用于智能电子积木的物理量表达硬件模块的制作方法

本实用新型涉及智能玩具技术领域，具体涉及用于智能电子积木的信号产生和调节硬件模块。

背景技术：

前的很多电路类实验产品都是以一种独立形式存在的，无法与机械结构类的产品一起使用，其拼接、电路连接都存在各种限制，使用者难以根据自己的需求和想法自由拼接，难以调动青少年儿童对于搭建结构以及电路原理的认知。因此，可自由组合、根据用户想法自由拼接的智能、模块化积木来解决上述问题。而为了实现用户根据电路原理自由设计各种电路结构，实现积木系统的智能控制和物理量表达和显示，系统设计用于智能电子积木的物理量表达硬件模块，满足用户在进行积木拼接的过程中，感受电子控制电路带来的乐趣并学习相关知识，本实用新型的涉及的智能积木系统由多个智能积木模块(简称积木模块)构成。

技术实现要素：

为了实现用户根据电路原理自由设计各种电路结构，实现积木系统的智能控制和物理量表达和显示，提出了用于智能电子积木的物理量表达硬件模块，通过接收来自上位智能积木模块的电压信号，在转换为数字信号之后，经过处理器的运算和变换，将处理得到的数字信号传递给驱动器，产生驱动电压信号，通过显示部件以某种物理量(例如声音、强度可变的LED灯、LED灯条等)进行表达显示；同时处理器产生的数字信号，经过数模转换器变换为电压信号，通过信号输出端向下位积木模块输出。用于智能电子积木的物理量表达的硬件模块，提供了驱动器和显示部件、电路板的封装部件，提供积木模块的安装结构，实现智能积木模块的标准安装结构，便于积木模块之间的自由拼接。

本实用新型的目的至少通过如下技术方案之一实现。

用于智能电子积木的物理量表达硬件模块，包括：输入端、输出端、模数转换器、处理器、数模转换器、驱动器、显示部件、电路板、上壳体和下壳体；

所述输入端包括高电平输入端、数据总线输入端、信号输入端和低电平输入端；所述输出端包括高电平输出端、数据总线输出端、信号输出端和低电平输出端；数据总线输入端和数据总线输出端所连接的数据总线，是整个智能积木系统的共同通讯总线；数据总线的数据由调节器调节控制；数据总线输入端与上位智能积木模块连接，获得上位智能积木传递的数据；数据总线输出端与下位智能积木模块连接，向下传递数据；数据总线与处理器连接，处理器通过数据总线与调节器双向通讯；调节器通过数据总线对处理器的运算规则进行设置；模数转换器实时接收来自信号输入端的电压信号，将其转换为数字信号，数字信号传递给处理器；处理器根据调节器对处理器运算规则的设定，对数字信号进行运算得到运算结果，运算结果信号传送给驱动器，驱动器将数字信号转换为驱动电压信号，电压信号驱动显示部件，得到物理量显示；处理器还将运算结果的数字信号传送给数模转换器，将数字信号变换为电压信号，从信号输出端输出给下位积木模块；高电平输入端和高电平输出端及它们之间的连线构成了高电平供电线路；低电平输入端和低电平输出端及它们之间的连线构成了低电平供电线路；高电平和低电平供电线路形成了电压差回路，为模数转换器、处理器、数模转换器、驱动器、显示部件提供电力；

所述处理器、模数转换器、数模转换器、驱动器和显示部件封装在电路板上；输入端和输出端与电路板连通；电路板连接固定并封装在下壳体和上壳体中间，仅有输入端和输出端总共8个接头露出在壳体外部，用于与其他积木模块连接；

下壳体在靠近输出端接头的部位设置了接头凸台，在靠近输入端接头的部位设置了接头凹槽；一个积木模块的接头凸台能与另一个积木模块的接头凹槽组装配合；下壳体在底面设置了安装凹槽；上壳体在顶面设置了安装凸台；一个积木模块的安装凸台能与另一个积木模块的安装凹槽组装配合。

进一步地，所述调节器自身包括处理器、LCD显示屏、按键输入、通讯接口和供电接口；调节器的通讯接口包括数据总线输出端和信号输出端，这两个接口能将调节器的处理器的输出信号传递到智能积木中的数据总线和信号线；调节器的供电接口包括了低电平输入端和高电平输入端，这两个输入端分别与智能积木系统的低电平导线和高电平导线连通，获得供电模块的供电；用户通过调节器设有的按键作为信息输入端，通过调节器进行信息的编码，并通过通讯接口输出以及对智能积木模块进行设定；调节器的LCD显示屏是调节器的显示端。

进一步地，智能电子积木模块所设置的显示部件为蜂鸣器、高亮LED灯、彩色LED灯、LED灯条中的一种以上。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优点和技术效果：

本实用新型提出了用于智能电子积木的物理量表达硬件模块，通过接收来自上位智能积木模块的电压信号，在转换为数字信号之后，经过处理器的运算和变换，将处理得到的数字信号传递给驱动器，产生驱动电压信号，通过显示模块以某种物理量(例如声音、强度可变的LED灯、LED灯条等)进行表达显示；同时处理器产生的数字信号，经过数模转换器变换为电压信号，通过信号输出端向下位积木模块输出。用于智能电子积木的物理量表达的硬件模块，提供了驱动器和显示部件、电路板的封装部件，提供积木模块的安装结构，实现智能积木模块的标准安装结构，便于积木模块之间的自由拼接。本实用新型的智能积木模块，搭接结构简洁，使用方便。

附图说明

图1是实例中用于智能电子积木的物理量表达方法的原理图。

图2是实例中用于智能电子积木的物理量表达方法的流程图。

图3是实例中应用于声音表达方式的积木模块结构一侧示意图。

图4是实例中应用于声音表达方式的积木模块结构的另一侧示意图。

图5是实例中应用于声音表达方式的积木模块结构示意图(移除上壳体)。

图6是实例中应用于高亮LED灯表达方式的积木模块结构示意图。

图7是实例中应用于LED灯条表达方式的积木模块结构示意图(移除上壳体)。

图8是实例中物理量表达方法模块与其他积木模块连接的结构示意图。

图中：1-输入端；2-输出端；3-模数转换器；4-处理器；5-数模转换器；6-驱动器；7-显示部件；8-下壳体；9-上壳体；10-接头凸台；11-安装凸台；12-接头凹槽；13-安装凹槽；14-电路板。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的实施和保护不限于此，本实用新型的关键在于对结构提出的技术方案，以下若有涉及软件的部分或未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现的。

如图1～图8所示，用于智能电子积木的物理量表达硬件模块主要包括：输入端1、输出端2、模数转换器3、处理器4、数模转换器5、驱动器6和显示部件7等。

所述输入端1包括高电平输入端A1、数据总线输入端B1、信号输入端C1和低电平输入端D1；所述输出端2包括高电平输出端A2、数据总线输出端B2、信号输出端C2和低电平输出端D2。数据总线输入端B1和数据总线输出端B2所连接的数据总线，是整个积木系统的共同通讯总线；数据总线的数据由调节器调节控制；数据总线输入端B1与上位智能积木模块连接，获得上位智能积木传递的数据；数据总线输出端B2与下位智能积木模块连接，向下传递数据；数据总线与处理器4连接，处理器4通过数据总线与调节器双向通讯。调节器通过数据总线对处理器的运算规则进行设置(例如，设定为逻辑非运算、相反数运算等)。模数转换器3实时接收来自信号输入端C1的电压信号，将其转换为数字信号，数字信号传递给处理器4；处理器4根据调节器对处理器运算规则的设定，对数字信号进行运算得到运算结果，运算结果信号传送给驱动器6，驱动器6将数字信号转换为驱动电压信号，电压信号驱动显示部件7，得到物理量显示。处理器4同时将运算结果的数字信号传送给数模转换器5，将数字信号变换为电压信号，从信号输出端C2输出给下位积木模块。高电平输入端A1和高电平输出端A2及必要的连线构成了高电平导线；低电平输入端D1和低电平输出端D2及必要的连线构成了低电平导线；高电平导线和低电平导线形成了电压差回路，为信号产生和调节的各电子电路提供电力。

所述调节器自身包括处理器、LCD显示屏、按键输入、通讯接口和供电接口；调节器的通讯接口包括数据总线输出端和信号输出端，这两个接口可以将调节器的处理器的输出信号传递到智能积木中的数据总线和信号线；调节器的供电接口包括了低电平输入端和高电平输入端，这两个输入端分别与智能积木系统的低电平导线和高电平导线连通，获得供电模块的供电。调节器的处理器内嵌了处理程序，用户可通过调节器设有的按键作为信息输入端，通过调节器进行信息的编码，并通过通讯接口输出以及对智能积木模块进行设定。调节器的LCD显示屏是调节器的显示端。

用于智能电子积木的物理量表达方法，信号输入端C1通过接收来自上位智能积木模块的电压信号，在转换为数字信号之后，经过处理器的运算和变换，将处理得到的数字信号传递给驱动器，产生驱动电压信号，通过显示模块以某种物理量(例如声音、强度可变的LED灯、LED灯条等)进行表达显示；同时处理器产生的数字信号，经过数模转换器变换为电压信号，通过信号输出端向下位积木模块输出。对于第一块或者最上位的智能积木模块，通常其本身拥有可以产生信号的传感器单元。

如图2，用于智能电子积木的物理量表达方法，主要步骤如下：

1)智能积木系统的调节器通过数据总线对处理器4进行参数设置，设置处理器的运算规则，例如比例放大、逻辑非运算、相反数运算等，所设置的参数保存在处理器中。

2模数转换器3实时读取来自信号输入端C1的电压信号，将其转换为数字信号。

3处理器4根据1中所设定的运算规则，对数字信号进行处理运算，得到运算结果，运算结果是数字信号；

4驱动器6获得来自处理器4的数字信号，将其转换为电压信号，该电压信号作为结果显示模块的驱动电压，显示部件7根据驱动电压信号，实现对物理量的表达；

5处理器4同时将输出的数字信号经过数模转换器5变换为电压信号，并通过信号输出端C2对外输出；数据总线实时监控数模转换器的输出信号，并与处理器的运算值进行比较，如果输出信号与运算值不一致则反馈给处理器4；所述的输出信号与运算值不一致情况，如果输出信号与运算值的偏差大于允许的设定偏差值，则确定为出错，进而反馈给处理器。

6处理器4同时将输出的数字信号经过数模转换器5变换为电压信号，并通过信号输出端C2对外输出。

7数据总线实时监控数模转换器的输出信号，并与处理器的运算值进行比较，如果出错则反馈给处理器4。

如图7，用于智能电子积木的物理量表达方法的硬件模块还包括了电路板14、上壳体9和下壳体8等主要部件。所述处理器4、模数转换器3、数模转换器5、驱动器6和显示部件7等组件封装在电路板14上；输入端1和输出端2与电路板14连通。电路板14连接固定并封装在下壳体8和上壳体9中间，仅有输入端和输出端总共8个接头露出在壳体外部与其他积木模块连接。

下壳体8在靠近输出端接头的部位设置了接头凸台10，在靠近输入端接头的部位设置了接头凹槽12；一个积木模块的接头凸台10可与另一个积木模块的接头凹槽12组装配合。下壳体8在底面设置了安装凹槽13；上壳体9在顶面设置了安装凸台11；一个积木模块的安装凸台11可与另一个积木模块的安装凹槽13组装配合。

如图5、图6，智能电子积木模块所设置的显示部件7，可以是蜂鸣器、高亮LED灯、彩色LED灯、LED灯条等；所述驱动器6的驱动电路需要与显示部件7的类型一致。

作为实例，图3～5给出了本实用新型应用于声音表达方式的积木模块结构示意图。图6给出了本实用新型应用于高亮LED灯表达方式的积木模块结构示意图。

图7给出了本实用新型应用于LED灯条表达方式的积木模块结构示意图。

图8是实例中用于智能电子积木的物理量表达硬件模块801与其他积木模块如调机器802(带调机器接头8021)、显示模块803、电压控制器804和电池805连接的结构示意图。

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。