CN201689446U - 利用射频识别与无线传感器网络的互动学习与娱乐系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用射频识别与无线传感器网络的互动学习与娱乐系统，包括：实体对象，内嵌有射频识别芯片、感应线圈及内存单元，射频识别芯片与感应线圈电性连接；感应天线，含阻抗匹配电路与滤波电路；射频识别读写模块，含阻抗匹配电路，与感应天线电性连接，射频识别读写模块内设有无线网络感测装置；用户端主机，内部含有互动学习与娱乐软件、韧体与硬件，通过有线或无线的方式与所述射频识别读写模块通讯连接。利用本实用新型所提供的网络学习与娱乐机制，就可凭借实体对象中的识别数据与传感器数据，启动学习与娱乐软件中的剧情与触发实体对象的预设动作，进而达成互动学习与娱乐的目的。

Description

利用射频识别与无线传感器网络的互动学习与娱乐系统

技术领域

本实用新型涉及一种网络互动学习与娱乐系统，特别涉及一种结合射频识别(RadioFrequency Identification；RFID)技术与无线传感器网络(Wireiess Sensor Network；WSN)的网络互动学习与娱乐系统。

背景技术

随着科技的进步，学习系统逐渐从原本的平面图书、图卡……等普通对象，到利用光盘播放学习内容，到电子技术设计出的使用者利用键盘输入或利用对象启动实体开关以触发声音，同时也出现手指靠近或触碰屏幕就可以取得学习内容，此外也有利用光学感测的方式读取使用者所持卡片或页面的条形码等学习系统。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种结合射频识别与无线传感器网络的互动学习与娱乐系统，能通过实体对象中的射频识别芯片、传感器(Sensor)与天线以非接触式方式来启动系统，以达成互动学习、娱乐的目的。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种利用射频识别与无线传感器网络的互动学习与娱乐系统，主要包括以下部分：

实体对象，实体对象可以分为有电源与无电源两种型态，内嵌有射频识别芯片及感应线圈等，该射频识别芯片与该感应线圈电性连接，内部设有内存单元，储存识别数据；封装完成的实体对象包含积木、模型、公仔、玩具(包含木制玩具、绒布填充玩具、塑料玩具、橡胶玩具、纸浆玩具…等)、卡片(包含以纸、塑料或其它材质制成的明星卡片、球员卡片、英文字母卡片、数字卡片、图形卡片)等以互动学习与娱乐为目的制造的实体对象，此实体对象内部或表面封装有无线感测装置、射频识别芯片、传感器与天线等装置，天线和传感器都与无线感测装置电性连接。每个实体对象有唯一性的辨识码(UID)与可加密性的内存，具有防伪功能；内部具有可多次读写的内存单元，能将每次学习的人员、事件、时间、地点、对象等信息记录下来；此外通过内建的传感器也可以将感测数据(例如：温度、压力、运动方向、心跳、脉搏、光线、红外线等)写入内存与传回用户端主机；

感应天线：含五十欧姆阻抗匹配电路与滤波电路，能让125KHz、13.56MHz、433MHz、900MHz、2.4GHz或其它特定频段的射频信号通过；

射频识别读写模块：含五十欧姆或其它阻抗匹配电路与感应天线电性连接，可读取实体对象内的射频识别芯片的识别数据与内存内容；射频识别读写模块内也设有无线网络感测装置，可以为用户端主机提供感测数据，射频识别读写模块可使用有线或无线的方式与用户端主机通讯；

用户端主机：内部含有互动学习与娱乐软件、韧体(firmware)与硬件，通过有线或无线的方式与射频识别读写模块通讯，并接收该射频识别读写模块所读取到的识别数据，其中该识别数据预先设定为代表特定学习功能并记录储存在该用户端主机中，在学习进行时，该用户端主机会依据接收到的识别数据来判断并进行交互式反应。

进一步地，该互动学习与娱乐系统包含多个射频识别读写模块，均与用户端主机电性连接。

进一步地，该互动学习与娱乐系统还包含网络服务器，该用户端主机经因特网与该网络服务器联机并进行数据传送。

更进一步地，所述网络服务器内建有多个关系型数据库，该数据库能将学习与娱乐的相关数据记录下来并提供相关服务数据。

本实用新型还提供了另一种利用射频识别与无线传感器网络的互动学习与娱乐系统，该学习与娱乐系统具备交互式学习与娱乐软件与韧体，以非接触方式感应内含射频识别芯片与传感器的实体对象的存在，并读写该实体对象内部的识别数据以进行学习与娱乐互动，主要包括以下部分：

感应天线，含阻抗匹配电路，该阻抗匹配电路能够发送与接收特定频段的射频讯号，并在其外围范围形成射频感应区域；

射频识别读写模块，与感应天线电性连接，经感应天线发出与接收射频讯号，其中该射频讯号具特定频段，能读取同频段射频识别卷标内之识别数据与传感器数据；

用户端主机，内部安装交互式学习与娱乐软件，与该射频识别读写模块电性连接，接收该射频识别读写模块所读取到的识别数据，其中该识别数据预先设定为具代表特定学习功能并记录储存在该用户端主机中，在学习进行时，该用户端主机会依据接收到的该识别数据来判断并进行交互式反应。

网络服务器，内部安装交互式学习与娱乐服务器端软件与多个关系型数据库，以提供数字内容给用户端主机，同时记录互动学习与娱乐的相关数据；网络服务器也具备使用者付费管理与开卡作业的服务器软件程序，也具备查核实体对象真伪与控制实体对象的服务器端程序，此外针对使用者付费管理、销售与开卡作业的流程，服务器端也针对资金流与物流设有相关服务器端软件程序；针对以上功能，网络服务器内的关系型数据库包含：使用者数据库、实体对象数据库、用户端主机数据库、多媒体影音数据库、网络电话数据库、预付点数数据库、资金流与物流数据库等。

本实用新型的有益效果是：能够通过内嵌RFID芯片的实体对象，以非接触方式启动系统，达成互动学习、娱乐的目的。通过实体对象内建的传感器也可以将感测数据(例如：温度、压力、运动方向、心跳、脉搏、光线、红外线等)写入内存与传回用户端主机。通过网络服务器，可以提供数字内容给用户端主机，同时记录互动学习与娱乐的相关数据，构成网络互动学习与娱乐系统。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型利用射频识别与无线传感器网络的互动学习与娱乐系统的示意图。

图2为本实用新型一种实体对象示意图。

图3为本实用新型另一种实体对象的示意图。

图中：

10实体对象

12感应天线

14射频识别读写模块

16用户端主机

18网络服务器

20射频讯号

22射频识别读写模块与用户端主机之间的有线或无线通讯连结

24用户端主机与因特网之间的有线或无线通讯连结

26因特网

28网络服务器与因特网之间的有线或无线通讯连结

30单个或多个关系型数据库

40实体对象内的感应线圈

42实体对象内的射频识别芯片

44实体对象内的天线

46实体对象内的无线感测装置

48实体对象内的电源与电池模块

50实体对象内的输出与输入控制装置

52实体对象内的其它电子与机械装置(例如：马达、LED等)

54实体对象内的传感器

具体实施方式

如图1所示，本实用新型一种利用射频识别与无线传感器网络的互动学习与娱乐系统主要包括实体对象10、感应天线12、射频识别读写模块14和用户端主机16等部分，其中，用户端主机16还可以通过因特网与网络服务器18相连接，构成网络型互动学习与娱乐系统。

结合参照图3，实体对象10内嵌有射频识别芯片42及感应线圈40，该射频识别芯片42与感应线圈40电性连接，内部还设有内存单元，储存识别数据。

感应天线12含五十欧姆阻抗匹配电路与滤波电路，能让125KHz、13.56MHz、433MHz、900MHz、2.4GHz或其它特定频段的射频信号通过。该阻抗匹配电路也能够发送特定频段的射频讯号20，并在其外围范围形成射频感应区域；

射频识别读写模块14含五十欧姆或其它阻抗匹配电路与感应天线12电性连接，可读取实体对象10内射频识别芯片42的识别数据与内存内容；射频识别读写模块14内也设有无线网络感测装置，可以为用户端主机16提供感测数据，射频识别读写模块14可使用有线或无线的方式与用户端主机16通讯。

用户端主机16内部含有互动学习与娱乐软件、韧体(firmware)与硬件，通过有线或无线的方式22与射频识别读写模块14通讯，并接收该射频识别读写模块14所读取到的识别数据，其中该识别数据预先设定为代表特定学习功能并记录储存在用户端主机16中，在学习进行时，该用户端主机16会依据接收到的识别数据来判断并进行交互式反应。可以有多个射频识别读写模块14与用户端主机16相连接。

用户端主机16还可以通过有线或无线的方式24与因特网26连接。网络服务器18也通过有线或无线的方式28与因特网26连接，从而，用户端主机16可以与网络服务器18联机并进行数据传送。网络服务器18可以提供数字内容给用户端主机16，同时记录互动学习与娱乐的相关数据。网络服务器18内建有一个或多个关系型数据库30，该数据库30能将学习与娱乐的相关数据记录下来并提供相关服务数据。网络服务器18也具备使用者付费管理与开卡作业的服务器软件程序，也具备查核实体对象10真伪与控制实体对象10的服务器端程序，此外针对使用者付费管理、销售与开卡作业的流程，服务器端也针对资金流与物流设有相关服务器端软件程序；针对以上功能，网络服务器10内的关系型数据库包含：使用者数据库、实体对象数据库、用户端主机数据库、多媒体影音数据库、网络电话数据库、预付点数数据库、资金流与物流数据库等。

实体对象10可以分为有电源与无电源两种型态，封装完成的实体对象包含积木、模型、公仔、玩具(包含木制玩具、绒布填充玩具、塑料玩具、橡胶玩具、黏土玩具、纸浆玩具等)、卡片(包含以纸、塑料或其它材质制成的明星卡片、球员卡片、英文字母卡片、数字卡片、图形卡片)等。

一种功能更复杂的实体对象如图2所示，此实体对象10内部或表面封装有射频识别芯片42及感应线圈40，另外还封装有无线感测装置46、传感器54、天线44及其它电子与机械装置52等，天线44和传感器54都与无线感测装置46电性连接，电源与电池模块48可为无线感测装置46提供电源，无线感测装置46则通过输出与输入控制装置50与其它电子与机械装置52相连接。每个实体对象10有唯一性的辨识码(UID)与可加密性的内存，具有防伪功能；内部具有可多次读写的内存单元，能将每次学习的人员、事件、时间、地点、对象等信息记录下来。结合图1，射频识别读写模块14通过感应天线12可以读取同频段射频识别芯片内的识别数据、内存内容与传感器数据，并可以将传感器54的感测数据(例如：温度、压力、运动方向、心跳、脉搏、光线、红外线等)写入内存并传回用户端主机16。

射频识别读写模块14内建串行或并行有线通讯装置(例如：RS232、IEEE1394、USB、PS/2…等)或无线的通讯装置(例如：蓝芽、Zigbee、WiFi、RuBee、Wibree、红外线等)，可以跟用户端主机16通讯，也内建有充电电池，可以利用外接或内建的电源供应器或用户端主机16上的通讯接口充电(例如：USB与IEEE1394等)，待射频读写器具备足够电力后，即可以拔除连接线与主机分离，然后通过无线通讯的方式与用户端主机16连接，并读取实体对象10内射频识别芯片的识别数据与内存内容。

用户端主机16可以是个人计算机、笔记本型计算机、平板计算机、可携式行动设备(UltraMobile Devices；UMD)、迷你行动型计算机(Ultra Mobile PC；UMPC)、Eee PC、OLPC(OneLaptop Per Child)、PDA、智能型手机或ARM架构的单芯片计算机或其它微控制器装置。用户端主机16也具备储存装置，此储存装置包含：硬盘、记忆卡、闪存(Flash Memory)、固态硬盘(Solid-state drive；SSD)、E2ROM…等，用以储存学习与娱乐软件与韧体，也可储存上述以学习与娱乐为目的制造的实体对象的相关数据，该相关数据包含人员、事件、时间、地点、对象、传感器(Sensor)数据等。用户端主机16也具备因特网(Internet)连接能力，可以通过有线(例如：ADSL、ISDN、光纤…等)或无线(WiFi、Bluetooth、GPRS、PHS、WCDMA、3G、3.5G、WiMax等)方式连接因特网并与网络服务器18通讯，以传送与接收相关数据与互动学习内容。

本实用新型主要是利用射频识别技术(RFID)与无线传感器网络(WSN)，将内含芯片与天线的射频装置与传感器植入积木、纸卡、塑料卡片、玩具、公仔…等以互动学习与娱乐为目的制造的对象中，配合射频识别读写模块连结个人计算机，笔记型计算机或ARM架构的单芯片计算机或其它微控制器装置，通过电磁感应方式触发该装置内的软件、韧体或硬件，向用户端主机16的储存装置或网络服务器中取得学习与娱乐内容，并利用用户端主机16控制实体对象以影像、声音、灯光或机械动作等产生响应，回馈给使用者，并同时将互动的内容与数据写回内含射频识别芯片的实体对象与网络服务器中，以达成互动学习与娱乐的目的。

简略来说，为了让实体对象10与虚拟世界中的声光效果可以被相互转换与控制，在具有特定颜色、形状与图案的实体对象10(例如：红色的苹果积木)中储存的识别码(其具有唯一性)，可通过感应天线12与射频识别读写模块14的读取并在通过验证后，使实体对象10通过射频识别读写模块14确认此实体对象10的真伪，如为真品，则触发用户端主机6内的软件效果与硬件效果(例如：主机屏幕播放苹果相关的动画与喇叭发出Apple英文语音)，并由用户端主机16控制实体对象10，触发预设的效果(例如：苹果上的叶子开始上下晃动并发出绿光)。此外用户端主机16也会将相关讯息传回网络服务器18，记录此实体对象10的存在与相对应的变动数据(例如：使用者名字与时间)，并下载相关更新内容于用户端主机16的储存装置内。

在辨识识别数据的过程中，需要五个部分，即实体对象10、感应天线12、射频识别读写模块14、用户端主机16与网络服务器18。在用户端主机16中运行的学习与娱乐端程序与网络服务器18通讯并储存合法的识别数据，并据此验证实体对象10内的识别数据，因此可判断识别码是否合法。若经验证为合法时，才从学习与娱乐主机16触发正确的效果，并控制实体对象10产生正确的反应，并向实体对象10内的内存写入正确的相关数据，以达成网络学习与娱乐之目的。

综上所述，利用本实用新型所提供的网络学习与娱乐机制，就可凭借实体对象10中的识别数据与传感器(Sensor)数据，启动学习与娱乐软件中的剧情与触发实体对象10的预设动作，进而达成互动学习与娱乐的目的。

Claims (7)

1.一种利用射频识别与无线传感器网络的互动学习与娱乐系统，其特征是，包括：

实体对象，内嵌有射频识别芯片、感应线圈及用于储存识别数据的内存单元，该射频识别芯片与感应线圈电性连接；

感应天线，含阻抗匹配电路与滤波电路，用于让特定频段的射频信号通过；

射频识别读写模块，含阻抗匹配电路，与所述感应天线电性连接，射频识别读写模块内设有无线网络感测装置；

用户端主机，内部含有韧体与硬件，通过有线或无线的方式与所述射频识别读写模块通讯连接。

2.根据权利要求1所述的互动学习与娱乐系统，其特征是，所述实体对象内还包括无线感测装置、天线和传感器，所述天线和传感器都与无线感测装置电性连接。

3.根据权利要求1所述的互动学习与娱乐系统，其特征是，所述射频识别读写模块有多个，均与所述用户端主机相连接。

4.根据权利要求1所述的互动学习与娱乐系统，其特征是，还包括网络服务器，所述用户端主机通过因特网与所述网络服务器相连接。

5.根据权利要求1所述的互动学习与娱乐系统，其特征是，所述实体对象内的内存单元为可擦写内存单元。

6.根据权利要求1所述的互动学习与娱乐系统，其特征是，所述实体对象是积木、模型、公仔、玩具或卡片。

7.一种利用射频识别与无线传感器网络的互动学习与娱乐系统，该学习与娱乐系统具备韧体，以非接触方式感应内含射频识别芯片与传感器的实体对象，并读写该实体对象内部的识别数据，其特征是，包括：

感应天线，含阻抗匹配电路，该阻抗匹配电路能够发送与接收特定频段的射频讯号，并在外围范围形成射频感应区域；

射频识别读写模块，与所述感应天线电性连接；

用户端主机，与所述射频识别读写模块电性连接；

网络服务器。 

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