用于多方位连接的电子模块和模块化电子构建系统的制作方法

本发明涉及电子领域，更具体地，涉及用于多方位连接的电子模块和模块化电子构建系统。

背景技术：

如今，技术设备广泛地应用在非成年人和成人的日常生活中。然而，大多数人并不知道这些设备的工作方式，也不知道该如何组装构造他们想要的设备。事实上，一个普通人掌握的知识与这个人使用和消费的设备所涉及到的知识之间有很大的差距，从而普通人无法设计或构造电子设备。目前市场上可购买到的电子器件规格不一，不同功能的元器件之间许多情况下也不互相匹配。并且，可以互相匹配的电子模块之间通常连接方式单一，扩展空间较小。

中国专利申请cn104619117a（申请号201510085854.9）公开了一种电子模块。所述的电子模块虽然可以在垂直方向上堆叠，但是并不能在水平方向扩展。

技术实现要素：

针对普通人无法方便地设计或构造电子设备的情况，本发明要解决的第一技术问题也即第一目的在于提供一种操作简易并可以多方位连接的电子模块，本发明要解决的第二技术问题也即第二目的在于提供一种操作和搭建较为容易的包括所述的电子模块的模块化电子构建系统。

本发明的总的技术构思是：提供一种无需编程专家帮助或者无需学习先进电子设备的各种复杂知识，也能让普通成年人和非成年人使用的功能性电子模块，并且让非成年人或普通成年人能够创建专属自己的互动玩具、物件、或定制的交互产品，同时这些非成年人或普通成年人不必是编程专家、也不必学习与这些先进电子元件相关的诸多复杂知识，而能实现使用功能性电子模块，以及实现使用模块化电子构建系统，并由此完成电子构建产品。

实现本发明第一目的的技术方案是提供一种多方位连接的电子模块，包括电路板和连接部。所述电路板包括顶面、底面以及位于所述顶面和所述底面之间的侧边。所述连接部与所述侧边相接，包括侧向磁性连接部、壳体、纵向限位部和侧向限位部。所述侧向限位部包括位于所述壳体外侧的凸台部和凹槽部，用于与侧向相接的电子积木配合插接。所述纵向限位部包括凸于所述壳体顶面的顶端限位结构和凹入所述壳体底面的底端限位结构，用于与所述电子模块顶部或底部纵向叠放的另一个积木配合插接。所述侧向磁性连接部设置在所述壳体内，用于将所述电子模块与所述侧向相接的电子积木通过磁性相连。所述壳体的外侧面设有通孔；所述电路板的所述侧边设有侧向针连接器，位于所述通孔处，用于和所述侧向相接的电子积木建立电连接。

实现本发明第二目的的技术方案是提供一种模块化电子构建系统，包括前述可多方位连接的电子模块，以及与所述电子模块的一个连接部侧向相接的所述电子积木。其中，所述侧向相接的电子积木包括：与所述侧向限位部配合插接的限位部，与所述侧向磁性连接部对应表面极性相吸的磁体，以及与所述侧向针连接器公母配合的建立电连接的针连接器。

本发明具有积极的效果：（1）本发明提供的电子模块可在多方位（纵向和侧向)与其他积木相接，并与其他积木实现磁性连接和/或电连接。（2）本发明提供的电子模块可作为模块化电子构建系统的控制核心，可以配合外设构成四轴无人机、机械臂等机器，且不需要在模块之间焊接线路或者插接线连接器。（3）通过本发明提供的连接方式，各个模块不仅可以在垂直方向延伸，也可以在水平方向延伸，所接积木可根据用户/玩家/制作人员的喜好或需要来选择，可以是电子积木也可以是普通玩具积木，为系统搭建提供了很多创造空间和趣味性。

附图说明

图1为本发明提供的一种可多方位连接的电子模块的立体示意图。

图2为图1所示电子模块的另一个角度的立体示意图。

图3为图1所示电子模块的部分分解示意图。

图4为图1所示电子模块的另一个角度的立体示意图。

图5为图1所示电子模块增加了纵向针连接器的立体示意图。

图6为本发明提供的第一种模块化电子构建系统的立体示意图。

图7为图6的正视图。

图8a至8d为本发明提供的多种形式的可多方位连接的电子模块的立体示意图。

图9为本发明提供的另一种可多方位连接的电子模块的立体示意图。

图10为图9所示电子模块的另一个角度的立体示意图。

图11为图9所示电子模块的立体分解示意图。

图12为图9所示电子模块的另一个角度的立体分解示意图。

图13为图9所示电子模块增加了电子元件的俯视图。

图14为图9所示电子模块增加了电子元件的仰视图。

图15a至15c为图13和图14所示电子模块的电路原理图。图15a中的pin表示引脚。mpiesingnalin表示电子模块的信号输入端，mpieout表示电子模块的信号输出端。图15b中，high-powersupply表示高功率端。powersupply表示电源端。ground表示接地。图15c中，pinin表示输入引脚，pinout表示输出引脚，signalin表示信号输入，signalout表示信号输出。

图16a和16b为可与图9所示电子模块侧向相接的电子积木的连接部的立体分解示意图。

图17a至图17i为可与本发明提供的可多方位连接的电子模块纵向相接的多种形式的电子积木的立体示意图。

图18为本发明提供的第二种模块化电子构建系统的立体示意图。

图19为本发明提供的第三种模块化电子构建系统的立体示意图。

图20为本发明提供的第四种模块化电子构建系统的立体示意图。

图21为本发明提供的第五种模块化电子构建系统的立体示意图。

图22为本发明提供的模块化电子构建系统应用于汽船的立体示意图。

图23a和23b为本发明提供的模块化电子构建系统应用于固定翼飞机的立体示意图和仰视图。

图24为本发明提供的模块化电子构建系统应用于四驱车的立体示意图。

图25为本发明提供的模块化电子构建系统应用于四轴无人机的立体示意图。

图26为本发明提供的模块化电子构建系统应用于四轴无人机的另一种立体示意图。

图27为本发明提供的模块化电子构建系统应用于六足机器人的立体示意图。

图28为本发明提供的模块化电子构建系统应用于二轮小车的立体示意图。

上述附图中的标记如下：电路板1，顶面11，底面12，侧边13，连接部2，纵向连接磁性部21，侧向磁性连接部22，壳体23，纵向限位部24，顶端限位结构241，底端限位结构242，侧向限位部25，凸台部251，凹槽部252，纵向针连接器31，侧向针连接器32，纵向叠放的电子积木800，侧向相接的电子积木900。

具体实施方式

本发明提供了一种可多方位连接的电子模块和模块化电子构建系统。本发明提供的电子模块也可称为模块或电子积木。多方位连接，在一些实施例中，表示电子模块既可在纵向（竖直方向）叠放连接积木，又可在侧向（水平方向）配合连接积木；所连接的积木可以是玩具积木或电子积木，且与纵向叠放的电子积木和侧向相接的电子积木均可保持磁性连接和电连接。

本发明提供的电子模块可包括电路板1和一个或多个连接部2。电路板1包括顶面11、底面12以及位于所述顶面11和所述底面12之间的侧边13。电路板1的基本形状可以为矩形或不规则形状。电路板1至少包含一条可与连接部2对应相接的侧边13。

图1至图5为本发明提供的一种可多方位连接的电子模块的立体示意图。如图1所示的实施例的电子模块，包括了设置在电路板1两条相对侧边13的两个连接部2。电路板1的侧边13还设有侧向针连接器32。连接部2可包括：侧向磁性连接部22、壳体23、纵向限位部24和侧向限位部25。壳体23包括顶面、底面和外侧面。壳体23的顶面方向与电路板1的顶面11方向相同。壳体23的外侧面为远离所接电路板1的侧边13的侧面。壳体23由非导电材料制成，比如塑料，塑胶等。壳体23的形状轮廓和侧边13与之相接的部分配合，可以支撑固定电路板1。比如，如图3所示，侧边13的两端设有卡槽和圆角，与壳体23的侧边宽和圆角形状相应，起到固定电路板1的作用。所述壳体23的外侧面设有通孔，用于配合侧向针连接器32。

所述纵向限位部24可由非导电材料制成，比如塑料，塑胶等。所述纵向限位部24包括设置在所述壳体23顶端的顶端限位部241和在所述壳体23底端的底端限位部242。顶端限位部241包括从壳体23的顶面延伸出的凸起结构。图1示出的顶端限位结构241包括2个凸起的圆台型结构。在其他实施例中，顶端限位部241包括的凸起结构个数不做限制。凸起结构的横截面可具有不同形状，包括但不限于，圆形、椭圆形、多边形、矩形、正方形和三角形。底端限位结构242包括壳体23在深度方向凹入结构。图2示出的底端限位部242包括跑道形的凹槽结构，且在凹槽底面延伸出与凹入深度相同高度的凸台。在一些实施例中，所述顶端限位结构241和所述底端限位结构242的形状对应设置。比如，当另一积木具有图1所示的顶端限位结构241的形状，可与电子模块的底端限位结构242插接紧固。类似的，当另一积木具有底端限位结构242的形状，可与电子模块的顶端限位结构241插接紧固。与电子模块纵向叠放的所述另一积木，可以是具有功能性的电子积木也可以是乐高®等形状匹配的玩具积木。

所述侧向限位部25可由非导电材料制成，比如塑料，塑胶等。所述侧向限位部25包括设置在在所述壳体23外侧的凸台部251和凹槽部252。图1示出的凸台部251为单个圆台型结构。在其他实施例中，凸台部251包括的凸起结构个数不做限制。凸起结构的横截面可具有不同形状，包括但不限于，圆形、椭圆形、多边形、矩形、正方形和三角形。图1示出的凹槽部252为单个凹入圆洞。在其他实施例中，凹槽部252包括的凹入结构个数不做限制。凹入结构的横截面可具有不同形状，包括但不限于，圆形、椭圆形、多边形、矩形、正方形和三角形。在一些实施例中，凸台部251和所述凹槽部252的形状设置为配套互补的形状。比如，当另一积木具有图1所示的凸台部251的形状，可与电子模块的凹槽部252插接紧固。类似的，当另一积木具有凹槽部252的形状，可与电子模块的凸台部251插接紧固。

侧向磁性连接部22可包括布置在壳体23内的一个或多个第二磁体。所有第二磁体可使连接部2的侧面具有相同极性的表面磁极。图3所示的侧向磁性连接部22包括了两个圆柱形的第二磁体。圆柱的轴向为电子模块的水平方向。比如，所述两个圆柱形的第二磁体面向壳体23外侧面的均为n极。在其他实施例中，第二磁体的个数不做限制。第二磁体的横截面可具有不同形状，包括但不限于，圆形、椭圆形、矩形、正方形等。在一些实施例中，如图3所示，壳体23的通孔设于侧向限位部25的上方，侧向磁性连接部22设于侧向限位部25在壳体23所处位置的内侧。在其他实施例中，壳体23的通孔也可设于侧向限位部25的下方，四周等其他方位。

在一些实施例中，连接部2还包括纵向连接磁性部21。如图3所示，纵向连接磁性部21设置在所述壳体23内部。纵向连接磁性部21和侧向磁性连接部22均由磁性材料制成。纵向连接磁性部21可包括布置在壳体32内的一个或多个第一磁体。所有第一磁体可使连接部2的顶面具有相同极性的表面磁极，连接部2的底面具有另一种相同极性的表面磁极。图3所示的纵向连接磁性部21包括了两个圆柱形的第一磁体。圆柱的轴向为电子模块的纵向（竖直方向）。比如，这两个圆柱形磁体的顶面均为n极，底面均为s极。在其他实施例中，第一磁体的个数不做限制。第一磁体的横截面可具有不同形状，包括但不限于，圆形、椭圆形、矩形、正方形等。在一些实施例中，如图3所示，纵向连接磁性部21设于壳体23的两端，被侧向针连接器32和侧向磁性连接部22分开。

当所述电子模块即将连接另一个电子积木时（不论纵向堆叠或侧向相接），由于两个模块对应的磁性连接部的不同极性间的吸引作用，这两个模块必须只能以一个特定的方式，即正确的方式，进行磁性连接。根据这种设置，两个模块不可能以错误的方式连接（例如错误的将一个模块按照不期望的方式倒置），这是因为两个不同模块的相同极性会彼此排斥。

所述电路板1设有金属的针连接器，可包括纵向针连接器31和/或侧向针连接器32。针连接器可用作两个模块间的电流传导和/或电子通信。例如，针连接器可以是弹簧针如弹簧顶针（或称为“pogopin”或pogo弹簧针），用于确保堆叠模块之间的连接。进一步地，除弹簧探针外任何其他用于在模块间传递电流和通信的合适的手段，都应包含在本发明所披露的范围内。

侧向针连接器32可以是弹针触点型或平头触点型。电路板1的电子器件引脚与侧向针连接器32电连接。比如，电路板1侧边13的相应的覆铜面与触点的末端电连接，依靠pcb板弹性形变而提供的侧向压力紧密连接，将pcb板上的电路和弹针相导通。图3示出了弹针触点型的侧向针连接器32。如图1所示，弹针触点型的侧向针连接器32穿过所述通孔，其弹针端凸于壳体（3）的侧面。如图4所示，平头触点型的侧向针连接器32位于壳体23的通孔内，不凸于外侧面。壳体23外侧面设置的通孔个数大于或等于侧向针连接器32包含的电触头（触点）个数。图示的侧向针连接器32为横向一字排开。在其他实施例中，侧向针连接器32可以纵向一字排开，或排成四边形或其他任意合适的形状。每个连接部2对应一组侧向针连接器32。弹针触点型与平头触点型为公母搭配。也就是说，若一个连接部2对应的侧向针连接器32为弹针触点型，则在侧向连接另一个电子积木时，所述另一个电子积木的侧向针连接器为平头触点型。弹针触点和平头触点紧密相连，保证电子积木与所述电子模块的电路导通。

在一些实施例中，所述电路板1还设有金属的纵向针连接器31。纵向针连接器31可以是弹针触点型或平头触点型。所述纵向针连接器31可设置在所述电路板1的顶面11和/或底面12，且不与所述连接部2接触。一般来说，当电路板1的顶面和底面均设有纵向针连接器31时，其中一面设为弹针触点型，另一面设为平头触点型。比如，图5所示的电子模块的顶面11设有27pin的平头触点。在电子模块与另一个电子积木纵向堆叠时，纵向针连接器31可与对应的触点电连接，继而实现纵向堆叠的电子模块间的电导通。在一些实施例中，pogopin可以包括排成u型的27个pogopin，或排成h型的大约44个pogopin，或排成h型的大约88个pogopin。在一些实施例中，电路板1包括两条相对的侧边13，电子模块包括两个对称与电路板设置的连接部2，分别与两条相对的侧边13相接。如图5所示，纵向针连接器31设置在所述电路板1的顶面或底面位于对称设置的两个所述连接部2之间的部分。

当所述电子模块即将连接另一个电子模块/积木时（不论纵向堆叠或侧向相接），由于两个模块对应的针连接器的配合型号不同，这两个模块必须只能以一个特定的方式，即公母搭配的正确方式，建立电连接。根据这种设置，两个模块不可能以错误的方式连接（例如错误的将一个模块按照不期望的方式倒置）。

在一些实施例中，电路板1的顶面11或底面12还设有功能性电子元件和/或芯片，为电子模块提供所需要的功能。任何合适的电子芯片（或ic芯片）可以通过预先组装或以其它方式集成到电路板1。电子芯片的例子可以包括但不限于：微控制器单元（micro-controlunit，mcu，8位，16位和32位），armcpu，mipscpu，usb2ttl，以太网，rs485，usb主机，2.4ghz无线，433兆赫无线，866兆赫无线，950兆赫无线，wifi，蓝牙，zigbee，近距离无线通信（nfc），microsd，gps，gprs/gsm，4g/lte，无线充电器，mp3解码器，放大器，有机发光二极管（oled），电机驱动器，步进驱动，实时时钟，加速计，陀螺仪，磁场强度测量仪，锂电池管理器，双连接板，arduino到microduino的引脚转换，皮肤电流传感器，砷探测器，电阻器，电容器，电感器，和/或其他设置在相同或不同的模块中用于制作所希望的模块化电子构建系统的芯片。

在一些实施例中，所述电路板1设有微控制器单元，所述纵向针连接器31和所述侧向针连接器32分别与所述微控制器单元的对应管脚电连接。所述微控制器单元还可与其他功能性电子元件连接。与所述微控制器单元电连接的功能性电子元件包括:温度传感器、湿度传感器、光照传感器、空气质量传感器、人体感应传感器、颜色识别传感器、接近传感器、碰撞传感器、姿态传感器、心率传感器、手势传感器、超声波传感器、霍尔传感器、语音采集器、图像采集器、开关、显示器、媒体播放器、led灯、蜂鸣器、音箱、电机的一种或多种。与所述微控制器单元电连接的所述功能性电子元件可以设在所述电路板1，所述纵向叠放的电子积木800，或所述侧向相接的电子积木900。

在一些实施例中，提供接有纵向针连接器31和/或侧向针连接器32的pcb，在pcb上设置（如通过焊接或钎焊）电子芯片以形成一个集成电路板1，然后将一个或多个连接部2与所述集成电路板1组装起来即可形成一个可多方位连接的电子模块。

本发明还提供了一种模块化电子构建系统，包括至少一个本发明提供的可多方位连接的电子模块和其他形式的模块。其他形式的电子模块可包括：可与本发明电子模块纵向堆叠导通的电子模块/电子积木，可与本发明电子模块侧向相接导通的电子模块/电子积木，可与本发明电子模块纵向堆叠的玩具积木，可与本发明电子模块侧向相接的玩具积木等。系统中的每个模块可执行一个或多个单独的功能（例如，处理器，led灯，按钮，光传感器等），并且可以组合这些模块以创建更大的电路。一些模块可以对外部事件做出反应，诸如机械力，触摸，近距离，射频信号，环境条件等。其它一些模块可被预编程设为功能模块，如合成器，振荡器等。还有一些模块可以简单地用于传递电流，如导线模块。其它一些模块可用来提供电流，如电源模块。该系统还可以包括，例如，适配器板，用于和其他电子模块构建系统（电子积木式系统）和接口适配。

图6和图7为本发明提供的一种模块化电子构建系统的示意图，示出了图5电子模块多方位连接其他电子积木的情况。如图所示，可多方位连接的电子模块100纵向叠放第一电子积木800，侧向相接第二电子积木900。所述侧向相接的电子积木（900）包括：与所述侧向限位部（25）配合插接的限位部，与所述侧向磁性连接部（22）对应表面极性相吸的磁体，以及与所述侧向针连接器（32）公母配合的建立电连接的针连接器。所述纵向叠放的电子积木（800）包括与对称设置的两个所述连接部（2）的纵向限位部（24）分别配合插接的限位部，与所述纵向磁性连接部（21）对应表面极性相吸的磁体，以及与所述纵向针连接器（31）公母配合的建立电连接的针连接器。

在图6和图7所示的系统中，电子模块100的两个连接部2的纵向限位部24均与第一电子积木800的底面接触，即顶端限位结构241的多个凸起结构与第一电子积木800的相应的凹槽结构卡接，实现物理连接。电子模块100的平头触点型纵向针连接器31与第一电子积木800的弹针触点型针连接器导通，实现电连接。电子模块100的两个连接部2的纵向磁性连接部21均与第一电子积木800壳体内的磁体极性相吸，实现磁性连接，可巩固二者的物理连接和电连接。同时，电子模块100的侧向限位部25与第二电子积木900的壳体侧面接触，即凸台部251和凹槽部252与第二电子积木900的相应物理结构卡接，实现物理连接。电子模块100的弹针触点型侧向针连接器32与第二电子积木900的平头触点型针连接器导通，实现电连接。电子模块100的侧向磁性连接部22与第二电子积木900壳体内的磁体极性相吸，实现磁性连接，可巩固二者的物理连接和电连接。需要注意的是，第一电子积木与第二电子积木的构造不用与电子模块100完全一致，只需相接部分的物理结构、弹针类型以及磁性与连接部2的相应设置对应即可。

本发明提供的电子模块还可以有多种形式，图8a至8d示出了一些示例性的可多方位连接的电子模块。如图所示，电子模块的电路板1可以是任何合适的形状，不仅包括矩形，还可包括多变形，和不规则形状。电路板1的多条侧边均可与对应的连接部2相接。在一些实施例中，电路板的侧边13的边长大于连接部2的侧边长，该侧边也可以与多个连接部2相接。在一些实施例中，例如图8d所示，当所述电子模块与纵向叠放的电子积木相接时，以叠放于电子模块的顶面为例，多个连接部2的顶端限位结构241与所述电子积木的底端结构对应卡接。对于电子模块的其中一个连接部2而言，与电子积木插接的可能是顶端限位结构241的全部或一部分（如两个圆柱形凸台的其中一个）。

图9至图11为本发明提供的另一种可多方位连接的电子模块的立体示意图。图示的电子模块包括三对连接部2，分别对称设置在电路板1相对侧边处。在其他实施例中，连接部2不一定是对称设置，或者电路板1的侧边的边缘不一定与连接部2相接。图示电子模块的纵向针连接器31位于居中的一对连接部2对应的电路板1的部分。在其他实施例中，电子模块可包括多组纵向针连接器31，或者纵向针连接器31可设置在电路板1非居中的位置。可选地，电路板1顶面11的纵向针连接器31的位置与电路板1底面12的纵向针连接器31的位置可以不同，比如一组在顶面居中位置，另一组在底面靠边缘的位置。图示的每个连接部2都具有相同的物理结构。在其他实施例中，同一电路板1相接的多个连接部2可以具有不同的物理结构，以配合需纵向叠放或侧向相接的不同型号的电子积木。

图9至图12所示的电子模块与图1至图5所示的电子模块的侧向限位部25结构设置有所不同。前者为相接的圆角矩形状的凸台部251和凹槽部252，后者为独立设置的圆台和凹洞。在其他实施例中，侧向限位部25的形状不做限制。

图9至图12所示的电子模块与图1至图5所示的电子模块的侧向磁性连接部22的设置有所不同。前者为单个长方体磁体，后者为两个独立的圆柱体磁体。在其他实施例中，侧向磁性连接部22的形状不做限制。

如图11和图12所示，电路板的侧边13设有与纵向连接磁性部21配合的形状特点。比如，图示的纵向连接磁性部21为圆柱体，电路板侧边13的对应位置有凹入的圆形特征。壳体23还包括与纵向连接磁性部21配合的容纳槽，图中为设置在壳体23两端的圆筒形的容纳槽。所述容纳槽和所述凹入圆形的直径等于或略大于所述圆柱型磁体的直径。在一些实施例中，所述电子模块的多个连接部2的纵向连接磁性部21可采用同样的表面极性设置，比如顶面均为n极。在一些实施例中，所述电子模块的多个连接部2的侧向连接磁性部22可采用同样的表面极性设置，比如位于电路板1左边的侧向连接磁性部22外侧面均为n极，电路板1右边的侧向连接磁性部22外侧面均为s极。在一些实施例中，所述电子模块的多个连接部2对应的侧向针连接器32可采用同类型的触头，比如位于电路板1左边的侧向针连接器32均弹针触点型，电路板1右边的侧向针连接器32均为平头触点型。

所述电路板1设有电子元件和/或电子芯片。电子元件和电子芯片的种类和数量不做限制。图13为图9所示电子模块增加了电子元件的俯视图。图14为图9所示电子模块增加了电子元件的仰视图。图15a为图13和图14所示电子模块的电路原理图。图15b为图13和图14所示电子模块的电源连接示意图。图15c为图1或图5所示电子模块的接口示意图。图13、14和15a-15c所表达的电子元件的种类和布局均为示例性的。在实际应用中，本发明所披露的可多方位连接的电子模块的电路板1可设有任意合适数量和型号的电子元件。

如图14所示，电路板1的底面12设有微处理器电子芯片。电路板1可包括单个或多个微处理器单元/微控制器单元，型号和配置可根据实际应用选择。在一些实施例中，所述微控制器单元还可包括无线通信控制功能，用来与无线连接的智能终端传输控制信号和反馈信号。图示的电子模块包括两个mcu，其型号分别为stm8和esp32，用于控制电路板1上其他电子元件以及与图示电子模块纵向叠放和/或侧向相接的电子积木中的电子元件，可实现多种功能。也就是说图示的电子模块可作为核心模块，通过对mcu编程，控制与其相接的或者间接相接的多个电子积木，实现多种扩展功能。

图示电子模块的电路板1上可集成一些常用的传感器，使用者对mcu编程时可以直接调用这些传感器实现多种功能。举例来说，电子模块的顶面11和底面12分别有两个红外发射传感器和两个红外接收传感器，可以对前后左右上下3轴6方向进行测距。此功能可用于设计无人机和小车的自动避障等功能。电子模块的顶面11的四个角分别有led灯，此功能可用于设计为指示四轴四个螺旋桨工作状态、指示各方向障碍物的距离、或者闪灯等不同作用。其他集成在电路板1的电子元件可包括：姿态传感器，测量核心模块的姿态、旋转角度、加速度，用于控制无人机姿态机械臂动作等；蓝牙/2.4g通信模块，可以直接用手机app或遥控器遥控电子模块；数字红外信号接收器，可以用于红外遥控器对其进行简单控制；气压传感器，用于测量高度变化；彩色led，以不同色彩灯表示不同含义；以及光照强度传感器、声音强度传感器、蜂鸣器等。可选地，电路板1还设有可以有输出较大电流的功率放大电路。电路板1还可设置microusb口(指微型usb端口)，用于和mcu进行有线数据传输。

其他电子积木与所述可多方位连接的电子模块可通过特定接口（与纵向针连接器31和/或侧向针连接器32公母配合的接口）进行通信，接口可以传输模拟信号，也可以传输有通信协议的数字信号。如图13和图14所示，电路板1的顶面11和底面12均设有纵向针连接器31。所述纵向针连接器31为u型布局的27弹针接口，弹针触点可包括数字信号输入端、数字信号输出端、模拟信号输入端、模拟信号输出端、电源端和接地等。图示电子模块通过纵向针连接器31与纵向叠放的电子积木电导通后，即可为其供电并进行数据通信。纵向叠放的电子积木可以是更多种类的传感器，如震动、磁场强度、温湿度、光照等；也可以是其他电子元件，如灯、定时器、电位器、方波、反相器电机、舵机等。

如图15b所示，电子模块可设有与电源（如电池，或通过microusb口连接的外接电源）连接的电源管理单元，用于给电子模块的所有需要供电的电子元件提供所需的供电电压。

图示电子模块的左侧和右侧分别接有三组侧向针连接器32，每组为四弹针接口。每组侧向针连接器32的4个触点分别为电源端、接地端、数模转换/模数转换端，大功率连接端。比如，左侧三组弹针侧向针连接器32为弹针触点型，可为左侧相接的电子积木提供模数转换，数字信号输入和输出，以及供电等功能。比如，当图示电子模块通过位于左侧的侧向针连接器32与侧向相接的电子积木电导通后，可以读取其模拟电压值（通常为0～5v）并转换为数字信号被mcu读取，也可以输入或输出数字信号（低电平和高电平）。可选地，还可接入大功率连接端（比如直接连接电池或连接功率放大电路），用于输出较大电流。右侧三组弹针侧向针连接器32为平头触点型，可为右侧相接的电子积木提供数模转换（输出模拟电压值），数字信号输入和输出，以及供电等功能。在一些实施例中，侧向针连接器可以仅包括三个触点，即电源端、接地端和数模转换/模数转换端。比如，侧向相接的电子积木可与电子模块传输数字信号和/或模拟信号。其中数字信号可以从电子模块的6个侧面接口输入与输出，模拟信号只能从核心模块左侧3个adc接口输入到核心模块，从右侧3个dac接口输出。接收数字信号的模块可包括：触发器、定时器、方波、反相器、与门、或门、按键开关，模拟信号输入有光敏、红外触发、电位器、电键，模拟信号输出有灯、灯条、数码管、蜂鸣器、电机、舵机等。

在一些实施例中，所述电路板1设有两个微控制器单元，包括工作电压不同的第一微控制器单元和第二微控制器单元。所述电路板1还设有第一电压转换模块，设于第一微控制器单元与第二微控制器单元的连接处。第一微控制器单元与第二微控制器单元经由所述第一电压转换模块进行双向通讯。第一微控制器单元为主控单元，与第二微控制器单元连接的功能性电子元件通过第二微控制器单元向第一微控制器单元输入或输出信号。

进一步地，所述电路板1还设有模拟开关，所述模拟开关与第二微控制器单元电连接，并由第二微控制器单元输出的数字信号控制，使所述电子模块在多个工作模式间切换。

在一些实施例中，所述电路板1还设有与所述第二微控制器单元电连接的模数转换器和数模转换器。与所述电子模块侧向相接的电子积木包括输入型电子积木和输出型电子积木。与所述输入型电子积木导通的侧向针连接器32包括一个连接到所述模数转换器的触点，用于接收所述输入型电子积木的输入信号，与所述输出型电子积木导通的侧向针连接器32包括一个连接到所述数模转换器的触点，用于向所述输出型电子积木的发送输出信号。

在一些实施例中，所述电路板1还设有与第一微控制器单元电连接的第二电压转换模块，所述侧向针连接器32包括一个连接到所述第二电压转换模块的触点，用来与所述侧向相接的电子积木传送输入数字信号或输出数字信号。

如图15a所示，电路板1包括两个mcu来实现所有的功能。esp32作为主mcu可与stm8通过iic接口进行双向通讯。由于主mcu工作电压为3.3v，副mcu工作电压为5v，所以它们的每一处连接之间都有一个电压转换模块。作为主mcu的esp32本身具备蓝牙和2.4g网络无线通信的控制功能。电路板1集成的部分传感器可连接在esp32的一些数字io口上（比如红外遥控、摇杆传感器）。另一部分传感器连接在esp32的iic上（比如姿态、气压传感器）。还有一部分传感器连接在stm8的io口上（比如麦克风、4对红外发射与接收传感器，利用红外遥感来探测所有方向的障碍物），通过iic向主mcu间接传输。

侧面的每一组侧向针连接器的4pin触点（也成为侧向接口）定义分别为供电、地、数据信号、功率输出。其中，供电端与地端分别为5v与0v，可以为侧向相接的电子积木供电，无论其接在核心模块的左侧或右侧，但不能输出过大的电流。功率输出端：直接与电源（比如外接电池）正极相连，可以输出较大电流。数据端：直接连接到一个模拟开关（类似于单刀双掷开关），开关由stm8的一个数字信号控制。也就是说，每一组侧向接口可以提供两种工作模式，并可以用程序控制分别切换每组侧向接口的工作模式。开关的第一端与侧向针连接器32的数据信号端相接。在模式一，开关的第二端接通数模转换器或模数转换器；在模式二，开关的第二端接通电压转换器（继而接到esp32）。

模式一是模拟输入/输出模式。stm8控制开关切换到模式一时，侧向针连接器32的数据信号端与数模转换器或模数转换器接通，再连接到stm8。在一些实施例中，电路板左侧的三组侧向针连接器32的数据信号端接通模数转换器，用于接收输入模拟信号，电路板右侧的三组侧向针连接器32的数据信号端接通数模转换器，用于发送输出模拟信号。侧向相接的电子积木900可以是向右单向连接并传递0～5v模拟信号的积木系统，所以所述电子模块可以接在积木系统的最左边、中间或最右边，读取左侧相接电子积木的输入的信号、输出信号给右侧相接的电子积木。这个模式下电路板1顶面的27pin弹针均未被占用，可以同时接纵向相接的所有模块与功能。

模式二是数字输入/输出模式，stm8控制开关切换到模式二时，侧向针连接器32的数据信号端与直接与主mcu的一个数字io口相连（经过了电压转换），这时这个4pin中的这个针就相当于主mcu的一个io口的延伸端，可以在侧向接入需要数字信号控制的模块。这种模式下可以接各种电机模块，可以拼出无人机、平衡车等应用。在一些实施例中，这种模式中侧面占用的6个esp32的io口可能也与纵向针连接器的某些触点相接，此时纵向叠放的电子积木不一定可以发挥全部功能（能外接的模块和传感器数量或种类比模式一变少）。在一些实施例中，若侧向相接的电子积木的工作电压与主mcu相同，则此处可省略电压转换器的设置。

图16a和16b为可与图9所示电子模块侧向相接的电子积木的连接部的立体分解示意图。如图所示，侧向相接的电子积木900的连接部可以具有与本发明提供的连接部2相同的结构。也就是说，所述侧向相接的电子积木900包括：与所述侧向限位部25配合插接的限位部900-25，与所述侧向磁性连接部22对应表面极性相吸的磁体900-22，以及与所述侧向针连接器32公母配合的建立电连接的针连接器900-32。

图17a至图17i为可与本发明提供的可多方位连接的电子模块纵向相接的多种形式的电子积木的立体示意图。如图所示，多种形式的电子积木900的侧向连接部均具有与图16a和16b类似的结构。电子积木900可以是矩形也可以是不规则形状。如图17c所示，在图17a或17b的基础上，电路板还可以是不规则形状并接入电机和螺旋桨。图17d至图17i所示的电子积木即可以是与本发明电子模块侧向相接的模块900，又可以认为是本发明提供的可多方位连接的电子模块100。图17d和17e所示的电子积木的电路板设有电子元件，如蜂鸣器。图17f和17g所示的电子积木，连接部并不按照电路板对称设置，可应用于不同连接要求的场景，比如用作导线。图17h和17i所示的电子积木，设有调节器，可作为可变电阻。电子积木900也可具有图15c所示的引脚设置。

图18为本发明提供的第二种模块化电子构建系统的立体示意图，示出了图9所示电子模块100与纵向叠放电子积木800相接的情形。如图18所示，电子模块100对称设置的两个连接部的纵向限位部24分别配合插接的电子积木800的相应凹槽。此时，两个连接部的顶端的两组纵向磁性连接部21与电子积木800底端对应的磁体表面极性相吸，加固两者之间的连接。电路板1上的纵向针连接器31与电子积木的针连接器公母配合，建立电连接。另外，电子积木800的顶部还可以继续纵向叠放合适的电子积木810和820，并建立电连接。也就是，电子模块100可通过电子积木800与电子积木810和820间接建立电连接，其微控制器单元也可以与电子积木810和820传输数据。

图19为本发明提供的第三种模块化电子构建系统的立体示意图，示出了图9所示电子模块100与多个电子积木900侧向相接的情形。如图所示，电子积木910可与电子模块100间接建立电连接。也就是说，电子模块的微控制器单元也控制电子积木910，并与其传输数据。

图20为本发明提供的第四种模块化电子构建系统的立体示意图，示出了图9电子模块100与电子积木800纵向叠放以及与电子积木900侧向相接的情形。也就是说，电子模块的微控制器单元可同时控制电子积木一个或多个电子积木800和电子积木900，并与其传输数据。

图21为本发明提供的第五种模块化电子构建系统的立体示意图，示出了图9所示电子模块100与形状匹配的玩具积木（非电子积木）相接的情形。也就是说，一个或多个连接部2的顶端限位结构241可设在适当的位置并设有适当的形状，这样如乐高®积木等玩具积木系统可以用其插嵌槽部件来匹配和固定在电子模块顶面。一个或多个连接部2的底端限位结构242可设在适当的位置并设有适当的形状，这样如乐高®积木等玩具积木系统可以用其凸台的结构来匹配和固定在电子模块底面。

在这种方式下，模块化电子构建系统有很大的扩展空间，可来构造基本和复杂的产品，例如传感器和/或可交互的模拟和数字电路。所披露的模块可重复使用，可重新安排；从规模上说，从小而简单的电路到大而复杂的电路均可构建实现；并且也足够精密使得操控各模块可以做出复杂的性能设计。

所述电子模块100可以根据应用进行预编程，这样无需编程和电子知识，即可构建作为复杂的产品原型或电路的模块化电子构建系统。因此，有不同功能的不同模块可以通过数以千百计的组合形成不同的电路，各个元件直接即时反应，并且无需任何编程，焊接或电路装配。用户无需编写任何代码，通过手动操控元件就能够设计电路的性能。

图22为本发明提供的模块化电子构建系统应用于汽船的立体示意图。图9所示的电子模块的的同一侧边13可接入两个电机模块（如图17c所示的模块），另一侧边拼接船体。电子模块整体侧立。电子模块可以接收遥控信号（如摇杆或无线遥控传感器等），在收到启动信号后，启动电机并驱动螺旋桨，用螺旋桨的风作为动力，烧录程序，组成遥控玩具船。

图23a和23b为本发明提供的模块化电子构建系统应用于固定翼飞机的立体示意图和仰视图。如图所示，核心模块100侧边接有4个接有螺旋桨的电机模块900，可以驱动所述四个电机。其中两个螺旋桨在水平方向提供向前的动力并能够通过转速差调整航向，另两个螺旋桨在竖直方向提供辅助上升的力并通过转速差调整横滚和俯仰的方向。

图24为本发明提供的模块化电子构建系统应用于四驱车的立体示意图。如图所示，将减速直流电机模块吸附侧向连接到图9所示电子模块的四角组成四驱车，并为控制单元烧录遥控车程序，即可实现遥控四驱车应用。

图25为本发明提供的模块化电子构建系统应用于四轴无人机的立体示意图。如图所示，将电机模块（如无刷电机模块）900吸附连接到图9所示电子模块的四角，烧录无人机控制程序即可遥控飞行。电路板1还集成了传感器等各种电子元件。图示四轴无人机还有自动避障、电机转速指示、高度指示、姿态自动调整等功能。

更进一步地，还可以在图25所示的系统基础上搭建具有复杂功能的无人机。如图26所示，具体来说，可以在纵向针连接器31(u型27针接口)处接入纵向叠放的电子积木800（如扩展板）。在扩展板上还可以继续安装云台、摄像机等外设，外设与电子模块100的微控制器单元电连接并可通过扩展版传输数据。烧录无人机控制程序即可遥控飞行，还可以进行拍照录像且将图像实时传送回与电子模块100无线连接的智能终端。

图27为本发明提供的模块化电子构建系统应用于六足机器人的立体示意图。与四驱车的例子类似，将六个电机模块分别吸附到电子模块的六个连接部形成六足，每足的行动可分别控制，从而控制六足机器人的行动。另外电子模块还可包括测距功能，六足机器人行动时可自动判断路况并躲避障碍物。

图28为本发明提供的模块化电子构建系统应用于二轮小车的立体示意图。如图所示，将大功率减速直流电机支持模块吸附到图9所示电子模块的一端对称的连接部，烧录平衡车程序即完成。平衡车只有两个电机两个轮子，可以让电路板及可能的外壳保持平衡且遥控前后和转向运动。这个方案里平衡车的电机模块与四驱车、无人机等都不同，模块集成了测量电机转速的组件，可以精确控制电机旋转角度。

这样，本发明提供的电子模块可便捷实现各种功能并互相连接。另外，通过本发明提供的连接方式，电子模块不仅可以在垂直方向延伸，也可以在水平方向延伸，各个模块间的角度可根据用户/玩家/制作人员的喜好或需要来调节，为系统搭建提供了很多创造空间和趣味性。

所述的模块化电子构建系统可以给未成年人和成人做游戏，创造和设计的空间，很容易的将所需的电子模块结合到玩具，项目和工程中。在这种方式下，独立的模块可以使具有很少或没有电子器件或编程经验的用户来构造基本和复杂的产品，例如传感器和/或可交互的模拟和数字电路。所披露的模块可重复使用，可重新安排；从规模上说，从小而简单的电路到大而复杂的电路均可构建实现；并且也足够精密使得操控各模块可以做出复杂的性能设计。

另外，这些模块可以形成系列的电子元件用来创建更大，更复杂的部件或系统。事实上，一个用户/玩家/制造商几乎可以无限扩充模块的系列，向他们的模块库中添加任何需要的新组件。用户甚至可以创建自己的模块，并将其添加到自己收藏的系列中。

在一些实施例中，包含了所需数量模块的模块化电子构建系统可以作为单套产品或单个组合进行商业化。所述单套产品可以包括一个或多个不同的模块或不同类型的模块，以及存储这些模块的容器，还可以进一步包括配件，说明材料，或其它适当的部件。单套产品可以包括旨在以若干组合（包括单个组合）进行组装并执行各种功能的多个模块。单套产品还可以针对特定年龄组设计，例如，相比于针对高中水平的产品，针对小学水平的产品可包括较少的和/或较不复杂的模块。

因此，有不同功能的不同模块可以通过数以千百计的组合形成不同的电路，各个元件直接即时反应，并且无需任何编程，焊接或电路装配。用户无需编写任何代码，通过手动操控元件就能够设计电路的性能。

在模块系列中可选择预编程和预装配的模块，这样无需编程和电子知识，即可构建作为复杂的产品原型或电路的模块化电子构建系统。另外，每个模块可以具有不同的颜色，以进一步区分彼此，并给用户提供更好的体验。

进一步地，用户无需编程逻辑和电路构建方面的专业知识，可以使用特定的应用程序将预先写好的代码复制到模块来创建自己的功能模块。例如，可以预先准备所有需要的程序代码，让用户可从网络（例如，一个网站）上复制并粘贴到有蓝牙连接功能的模块中。

更进一步地，可以为产品或设备添置发光部件、发声部件、按钮和其他电子部件，让孩子们、青年学生、设计师、非工程师以及其他缺乏必要经验的人可以很容易的操作。对非专业人士来说，以经济有效的方式让电子产品变得更容易理解和运用。所披露的模块和系统可提供一个平台用来加强学习、用于实验和促进创新。

以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。