多功能電子積木模塊的製作方法

2023-05-11 10:09:07

本發明涉及電子積木技術領域，特別涉及一種多功能電子積木模塊。

背景技術：

目前，隨著當今社會科學技術的發展，科學與人們的日常生活聯繫越來越緊密。人類在通過高科技產品便捷生活的同時也力圖使它們變得更加人性化，「擬人化」的科技產品也越來越受到人們的推崇。

積木作為兒童啟蒙學習的益智類玩具，已經得到了眾多家長的廣泛認可。傳統積木拼接之後，無法實現人機互動體驗，因此電子積木應運而生。

為了增強趣味性，現在就提出了一種電子積木系統，包括多個相連的電子積木模塊、電源及信號發生模塊，多個電子積木模塊與電源及信號發生模塊級聯；

每個電子積木模塊包括設有功能電路的電路板和選擇性固定設置於線路板側邊的第一電連接器或/和第二電連接器；電子積木模塊可以是第二電連接器與線路板的組合，可以是第一電連接器和線路板的組合，也可以是第二電連接器、第一電連接器和線路板的組合，根據每個積木模塊的功能作用來決定組合方式。

所述電路板上設置有四路信號線路，分別是電源正極線路、電源負極線路、兩路數據信號線路；四條信號線路即能實現現有三條信號線路的傳輸功能，又能滿足更多功能電路信號傳輸的需要；相應地，在所述第一電連接器和所述第二電連接器設置有四個導電端子，分別是正電源端、負電源端和兩個數據信號端；三條信號線路能完成信號傳遞的功能模塊，電子積木模塊第二電連接器與第一電連接器內部直接連接。

電子積木模塊為設有單一功能電路的電路板，每一塊電路板設有兩路基本的供電線路VCC和GND，用於電路板的供電，另外，電路板上集成設置有兩路用於信號傳輸的數據信號線路SIGA和SIGD，主要用於傳輸控制信號，多個電子積木模塊上的功能電路用於處理數據信號線路輸出的信號，使經過該模塊後的信號具有該模塊的特性。電源通過正電源線路和負電源線路傳輸到下一級電子積木模塊中，信號源通過數據信號線路傳輸到下一級電子積木模塊，經過該級電子積木模塊後的信號具有該電子積木模塊的功能特性。下一級電子積木模塊上可以依次級聯多個電子積木模塊，進行多個功能疊加，同時根據電子積木系統拼接的功能需要，可以對各電子積木模塊的位置進行調換，實現隨意拼接。

所述電子積木系統中包括一用於實現多路模塊連接的轉換連接模塊，轉換連接模塊上設置有一個插頭和至少兩個第二電連接器或一個第二電連接器和至少兩個第一電連接器；第一電連接器和第二電連接器通過線路板上的電源正極線路、電源負極線路、數據信號線路和模擬信號線路相連；所述轉換連接模塊上設置有電壓跟隨電路。

所述轉換連接模塊上設置有一個第一電連接器和三個第二電連接器或一個第二電連接器和三個第一電連接器；四通的轉換連接模塊，使一個輸入信號轉換成三個輸出信號，便於系統功能的擴展。

所述電子積木系統還包括一編程控制所述功能電路發生的編程模塊，多個電子積木模塊與所述編程模塊級聯。

所述編程模塊包括單片機晶片、電源、USB串口驅動晶片和信號指示燈。

所述編程模塊還包括一ICSP，其與單片機晶片直接連接。

所述電路板上設有電壓跟隨電路和與電壓跟隨電路相連的功能電路，電壓跟隨電路接收數據信號線路輸入端的信號，功能電路輸出處理後的信號到數據信號線路的輸出端，功能電路為外部信號採集電路、信號處理電路和信號執行電路中的一種；每一個電子積木模塊上的功能電路為單一功能電路，其中外部信號採集電路用於採集外面信號，為傳感類器件及其電路，信號處理電路用於控制及處理各級聯模塊中的信號，使傳輸的信號具有變化，信號執行電路是用於輸出信號及反饋。所述電源及信號發生模塊設有電源和信號源。

所述外部信號採集電路為傳感器電路、麥克風電路、重力加速度電路、電容觸摸電路、傾斜角電路中的一種，信號處理電路為調頻電路、調幅電路、延時電路、定時電路、觸發電路、信號發生電路、信號傳遞電路和信號接收電路中的一種，信號執行電路為LED燈電路、蜂鳴器電路、揚聲器電路、振動器電路、電機控制電路、繼電器開關電路、顯示屏電路、印表機電路、四位數碼管電路中的一種。

所述電子積木系統還包括一編程控制所述功能電路發生的編程模塊，多個電子積木模塊與所述編程模塊級聯；所述編程模塊包括單片機晶片、電源、USB串口驅動晶片、ICSP和信號指示燈；所述編程模塊還包括單片機晶片I/O埠擴展電路部分，在有限的埠不夠用時，通過埠擴展來實現更多功能；所述編程模塊通過USB串口驅動晶片連接PC的上位機，實現單片機晶片程序的燒寫；所述編程模塊可脫機或在線使用，通過編程控制功能電路的發生，可根據自己想法編程實現對積木模塊的控制。

該編程模塊可通過編程控制聲音傳感器在接收到持續或間斷聲音時報警；可以控制LED燈持續亮、間斷閃爍或亮度漸變；可以控制蜂鳴器持續發聲或間斷髮生或者播放音樂。在多個電子積木模塊級聯狀態，例如電子積木模塊是由觸控按鈕電路和電機控制電路連接，可以在觸動按鈕一次時電機不工作，兩次時工作；電子積木模塊是由延時電路和電機控制電路連接，可以控制延時電路5s或10s或20s後連接啟動電機；這一切都可以通過編程實現，簡單的編程來實現孩子們的創意，增加趣味性。

但是在實際運用中，所述電路板上設置有四路信號線路，分別是電源正極線路、電源負極線路、兩路數據信號線路，這樣對於信號傳遞而言就無法完成更多的電源或者數據信號的共同傳輸。

另外，單純只能構建電子積木的架構使得無法滿足多元化的搭建普通積木的要求，使得功能性不強。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明提供了一種多功能電子積木模塊，有效避免了現有技術中無法完成更多的電源或者數據信號的共同傳輸、無法滿足多元化的搭建普通積木的要求使得功能性不強的缺陷。

為了克服現有技術中的不足，本發明提供了一種多功能電子積木模塊的解決方案，具體如下：

一種多功能電子積木模塊，包括：多個相連的電子積木模塊1、電源及信號發生模塊，多個電子積木模塊與電源及信號發生模塊級聯；

每個電子積木模塊包括設有功能電路的電路板2和固定設置於線路板側邊的N組第一電連接器3和N組第二電連接器4；電子積木模塊之間就通過第一電連接器或第二電連接器相連接；

所述電路板上設置有N組信號線路，分別是第一組信號線路、第二組信號線路…第i組信號線路…第N組信號線路，其中第i組信號線路包括第i組信號線路的電源正極線路、第i組信號線路的電源負極線路、第i組信號線路的第一路數據信號線路以及第i組信號線路的第二路數據信號線路；

所述N組第一電連接器分別是第一組第一電連接器、第二組第一電連接器…第i組第一電連接器…第N組第一電連接器，所述N組第二電連接器分別是第一組第二電連接器、第二組第二電連接器…第i組第二電連接器…第N組第二電連接器，所述第一組第一電連接器、第二組第一電連接器…第i組第一電連接器…第N組第一電連接器分別同所述第一組信號線路、第二組信號線路…第i組信號線路…第N組信號線路一一對應，所述第一組第二電連接器、第二組第二電連接器…第i組第二電連接器…第N組第二電連接器也分別同所述第一組信號線路、第二組信號線路…第i組信號線路…第N組信號線路一一對應；

所述第i組第一電連接器上設置著四個導電端子，分別是第i組第一電連接器的正電源端、第i組第一電連接器的負電源端、第i組第一電連接器的第一數據信號端和第i組第一電連接器的第二數據信號端；所述第i組第二電連接器上設置著四個導電端子，分別是第i組第二電連接器的正電源端、第i組第二電連接器的負電源端、第i組第二電連接器的第一數據信號端和第i組第二電連接器的第二數據信號端；電子積木模塊之間通過一個電子積木模塊的第i組第一電連接器與另一個電子積木模塊的第i組第二電連接器連接在一起；

另外所述第i組第一電連接器的正電源端、第i組第一電連接器的負電源端、第i組第一電連接器的第一數據信號端和第i組第一電連接器的第二數據信號端分別同所述第i組信號線路的電源正極線路、第i組信號線路的電源負極線路、第i組信號線路的第一路數據信號線路以及第i組信號線路的第二路數據信號線路相連接；

所述第i組第二電連接器的正電源端、第i組第二電連接器的負電源端、第i組第二電連接器的第一數據信號端和第i組第二電連接器的第二數據信號端分別同所述第i組信號線路的電源正極線路、第i組信號線路的電源負極線路、第i組信號線路的第一路數據信號線路以及第i組信號線路的第二路數據信號線路相連接；

所述第i組第一電連接器中的第一電連接器數量為一個以上；

所述第i組第二電連接器中的第二電連接器數量為一個以上；

其中N為大於等於2的正整數，i為大於等於N的正整數；

所述多功能電子積木模塊還包括一編程控制所述功能電路發生的編程模塊，所述多個電子積木模塊與所述編程模塊級聯；

所述編程模塊包括單片機晶片和USB串口驅動晶片；

所述電路板上設有電壓跟隨電路和與電壓跟隨電路相連的功能電路，所述電壓跟隨電路接收第i組信號線路的第一路數據信號線路輸入端的信號，功能電路輸出處理後的信號到第i組信號線路的第一路數據信號線路的輸出端，功能電路為外部信號採集電路、信號處理電路和信號執行電路中的一種；

所述電源及信號發生模塊的數量為N個，分別為第一電源及信號發生模塊、第二電源及信號發生模塊…第i電源及信號發生模塊…第N電源及信號發生模塊，其中第i電源及信號發生模塊設有第i電源及信號發生模塊的電源和第i電源及信號發生模塊的信號源；

一個電子積木模塊的第一組信號線路、第二組信號線路…第i組信號線路…第N組信號線路用來分別同第一電源及信號發生模塊、第二電源及信號發生模塊…第i電源及信號發生模塊…第N電源及信號發生模塊相連接；其中所述第i組信號線路的的電源正極線路、第i組信號線路的電源負極線路以及第i組信號線路的第一路數據信號線路分別同所述第i電源及信號發生模塊的電源的正極、第i電源及信號發生模塊的電源的負極以及第i電源及信號發生模塊的信號源相連接；

環繞每個所述電子積木模塊的電路板並同該電路板一體化相連接或卡接的是片狀連接板5，所述片狀連接板5包括有兩個相互平行的第一板狀體7，所述兩個相互平行的第一板狀體7上均各自開有均勻分布的若干插孔6，所述兩個相互平行的板狀體7相對的一端通過第二板狀體8相連接，所述第二板狀體8上也開有均勻分布的若干通孔10，每個所述第一板狀體7的兩端均設置有平板9，所述平板9上均勻分布有四個以上的通孔10，所述插孔6用來連接普通積木，所述普通積木包括帶有柱狀凸起的積木本體，所述柱狀凸起同插孔6相契合，所述積木本體的柱狀凸起用來同所述插孔6相連接；

所述通孔的中心線同插孔6的中心線保持有間隔距離。

本發明通過N組第一電連接器3和N組第二電連接器4就能夠實現電子積木模塊之間的連接，具體實現方式是電子積木模塊之間通過一個電子積木模塊的第i組第一電連接器與另一個電子積木模塊的第i組第二電連接器連接在一起就能夠實現電子積木模塊直接的連接功能；

另外電路板的所述第i組第一電連接器的正電源端、第i組第一電連接器的負電源端、第i組第一電連接器的第一數據信號端和第i組第一電連接器的第二數據信號端分別同所述第i組信號線路的電源正極線路、第i組信號線路的電源負極線路、第i組信號線路的第一路數據信號線路以及第i組信號線路的第二路數據信號線路相連接；所述第i組第二電連接器的正電源端、第i組第二電連接器的負電源端、第i組第二電連接器的第一數據信號端和第i組第二電連接器的第二數據信號端分別同所述第i組信號線路的電源正極線路、第i組信號線路的電源負極線路、第i組信號線路的第一路數據信號線路以及第i組信號線路的第二路數據信號線路相連接；這樣一一對應的連接關係，就實現了第一電連接器、第二電連接器同信號線路的連通，這樣再結合著一個電子積木模塊的第一組信號線路、第二組信號線路…第i組信號線路…第N組信號線路用來分別同第一電源及信號發生模塊、第二電源及信號發生模塊…第i電源及信號發生模塊…第N電源及信號發生模塊相連接；其中所述第i組信號線路的的電源正極線路、第i組信號線路的電源負極線路以及第i組信號線路的第一路數據信號線路分別同所述第i電源及信號發生模塊的電源的正極、第i電源及信號發生模塊的電源的負極以及第i電源及信號發生模塊的信號源相連接；這樣在電源及信號發生模塊的電源和信號源工作時，實現電路連通，讓電源和信號源的信號從連通的電路中編程模塊中進行處理。這樣就達到了更多的電源或者數據信號的共同傳輸的目的；

還有就是環繞每個所述電子積木模塊的電路板並同該電路板一體化相連接的是片狀連接板5，所述片狀連接板5包括有兩個相互平行的第一板狀體7，所述兩個相互平行的第一板狀體7上均各自開有均勻分布的若干插孔6，所述兩個相互平行的板狀體7相對的一端通過第二板狀體8相連接，所述第二板狀體8上也開有均勻分布的若干插孔6，每個所述第一板狀體7的兩端均設置有平板9，所述平板9上均勻分布有四個以上的通孔10，所述插孔6用來連接普通積木，所述普通積木包括帶有柱狀凸起的積木本體，所述柱狀凸起同插孔6相契合，所述積木本體的柱狀凸起用來同所述插孔6相連接；在所述平板上還開設有通孔，所述通孔的中心線同插孔6的中心線保持有間隔距離，這樣普通積木的柱狀凸起就能同所述插孔相連接，實現普通積木的搭建功能，由此完成了多元化的積木搭建的功能，增強了趣味性。所述插孔也可安裝螺絲與金屬件配合搭建作品，以及在插孔中安裝亞克力或者木板等來進行固定。在所述電路板上還開設有通孔可以更便捷的使用鱷魚夾之類的導線穿過該通孔連接外部電氣電路。而且所述通孔的中心線同插孔6的中心線保持有間隔距離，可以避免一些短路現象。

附圖說明

圖1為本發明的多功能電子積木模塊的示意圖；

圖2為本發明電子積木模塊的連接示意圖。

圖3為本發明第i組第一電連接器的連接示意圖。

圖4為本發明第i組第二電連接器的連接示意圖。

圖5為本發明編程模塊的連接示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明做進一步地說明。

根據附圖1-圖5可知，本發明的多功能電子積木模塊，包括：多個相連的電子積木模塊1、電源及信號發生模塊，多個電子積木模塊與電源及信號發生模塊級聯；

每個電子積木模塊包括設有功能電路的電路板2和固定設置於線路板側邊的N組第一電連接器3和N組第二電連接器4；電子積木模塊之間就通過第一電連接器或第二電連接器相連接；

所述電路板上設置有N組信號線路，分別是第一組信號線路、第二組信號線路…第i組信號線路…第N組信號線路，其中第i組信號線路包括第i組信號線路的電源正極線路、第i組信號線路的電源負極線路、第i組信號線路的第一路數據信號線路以及第i組信號線路的第二路數據信號線路；

所述N組第一電連接器分別是第一組第一電連接器、第二組第一電連接器…第i組第一電連接器…第N組第一電連接器，所述N組第二電連接器分別是第一組第二電連接器、第二組第二電連接器…第i組第二電連接器…第N組第二電連接器，所述第一組第一電連接器、第二組第一電連接器…第i組第一電連接器…第N組第一電連接器分別同所述第一組信號線路、第二組信號線路…第i組信號線路…第N組信號線路一一對應，所述第一組第二電連接器、第二組第二電連接器…第i組第二電連接器…第N組第二電連接器也分別同所述第一組信號線路、第二組信號線路…第i組信號線路…第N組信號線路一一對應；

所述第i組第一電連接器上設置著四個導電端子，分別是第i組第一電連接器的正電源端、第i組第一電連接器的負電源端、第i組第一電連接器的第一數據信號端和第i組第一電連接器的第二數據信號端；所述第i組第二電連接器上設置著四個導電端子，分別是第i組第二電連接器的正電源端、第i組第二電連接器的負電源端、第i組第二電連接器的第一數據信號端和第i組第二電連接器的第二數據信號端；電子積木模塊之間通過一個電子積木模塊的第i組第一電連接器與另一個電子積木模塊的第i組第二電連接器連接在一起；

另外所述第i組第一電連接器的正電源端、第i組第一電連接器的負電源端、第i組第一電連接器的第一數據信號端和第i組第一電連接器的第二數據信號端分別同所述第i組信號線路的電源正極線路、第i組信號線路的電源負極線路、第i組信號線路的第一路數據信號線路以及第i組信號線路的第二路數據信號線路相連接；

所述第i組第二電連接器的正電源端、第i組第二電連接器的負電源端、第i組第二電連接器的第一數據信號端和第i組第二電連接器的第二數據信號端分別同所述第i組信號線路的電源正極線路、第i組信號線路的電源負極線路、第i組信號線路的第一路數據信號線路以及第i組信號線路的第二路數據信號線路相連接；

所述第i組第一電連接器中的第一電連接器數量為一個以上；

所述第i組第二電連接器中的第二電連接器數量為一個以上；

其中N為大於等於2的正整數，i為大於等於N的正整數；

所述多功能電子積木模塊還包括一編程控制所述功能電路發生的編程模塊，所述多個電子積木模塊與所述編程模塊級聯；

所述編程模塊包括單片機晶片和USB串口驅動晶片；

所述電路板上設有電壓跟隨電路和與電壓跟隨電路相連的功能電路，所述電壓跟隨電路接收第i組信號線路的第一路數據信號線路輸入端的信號，功能電路輸出處理後的信號到第i組信號線路的第一路數據信號線路的輸出端，功能電路為外部信號採集電路、信號處理電路和信號執行電路中的一種；

所述電源及信號發生模塊的數量為N個，分別為第一電源及信號發生模塊、第二電源及信號發生模塊…第i電源及信號發生模塊…第N電源及信號發生模塊，其中第i電源及信號發生模塊設有第i電源及信號發生模塊的電源和第i電源及信號發生模塊的信號源；

一個電子積木模塊的第一組信號線路、第二組信號線路…第i組信號線路…第N組信號線路用來分別同第一電源及信號發生模塊、第二電源及信號發生模塊…第i電源及信號發生模塊…第N電源及信號發生模塊相連接；其中所述第i組信號線路的的電源正極線路、第i組信號線路的電源負極線路以及第i組信號線路的第一路數據信號線路分別同所述第i電源及信號發生模塊的電源的正極、第i電源及信號發生模塊的電源的負極以及第i電源及信號發生模塊的信號源相連接；

環繞每個所述電子積木模塊的電路板並同該電路板一體化相連接或卡接的是片狀連接板5，所述片狀連接板5包括有兩個相互平行的第一板狀體7，所述兩個相互平行的第一板狀體7上均各自開有均勻分布的若干插孔6，所述兩個相互平行的板狀體7相對的一端通過第二板狀體8相連接，所述第二板狀體8上也開有均勻分布的若干通孔10，每個所述第一板狀體7的兩端均設置有平板9，所述平板9上均勻分布有四個以上的通孔10，所述插孔6用來連接普通積木，所述普通積木包括帶有柱狀凸起的積木本體，所述柱狀凸起同插孔6相契合，所述積木本體的柱狀凸起用來同所述插孔6相連接；

所述通孔的中心線同插孔6的中心線保持有間隔距離。

所述普通積木為樂高積木。

所述電路板的高度和長度分別為L個樂高單位和M個樂高單位，所述L和M均為大於2的正整數。

所述電路板為去掉信號使能模塊或者信號終端模塊的電路板，所述電路板含有自帶的信號自動反饋電路，這樣就能進一步降低電路板的體積，可用空間增大。

所述編程模塊通過USB串口驅動晶片連接PC的上位機，所述上位機與雲伺服器相連接，這樣進一步能實現遠程傳輸。

本發明通過N組第一電連接器3和N組第二電連接器4就能夠實現電子積木模塊之間的連接，具體實現方式是電子積木模塊之間通過一個電子積木模塊的第i組第一電連接器與另一個電子積木模塊的第i組第二電連接器連接在一起就能夠實現電子積木模塊直接的連接功能；

另外電路板的所述第i組第一電連接器的正電源端、第i組第一電連接器的負電源端、第i組第一電連接器的第一數據信號端和第i組第一電連接器的第二數據信號端分別同所述第i組信號線路的電源正極線路、第i組信號線路的電源負極線路、第i組信號線路的第一路數據信號線路以及第i組信號線路的第二路數據信號線路相連接；所述第i組第二電連接器的正電源端、第i組第二電連接器的負電源端、第i組第二電連接器的第一數據信號端和第i組第二電連接器的第二數據信號端分別同所述第i組信號線路的電源正極線路、第i組信號線路的電源負極線路、第i組信號線路的第一路數據信號線路以及第i組信號線路的第二路數據信號線路相連接；這樣一一對應的連接關係，就實現了第一電連接器、第二電連接器同信號線路的連通，這樣再結合著一個電子積木模塊的第一組信號線路、第二組信號線路…第i組信號線路…第N組信號線路用來分別同第一電源及信號發生模塊、第二電源及信號發生模塊…第i電源及信號發生模塊…第N電源及信號發生模塊相連接；其中所述第i組信號線路的的電源正極線路、第i組信號線路的電源負極線路以及第i組信號線路的第一路數據信號線路分別同所述第i電源及信號發生模塊的電源的正極、第i電源及信號發生模塊的電源的負極以及第i電源及信號發生模塊的信號源相連接；這樣在電源及信號發生模塊的電源和信號源工作時，實現電路連通，讓電源和信號源的信號從連通的電路中編程模塊中進行處理。這樣就達到了更多的電源或者數據信號的共同傳輸的目的；

還有就是環繞每個所述電子積木模塊的電路板並同該電路板一體化相連接的是片狀連接板5，所述片狀連接板5包括有兩個相互平行的第一板狀體7，所述兩個相互平行的第一板狀體7上均各自開有均勻分布的若干插孔6，所述兩個相互平行的板狀體7相對的一端通過第二板狀體8相連接，所述第二板狀體8上也開有均勻分布的若干插孔6，每個所述第一板狀體7的兩端均設置有平板9，所述平板9上均勻分布有四個以上的通孔10，所述插孔6用來連接普通積木，所述普通積木包括帶有柱狀凸起的積木本體，所述柱狀凸起同插孔6相契合，所述積木本體的柱狀凸起用來同所述插孔6相連接；在所述電路板上還開設有通孔，所述通孔的中心線同插孔6的中心線保持有間隔距離，這樣普通積木的柱狀凸起就能同所述插孔相連接，實現普通積木的搭建功能，由此完成了多元化的積木搭建的功能，增強了趣味性。所述插孔也可安裝螺絲與金屬件配合搭建作品，以及在插孔中安裝亞克力或者木板等來進行固定。在所述平板上還開設有通孔可以更便捷的使用鱷魚夾之類的導線穿過該通孔連接外部電氣電路。而且所述通孔的中心線同插孔6的中心線保持有間隔距離，可以避免一些短路現象。

所述第i組信號線路處於工作狀態下兼容三路信號數據傳輸，第i組信號線路的第二路數據信號線路處於懸空狀態。

以上以附圖說明的方式對本發明作了描述，本領域的技術人員應當理解，本公開不限於以上描述的實施例，在不偏離本發明的範圍的情況下，可以做出各種變化、改變和替換。