具有大尺寸液晶屏和触摸屏的数码智力开发机的制作方法

专利名称：具有大尺寸液晶屏和触摸屏的数码智力开发机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电子教育学习、娱乐设备，特别涉及一种具有大尺寸液晶屏 和触摸屏的嵌入式数码智力开发机。
背景技术：
目前市场上已有的儿童启蒙教育产品技术上主要以数字信号处理芯片及存储器 件为核心，配合卡片或书本等纸质媒介作为产品的内容来源，利用芯片上存储的语音、图文 信息来播放纸质媒介上的内容。播放设备由扬声器、显示屏构成。如专利号为03257262. X， 实用新型名称为电子有声书的结构，依据此类技术生产出的现有产品显示屏大多为黑白或 伪彩色，且屏幕较小(一般不超过2. 4英寸)，因此此类设备具有下述明显缺点(1)启蒙学习以书本为主，形式生硬，不符合儿童游戏认知心理；(2)显示屏太小，显示内容不便于阅读，对儿童视力容易造成损害；(3)黑白或伪彩色显示画面，内容表现力差，对儿童吸引力不高；(4)功能单一，缺乏互动性，学习过程较为枯燥。近年来在市面上也出现了脱离纸质媒介的儿童数码学习机，如专利公开号为 CN1428714A的多媒体数码学习机，但仍存在以下缺点(1)操作按键过多，各种功能键总共超过60个，其中一些按键还是复用键，对于仍 处于启蒙阶段的儿童，记住并使用这些功能键极为困难；(2)多媒体功能不全面，音频、视频仅能输出但不能输入，互动性不足，表现力偏 弱；(3)学习内容以知识点归类，采用系统化专项教学方法，不符合启蒙阶段儿童游戏 认知心理。
发明内容本实用新型要解决如上现有技术的缺陷，提供一种内容丰富、使用简单、趣味性和 互动性极强，符合儿童游戏认知心理的带大尺寸液晶屏和触摸屏的嵌入式数码智力开发 机，以打破传统儿童启蒙教育学习设备重知识轻启发的教学方式，利用启发性、发散性思维 游戏，帮助儿童在轻松、有趣的游戏过程中达到开发智力的目的。本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题一种具有大尺寸液晶屏和 触摸屏的数码智力开发机，包括机壳、开关，嵌入式微处理器；以及与该嵌入式微处理器相 连接的闪存存储器、内存存储器、触摸屏、液晶屏、通用串行总线接口、网卡、摄像头、音频系 统、电源系统。该触摸屏为至少如下之一电阻触摸屏，矢量压力传感触摸屏，电容触摸屏，红外 线触摸屏，表面声波触摸屏。该液晶屏为至少如下之一大尺寸真彩色TFT液晶屏，小尺寸真彩色TFT液晶屏， 小尺寸伪彩色液晶屏，大尺寸伪彩色液晶屏。[0015]该触摸屏为透明材质，紧贴于该液晶屏的正面；该触摸屏与该液晶屏的安装方式 为至少如下之一通过边框粘贴，利用静电效果吸附，用凹槽或支架将两者固定；该液晶屏 和触摸屏尺寸为4寸以上任意大尺寸。该网卡包括网络接口和网卡芯片，该网络接口外接网线，实现与外网连接，网络接 口可为有线网络接口 LAN，也可为无线局域网络接口 WLAN ；该网卡芯片与该嵌入式微处理 器相连接，接收外网的数据流，传输给该嵌入式微处理器。该音频系统包括音频解码芯片、麦克风插孔、耳机插孔、麦克风、扬声器、耳机；该 音频解码芯片与该嵌入式微处理器相连接；该麦克风插孔和该耳机插孔的一端连接该音频 解码芯片；该麦克风插孔的另一端与麦克风相连接，该耳机插孔的另一端与扬声器或耳机 相连接；该电源系统包括插头、降压芯片，该降压芯片与该嵌入式微处理器相连接。该闪存存储器为至少如下之一 Nand Flash存储器，Nor Flash存储器，OneNAND 存储器。该嵌入式微处理器为32位处理器，该嵌入式微处理器的类型为至少如下之一 Aml86/88，386EX，SC-400, Power PC, 68000, MIPS, ARM。该电源系统包括插头、降压芯片，该降压芯片与该嵌入式微处理器相连接。该内存存储器为至少如下之一 SDRAM存储器，DDR SDRAM存储器，RDRAM存储器， FPM存储器，EDO存储器。本实用新型与现有技术相比具有如下优点(1)操作简便友好采用大尺寸触摸屏，只需手指点触即可操作，省去了繁多、复 杂的按键，使得人机交互更简便、直观、友好，更适合儿童使用。(2)内容清晰采用大尺寸液晶屏，显示内容更清晰，便于儿童读阅，也有利于保 护视力。(3)画面生动采彩色液晶屏，显示画面更生动、活泼，更能迎合儿童的审美情趣， 有利于提高学习兴趣。(4)多媒体功能丰富采用包括摄像头、麦克风、液晶屏、扬声器在内的多种视频、 音频输入输出设备，丰富了儿童的学习乐趣。(5)扩展能力强为用户预留了 USB接口，便于家长向机子输入或输出新的学习或 生活资料。(6)具备上网功能内置网卡，可对外连接有线/无线网络，实现上网功能。以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明


图1为本实用新型的外部结构示意图。图2为本实用新型的组成结构示意图。图3为本实用新型中嵌入式微处理芯片UlA的详细电路图。图4为本实用新型中嵌入式微处理芯片UlB的详细电路图。图5为本实用新型中嵌入式微处理芯片UlC的详细电路图。图6为本实用新型中闪存芯片U2的详细电路图。图7为本实用新型中内存芯片TO的详细电路图。[0037]图8为本实用新型中内存芯片U7的详细电路图。图9为本实用新型中IXD接口的详细电路图。
图10为本实用新型中USB-HOST接口的详细电路图。
图11为本实用新型中CAMERA接口的详细电路图。
图12为本实用新型中LAN网络接口的详细电路图。
图13为本实用新型中网卡芯片U18的详细电路图。
图14为本实用新型中音频解码芯片U12的详细电路图。
图15为本实用新型的降压芯片U14、U4、TO的详细电路。
图16为本实用新型的系统功能组成结构图。
具体实施方式
以下结合附图给出本实用新型较佳实施例，以详细说明本实用新型的技术方案。参见
图1，为本实用新型的外部结构示意图，机壳110的正面设置触摸屏101、液晶 屏102、开关103、摄像头104，侧面设置电源插座105、网络接口 106、通用串行总线接口(以 下简称USB接口)107、麦克风插孔108、耳机插孔109。触摸屏101为透明材质，紧贴于液晶屏102的正面，触摸屏101与液晶屏102的安 装方式可以为通过边框粘贴，也可以是利用静电效果吸附，以及用凹槽或支架将两者固定 等。开关103设置于机壳110正面液晶屏102上方左边部位。摄像头104设置于机壳110 正面液晶屏102上方中间部位。电源插座105、网络接口 106分别设置于机壳110前侧面左 右两边。USB接口 107设置于机壳110右侧面上方部位。麦克风插孔108、耳机插孔109设 置于机壳110右侧面下方部位。参见图2，为本实用新型的组成结构示意图。嵌入式微处理器201为本实用新型的 核心，闪存存储器202、内存存储器203、触摸屏101、液晶屏102、通用串行总线接口(以下 简称USB接口)107、摄像头104、网卡204、音频系统205、电源系统206分别通过各自信号 线与嵌入式微处理器201相连接。嵌入式微处理器201控制、指挥、协调和调度与其相连接的各个部件，让其相互配 合、有条不紊的完成各项执行任务，它是整个系统的核心部件，采用嵌入式操作系统。嵌入 式微处理器201由CPU芯片Ul构成，它可以是32位处理器，也可以为64位及以上处理器。 该微处理器 201 的类型可以是Aml86/88，386EX，SC-400, Power PC, 68000, MIPS, ARM。其 较佳实施例为基于ARM920T内核的32位嵌入式RISC微处理器，型号为Samsung S3C2440A。 由于引脚繁多，所接外围电路复杂，因此分为三副图做详细图解，请见图3、图4、图5。因本 技术领域的普通技术人员能够清楚地了解图3、图4、图5的电路，此处不做详细的文字解 释。闪存存储器202存储本实用新型将会用到的所有程序和数据(包括系统程序、应 用程序、视频数据、音频数据、图文数据等)，以供嵌入式微处理器201读取或写入。闪存存 储器202由闪存芯片U2构成，其可以是Nand Flash存储器，Nor Flash存储器，OneNAND存 储器，较佳实施例为型号为K9F1208的Nand Flash芯片，大小为64Mbyte，详细电路图如图 6所示，因本技术领域的普通技术人员能够清楚地了解，此处不做详细的文字解释。内存存储器203运行本实用新型中所有的程序和数据，这些程序和数据由嵌入式微处理器201负责从闪存存储器202或外接USB设备中任何一方读取，再交由内存存储器 203运行。内存存储器203由内存芯片TO、U7构成，其可以为SDRAM存储器，DDR SDRAM存 储器，RDRAM存储器，FPM存储器，EDO存储器。本实用新型其中一个较佳实施例中，内存存 储器 203 为型号为 HY57V561620FTP 的 SDRAM 芯片，大小为 32Mbytes，U6、U7 共 64Mbytes， 其详细电路图如图7、图8所示，因本技术领域的普通技术人员能够清楚地了解，此处不做 详细的文字解释。触摸屏101作为本实用新型的输入控制设备，使用者只需以指尖触碰液晶屏102 所显示的图标即可向本实用新型发出操作指令，该指令由嵌入式微处理器201接收并进行 处理；液晶屏102作为本实用新型的视频输出设备，用于显示嵌入式微处理器201输出的视 频信号，该信号由嵌入式微处理器201进行视频解码所得。液晶屏102和触摸屏101通过 IXD接口接入Ul ；IXD电路图如图9所示，因本技术领域的普通技术人员能够清楚地了解， 此处不做详细的文字解释。触摸屏101可以为电阻触摸屏，也可为矢量压力传感触摸屏、电 容触摸屏、红外线触摸屏、表面声波触摸屏；在本实用新型的一个较佳实施例中，该触摸屏 为12寸4线电阻式触摸屏。液晶屏102可以为大尺寸真彩色TFT液晶屏，也可为小尺寸真 彩色TFT液晶屏、小尺寸伪彩色液晶屏、大尺寸伪彩色液晶屏；该液晶屏和触摸屏尺寸为4 寸以上任意大尺寸。在本实用新型的一个较佳实施例中，该液晶屏为12寸800X600分辨 率真彩色TFT液晶屏。USB接口 107用于外接任何USB设备，当接入该设备后，其内的程序和数据由嵌入 式微处理器201负责读取或写入。在一个较佳实施例中，USB接口 107由接口 USB-HOST构 成，其电路图如
图10所示，因本技术领域的普通技术人员能够清楚地了解，此处不做详细 的文字解释。摄像头104作为本实用新型的视频输入设备，用于使用者向本实用新型输入视频 信号，该信号由嵌入式微处理器201接收并进行视频的编译处理。摄像头通过CAMERA接口 与Ul连接，其电路图如
图11所示，因本技术领域的普通技术人员能够清楚地了解，此处不 做详细的文字解释。网卡204具有网络接口 LAN和网卡芯片U18，网络接口用于外接网线实现与外网 连接，网卡芯片用于中转从外网接入的网络数据流，以供嵌入式微处理器201读取；网络接 口也可为无线局域网络接口 WLAN。在一个较佳实施例中，网络接口 LAN为100M，其详细电 路图如
图12所示，因本技术领域的普通技术人员能够清楚地了解，此处不做详细的文字解 释。网卡芯片U18型号为DM900，其电路图如
图13所示，因本技术领域的普通技术人员能够 清楚地了解，此处不做详细的文字解释。音频系统205具有麦克风插孔、耳机插孔、扬声器和音频解码芯片U12，麦克风插 孔用于外接麦克风，耳机插孔用于内接扬声器或外接耳机，声音信号由麦克风输入，扬声 器或耳机输出，音频解码芯片用于对音频数据流进行编解码，即把来自麦克风的声音信号 编译成可供嵌入式处理器使用的音频数据，或把来自嵌入式微处理器的音频数据还原成 可供扬声器、耳机输出的声音信号，当插入耳机后，扬声器就会自动无声。U12的型号为 UDA1341，基于I2S总线；其电路图如
图14所示，因本技术领域的普通技术人员能够清楚地 了解，此处不做详细的文字解释。电源系统206具有降压芯片U14、U4、U5，插头共同构成，插头用于外接其他电
6源，降压芯片U14、U4、U5分别用于将外接的5V电源转化为所需的三种电压3. 3V、1. 8V、 1. 25V ；在一个较佳实施例中，U14的型号为LM1117，U4的型号为LM1117，U5的型号为 MAX8860EUA18。U14、U4、TO电路图如
图15所示，因本技术领域的普通技术人员能够清楚地 了解，此处不做详细的文字解释。开关103用于控制本实用新型的电源通断。下面列举一个较佳实施例来解释本实用新型的作用原理在CPU芯片Ul采用内 部集成通用的IXD控制器、8通道10位ADC和触摸屏接口，基于ARM920T内核的芯片。它 是本实用新型嵌入式系统的核心部件，所有外部构件皆与CPU芯片Ul相连，通过Linux操 作系统和应用程序控制、指挥、协调和调度与其相连接的各个部件，使它们相互配合、有条 不紊的完成各项执行任务；Linux操作系统以及所有应用程序、视频数据、音频数据、图文 数据皆存放于闪存芯片U2中，以供CPU芯片Ul读取或写入；任何程序或数据被读取后，放 入内存芯片U6、U7进行运行，这些程序或数据除来自于闪存芯片U2外，还可来自于外接的 USB设备；IXD接口为从CPU芯片Ul中引出的液晶屏和触摸屏的接口。触摸屏101为4线 电阻式触摸屏，通过IXD接口中的触摸屏接口接入CPU芯片Ul。触摸屏101为透明材质， 置于液晶屏102上，代替传统按键的所有触控图标通过程序显示在液晶屏102上，使用者只 用触控显示图标即可向CPU芯片Ul发出操作指令；液晶屏102通过LCD接口中的液晶屏 接口接入CPU芯片U1，所有视频信号由CPU芯片Ul进行视频解码，通过液晶屏102输出显 示。USB接口 107是一个USB-HOST接口，可以接USB键盘、USB鼠标、U盘等常见的USB外 设，用于USB外设与CPU芯片Ul连接。摄像头104通过CAMERA接口接入CPU芯片Ul，输入 的视频型号由CPU芯片Ul进行视频编码。网卡中的网络接口 LAN为100M，采用RJ45连接 头，用于外接网线，网卡芯片U18可自适应10/100M网络，用于从外网接入的网络数据流中 转，以供CPU芯片读取；音频系统中的麦克风插孔用于外接麦克风，耳机插孔用于内接扬声 器或外接耳机，声音信号由麦克风输入，扬声器或耳机输出，音频解码芯片U12进行音频数 据流编解码，即把来自麦克风的声音信号编译成可供CPU芯片Ul读取的音频数据，或把来 自CPU芯片Ul的音频数据还原成可供扬声器、耳机输出的声音信号，当插入耳机后，扬声器 就会自动无声；电源系统中的插头用于外接其他电源。开关103用于控制本实用新型的电 源通断。降压芯片U14、U4、U5用于把外接的5V电源转化为所需的三种电压3. 3V、1. 8V、 1. 25V。
图16为设置于嵌入式微处理器中的主程序，表示了本实用新型的系统功能组成， 下面我们结合主程序介绍本实用新型的工作过程。接通电源，拨动开关103，系统进入初始 化，驱动液晶屏102显示开机动画，并播放开机音乐，即进入系统主界面301。系统主界面 301有4类用户触控图标，包括益智游戏302、文件管理303、跟踪评估304、系统设置305。益智游戏图标302由若干个具体游戏图标构成，分别按照七大类主题分类横向排 列在主题右侧，七大类主题分别是记忆和反应306、观察和注意307、空间和想象308、思维 和逻辑309、数字和算术310、文字和语言311、音乐和艺术312等，使用者只需用指尖轻轻触 碰其中任一具体游戏图标，即可进入此项游戏的游戏界面。根据游戏内容的不同，界面上会 显示出不同的设置图标，包括说明、难度、记录、单人、多人等，使用者可触控其中图标对游 戏进行相应设置，也可直接触控“开始”图标开始游戏，或触控“退出”图标退出游戏。触控文件管理303图标，进入文件管理界面。有新建313、复制314、粘贴315、剪切316、删除317、键盘318等管理图标，以及开启摄像头104或通过网络接口 106、USB接口 107、麦克风108等外接设备向本实用新型输入的数据或信息形成的文件图标，先轻点任一 文件图标再轻点其中一个管理图标，即可对该文件进行相应操作。跟踪评测304图标即进入本实用新型内置的跟踪评估系统，根据使用者每次游戏 中所表现出的相应智力因素对其进行评估，评估结果以数据结合图形的形式显示于评估界 面中。界面有统计报表319、网状图320、散点图321、柱状图322等查阅图标。触控任一图 形查阅图标便可直观的看到游戏者表现出的智力因素状态。触控系统设置305图标，即进入系统设置界面，包括网络323、音量324、色彩 325、亮度326、时间327、摄像头328等设置图标，触控任一图标可对其进行相应设置。本实用新型以触摸屏代替传统按键实现人机友好便捷交互，以思维游戏为内容主 体实现启发式智力开发，整个设计体现了以下特点1、以启发智力为目的，以思维游戏做载体，不硬性灌输知识，尊重儿童爱玩的天 性，采用开放式的启蒙教育方式。2、游戏按照记忆和反应、观察和注意、空间和想象、思维和逻辑、数字和算术、文字 和语言、音乐和艺术等七大智力因素归类，启蒙训练不但针对性强且科学全面。3、游戏形式多样、难易有度、画面生动，符合启蒙阶段儿童认知事物的规律及游戏 认知的心理，能为儿童智力开发带来乐趣，提高效率。4、跟踪评估功能有助于家长动态、直观地了解孩子的智力水平，从而有的放矢的 开发其天分或加强其弱项。以上所述只是为了方便说明和理解本实用新型，在不脱离本实用新型创作的精神 范畴内，熟悉此技术的本领域的技术人员所做的各种简单的变相与修饰仍属于本实用新型 的保护范围。
权利要求一种具有大尺寸液晶屏和触摸屏的数码智力开发机，包括机壳、开关，其特征在于，还包括嵌入式微处理器；以及与该嵌入式微处理器相连接的闪存存储器、内存存储器、触摸屏、液晶屏、通用串行总线接口、网卡、摄像头、音频系统、电源系统。
2.根据权利要求1所述的具有大尺寸液晶屏和触摸屏的数码智力开发机，其特征在 于，该触摸屏为至少如下之一电阻触摸屏，矢量压力传感触摸屏，电容触摸屏，红外线触摸 屏，表面声波触摸屏。
3.根据权利要求1所述的具有大尺寸液晶屏和触摸屏的数码智力开发机，其特征在 于，该液晶屏为至少如下之一大尺寸真彩色TFT液晶屏，小尺寸真彩色TFT液晶屏，小尺寸 伪彩色液晶屏，大尺寸伪彩色液晶屏。
4.根据权利要求1所述的具有大尺寸液晶屏和触摸屏的数码智力开发机，其特征在 于，该触摸屏为透明材质，紧贴于该液晶屏的正面；该触摸屏与该液晶屏的安装方式为至少 如下之一通过边框粘贴，利用静电效果吸附，用凹槽或支架将两者固定；该液晶屏和触摸 屏尺寸为4寸以上任意大尺寸。
5.根据权利要求1所述的具有大尺寸液晶屏和触摸屏的数码智力开发机，其特征在 于，该网卡包括网络接口和网卡芯片，该网络接口外接网线，实现与外网连接，网络接口可 为有线网络接口 LAN，也可为无线局域网络接口 WLAN ；该网卡芯片与该嵌入式微处理器相 连接，接收外网的数据流，传输给该嵌入式微处理器。
6.根据权利要求1所述的具有大尺寸液晶屏和触摸屏的数码智力开发机，其特征在 于，该音频系统包括音频解码芯片、麦克风插孔、耳机插孔、麦克风、扬声器、耳机；该音频解 码芯片与该嵌入式微处理器相连接；该麦克风插孔和该耳机插孔的一端连接该音频解码芯 片；该麦克风插孔的另一端与麦克风相连接，该耳机插孔的另一端与扬声器或耳机相连接； 该电源系统包括插头、降压芯片，该降压芯片与该嵌入式微处理器相连接。
7.根据权利要求1所述的具有大尺寸液晶屏和触摸屏的数码智力开发机，其特征在 于，该闪存存储器为至少如下之一 Nand Flash存储器，Nor Flash存储器，OneNAND存储ο
8.根据权利要求1所述的具有大尺寸液晶屏和触摸屏的数码智力开发机，其特征 在于，该嵌入式微处理器为32位处理器，该嵌入式微处理器的类型为至少如下之一 Aml86/88，386EX，SC-400, Power PC, 68000, MIPS, ARM。
9.根据权利要求1所述的具有大尺寸真彩色液晶屏和触摸屏的数码智力开发机，其特 征在于，该电源系统包括插头、降压芯片，该降压芯片与该嵌入式微处理器相连接。
10.根据权利要求1所述的具有大尺寸真彩色液晶屏和触摸屏的数码智力开发机，其 特征在于，该内存存储器为至少如下之一 SDRAM存储器，DDR SDRAM存储器，RDRAM存储器， FPM存储器，EDO存储器。
专利摘要本实用新型公开了一种具有大尺寸液晶屏和触摸屏的数码智力开发机，包括机壳、开关，嵌入式微处理器；以及与该嵌入式微处理器相连接的闪存存储器、内存存储器、触摸屏、液晶屏、通用串行总线接口、网卡、摄像头、音频系统、电源系统。本实用新型为一种电子教育学习、娱乐设备，用于儿童启蒙教育。
文档编号G09B5/06GK201725446SQ20102017408
公开日2011年1月26日 申请日期2010年4月27日 优先权日2010年4月27日
发明者冼莉娟, 刘超 申请人:上海以太软件有限公司