息，还可以发送玩具的状态信息，例如可以包括电量信息、玩具当前运行状态等。控制单元Al还可以用于根据玩具BI的状态信息，或结合位置信息和状态信息执行相应地预设操作。
[0041 ] RFID标签具有一个全球唯一ID(UID)，控制单元Al获取认证信息后，会先根据标签的编码(UID)判断标签的合法性，以确保对玩具的身份做识别，合法性判断通常可以采用数据传输过程的CRC校验、ID编码规则校验等逻辑运算。
[0042]另外，如图2所示，本实施例的无线场景设备还可以包括LED灯L0，控制单元Al控制LED灯效，用于标签识别的指示确认。
[0043]进一步地，无线场景设备可以包括多个RFID天线，各个RFID天线的感应范围不同，控制单元Al用于根据RFID读写器A2读取的认证信息和RFID天线的感应范围确定玩具的身份和位置信息。
[0044]RFID天线的数量和布置位置可以根据实际设计需求确定，在本实施例中，以4个RFID天线为例，分别布置在场景AO中的不同位置，相应地，各个RFID天线具有不同的感应范围，如图2所示的RFID天线R1、R2、R3和R4，可以进一步在RFID天线R1、R2、R3和R4感应范围内分别划定特定区域。4个RFID天线轮流发送射频信号，RFID读写器A2检测是否有玩具进入当前RFID天线的感应范围，如果有，RFID读写器A2读取到玩具发送的认证信息后传送至控制单元Al，由于RFID标签的唯一性，因此控制单元Al就可以根据认证信息和当前RFID天线的标识信息确定是哪个玩具进入了哪个特定区域，也就是确定了玩具在场景中的位置信息，该位置信息包括玩具的认证信息和RFID天线的标识信息，RFID天线的标识信息用于识别系统中不同的RFID天线，例如可以是RFID天线的编号等。
[0045]RFID天线灵活地布置在场景内，当附有RFID标签的玩具进入RFID天线的感应范围就可以被精确地识别和定位，RFID天线和RFID读写器可以工作于恶劣环境下，不受周围环境的影响，还可识别高速移动的玩具，因此定位识别精度高，且对场景环境的要求低。
[0046]采用RFID多天线设计，多个RFID天线可以灵活布置在场景内的不同位置，利用不同天线的感应范围实现多区域定位，且每个区域可以识别和定位多个玩具，因此可扩展性强。
[0047]无线场景设备的控制单元还可以进一步用于将所述玩具的身份和位置信息发送至操控端。控制单元和操控端之间可以通过有线或无线方式进行信息交互。请参考图3，本实用新型另一实施例的无线场景设备包括:控制单元々1、1^10读写器42、1^10天线1?1、1?2、1?和R4，还包括无线通讯单元A3。本实施例的无线场景设备的控制单元Al还可以通过无线通讯单元A3与操控端B2传送信息。
[0048]具体地，控制单元Al在确定玩具BI的身份和位置信息后，还可以将玩具BI的身份和位置信息通过无线通讯单元A3发送至操控端B2。操控端B2与玩具BI对应，用于对玩具BI进行操控，操控端B2接收到玩具BI的身份和位置信息后，可以进行相应地数据处理，产生相应的反馈信息并通过无线通讯单元A3发送至控制单元Al。控制单元Al获取操控端B2的反馈信息后，做相应地处理，以实现对场景AO的控制。
[0049]无线通讯单元A3可以采用蓝牙(Bluetooth)、射频、W1-F1、ZigBee等通讯技术。操控端B2可以为手机、游戏手柄、平板电脑、掌上电脑等电子终端，操控端B2可以直接操控玩具BI ο
[0050]通过无线通讯技术将玩具的身份和位置信息上传至操控端，供操控端进行实时处理和反馈，以更灵活地操控玩具，从而实现了玩具、操控端和场景的关联和灵活交互。
[0051]采用RFID技术和无线通讯技术相结合，通过射频信号自动识别和定位游戏场景内的玩具，并通过无线通讯与操控端进行实时数据交换，实现了快速定位和数据交互，且过程无须人工干预，自动化程度高。
[0052]本实施例无线场景设备的工作流程可以举例如下:
[0053]当前RFID天线不断发送射频信号，检测是否有附有RFID标签的玩具进入特定区域，该特定区域在当前RFID天线的感应范围内；
[0054]防冲突检测:如果有多个玩具同时进入同一天线的感应范围，各玩具中的RFID标签都会对RFID天线的射频信号做出响应，控制单元通过防碰撞算法进行合法性判断，检测出所有玩具标签的UID;
[0055]选卡:根据读取到的UID，激活标签;认证:根据预设的密钥，完成通讯认证;读卡:查询标签内指定的扇区和区块，读取数据;休眠:完成标签读取，缓存读取到的信息，休眠标签;如果有多个玩具进入特定区域，重复选卡、认证、读卡、休眠流程，读取其它标签的信息；
[0056]切换下一个RFID天线，重复上述流程，并且，并行处理后续流程:控制单元将缓存信息通过无线通讯单元上传至操控端;控制单元根据操控端反馈的处理结果和指令，执行后续响应。
[0057]在本实施例中，控制单元所做的处理具体可以包括:数据预处理，数据缓存和人机交互接口展示。数据预处理包括合法性判断，检测出标签的UID，剔除不符合ID编码规则的非法数据。数据缓存包括将玩具发送的信息存储于控制单元的缓存队列中，等待无线传输，传输完毕后从缓存队列中删除。人机交互接口展示包括根据预设逻辑做声、光效果展示，不同的场景位置可以预设不同的声光效果。预设逻辑可以预先通过操控端进行设置，举例来说:
[0058]在多人(多机)控制多玩具对战过程中，有的定位点(特定区域或特定区域内的预设点)设计为加血模式，则其光效设计为绿色，游戏过程中控制单元获取到玩具定位的信息后，绿色灯光闪烁。又可以将有的定位点设计为加攻击力的模式，则其光效设计为红色，游戏过程中获取到玩具定位的信息后，红色灯光闪烁。
[0059]在单人(单机)控制单个玩具游戏过程中，有些定位点可以分别设计为定时踩点(类似打地鼠的游戏)，游戏过程中控制单元定时或随机通过声光效果提示用户此定位点被激活，用户需要通过操控端将玩具移动到定位点上，控制单元获取到玩具定位的信息后，提供多色变换效果。
[0060]控制单元通过无线通讯单元上传至操控端的信息可以包括:玩具的位置信息、玩具的状态信息(如操控端有请求)；还可以包括:控制单元的标识信息(如自身编号等)、控制单元的状态信息(如操控端有请求)。玩具的位置信息可以包括:玩具的认证信息、RFID天线的标识信息、在操控端接入时根据无线场景设备在场景中的摆放位置预设的预编码。控制单元的状态信息可以包括声光效果展示状态、玩具进行游戏的流程状态等。
[0061]控制单元根据操控端反馈的数据处理结果和指令可以执行的后续响应包括:开启或关闭RFID天线和读写器，控制定位功能的开关;根据玩具的游戏流程，反馈给用户不同的声光效果；向玩具的RFID标签中写入数据，包括游戏流程所必须有先后顺序的临时数据(如踩地雷之类的游戏应用必须有先后顺序)、游戏流程所需要在RFID标签中长期缓存的游戏数据(如角色信息)等。
[0062]在一个应用实例中，RFID读写器采用工作频率为13.56MHz的高集成度非接触读写器芯片，该芯片支持符合IS0/IEC 14443 TypeA/MIFARE ONE协议的非接触读写模式。以采用MIFARE ONE协议来实现整个读写过程为例，RFID标签采用MIFARE S50订制的标签。RFID天线采用漆包铜线绕制达到理想的谐振频率，以最小功耗实现了最大效率的收发。控制单元采用微控制器，无线通讯单元采用蓝牙收发器，蓝牙收发器和微控制器可以集成在一起，例如可以由TI的CC2541来实现，CC2541是一款针对低能耗以及私有2.4GHz应用的功率优化的真正片载系统(SoC)解决方案，既完成了 RFID的数据交互，又完成了蓝牙的数据通信。
[0063]在本实用新型实施例中，RFID标签可以采用被动式标签，也可以采用主动式标签，主动式标签本身具有内部电源供应器，用以供应内部IC所需电源以产生对外的讯号。一般来说，主动式标签拥有较长的读取距离和较大的记忆体容量可以用来储存读写器所传送来的一些附加信息。
[0064]RFID天线的工作频率可以采用高频方式，例如13.56MHz;还可以采用低频和超高频方式，低频工作频率可以从120KHz到134KHz，超高频的工作频率全球的定义不是很相同，例如欧洲和部分亚洲定义的频率为868MHz，北美定义的频段为902MHz到905MHz之间，在日本定义的频段为950MHz到956MHz之间。
[0065]应用上述的无线场景设备，本实用新型技术方案还提供一种无线定位方法，包括:当带有身份感应单元的玩具进入场景中的特定区域，通过感应识别单元读取所述玩具的认证信息，所述特定区域在感应天线的感应范围内，所述认证信息包括用于标识玩具身份的信息;获取所述感应识别单元读取的认证信息，以确定所述玩具的身份和位置信息。
[0066]实际应用时，根据游戏设计需求，在所述场景内可以布置有多个感应天线，各个感应天线的感应范围不同；所述确定所述玩具的身份和位置信息包括:根据所述感应识别单元读取的认证信息和感应天线的感应范围确定所述玩具的身份和位置信息。
[0067]进一步，所述无线定位方法还包括:将所述玩具的身份和位置信息发送至操控端。所述无线定位方法还包括:获取所述操控端的反馈信息。具体实施时，可以采用Bluetooth、射频、W1-F1、ZigBee等通讯技术与所述操控端传送位置信息或反馈信息。
[0068]综上所述，本实用新型技术方案的无线场景设备和无线定位方法具有以下特点:
[0069]感应天线可以灵活地布置在场景内，当带有身份感应单元的玩具进入感应天线的感应范围就可以被精确地识别和定位，感应天线和感应识别单元可以工作于恶劣环境下，不受周围环境的影响，还可识别高速移动的玩具，因此定位识别精度高，且对场景环境的要求低。
[0070]采用多天线设计，多个感应天线可以灵活布置在场景内的不同位置，利用不同天线的感应范围实现多区域定位，且每个区域可以识别和定位多个玩具，因此可扩展性强。
[0071]通过无线通讯技术将玩具的身份和位置信息上传至操控端，供操控端进行实时处理和反馈，以更灵活地操控玩具，从而实现了玩具、操控端和场景的关联和灵活交互。
[0072]采用无线感应技术和无线通讯技术相结合，通过无线感应自动识别和定位游戏场景内的玩具，并通过无线通讯与操控端进行实时数据交换，实现了快速定位和数据交互，且过程无须人工干预，自动化程度高。
[0073]本实用新型虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。
【主权项】
1.一种无线场景设备，其特征在于，包括:感应天线、感应识别单元和控制单元，其中， 当带有身份感应单元的玩具进入场景中的特定区域，所述感应识别单元用于读取所述玩具的认证信息，所述特定区域在所述感应天线的感应范围内，所述认证信息包括用于标识玩具身份的信息； 所述控制单元用于获取所述感应识别单元读取的认证信息，以确定所述玩具的身份和位置信息。2.如权利要求1所述的无线场景设备，其特征在于，包括多个感应天线，各个感应天线的感应范围不同，所述控制单元用于根据所述感应识别单元读取的认证信息和感应天线的感应范围确定所述玩具的身份和位置信息。3.如权利要求1所述的无线场景设备，其特征在于，所述控制单元还用于将所述玩具的身份和位置信息发送至操控端。4.如权利要求3所述的无线场景设备，其特征在于，所述控制单元还用于获取所述操控端的反馈信息。5.如权利要求3所述的无线场景设备，其特征在于，还包括无线通讯单元，所述控制单元和操控端通过所述无线通讯单元传送信息。6.如权利要求5所述的无线场景设备，其特征在于，所述无线通讯单元采用蓝牙、W1-F1、 射频或 ZigBee 通讯技术。7.如权利要求1所述的无线场景设备，其特征在于，所述控制单元还用于根据所述玩具的身份和位置信息执行光效和/或声效控制操作。8.如权利要求1所述的无线场景设备，其特征在于，所述控制单元还用于控制所述感应识别单元对所述玩具的身份感应单元执行写入操作。9.如权利要求1至8任一项所述的无线场景设备，其特征在于，所述感应天线为RFID天线，所述感应识别单元为RFID读写器，所述身份感应单元为RFID标签。10.如权利要求1至8任一项所述的无线场景设备，其特征在于，所述感应天线为NFC天线，所述感应识别单元为NFC模块，所述身份感应单元为NFC模块。
【文档编号】H04B5/00GK205430620SQ201620230983
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月24日
【发明人】边维, 蔺乐天
【申请人】上海维聚网络科技有限公司