专利名称：能自动识别积木名、且语音及时报数的电子数学积木的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种帮助儿童“人机互动式”学习数字和数学运算的电子数学积 木，更具体地说，涉及一种能自动识别积木名、且语音及时报数的电子数学积木。
背景技术：
传统积木只是从物理结构或实体上标识或目视其名称、作用，在搭接或堆集平台 上不能自动辨识积木名称；传统积木搭接或堆集后，一般只是组成了一定的几何形体、或指 定形式的物理结构，不具有数学学习功能；传统积木重在启发儿童的动手能力、空间想象能 力等，儿童只能模仿或重复同样或固定的动作；传统积木在使用过程中，缺少儿童和积木之 间的声效、光电互动，互动性不强，缺乏趣味性。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能自动 识别积木名、且语音及时报数的电子数学积木。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种能自动识别积木名、 且语音及时报数的电子数学积木，包括多个积木块、积木放置平台，还包括单片机以及分 别与单片机相连接的光电传感器和语音芯片，其中每个积木块底部均附着有特征识别编 码，积木放置平台设置有积木可堆放区，单片机和光电传感器组成自动扫描和识别电路。在本实用新型所述的能自动识别积木名、且语音及时报数的电子数学积木中，所 述能自动识别积木名、且语音及时报数的电子数学积木还包括与所述语音芯片连接、在学 习过程中进行语音播报的喇叭。在本实用新型所述的能自动识别积木名、且语音及时报数的电子数学积木中，积 木块底部附着有光电传感器可识别的特征识别编码，编码规则和要求与光电传感器对应和配套。在本实用新型所述的能自动识别积木名、且语音及时报数的电子数学积木中，还 包括与单片机相连接的指示灯，所述指示灯包括用于提示积木块放置正确的绿色状态指示 灯、提示积木块放置错误的红色状态指示灯、用于显示积木块对应数字的LED数码管以及 用于显示学习成绩的成绩指示灯。在本实用新型所述的能自动识别积木名、且语音及时报数的电子数学积木中，还 包括与单片机相连接的按键模块，所述按键模块包括电源按键、清零按键和确认按键。实施本实用新型的能自动识别积木名、且语音及时报数的电子数学积木，具有以 下有益效果1、每块积木块的名称和特征识别编码一一对应，确保本实用新型的电子数学积木 的自动识别功能；识别误差率低于5%，而产生误差的原因主要来自于积木块放置位置不 妥当，或有其他物品放置在电子数学积木的可放置区域；2、通过单片机和光电传感器组成的自动扫描和识别电路实现了自动识别积木块对应的名称，通过单片机控制语音芯片生成和播报积木块对应的语音信息，可帮助儿童识 别数字和运算符号、纠正儿童读数的不正确；3、在儿童将积木块放置到积木可堆放区时，语音芯片的语音播报和指示灯光电提 示儿童所放置的积木块的名称、可行性、可运算性等，帮助儿童及时纠错，并堆放合理的数 字序列或运算表达式；4、积木块放置结束确认后，电子数学积木可评判儿童所列运算式的合理性和正确 性，并一直嘉奖、表扬、鼓励和提醒儿童的运算成绩，并伴有对应的背景乐曲，让儿童寓学于
乐ο
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中图1是本实用新型能自动识别积木名、且语音及时报数的电子数学积木外观示意 图；图2是本实用新型能自动识别积木名、且语音及时报数的电子数学积木工作流程 图；图3是本实用新型能自动识别积木名、且语音及时报数的电子数学积木的电路 图。
具体实施方式
如图1所示，为实用新型能自动识别积木名、且语音及时报数的电子数学积木的 外观示意图。本实用新型所公开的能自动识别积木名、且语音及时报数的电子数学积木， 包括若干个积木块和积木放置平台，所述积木块的底部附着有特征识别编码，所述特征识 别编码与积木块所表示的数字和运算符一一对应，所述积木放置平台包括成绩指示区、用 于根据统计的运算次数和正确率来显示儿童的学习成绩等级，学习成绩分为优秀、良好、及 格、较差四个等级，分别用“优、良、中、差” 4个学习成绩指示灯进行指示。在成绩指示区两 侧设置有用于在学习过程中进行语音播报的喇叭。图示黑框内为积木可堆放区，在本实施 例中积木可堆放区被划分为10个小区域，当积木块被放置于积木可堆放区时，电子数学积 木即自动识别该积木块的特征识别编码。在积木可堆放区两侧还设有用于显示积木块放置 合理性的状态指示灯，包括正确状态指示灯和错误状态指示灯。如图所示积木块平时放置 区用于平时装放积木块，在本实施例中包括3组标识了“0 9”数字的积木块，共计30块 积木块；2组标识了 “+、-、X、+、= ”运算符号的积木块，共计10块积木块，积木平时放置 区可放置40个积木块。按键区包括3个按键，分别为电源键、确认键、清零键。其中清零键 用于清除电子数学积木内累计结果、按下清零键后可以重新计数和统计成绩。图3所示为本实用新型的能自动识别积木名、且语音及时报数的电子数学积木的 电路图。如图所示电子数学积木的一实施例的电路图中包括单片机U4以及分别与单片 机U4相连接的光电传感器和语音芯片Ml。在本实施例中采用型号为MEGA16的单片机U4， 用于对各种积木块的组合序列的特征识别编码进行扫描、识别、分析、处理并控制语音芯片 及时生成和播报积木块所对应的语音信息。语音芯片Ml型号为ML22002，用于及时生成和 播报积木块的名称和运算结果所对应的语音信息。积木可堆放区被划分为十个小区域，每
4个小区域对应一组共4个光电传感器，所述光电传感器用于识别积木块底部的特征识别编 码，积木块底部附着有光电传感器可识别的特征编码，编码规则和要求必须和光电传感器 对应和配套。需要说明在本实施例中仅仅列举出一组4个光电传感器即对应积木可堆放区 的一个小区域的光电传感器进行说明。
如图所示还包括与单片机U4相连接的指示灯，所述指示灯包括用于提示积木块 放置正确的绿色状态指示灯D15、提示积木块放置错误的红色状态指示灯D16 ；用于显示学 习成绩的成绩指示灯，包括用于显示优秀的指示灯D11、良好的指示灯D12、及格的指示灯 D13、较差的指示灯D14等4种成绩等级的成绩指示灯，分别对应于积木放置平台上的“优、 良、中、差”4个指示灯；用于显示积木块对应数字的LED数码管DS1。如图所示还包括与单片机相连接按键模块，所述按键模块包括电源按键Si、清零 按键S2和确认按键，还设有一些备用按键用于功能扩展等。根据图2所示的工作流程图，对本实用新型的能自动识别积木名、且语音及时报 数的电子数学积木的工作流程进行说明。包括以下步骤步骤Sl 放置积木到放置区；在打开电源开关后，儿童可选取不同的数字和符号组合的积木块放置到积木可堆 放区的相应的十个小区域中。步骤S2 识别积木符号，语音提示；当积木块被放置到积木可堆放区后，每个小区域对应的4个光电传感器开始检测 积木块底部的特征识别编码，单片机对各种积木块的组合序列进行识别、分析、处理后控制 语音芯片及时生成积木块对应的语音信息并进行播报，如果扫描到积木块是数字，除了语 音报数外，还可同步显示在LED数码管上。步骤S3 判断放置合理性和可运算性，如果不合理则返回步骤Si，否则执行步骤 S4；当积木块放置到积木可堆放区后，单片机对积木块进行识别、并判断积木块放置 的合理性和可运算性，如果积木块放置不合理或不是可以进行运算的数学式则语音提示 “放置不当，请重新放置”同时红色指示灯点亮，返回步骤Sl用户重新放置积木块，如果放置 合理则执行步骤S4。步骤S4 判断是否按下了 “确认”键，如果没有按下“确认”键则执行步骤Sl继续 放置积木块，如果按下了 “确认”键则执行步骤S5 ；单片机对“确认”键进行扫描，判断是否按下，如果扫描结果没有按下“确认”键则 说明积木块还没有放置结束，可继续放置积木块，如果按下“确认”键则执行步骤S5。步骤S5 判断结果是否正确，如果结果正确则执行步骤S6，否则执行步骤S7 ；按下“确认”键以后，单片机对放置的积木块所组成的数学式的运算结果进行分析 判断，如果运算正确结果正确则执行步骤S6，否则执行步骤S7。步骤S6 语音提示“正确”并进行成绩汇总；如果当前的积木块组合是纯数字组合，则单片机控制语音芯片生成语音信息并播 报数字；如果是数学运算的等式组合，单片机判断数学式的合理性和正确性，“正确”则语音 提示“答案正确，请继续”。同时单片机对运算次数和正确率进行统计。并通过语音芯片和 指示灯指示出“优秀、良好、及格、较差”等的成绩等级。[0035]步骤S7 语音提示“错误”并进行成绩汇总；如果是数学运算的等式组合“错误”则语音提示“答案错误，请重来”。同时单片机 对运算次数和正确率进行统计。并通过语音芯片和指示灯指示出“优秀、良好、及格、较差” 等的成绩等级。步骤S8 判断是否按下“清零”键，如果按下“清零”键则执行步骤S9，否则执行步 骤 SlO ；步骤S9 总成绩清零，按下“清零”键后，单片机内累计的成绩清零，可以重新计数 和统计成绩；步骤SlO 判断是否继续进行学习，如果继续学习则返回步骤Si，否则学习结束关 闭电源。根据工作流程对具体实施过程进行说明1、积木块自动识别是电子数学积木的关键技术之一。每个积木块的底部均附着 有光电传感器可识别的特征编码，编码规则和要求必须和传感器对应和配套；积木可堆放 区，被划分为十个小区域，每个小区域对应一组共4个可以识别积木块底部条码的光电传 感器；2、一组4只光电传感器时，总共可识别出24-1 = 15种积木块；一组5只光电传感 器时，可识别出25-1 = 31种积木块；如为6只光电传感器时，可识别出26-1 = 63种积木 块；依此类推；3、在本实施例中电子数学积木共有积木块数量为"0 9”数字符，计10个，共3组，需要10个特征识别编码；“+、-、X、+、= ”运算符，计5个，共2组，需要5个特征识别编码；共计10X3+5X2= 40 个；因此，需要特征识别编码总数为10+5 = 15种，选每个小区域对应4个光电传感
ο4、单片机负责动态扫描积木可堆放区的积木块放置状况，以及动态扫描各按键的 按动情况(1)、一旦扫描到有积木块放置时，则首先识别积木块的名称，再判断该积木块放 置的合理性，如顺序扫描到“2”、“ + ”、“3”等时，语音及时提示“2”、“ + ”、“3”等，同时绿色状 态指示灯点亮；(2)、如果扫描到的积木块是数字，除语音报数外，还有一位LED数码管同步显示 出该位数字；(3)、如果顺序扫描到“2”、“ + ”、“ + ”等时，即刻在第2个“ + ”放置后，语音提示“放
置不当，请重新放置”，并有红色指示灯点亮；(4)、当积木块放置完一个组合、并有“确认”键按动时，单片机就会在接收到“确 认”键按动信号后，分析、判断当前积木组合的结果A、如果是纯数字组合，单片机控制语音芯片生成和播报语音；B、如果是数学运算的等式组合，单片机会确定组合式的合理性和正确性；“正确”， 则语音提示“答案正确，请继续”；“错误”，则语音提示“答案错误，请重来”；C、单片机同时统计运算次数和正确率，语音和光电指示出“优秀、良好、及格、较
6差”等的成绩等级； 5、“清零”按键的使用，可以清除单片机内的累计结果，可以重新计数和统计成绩；6、电子数学积木的电源为三节5号碱性电池或可充电电池，也可通过外配的交流 电源适配器供电。以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用 新型的精神和原则内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的保护 范围内。
权利要求一种能自动识别积木名、且语音及时报数的电子数学积木，包括多个积木块、积木放置平台，其特征是还包括单片机以及分别与单片机相连接的光电传感器和语音芯片，其中每个积木块底部均附着有特征识别编码，积木放置平台设置有积木可堆放区，单片机和光电传感器组成自动扫描和识别电路。
2.根据权利要求1所述的能自动识别积木名、且语音及时报数的电子数学积木，其特 征是所述能自动识别积木名、且语音及时报数的电子数学积木还包括与所述语音芯片连 接、在学习过程中进行语音播报的喇叭。
3.根据权利要求1所述的能自动识别积木名、且语音及时报数的电子数学积木，其特 征是积木块底部附着有光电传感器可识别的特征识别编码，编码规则和要求与光电传感 器对应和配套。
4.根据权利要求1所述的能自动识别积木名、且语音及时报数的电子数学积木，其特 征是还包括与单片机相连接的指示灯，所述指示灯包括用于提示积木块放置正确的绿色 状态指示灯、提示积木块放置错误的红色状态指示灯、用于显示积木块对应数字的LED数 码管以及用于显示学习成绩的成绩指示灯；还包括与单片机相连接的按键模块，所述按键 模块包括电源按键、清零按键和确认按键。
专利摘要一种能自动识别积木名、且语音及时报数的电子数学积木，包括多个积木块、积木放置平台，还包括单片机以及分别与单片机相连接的光电传感器和语音芯片，其中每个积木块底部均附着有特征识别编码，积木放置平台设置有积木可堆放区，单片机和光电传感器组成自动扫描和识别电路通过单片机监控系统和光电传感器组件，自动扫描并识别每一个积木块名称和放置的各种积木组合，配合儿童认知数字、学习数学四则混合运算知识；电子数学积木及时语音读数、及时语音和光电报告或显示积木放置组合或运算结果的合理性和正确性，使儿童和电子数学积木之间形成互动。
文档编号G09B19/02GK201622725SQ20082021438
公开日2010年11月3日 申请日期2008年12月15日 优先权日2008年12月15日
发明者冯立芸, 卢科峰, 李东唐, 王发祥 申请人:王发祥;李东唐;冯立芸