模块化插接式电路板和电子设备的制作方法

本实用新型涉及电路板领域，特别是指一种模块化插接式电路板和电子设备。

背景技术：

电路板，是电子设备最核心的部分，现有的电路板一般是把电子设备的所有电子元器件固定在一块电路板上。这样的电路板在设计并制造完毕后，其形状和功能也就固定了，因此这样的电路板只能适用于特定的电子设备，并且很难对电路板的功能进行扩展。

在电子产品的开发过程中，往往需要多次设计电路，并且需要制作出实物电路板进行开发测试，这就需要多次设计并制造电路板，增加了产品开发流程和开发成本。

经过进一步的发展，电子设备中包括的电路板数量也逐渐增多，多块电路板之间通过排线或排针连接，但是这样的方式仅仅是两块经过特殊设计的电路板，预留出连接接口，通过排线或排针连接，不具备普遍性和推广性，尤其不能应用于产品开发。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种模块化插接式电路板和电子设备，本实用新型可以方便的组合成各种不同功能的电路，并且简化了产品开发流程，节约了开发成本。

为解决上述技术问题，本实用新型提供技术方案如下：

一方面，本实用新型提供一种模块化插接式电路板，包括电路板本体，所述电路板本体上设置有功能电路，所述电路板本体的侧面设置有至少一个外伸部，所述外伸部上设置有插头和/或插孔，所述插头和/或插孔与所述功能电路连接。

进一步的，所述功能电路包括输入电路模块、输出电路模块、连接与传输电路模块、程序电路模块和电源电路模块；所述程序电路模块包括逻辑电路模块、控制电路模块和发生器电路模块。

进一步的，所述输入电路模块为磁敏模块或红外接收模块，所述磁敏模块包括干簧管，所述红外接收模块包括单片机芯片和红外接收头芯片；

所述逻辑电路模块为D触发器模块，所述D触发器模块包括D触发器芯片和反向器芯片；

所述控制电路模块为继电器模块或振动开关，所述继电器模块包括耦合器芯片、放大器芯片和继电器；

所述输出电路模块为脉冲计数器模块，所述脉冲计数器模块包括单片机芯片、LED控制电路和数码管。

进一步的，所述插头为耳机插头，所述插孔为耳机插孔，所述耳机插头和耳机插孔与所述电路板本体平行。

另一方面，本实用新型提供一种电子设备，包括连接件和至少一个上述模块化插接式电路板，所述连接件包括梁、工字梁、齿座、齿轴、连杆和/或连接片。

进一步的，所述梁包括梁本体，所述梁本体上开有至少一个轨道，所述轨道包括U形轨道、梁螺纹轨道、凹槽轨道和/或尖角轨道，所述梁的侧面开有侧面螺纹孔，端面上开有端面螺纹孔；所述工字梁的两个翼缘的内表面设置有螺纹，形成工字梁螺纹轨道，所述工字梁的翼缘的中部开有螺丝定位孔。

进一步的，所述齿座上开设有螺纹轨道和与所述齿轴配合的齿轴孔，所述齿座中间开设有D字孔。

进一步的，所述连杆上开设有间断排列的圆孔和长条孔，所述连杆的侧面位于所述圆孔和长条孔之间的部分开设有V槽；所述连接片为L型或长条形，所述连接片上开设有连接孔。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型在使用时，可以根据电路的功能，选择不同功能电路的模块化插接式电路板，将它们插接在一起，组成完整的电路，实现电路的功能，多用于教学、益智以及产品开发等。

在产品开发时，本实用新型的模块化插接式电路板可以通过插接即可组合成多种功能的电路，而不需要每次都要设计新的电路板，简化了产品开发流程，节约了开发成本。

并且本实用新型中，插头和/或插孔设置在电路板本体的外伸部上，方便模块化插接式电路板的插接组合，可以插接成不同形状的电路，甚至可以插接成立体形状的电路。

综上所述，本实用新型的模块化插接式电路板可以方便的组合成各种不同功能的电路，并且简化了产品开发流程，节约了开发成本。

附图说明

图1为本实用新型的模块化插接式电路板的一个实施例的示意图；

图2为本实用新型的模块化插接式电路板的另一个实施例的示意图；

图3为本实用新型的模块化插接式电路板的再一个实施例的示意图；

图4为本实用新型的模块化插接式电路板的再一个实施例的示意图；

图5为本实用新型的模块化插接式电路板的再一个实施例的示意图；

图6为本实用新型的模块化插接式电路板的再一个实施例的示意图；

图7为本实用新型的模块化插接式电路板的再一个实施例的示意图；

图8为本实用新型中的梁的一个实施例的示意图；

图9为本实用新型中的工字梁的一个实施例的示意图；

图10为本实用新型中的齿座的一个实施例的示意图；

图11为本实用新型中的齿轴的一个实施例的示意图；

图12为本实用新型中的连杆的一个实施例的示意图；

图13为本实用新型中的连接片的一个实施例的示意图；

图14为本实用新型中的连接片的另一个实施例的示意图；

图15为本实用新型中的软件平台的一个实施例的示意图；

图16为本实用新型中的磁敏模块的电路图；

图17为本实用新型中的红外接收模块的电路图；

图18为本实用新型中的D触发器模块的电路图；

图19为本实用新型中的继电器模块的电路图；

图20为本实用新型中的振动开关的电路图；

图21为本实用新型中的脉冲计数器模块的电路图。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一方面，本实用新型提供一种模块化插接式电路板，如图1-7所示，包括电路板本体1，电路板本体1上设置有功能电路2，电路板本体1的侧面设置有至少一个外伸部11，外伸部11上设置有插头3和/或插孔4，插头3和/或插孔4与功能电路2连接。

本实用新型在使用时，可以根据电路的功能，选择不同功能电路的模块化插接式电路板，将它们插接在一起，组成完整的电路，实现电路的功能，多用于教学、益智以及产品开发等。

在产品开发时，本实用新型的模块化插接式电路板可以通过插接即可组合成多种功能的电路，而不需要每次都要设计新的电路板，简化了产品开发流程，节约了开发成本。

并且本实用新型中，插头和/或插孔设置在电路板本体的外伸部上，方便模块化插接式电路板的插接组合，可以插接成不同形状的电路，甚至可以插接成立体形状的电路。

综上所述，本实用新型的模块化插接式电路板可以方便的组合成各种不同功能的电路，并且简化了产品开发流程，节约了开发成本。

进一步的，功能电路根据功能可以包括输入电路模块、输出电路模块、连接与传输电路模块、程序电路模块和电源电路模块，电源电路模块如图1和图2中的左半部分所示。

功能电路根据输入、输出、连接、程序、其他(包括电源等)。不同类别的模块化插接式电路板可以标有不同颜色。每一个模块化插接式电路板包含一个功能电路，对应特定领域教育课程中一个知识点，或者产品开发中的一个功能。通过对不同电路板的插接，用户可完成一个自持的高鲁棒性的电路系统完成即插即学的过程。

使用者通过将电源，程序，输入，控制以及输出等不同模块化插接式电路插接在一起完成电路搭接，其过程中不必要进行软件编程，简单翻遍，此过程为基于硬件的编程。

输入电路模块将不同的输入模块(比如传感器)单独集成在电路板上，其中包括常见的热敏，光敏，湿敏等模块，以及不常见的磁敏等。如图3为气敏传感器。

输出电路模块提供整个电路的输出，包括LED灯(如图2的右半部分所示)，电机等，如图7所示(电机)。

连接与传输电路模块组中的模块提供信号传递与结构连接的功能，连接与传输模块组包含连接电路的模块。

优选的，程序电路模块包括逻辑电路模块、控制电路模块和发生器电路模块。

程序电路模块组包含三类模块：逻辑电路模块，控制电路模块与发生器电路模块。

逻辑电路模块，包含各种程序电路，如与，或，非等电路。此电路可以完成对电脑的基本程序的模拟，如图4所示，为与非门。

控制器电路模块，控制模块将不同的控制器集成在模块上，其中包括开关，按钮，等等，部分模块具有学习功能，如图5所示，为按钮开关。

发生器电路模块，本模块组包含各种波形发生器，包括脉冲方波发生器，如图6所示，锯齿波发生器等模块。

上述各个模块有多种电路结构，例如：

输入电路模块为磁敏模块或红外接收模块，磁敏模块包括干簧管，如图16所示；红外接收模块包括单片机芯片STM8S 003和红外接收头芯片VS1838B，如图17所示；

逻辑电路模块为D触发器模块，D触发器模块包括D触发器芯片74HC74和反向器芯片SN74AHC1G04，如图18所示；

控制电路模块为继电器模块或振动开关，如图19-20所示，继电器模块包括耦合器芯片TLP280-4P、放大器芯片LMV321和继电器RELAY-SPDT，如图19所示；

输出电路模块为脉冲计数器模块，脉冲计数器模块包括单片机芯片STM8S 003、LED控制电路TM1618和4位8段数码管，如图21所示。

本实用新型中的插头和插孔可以为多种结构，这里给出一个优选的实施例：插头为耳机插头，插孔为耳机插孔，耳机插头和耳机插孔与电路板本体平行，如图16-21所示，图中的4段3.5插座即为耳机插孔，4段3.5插头即为耳机插头。

如图2所示，两块模块化插接式电路板的连接方式为将耳机插头插入插孔中，用图2所示的方法一次性实现供电，信号传输，稳定多向结构连接与转动副连接四种功能。耳机插口还可以提供结实的连接，用户还可以利用模块化插接式电路板搭建自己项目的结构或者外壳。

另一方面，提供一种电子设备，包括连接件和至少一个上述模块化插接式电路板，连接件包括梁、工字梁、齿座、齿轴、连杆和/或连接片。

本实用新型可以使用连接件组成电子设备的机械部分，使用上述的模块化插接式电路板组成电子设备的电子部分，本实用新型可以方便的组合成各种不同功能的电子设备，并且简化了产品开发流程，节约了开发成本。

上述连接件可以均为铝型材挤压成型，铝型材比较别的常用金属密度小，质量轻，于用户使用方便；连接件表面采用了氧化着色处理，颜色为香槟色，这种氧化着色工艺能使结构件表面颜色分布均匀、美观，并具有很强的耐腐蚀性能。

上述结构中，梁包括梁本体，梁本体上开有至少一个轨道，轨道包括U形轨道81、梁螺纹轨道85、凹槽轨道82、83、84和/或尖角轨道86、87，梁的侧面上开有侧面螺纹孔88，端面上开有端面螺纹孔89，如图8所示；工字梁的两个翼缘91的内表面设置有螺纹，形成工字梁螺纹轨道92，工字梁的翼缘91的中部开有螺丝定位孔93，如图9所示。

梁采用了多冗余轨道结构，U形轨道与梁螺纹轨道可以与螺丝、螺母配合实现快速任意位置固定功能，3个凹槽轨道可以嵌入不同的其他连接件，实现连接件固定功能。U形轨道与尖角轨道可以与滑轮、同步带轮或滑块配合，实现机械滑轨的功能，为了方便连接件的连接，梁的两端分别开有螺纹孔，以方便其余零部件和梁进行轴向连接，同时，在梁的两段也设有轴向的螺纹孔方便螺纹连接。

工字梁采用了三方式连接结构，工字梁螺纹轨道可以与螺丝、配合实现快速任意位置固定功能，同时工字梁螺纹轨道也可与其他零件直接进行机械连接，工字梁的中心开有螺丝定位孔(通孔)用于定位螺丝。

进一步的，如图10所示，齿座上开设有螺纹轨道102和与齿轴配合的齿轴孔101，齿座中间开设有D字孔111，如图11所示。

齿座以及齿轴系统采用多用途连接结构，齿轴可以插入齿座以配合，齿轴设计不同长度，这样可以连接多个齿座以达到不同的应用目的。齿座可以利用螺纹以及孔和其他部件相连接。

齿轴中间孔设计为D字孔，以便和D字轴和电机相连接，以到达传递转矩和转速的目的。

优选的，如图12所示，连杆上开设有间断排列的圆孔121和长条孔122，连杆的侧面位于圆孔121和长条孔122之间的部分开设有V槽123；连接片为L型或长条形，连接片上开设有连接孔131/141，如图13和14所示。

连接杆为多功能耗材，设计成圆孔和长条孔间断排列，这种结构可以满足不同的应用需求。圆孔和长条孔中间采用V型设计，同时连杆中设有长孔，通过掰除相应的圆孔以及将连接件固定在长孔的不同位置，用户可以轻松得到需要的长度。

L型连接片和长条形连接片(设计了不同的长度，以方便连接)作为连接件可以和其余零部件实现各种组合连接。

上述的电子设备具有以下优点：

1、具备易用性以及廉价性。

2、具有多冗余性，通用性并可以将结构、电子以及软件三个领域完美结合在一起。

3、具备可牢固连接的特点。

4、具备高鲁棒性，并可以利用其所包含的机械与电子件快速制作样机。

5、允许用户基于本产品进行线上或线下的团队合作样机开发。

6、其结构件可以进行多种方式的连接。

7、具备多方向的动/静态连接方式以便用户可以在多个方向上搭建系统。

8、具备分布式处理器，而不仅仅是集中式处理器。

9、具有模块化，硬件编程，并包含独立知识点的特点。

并且，该电子设备还可以包括与其配合使用的软件平台：

软件平台主要的作用是收集不同方面的数据，分析之后回传给相数据库及用户，实现实体项目与虚拟网络项目的交互。主要由下列四部分组成，其结构如图13所示：

虚拟硬件功能：

在网站平台上建立产品全部硬件的数据库以及标准。用户可以在虚拟环境下了解并组装产品硬件。

仿真：

用户可在虚拟环境下将组装好的硬件进行测试，可以看到结果是否和设计相符合。

远程合作：

用户可以在线上虚拟环境下通过合作的方式完成项目的开发，同时可对其他人的项目提出建议，或者将其他人的项目吸纳到自己的创意中来。

数据库以及大数据：

用户可将自己的项目上传到数据库中去，方便其他用户参考，数据库中还会有很多课程方案以及教学视频，方便用户对本产品进行学习以及二次开发。同时数据库还将会对上传的数据进行分析，匹配等

再一方面，本实用新型提供一种电路布局方法，包括如下步骤：

步骤1：将电路按照功能分为多个功能电路，功能电路包括输入电路模块，输出电路模块，连接与传输电路模块、程序电路模块和电源电路模块。本实用新型中，按照功能将电路分为不同的功能电路，以方便后续的电路板制作。

步骤2：将各个功能电路制作成模块化插接式电路板，其中：模块化插接式电路板包括电路板本体，功能电路设置在电路板本体上，电路板本体的侧面设置有至少一个外伸部，外伸部上设置有插头和/或插孔，插头和/或插孔与功能电路连接。本步骤中，制得上述的模块化插接式电路板。

步骤3：将多个模块化插接式电路板插接在一起，形成电路。选择需要的功能电路对应的模块化插接式电路板，将其插接在一起，形成完整的电路。并且还可以和上述的连接件连接，组成电子设备。

本实用新型可以方便的组合成各种不同功能的电路，并且简化了产品开发流程，节约了开发成本。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。