专利名称：儿童智力计算器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种把教学和娱乐集为一体的教学演示用具，特别是用于学龄前儿童开发智力的加减法运算的电子计算教具。
现有儿童教学用具，多是带有符号、数字或图形的部件，用手动或机械操作的教具。目前虽有电子数学教具，但就其功能的属性而言，都是单一学习型，即或偶有类玩具设施，也因计算程序与游乐不甚相干，而缺少与学习计算相结合的游艺性和联机竞赛装置。
本实用新型的目的，就是提供一种，以教学演示和自学为主，通过自动出题、运算、鸣乐、发奖或木偶女孩儿摇手、眨眼示误，以及联机竞赛、抢答亮灯、全自动行为的多种游艺形式，引起儿童对学习的广泛兴趣。克服以往单一学习令人乏味的感觉，以更有效地开发儿童智力。
本实用新型的设计方案，业经设计人实践，并已做出了样机，是这样实现的一、机壳的外形。机壳前面有一块垂直面板13，见
图1，类似电视机屏幕，在其下沿，连接一块水平台18，水平台18上有两排数字块17，见
图12、13，每个数字块正面标志着一个数字56，一排为1、2、3、4、5、6、7、8、9、0，另一排为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10共20块，数字上面有园点“·”55，比如是4，其园点为∷，数字块背面有槽57，槽内有电阻59，数字、园点、电阻值KΩ，三者的数相同，电阻59两端有导电销孔58，水平台18的台面中间，有一凹池，池的大小，能把20个数字块平放在里边，松紧适度，并比台面略高出半个数字块的厚度，这样既便于取出又不至从台上滑落下来。机壳顶部2装有竞赛用的抢答回示灯1。垂直面板13上装有喇叭窗口3，题目显示窗口16，计算错误时会摇手、眨眼示误的木偶女孩儿5，还有六个横排着的，供插数字块17用的方孔10。每个方孔10内有与销孔58相配合的，并连通运算级Ⅰ输入桥路的金属插销11，在这六个方孔之间配合印在面板13上的(＋)(－)、(＝)数学符号8，形成一个加法公式和一个减法公式，插上数字块就可对照题目计算。垂直面板上有两个自复式按扭开关7、15一个是验证计算结果和兼作抢答时限用的开关7、K1，另一个是启动自动出题机构和兼作计时开始清零开关15、K2，还有一个倒换题目带32运转方向的换向开关14、K4。水平台下端有电源开关K19，在机壳的背板41上，(见图9、11)有奖品入口51、抢答输出塞孔53、输入塞孔52、奖品观察孔54、右侧有奖品出口47。
二、自动出题装置A、电路出题驱动电路Ⅶ(见图2、4)，是由集成时基电路555IC2的触发端2脚，接经电阻R14到电源VDD，并且IC2的第2脚接开关K2－2、K2－2的另一端接地，IC2的6脚接光敏电阻RG和R16的串联点，RG的另一端接电源VDD，R16的另一端接地，IC2的4、8脚接电源VDD，输出端3脚到地之间接继电器JG1线包，以及光敏电阻RG安装在受题目带运转时的透光孔35控制透光或遮光的情况下组成的。
B、机构本机构是由两块平板24(见图5和6)之间被四根连接杆28固接成四楞骨架，骨架内装电机23两只，及其各自带动的减速皮带轮21、29、30、26两套，题目带32一卷，题目带的两端分别卷在两只电机各自带动的最后一个减速轮轴27上组成。通过换向开关14、K4，能选用题目带正转或反转；题目带上有加减公式。当转动题目带时，带上的每一个公式，都逐个地从面板13上题目显示窗口16显示出来，在题目带上每个题目的同一端都有一个透光孔35透光孔的一侧有灯泡作为光源37、38(见图7和8)，另一端有接通出题驱动电路Ⅶ的光敏电阻39RG。
C、电路及其机构工作情况当按下开关K2－2时，IC2的2脚为低电平，3脚为高电平，JG1吸合，由电源VC经K4、D1回电源VG，(见图4)电机D1转动，题目带32移动，题目带移动后光源被遮住，光敏电阻RG呈高阻，此时。即便释放开关K2－2，电机D1仍继续旋转，一直到题目带上的下一个透光孔35到来，把光源的光线透射到光敏电阻RG上，这时光敏电阻RG变为低阻，使IC2的6脚为高电平，3脚为低电平，电机D1才停止转动，窗口16显示出一道新的题目。
三、当运算正确时，其音乐电路Ⅲ，有自动触发的特征，自动出发的电路是由集成音乐(12首不同乐曲)电路ⅢIC5的“S”端(见图2和4)二级管D1和电阻R17串联后。经验证开关K1－1，接鉴别级Ⅱ的三级管BG1的集极组成。当运算正确时，鉴别级Ⅰ的桥路QL1，既无输入电压，故也无输出电压，三极管BG1截止，其集极为高电平。这时按下验证开关K1－1，便能触发音乐电路ⅢIC5鸣乐，如运算错误Rx≠Ry，鉴别级Ⅱ三级管BG1，便得到由整流桥路QL1输出的正向偏流而导通，其集极为低电位，这时虽把验证开关K1－1按下，也无电压去触发音乐电路ⅢIC5，即不会鸣乐。
四、自动发奖装置A、电路发奖驱动电路Ⅳ，(见图4)是由集成时基电路555IC3的4、8脚接电源VDD，输出端3脚接经电阻R18到三极管BG3的基极，且BG3的集极经开关K1－1接鉴别级Ⅱ三级管BG1的集极，BG3的射极跟随器BG4及所带动的继电器JG2组成；B、机构发奖驱动电路的执行机构是由电源Vc经继电器JG2的接点，经电磁铁DT2的线包接地，及用来打出奖品并与电磁铁动片42接在一起的连动杆44，具有奖品输出管道46和奖品输出口47的奖品盒45，以及电磁铁DT2的复位开关43K3组成；(见图9)C、电路和机构的工作情况按下开关K2－1清零，释放开关K2－1开始计时，电位计W1与电容C5串联后，接电源VDD两端。这是充电计时电路。IC3的2、6脚短连后接W1和C5的串联点，该点电位即电容C5的充电电位，随充电时间的延长逐渐升高，但是，只要该点电位小于2／3VDD，IC3的3脚就保持高电位输出，经R18供给BG3偏流，这时按下验证开关K1－1。假如计算是正确的。则鉴别级Ⅱ三级管BG1是截止的，经R11供给三极管BG3的集电极电源，BG3、4导通，继电器JG2吸动。接点闭合。电磁铁DT2动片42吸动，并利用与动片42接在一起的连动杆44(见图9)经奖品输出管道46和奖品输出口47，把奖品打出机壳，执行在规定时限内。计算正确就自动发奖的任务。电磁铁DT2的动片42吸动时，把复位开关43，(K3)闭合，电源VDD经R19提高了IC3的2、6脚电位，使IC3的3脚变为低电位，BG3、4、JG2、DT2，全部恢复静态，这时奖品盒45里的奖品49，通过“滑坡”50自动向下滑落一个位置(见
图10)，备下次再用。如果计算结果虽是正确的，但当按下验证开关K1时已超过规定时限，即电容C5端压已超过2／3VDD，从图4可见。C5的端压就是IC3的2和6脚电压，所以IC3的3脚变为低电位，BG3得不到偏置。BG3、4、JG2、DT2全部恢复静态，不发生发奖动作。当按下验证开关K1时，不论是否超过规定计算时限，只要计算结果是正确的。鉴别级的BG1总是截止的，触发音乐电路，正常鸣乐。如果计算错误，也不论是否超过时限，鉴别级的BG1总是导通的，按下K1－1，也不能供给BG3以集电极电源，BG3、4、JG2、DT2都不工作，不发奖，音乐电路也得不到触发电压，不鸣乐。
五、自动示误装置A、电路示误驱动电路
(见图4)，是振荡器三极管BG6、7及与BG6串联的BG5，BG5的基极经电阻R20，验证开关K1－2接鉴别级Ⅱ的反相器BG2输出端，振荡器BG7的输出端接功率放大BG8组成；B、机构示误驱动电路的执行机构，是由被功率放大器驱动的电磁铁DT1，与DT1线包并联的用作木偶眨眼示误的发光二极管Dx3、4，与电磁铁DT1动片64相连(见
图14和15)并伸向面板13外面的转轴63，和与转轴63相连会摆手示误的木偶臂肘6组成；C、电路和机构的工作情况本电路和机构只有当计算错误时，才受到启动。计算错误，鉴别级BG1导通，BG2截止，按下验证开关K1－2(见图4)BG5得到由电阻R20、R13串联后接电源VDD供给的偏置。启动振荡器BG6、7，经功放BG8驱动电磁铁DT1，发光二极管Dx3、4，按振荡频率闪亮，把发光二极管装在木偶女孩的眼睛上，电磁铁DT1的动片64及其连的转轴63与转轴63相连的木偶女孩的臂肘6上，即能表示出木偶女孩摇手、眨眼的示误动作。
六、计算时限兼作抢答时限电路，是由电位器W1和电容C5串联后，W1另一端接电源VDD，C5另一端接地，中间串联点接集成时基电路555即IC3的6、2脚，开关K2－1与电容C5并联组成；智力竞赛接口电路Ⅳ和抢答回示电路，是由塞孔CZ1的两端并联在发奖电磁铁DT2线包两端的输出电路和塞孔CZ2两端并联在回示灯1两端的输入电路组成。
七、运算级Ⅰ的输入端是由电阻组成的平衡桥路；面板13上有用作插入数字块17的六个方孔10，在这六个方孔之间的面板13上分别印有“＋”、“－”、“＝”数学符号8。组成加法公式和减法公式A＋B＝C，D－E＝F，运算级Ⅰ桥路的两个输入端Rx和Ry分别接通加法公式等号两边的数字块17上的电阻59，见
图12和13这六个方孔10的连接方式是A与B串联后并连在Ry上，C并连在Rx上，减式则E与F串联后并连在Ry上，D并连在Rx上。实际上是把减式先变为加式，如计算正确，Rx＝Ry不破坏运算级输入桥路的平衡，IC1输出电压为“0”，鉴别级BG1截止，BG2导通，如计算错误，Rx≠Ry，IC1有输出电压，经鉴别级输入整流桥路QL1供给BG1以定向正偏置，因设计数字块上的电阻，相差的档次是KΩ数量级，所以，经IC1放大后能保证下级(鉴别级)BG1饱和导通，反相器BG2截止。
本实用新型的优点是学、赛、玩三结合，通过音乐、发奖、木偶摇手、眨眼、竞赛、抢答、回示，多种形式激发儿童学习兴趣。活跃幼教生活，提高开发儿童智力的效率。
图面说明
图1、儿童智力计算器外壳状态示意图图2、儿童智力计算器电路方框图图3、儿童智力计算器数字块方孔电路连接图图4、儿童智力计算器电路图图5、儿童智力计算器自动出题机构骨架图图6、儿童智力计算器是图5的剖视图图7、儿童智力计算器题目带主视图图8、儿童智力计算器光、电控制题目带示意图图9、儿童智力计算器背板(里面)斜视图
图10、儿童智力计算器图9的剖视图
图11、儿童智力计算器背板斜视图
图12、儿童智力计算器插入式数字块斜视图
图13、儿童智力计算器插入式数字块(背面)斜视图
图14、儿童智力计算器木偶摇手机构示意图
图15、儿童智力计算器
图14的剖视图现结合附图和实施例，作进一步详述，本计算器在整机电路和总体结构范围(本申请就是以下C型机)内，可以分化成以下四种机型1、由运算级Ⅰ、鉴别级Ⅱ、音乐级Ⅲ、示误级 及其执行机构组成A型机(见图2和4)；2、在A型机基础上，增加智力竞赛接口电路Ⅳ和电路Ⅵ的时限电路部分组成B型机；3、在B型机的基础上，增加出题驱动级Ⅶ及其执行机构和发奖驱动级Ⅳ及其执行机构组成C型机；4、也可以由运算级Ⅰ、鉴别级Ⅱ、音乐级Ⅲ、原电源Ⅷ改为电池供电，原示误电路
及其执行机构简化为只要红灯示误，大机壳(如
图1)改为不要平台18的小机壳，把数字块体积相应改小的组成D型机。
以上A、B、C三种机型的机壳同样大小，这是为了适应课堂教学演示用，所以机壳稍大，像电视机，可以垂直使用，其中C型机功能最全(见
图1)；D型机功能少、体积小、重量轻、成本低，可以平放在桌面上使用，自备电池供电，便于家用或旅游携带。
以上四种机型的机壳、数字块、木偶女孩、奖品盒、用木料或注塑件均可，木偶女孩儿也可以是儿童乐见的其他小动物，所发奖品种类可以是铅笔，也可以是其他物品，但奖品盒，奖品输出管道，及奖品输出口的形状和大小，设计得要能满足把奖品一个一个的打出来的要求。
现以功能最全的C型机为例，进行加、减法运算，竞赛抢答涉及到的整机电路的逻辑关系及各相关机构工作全过程，系统的叙述如下插上电源插头，闭合电源开关19(见
图1)，按下出题启动开关15，这时面板上的题目显示窗口里出现一道新的题目，假如是5＋3＝？，迅速将数字块5插入面板上的A方孔(见图3)，把数字块3插入B方孔，把数字块8插入C方孔，插妥后，立即按下验证开关K1，从图3可以看出A＋B＝C，即Rx＝Ry，所以计算结果是正确的，从鉴别级BG1的集极可以侧出是高电位，所以鸣乐。鉴别级BG2集极可以测出是低电位，所以示误驱动电路不工作，又假如当按下启动出题开关K2到按下验证开关K1这段时间没有超过规定时限，在电容C5两端测得电压就应＜2／3VDD，IC3的输出端3脚也应测得是高电位，所以应打出奖品。
假如计算正确，但已超过时限，这时，可以测出电容C5端压已＞2／3VDD，IC3的输出端3脚已测得为低电位，发奖驱动电路不工作。
假如5＋3之和不是插入的8，而是其他数即A＋B≠C，Rx≠Ry，鉴别级BG1的集电极测得为低电位，不能触发音乐电路，也不能驱动发奖电路(见图4)，这时，可以测出鉴别级BG2集电极是高电位，当按下验证开关K1时，便启动示误电路及执行机构使木偶女孩儿摇手示误。
假如新显示出来的题目是9－4＝？，把数字块9插入D方孔，4插入E方孔，5插入F方孔，因D＝E＋F、Rx＝Ry。所以计算正确，如按下开关K1时未超时，鸣乐、发奖、超时只鸣乐不发奖，计算错误，不鸣乐、不发奖、木偶摇手、眨眼示误各情况同上。
假如是参加智力竞赛，当按下验证开关K1时，只有在发奖的情况下，才能说明计算正确，及时，在接口电路Ⅳ的输出塞孔CZ1上送出电压约5V，经过抢答器判断先后，由抢答器送回一个电压，至某一先运算正确的计算器的CZ2，Dx2亮，表示此机为第一个运算正确。
权利要求1.一种由模拟运算电路Ⅰ、鉴别电路Ⅱ、音乐电路Ⅲ和配合使用插入式数字块17组成的儿童智力计算器，其特征在于a、它有出题驱动电路Ⅶ及其执行机构组成的自动出题装置；b、它有发奖驱动电路Ⅳ及其执行机构组成的自动发奖装置；c、它有示误驱动电路Ⅴ及其执行机构组成的自动示误装置；d、它有计算时限兼作抢答时限的电路和智力竞赛接口电路Ⅵ；e、它有插入式数字块17和面板13上方孔10和“+”、“-”、“=”数学符号组成的接运算级Ⅰ桥路的两端输入电路Rx和Ry。
2.根据权利要求1所述的儿童智力计算器，其特征在于出题驱动电路Ⅶ是由集成时基电路555即IC2的触发端2脚接经电阻R14到电源VDD，IC2的第2脚接出题开关K2－2，K2－2的另一端接地，IC2的6脚接光敏电阻RG和R16的串联点，RG另一端接电源VDD，R16另一端接地，IC2的4，8脚接电源VDD，输出端3脚到地之间，接继电器JG1线包和光敏电阻RG安装在受题目带32运转时的透光孔35控制透光或遮光的情况下组成。
3.根据权利要求1和2所述的儿童智力计算器，其特征在于出题驱动电路Ⅶ的执行机构，是由两块平板24之间被四根连接杆28固接成四楞骨架，骨架内装电机23两只，减速皮带轮21、2930、26两套，题目带32一卷，题目带的两端分别卷在两只电机各自带动的最后一个减速轮轴27上所组成。
4.根据权利要求1所述的儿童智力计算器，其特征在于发奖驱动电路Ⅳ。是由集成时基电路555即IC3的4、8脚接电源VDD，输出端3脚接经电阻R18到三极管BG3的基极，BG3的集电极经开关K1－1接鉴别级Ⅱ三极管BG1的集电极，和BG3的射极跟随器BG4及其所带动的继电器JG2组成。
5.根据权利要求1和4所述的儿童智力计算器，其特征在于发奖驱动电路的执行机构，是由电源Ec经继电器JG2的接点，经电磁铁DT2线包接地(Ec－)及用来打出奖品并与电磁铁动片42接在一起的连动杆44、具有奖品输出管道46、和奖品输出口47的奖品盒45、以及电磁铁DT2的复位开关K3组成。
6.根据权利要求1所述的儿童智力计算器，其特征在于示误驱动电路 。是由振荡器三极管BG6、7及与BG6串联的三极管BG5三极管BG5的基极经电阻R20、验证开关K1－2、接鉴别级Ⅱ的反相器BG2输出端，振荡器BG7的输出端接功率放大BG8组成。
7.根据权利要求1和6所述的儿童智力计算器，其特征在于示误驱动电路的执行机构，是由被功率放大BG8驱动的电磁铁DT1与DT1并联的用作木偶眨眼示误的发光二极管DX3、DX4，与DT1动片64相连的、并伸向面板13外面的转轴63、和与转轴63相连的木偶臂肘6组成。
8.根据权利要求1所述的儿童智力计算器，其特征在于计算时限兼作抢答时限电路，是由电位器W1和电容器C5串联后，W1另一端接电源VDD，C5另一端接地，W1和C5的中间串联点，接集成时基电路555即IC3的6、2脚，开关K2－1与电容C5并联组成。
9.根据权利要求1所述的儿童智力计算器，其特征在于智力竞赛接口电路Ⅳ，是由塞孔CZ1，并联在电磁铁DT2线包两端的输出电路和塞孔CZ2并联在回示灯DX2的回示电路组成。
10.根据权利要求1所述的儿童智力计算器，其特征在于运算级Ⅰ的输入端是由电阻组成的平衡桥路；面板13上有六个用作插入数字块17的方孔10，在这六个方孔10之间的面板上分别印有“＋”“－”、“＝”数学符号8，组成加法公式和减法公式A＋B＝C，D－E＝F；运算级Ⅰ桥路的两个输入端Rx和Ry分别接通加法公式等号两边的数字块17上的电阻59，这六个方孔10的连接方法是A与B串联后。并联在Ry上，C并联在Rx上，减式则E与F串联后，并联在Ry上，D并联在Rx上。
专利摘要本实用新型提供了一种能进行加减法计算的儿童电子数学教具。它是由机壳、数字块、集成电路、半导体分立元件及其执行机构所组成；具有出题、模拟运算、计时、鉴别、计算正确时鸣乐、发奖，计算错误时木偶摇手、眨眼示误多种功能，并有联机智力竞赛接口电路，它集学习、竞赛、游艺于一体，适用于家庭、幼儿园、小学一年级及儿童游艺场所。
文档编号G09B19/02GK2040660SQ88215658
公开日1989年7月5日 申请日期1988年10月25日 优先权日1988年10月25日
发明者刘文波 申请人:刘文波, 翟怡心, 齐宝庆