ГОВОРЯЩАЯ КУКЛА Российский патент 2019 года по МПК A63H3/28 

Изобретение относится к области удовлетворения жизненных потребностей человека, а именно к производству кукол с электронными системами, позволяющими общаться с человеком записанными в памяти синтезатора звука или микроконтроллера словами и фразами.

Например, кукла по патенту США 5795213, МПК А63Н 3/28, 18.08.1998 содержит электронную память, устройство для воспроизведения звука и электромеханический привод конечностей. В руках у куклы находится книга. При нажатии на кнопки управления кукла перелистывает страницы и читает выбранный ребенком литературный текст.

Известны куклы, содержащие микроконтроллер с памятью, в которой записан набор речевых сообщений и динамик, обеспечивающий их произнесение; подобные куклы создают эффект общения с ребенком. Интерактивные куклы содержат микроконтроллеры, приемопередатчики инфракрасного излучения, микрофоны и динамики (патент США 6089942, МПК А63Н 29/10, 18.07.2000) и электромеханические элементы. Они обмениваются заранее записанными диалогами, при этом у них изменяются положения глазных яблок, двигаются губы. В соответствии с патентом США 8506343, МПК А63Н 30/00, 13.08.2013 дополнительно предусмотрена возможность перепрограммирования куклы от внешних устройств управления. Для исключения воздействия звуков динамика игрушки на ее же микрофон, в электронную схему, согласно патенту РФ 2218202, МПК А63Н 3/28, 10.12.2003, введены устройство задержки, управляемое от процессора и ключ, прерывающий цепь от микрофона к процессору. С целью пополнения словарного запаса куклы, ее, согласно патенту РФ 2209651, А63Н 3/28, 10.08.2003, дополняют приемниками телевизионного или радиоканала.

Недостатком всех перечисленных выше решений является отсутствие реакции куклы на окружающую температуру. Наличие подобной реакции повышает занимательность куклы для ребенка.

Наиболее близким по технической сущности к патентуемому решению является кукла, содержащая синтезатор речи (микроконтроллер), динамик и кнопки на различных частях тела (США 5376038, МПК А63Н 3/28, 27.12.1994). При нажатии на соответствующую кнопку кукла произносит название той части тела, на которой она установлена.

Целью изобретения является обеспечение реакции куклы на окружающую температуру.

Поставленная цель достигается тем, что в электронной схеме куклы, содержащей микроконтроллер и связанный с ним излучатель звука, дополнительно введены нагревательный элемент и первый датчик температуры, расположенные вместе с внутренней стороны корпуса куклы, второй датчик температуры, расположенный снаружи корпуса прямо против первого датчика температуры и третий датчик температуры - с наружной стороны корпуса куклы в области, отдаленной от первых двух датчиков температуры, причем все датчики температуры и нагревательный элемент связаны с микроконтроллером.

На фигуре представлены голова и часть корпуса говорящей куклы, достаточные для пояснения патентуемого решения; остальные части тела куклы условно не показаны.

На спине куклы 1 с внутренней стороны расположены первый датчик температуры 2 и вместе с ним нагревательный элемент 3; напротив первого датчика температуры 2 расположен второй датчик температуры 4, а в некотором отдалении (определяемым отсутствием теплового поля нагревателя 3; практически это расстояние в 4-5 мм) установлен третий датчик температуры 5. В голове куклы расположен излучатель звука 6, однако он может быть расположен в любом другом удобном месте. Все перечисленные выше устройства соединены с микроконтроллером 7.

Источник питания, кнопка включения питания, вход для перепрограммирования микроконтроллера и другие вспомогательные элементы на фигуре условно не показаны.

Для упрощения электронной схемы куклы желательно использовать микроконтроллер 7 с малым энергопотреблением и имеющим в своем составе:

- АЦП с коммутатором для последовательного подключения к нему сигналов от трех датчиков температуры;

- таймер для формирования сигналов широтно-импульсной модуляции (ШИМ) регулируемого нагрева нагревателя 3;

- энергонезависимую память для записи фраз, произносимых куклой;

- ЦАП для преобразования цифровой формы записанных фраз в аналоговый сигнал, подаваемый на излучатель звука 6.

Подобные микроконтроллеры выпускаются серийно, например, может быть использован микроконтроллер STM32L052C6T6. В качестве датчиков температуры могут быть применены платиновые термометры сопротивления фирмы Heraeus Sensor Technology типа LN 222 (размерами 2,3×2,1 мм) или в корпусе SMD 0805 артикул 33208569 (размерами 2,0×1,2 мм). Нагревательным элементом 3 может служить резистор для печатного монтажа SMD 0805 (размерами 2,0×1,2 мм).

Электронная схема куклы работает следующим образом. До начала эксплуатации в память микропроцессора заносят значения температур срабатывания программ функционирования датчиков, нагревателя и порядок воспроизведения записанных в память фраз. Для определенности, примем, что в память микроконтроллера занесены пороговые значения температур 13°С и 5°С и соответствующие им фразы (например: «Что-то стало холодно, хорошо бы одеть платье», «Ну и холод, нужно одеть пальто», «Стало тепло, давай снимем пальто», «Стало жарко, давай снимем платье»).

В процессе игры с куклой, т.е. в рабочем режиме электронной схемы, измерительный сигнал с третьего датчика температуры 5 постоянно поступает на вход микроконтроллера 7 и, преобразованный в цифровой код, сравнивается с занесенными в память пороговыми значениями температур. Если температура выше пороговой (в нашем случае это 13°С), то кукла не произносит никаких фраз. При понижении окружающей температуры (и температуры корпуса куклы) ниже 13°С микроконтроллер 7 дает команду на воспроизведение соответствующей фразы через излучатель звука 6. Кукла начинает произносить фразу «Что-то стало холодно, хорошо бы одеть платье».

Одновременно микроконтроллер 7 включает подачу тока ШИМ на нагревательный элемент 3. Местный нагрев в области первого датчика температуры 2 ведет к повышению его температуры и он через микроконтроллер 7 регулирует ШИМ сигнал нагревателя 3 таким образом, чтобы она не превышала температуру третьего датчика 5 на 2°С. Подобным режимом обеспечивается минимальный расход мощности источника питания на нагрев.

На второй датчик температуры 4 действуют два тепловых процесса: за счет теплопередачи через корпус куклы температура датчика растет, а за счет теплообмена с окружающей средой - падает. В итоге второй датчик 4 приобретает температуру выше окружающей, но ниже первого датчика 2. Например, окружающая температура равна 12°С, температура первого датчика 2 установилась 14°С, температура второго датчика 4 (за счет теплопередачи в окружающую среду) равна 12,8°С. Кукла продолжает произносить фразу об одежде. Если на куклу одели платье, то теплоотдача во внешнюю среду уменьшается, температура второго датчика температуры 4 повышается, например, до 13,5°С (пороги задаются индивидуально в зависимости от конкретных параметров куклы), микроконтроллер прекращает подачу звуковой информации.

Если куклу внести в теплое помещение, то третий датчик температуры 5 покажет превышение окружающей температуры выше 13°С, например, 15°С. Микроконтроллер даст команду на нагреватель повысить температуру первого датчика 2 до 17°С (процесс регулирования температуры продолжается), температура второго датчика 4 вырастет до 16,5°С. Включается воспроизведение фразы «Стало жарко, давай снимем платье». Если платье с куклы сняли, температура второго датчика 4 понизится (за счет роста теплообмена с окружающей средой) до 15,5°С, микроконтроллер прерывает звуковой сигнал и выключает нагреватель 3.

Аналогично описанному выше схема будет работать при понижении температуры ниже второго порога в 5°С.

Расположение датчиков температуры и нагревателя являются достаточно произвольными, однако должны выполняться два условия:

- При одевании куклы первый и второй датчики должны оказаться под одеждой; целесообразно, поэтому, размещать датчики на спине или груди куклы.

- Третий датчик температуры должен быть размещен вне зоны теплового потока нагревателя и желательно на тех частях тела куклы, которые не будут закрыты одеждой. Последнее условие уменьшает время установления теплового равновесия датчика с окружающей средой. Поэтому местом размещения третьего датчика могут быть низ туловища, ноги или шея куклы.

Схему куклы можно модифицировать, используя как нагревательный элемент и источник измерительного сигнала первый датчик температуры. В этом случае рационально применить микроконтроллер с двумя каналами ЦАП, например, STM32L072RBT6. Один канал ЦАП будет формировать аналоговые звуковые сигналы, а второй - аналоговый ток питания первого датчика температуры.

Изобретение относится к области удовлетворения жизненных потребностей человека, а именно к производству кукол с электронными системами, позволяющими общаться с человеком записанными в памяти синтезатора звука или микроконтроллера словами и фразами. Недостатком всех известных технических решений является отсутствие реакции куклы на окружающую температуру. Наличие подобной реакции повышает занимательность куклы для ребенка. Целью изобретения является обеспечение реакции куклы на окружающую температуру. Поставленная цель достигается тем, что в электронной схеме куклы, содержащей микроконтроллер и связанный с ним излучатель звука, дополнительно введены нагревательный элемент и первый датчик температуры, расположенные вместе с внутренней стороны корпуса куклы, второй датчик температуры, расположенный снаружи корпуса прямо против первого датчика температуры, и третий датчик температуры - с наружной стороны корпуса куклы в области, отдаленной от первых двух датчиков температуры, причем все датчики температуры и нагревательный элемент связаны с микроконтроллером. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Говорящая кукла, электронная схема которой содержит микроконтроллер и связанный с ним излучатель звука, отличающаяся тем, что в схему дополнительно введены нагревательный элемент и первый датчик температуры, расположенные вместе с внутренней стороны корпуса куклы, второй датчик температуры, расположенный снаружи корпуса прямо против первого датчика температуры, и третий датчик температуры - с наружной стороны корпуса куклы в области, отдаленной от первых двух датчиков температуры, причем все датчики температуры и нагревательный элемент связаны с микроконтроллером.

2. Говорящая кукла по п. 1, отличающаяся тем, что первый датчик температуры одновременно является нагревательным элементом.