一种自编程电子积木的制作方法

本实用新型涉及教具及玩具技术领域，特别涉及一种自编程电子积木。

背景技术：

现有的积木教具、玩具种类繁多，市面上、商场内、玩具展台上积木类商品也是琳琅满目。积木教具、玩具是启发使用者智力全面发展、既经济又实惠、深受人们喜欢的一种益智产品。

随着技术的发展，为了进一步提高积木玩具的趣味性和教学性能，近年来逐渐出现了设有电源、驱动等模块的电子积木，通过PC、智能终端等编程后，再将各积木模块按照一定的拼接规则进行拼接，即可实现多样化、可模拟电路、可运动的积木组合体。

但是这样的电子积木，对使用者的知识水平和能力的要求较高，必须事先学习和掌握编程、积木级联规则等，一般适合于高中学生及成人，而不能适用于初中、小学甚至更低年龄和知识水平的使用者；而且其均需要一个内置MCU的可编程控制模块，以及A/D、D/A转换模块，导致制造成本高、使用过程复杂。

申请号为201310037891.3的中国实用新型专利申请，公开了一种磁吸附式电子积木系统，包括多个相连的电子积木模块，每个电子积木模块包括电路板、插头连接器和插座连接器，电路板上设有三路信号线路，分别为正电源线路、数据信号线路和负电源线路；插头连接器和插座连接器均包括绝缘本体和三个导电端子，绝缘本体上设有多个容纳槽，容纳槽内安装有永磁铁，三个导电端子分别与电路板上对应的信号线路相连；多个电子积木模块中包括一个用于提供电源及信号源的电源及信号发生模块，其它多个电子积木模块依次与电源及信号发生模块级联。该实用新型便于连接器、电子积木模块的统一管理，避免了因连接器或信号通道的不同而造成拼接的局限性，实现了各模块的功能叠加，更具有趣味性。

上述实用新型通过电子积木系统将带有各种电子元件或功能电路的电路板设计成三路线路，在电路板的输入输出端设置了三路信号通道，以保证电路板接口的统一性，避免了因接口不一造成拼接的麻烦，实现多个电子积木模块与电源及信号发生模块之间的随意拼接和级联。其各积木模块的电路板上均集成设置有一路用于信号传输的数据信号线路SIGNAL，主要用于传输控制信号，多个电子积木模块上的电子元件或功能电路用于处理数据信号线路SIGNAL输出的信号，使经过该模块后的信号具有该模块的特性。如果没有此信号通道，该实用新型即不能达到相应的技术效果。

但是其存在如下四点不足：1、三路线路及接口设计，仍然为制造和使用带来了较大的不便：其制造难度大、成本高，同时，使用者在使用时必须将三个接口均插接到位才能使积木系统正常工作；2、在一套系统中，电源及信号发生模块只能有一个，否则就会造成整个系统的混乱；如果此电源及信号发生模块损坏或者失效，整个系统便不能工作；3、在只有一个电源模块的情况下，整个积木组合体系统的续航能力和编程灵活性就成为较大的制约因素；4、各模块的形状、尺寸、结构不统一，其接口设置在模块的左右侧面，只能进行前后、平面结构的级联，而不能实现上下立体结构的级联，且制造、使用不方便。

技术实现要素：

针对上述的不足，本实用新型目的在于，针对现有技术的上述不足，进一步将各模块的电性接口减少为两个，取消信号通道和接口，而将传感器模块作为整个电子积木组合体的电路控制部分，便于制造及使用；在一套系统中，可以同时使用多个电源模块，无需信号发生电路，以增强整体系统的续航能力及级联的灵活性；同时，采用非机械方式的防止误插接、短路，使电子积木易用、耐用，提高其任意级联装配时的可靠性、安全性。

本实用新型为实现上述目的，所提供的技术方案是：

一种自编程电子积木，其特征在于，其包括多个具有特定功能的电子积木模块，每一电子积木模块，均内置有一功能电路或电子元器件；各模块上均在相对应的部位上，将其中任意两个接插孔及其相对应的触点部位，设置为导电接口，其中一个为正极接口、另一个为负极接口，该正、负极接口仅是电源接口；设置在所述电子积木模块的下端面上的导电接口构成前级接口，设置在所述电子积木模块的上端面上的导电接口构成后级接口；

多个积木模块相互级联后形成电子积木模块组合体，每个积木模块组合体中至少包括有一电源模块、开关模块及输出模块；各模块按照其导电接口的匹配性规则依次级联后，再根据各模块触点部位级联顺序，将其内置的电子元件或功能电路依次连接，形成一组合式电子电路，使电子积木模块组合体实现自动编程的功能。

所述各类电子积木模块上的导电接口的级联匹配性规则为：所述的正、负极接口仅是电源接口，其级联顺序与位置不影响各类型模块级联后形成的电路与功能；设置在所述电子积木模块的下端面上的导电接口构成前级接口，设置在所述电子积木模块的上端面上的导电接口构成后级接口；

所述的电源类模块无前级级联接口，其后级接口只与开关类模块的前级接口匹配，而与其他类模块接口不匹配；所述开关类模块接口的前级只与所述的电源类模块接口的后级匹配，而与其他类模块接口均不匹配；将多个同类型的电源类模块、驱动模块、开关类模块、输出模块类的前后级接口，设置为可以相互级联。

所述的各电子积木模块，其均为四方体，且其高度、宽度均为一致；所述的导电接口为设置在接插孔内的导电金属或塑胶构件，为两个或多个；所述的前级接口设置在电子积木模块的下端面上，后级接口设置在电子积木模块的上端面上。

所述的自编程电子积木，其还包括连接转换类电子积木模块，其包括两个转接模块及设置在两个转接模块之间的连接线；在该转接模块上设有分别与其他各类模块之间相互匹配、级联的导电接口，用来将接口不匹配的各类型电子积木模块，分别连接所述的连接转换类模块上相匹配的导电接口实现级联，或者将各类型电子积木模块级联后组成的第一支路，与其他模块级联后组成的其他支路进行连接，组成空间开放型电子积木组合体，以及组合式电子电路。

所述的连接转换类电子积木模块的转接模块上，设有多类型模块接口适配接插孔，该接插孔与连接线电性连接；转接模块内置有电源线极性检测与调整电路，和/或无线通讯电路；所述的电源线极性检测与调整电路自动判断前后级级联的电路极性，并在发现错误时自动切换正负极；所述的无线通讯电路，与其他设有无线遥控电路的积木模块进行通信或为其进行无线信号中转。

所述的电源类模块，其内部设有电池和/或电压输出管理电路；所述的电压输出管理电路自动判断电路回路的正负极及短路状态，并根据判断自动输出电源或者切断电源。

所述的开关类电子积木模块，包括：开关模块、传感器模块、无线遥控模块；每一个开关类模块内，均内置有一个开关电路或等效开关电路；该开关电路为有线开关或无线遥控开关电路；其中所述的传感器模块，每一个传感器模块，均内置有一个采集并输出电信号的传感器，和/或内置有信号输出或通讯电路；所述的连接线模块，内置连接线和/或开关电路；所述的无线遥控模块，内置有无线发射和/或接收电路及信号处理电路。

所述的输出类模块，包括驱动模块、负载模块；其中所述的每一个驱动类电子积木模块，均内置有一驱动控制电路和/或驱动马达；所述的负载模块，内置有负载和/或负载控制电路；所述的负载是：电阻、电容、电感线圈、二极管、三极管、可控硅、扬声器、麦克风、LED、灯泡、电表、数码显示管、液晶显示面板之一或其组合。

本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型将各模块的电性接口减少为两个，取消了信号通道和接口，各模块之间仅由电性接口相互连接、传递电能，而各模块内部的电路各自实现自身功能，适合于将各模块均制造为体积较小的、标准的乐高方形积木模块，可采用传统的上下级联，便于将电子元件或电路完全嵌入到积木模块内部，易于制造及使用，同时大幅提高了各模块之间级联的自由度；使用者可以由浅入深的学习电子电路原理，或者由易到难的组装出电子积木组合体教具、玩具。

2、在一套积木组合体系统中，可以同时使用多个电源模块，无需信号发生电路，可以大幅增强整体系统的续航能力及级联的灵活性，同时，可以由各类型模块自由级联、多级级联，组成更为复杂的电路、实现更为复杂的功能；

3、同时，采用接口匹配的相容性设定，使用者无需学习编程知识，即可使用；设有电源类模块内设有极性判断电路，而非机械方式的防止电源模块及各类型模块之间的极性误插接、避免短路，使电子积木易用、耐用、好用，提高其任意级联装配时的可靠性、安全性；

4、本实用新型提供的各类积木模块，均采用传统上标准的乐高积木形状、大小，其接插口和接插级联方式也与传统的积木相同，便于制造和使用，可以大幅降低制造成本，及使用者的学习时间成本。

本实用新型提供的电子积木模块化可以直接进行编程，简便、易用、安全、灵活，模块之间连接可靠，无需采用专门的编程控制模块，结构紧凑，易于批量化制造，使用者能快速组合出电子积木玩具；本实用新型避免采用昂贵的大规模编程集成电路、A/D转换电路等，大幅降低了成本，有利于快速普及。

本实用新型提供的电子积木，其模块可以灵活、快速地级联形成各类组合体，模拟各类电子电路或者电动玩具，各模块的结构设计巧妙、合理，体积小，使用者能根据爱好，自主、灵活实现的多种的立体组合形状，实现用较少数量的部件来拼接出更多种形状物体及电子功能电路，可扩展性强，玩法多，娱乐性高、互动性强，可以更好的开发使用者智力、培养动手能力，而且能有效缩减接口的数量、简化了结构，提高了安全性、易用性，降低了成本，有利于推广。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的电源类模块、开关类模块及输出类模块的装配透视结构示意图；

图2是本实用新型电源类电子积木模块的结构示意图一；

图3是本实用新型电源类电子积木模块的结构示意图二；

图4是本实用新型开关类电子积木模块的结构示意图一；

图5是本实用新型开关类电子积木模块的结构示意图二；

图6是本实用新型输出类电子积木模块的结构示意图一；

图7是本实用新型输出类电子积木模块的结构示意图二；

图8是本实用新型实施例2中的电源类模块、传感器模块、连接转换类电子积木模块及驱动模块的级联组合状态结构示意图；

图9是图8中连接转换类电子积木模块的结构示意图一；

图10是图8中连接转换类电子积木模块的结构示意图二；

图11是本实用新型实施例3的多模块级联后组合体形成的电路模块结构图；

图12是本实用新型实施例4的多分支多层模块级联后形成的电路模块结构图。

图中：1、电源类模块 2、传感器模块 3、驱动模块 4、连接转换类电子积木模块 5、接插孔 6、触点部位。

具体实施方式

实施例1：参见图1至图11，本实施例提供的是一种单级、无分支、单电源的自由级联的自编程方法、电子积木及典型的电子积木组合体。

参见图1，本实用新型最小的电子积木模块组合体，是由依次级联的电源模块1、开关模块(包括无线遥控模块)2、输出类模块3(即终端、动作模块)组成。而在此三种积木模块形成的最小积木组合体的基础上，再级联多个其他类型的模块，可以形成各种复杂的电子电路和自编程功能。具体地：

本实用新型实施例提供的一种电子积木的模块化自编程方法，其包括如下步骤：

(1)制备多个各功能类型的电子积木模块：分别制备具有特定功能的电子积木模块，其中至少包括：电源类模块1、开关类模块2、输出类模块3；每一类电子积木模块，均内置有一功能电路或电子元器件(图中未示出)，该功能电路为具有特定功能的电子电路，如开关、比较、放大、收发、控制、驱动、动作等实现电能的传送、分配和转换的电路，或者用来实现电信号传递和处理的声、光、图像、输入、输出等功能的电路；

请参见图2、图3，所述的电源类模块1，其内部设有电池和/或电压输出管理电路；所述的电压输出管理电路自动判断电路回路的正负极及短路状态，并根据判断自动输出电源或者切断电源；其内置的电池为可充电电池；

请参见图4、图5，所述的开关类电子积木模块2，具体包括：开关模块、传感器模块、无线遥控模块；每一个开关类模块内，均内置有一个开关电路或等效开关电路；该开关电路为有线开关或无线遥控开关电路；其中所述的传感器模块，每一个传感器模块，均内置有一个采集并输出电信号的传感器，和/或内置有信号输出或通讯电路；所述的连接线模块，内置连接线和/或开关电路；所述的无线遥控模块，内置有无线发射和/或接收电路及信号处理电路；

请参见图6、图7，所述的输出类模块3，包括驱动模块、负载模块；其中所述的每一个驱动类电子积木模块，均内置有一驱动控制电路和/或驱动马达；所述的负载模块，内置有负载和/或负载控制电路；所述的负载是：电阻、电容、电感线圈、二极管、三极管、可控硅、扬声器、麦克风、LED、灯泡、电表、数码显示管、液晶显示面板之一或其组合。

(2)制备各类模块1、2、3之间相互级联的导电接口：在各电子积木模块的对应部位上，将其中任意两个接插孔5及其相对应的触点部位，设置为导电接口6，其中一个为正极接口、另一个为负极接口；所述的正、负极接口仅是电源接口，用来向各级联模块输送电能；设置在所述电子积木模块的下端面上的导电接口构成前级接口5，设置在所述电子积木模块的上端面上的导电接口构成后级接口6；

(3)将各类电子积木模块上的导电接口5、6，按照如下规则，分别设置为可相互级联匹配性导电接口，或不可级联的非匹配性导电接口：所述的电源类模块1无前级接口，其后级接口6可与开关类模块2的前级接口6匹配，而与其他类模块接口不匹配；所述开关类模块2的前级接口5只与所述的电源类模块1接口的后级6匹配，而与其他类积木模块接口不匹配；所述开关类模块2接口的后级只与所述的输出类模块3接口的前级匹配，而与所述的其他类模块接口均不匹配；将多个同类型的开关类模块2、输出模块类3的前后级接口，设置为相互匹配；

所述各类型模块的导电接口5、6之间的匹配性设置，是通过将两个模块插接口或者导电接口之间的形状、尺寸或结构，设置为相互适配或不适配而实现；

(4)将各电子积木模块1、2、3相互堆叠、前后级接口相互级联，形成积木模块组合体，且每一个积木模块组合体内，包括一个电源类模块1、开关类模块2、输出类模块3，且三类模块从下至上依次连通；各模块依次级联后，根据其级联顺序，通过其特定的匹配导电接口5、6将其内置的电子元件或功能电路依次连接，形成一具有自编程效果的组合式电子电路；即通过各积木模块特定的匹配导电接口和级联关系实现自动编程；

(5)将电源类模块1开关打开、供电，使级联后的各电子积木模块2、3的组合体通电工作，即使组合式电子电路通电工作，使电子积木模块1、2、3组合体，各模块之间仅通过供电接口相互连接，进而实现自动编程的功能。

参见图1，一种实施前述自编程方法的电子积木，其包括多个具有特定功能的电子积木模块，具体为电源类模块1、开关类模块2、输出类模块3；其中每一电子积木模块，均内置有一功能电路或电子元器件；各模块上均在相对应的部位上，将其中任意两个接插孔5及其相对应的触点部位6，设置为导电接口6，其中一个为正极接口、另一个为负极接口，该正、负极接口仅是电源接口；设置在所述电子积木模块的下端面上的导电接口6构成前级接口，设置在所述电子积木模块的上端面上的导电接口5构成后级接口；多个积木模块电源类模块1、开关类模块2、输出类模块3；相互级联后形成电子积木模块组合体，每个积木模块组合体中包括有一电源模块1、开关模块2(传感器模块)及输出模块3；各模块1、2、3按照其导电接口的匹配性规则依次级联后，再根据各模块触点部位级联顺序，将其内置的电子元件或功能电路依次连接，形成一组合式电子电路，使电子积木模块组合体实现自动编程的功能。

本实施例中，制造各类块状标准电子积木模块及导电接口的材料，可选用铁、铜、铝、玉石、石头、木材中之一或多种；塑胶材料可选用ABS、HIPS、

POM、PC、PP中之一或多种。其它实施例中，可根据所需的规格或要求来选择相应材料。

实施例2：本实施例提供的是在实施例1的基础上，增设了连接转换类电子积木模块4的一种单级、无分支、单电源的自由级联的自编程方法、电子积木及典型的电子积木组合体。

请参见图8、图9及图10，本实用新型实施例提供的一种电子积木的模块化自编程方法及电子积木，其与实施例1基本相同，其不同之处在于，其包括如下步骤：

所述的步骤(1)中，还包括步骤(11)：制备具有导电连接、接口转换功能类型的连接转换类电子积木模块4，其包括两个转接模块41、42及设置在两个转接模块之间的连接线43；

所述的步骤(2)，还包括步骤(21)：在连接转换类模块4的转接模块41、42上，制备分别与其他各类模块之间相互匹配、级联的导电接口5、6；

所述的步骤(3)，还包括步骤(31)：将接口不匹配的各类型电子积木模块，分别连接所述转接模块4上相匹配的导电接口5、6，实现级联。

连接转换类电子积木模块4的转接模块41、42上，设有多类型模块接口适配接插孔5，该接插孔5与连接线3电性连接；转接模块41、42内置有电源线极性检测与调整电路，和/或无线通讯电路；所述的电源线极性检测与调整电路自动判断前后级级联的电路极性，并在发现错误时自动切换正负极；所述的无线通讯电路，与其他设有无线遥控电路的开关积木模块2进行通信或为其进行无线信号中转。

实施例3：本实用新型实施例提供的一种多类型、多模块组成的电子积木的模块化自编程方法及电子积木。

请参见图11，本实用新型实施例提供的一种电子积木的模块化自编程方法及电子积木，其与实施例1、2均基本相同，其不同之处在于，其包括如下步骤：

本实施例中，制备各功能类型的电子积木模块：分别制备具有特定功能的电子积木模块，其中包括：电源类模块1、开关类模块2(包括传感器模块、有线开关或无线遥控模块)、连接转换类模块4(即连接线类模块)、输出类模块3(即驱动模块、传感器模块，终端、动作模块)；每一类电子积木模块1、2、3，均内置有一电子元件或功能电路或电子元器件(连接线类模块也可以没有内置功能电路或电子元器件，只有内部导线)，各类电子积木的多个模块相互级联后，形成相互连通的电子电路，并实现特定的功能，而无需再设置特别的编程控制模块。

所述的输出类模块3包括驱动类模块，其内置有马达及马达驱动控制电路。

所述的传感器模块2，包括采集并输出电信号的传感器及信号输出电路。其中，所述的传感器可以是位移、形变、力、加速度、湿度、温度、红外等传感器，也可以是光敏、声敏、气敏、化学、温敏等传感器。

所述的输出类模块4还可以是终端、动作模块，即由驱动类和负载类电路混合而成的模块。

负载类模块内置有负载和/或负载控制电路；所述的负载是：电阻、电容、电感线圈、二极管、三极管、可控硅、扬声器、麦克风、LED、灯泡、电表、数码显示管、液晶显示面板等输出单元之一或其组合。

本实施例中，电源类模块1、开关类模块(包括无线遥控模块)、连接转换类模块(即连接线类模块)、驱动模块3、传感器模块2、输出类模块(即终端、动作模块)依次级联，电源模块1通过电源接口为开关模块2提供电源；其他模块之间通过导电接口5、6连接，依次连通各模块的内部电路，形成整体电子元件或功能电路。

实施例4：请参见附图12，本实施例提供的是一种多级、多分支、多电源的自由级联的自编程方法、电子积木模块及复杂积木组合体，其自编程方法及电子积木与实施例1、2、3均基本相同，其不同之处在于：

其包括四个电源模块1为基础，而由多个电子积木模块自由级联组成的多分支电子元件或功能电路，然后各分支电路又通过相互之间的级联、控制关系，形成一个整体的积木组合体及复杂的电子元件或功能电路。

第一个积木模块组合体分支电路由：电源模1、开关模块、无线遥控模块、终端\动作模块(即输出类模块)依次级联组成；

第二个积木模块组合体分支电路由：电源模块、开关模块、传感器模块、无线遥控模块、终端\动作模块(即输出类模块)依次级联组成；其与第一个分支电路通过无线遥控模块实现相互联系和控制；

第三个积木模块组合体分支电路由：电源模块、开关\连接线模块、无线遥控模块、连接线\传感器模块、终端\动作模块(即输出类模块)依次级联组成；其中，连接线\传感器模块通过连接线模块又级联了另外一终端\动作模块；

第四个积木模块组合体分支电路由：电源模块、传感器模块、终端\动作模块(即输出类模块)依次级联组成；

其中，第三分支电路，通过开关\连接线模块级联连接线模块，分别与另外一终端\动作模块，及第四分支电路的传感器模块级联。

如此，各电子积木模块，根据级联接口匹配规则，级联后形成了由四个支路形成的复杂电子元件或功能电路，由四个电源模块共同供电，实现多个功能效果。

如本实用新型上述实施例所述，采用与其相同或相似的结构或步骤而得到的其它电子积木的自编程方法及电子积木，均在本实用新型保护范围内。