本發(fā)明涉及智能玩具技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于智能電子積木的光電傳感模塊。

背景技術(shù)：

前的很多電路類實驗產(chǎn)品都是以一種獨立形式存在的，無法與機械結(jié)構(gòu)類的產(chǎn)品一起使用，其拼接、電路連接都存在各種限制，使用者難以根據(jù)自己的需求和想法自由拼接，難以調(diào)動青少年兒童對于搭建結(jié)構(gòu)以及電路原理的認知。為了解決這個問題，有必要提出一種可自由組合、根據(jù)用戶想法自由拼接的智能、模塊化積木，滿足用戶在進行積木拼接的過程中，感受電子控制電路帶來的樂趣并學(xué)習(xí)相關(guān)知識。為此，本發(fā)明提供一種用于智能電子積木的光電傳感模塊，可感應(yīng)設(shè)定入射范圍的光線強度，根據(jù)光線強度產(chǎn)生不同電壓強度從而實現(xiàn)利用光強度對智能電子積木拼接系統(tǒng)的自動控制。本發(fā)明的涉及的智能積木系統(tǒng)由多個智能積木模塊（簡稱積木模塊）構(gòu)成。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種用于智能電子積木的光電傳感模塊，可感應(yīng)設(shè)定入射范圍的光線強度，根據(jù)光線強度產(chǎn)生不同電壓強度從而實現(xiàn)利用光強度對智能電子積木拼接系統(tǒng)的自動控制。

本發(fā)明的目的至少通過如下技術(shù)方案之一實現(xiàn)。

一種用于智能電子積木的光電傳感模塊，包括高電平輸入端、數(shù)據(jù)總線輸入端、信號輸入端、低電平輸入端、高電平輸出端、數(shù)據(jù)總線輸出端、信號輸出端、低電平輸出端、錐形碗狀體、模塊處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、拼接結(jié)構(gòu)體、上蓋殼體、輸入端安裝體、輸出端安裝體、電路板和光電模塊；

所述錐形碗狀體主要包括碗沿、倒錐形面和安裝卡扣；所述碗沿是一個帶有圓角的正方形平面體邊緣，套接在倒錐形面外側(cè)上；錐形面為深色或不透明材料，使得側(cè)面光源無法達到錐形面的底部；所述倒錐形面和安裝卡扣為一體連接結(jié)構(gòu)，錐形碗狀體通過安裝卡扣與電路板上的卡槽安裝連接；

所述光電模塊放置在錐形碗狀體的倒錐形面底部，所述倒錐形面底部需為開口狀即非封閉的結(jié)構(gòu)，并與電路板焊接連接；所述光電模塊接收由倒錐形面上端開口所形成的入射區(qū)域內(nèi)的環(huán)境光線，根據(jù)光強度輸出電壓信號；所述光電模塊與模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接，將電壓信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并進一步將數(shù)字信號傳輸給模塊處理器；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的標(biāo)定基準(zhǔn)電壓值通過數(shù)據(jù)總線由智能積木系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器設(shè)置；所述光電模塊與數(shù)據(jù)總線輸入端所在的數(shù)據(jù)總線連通，并由調(diào)節(jié)器通過智能積木系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線設(shè)置光電模塊的靈敏度和觸發(fā)值；

信號輸入端通過導(dǎo)線與模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將獲得的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過導(dǎo)線傳遞給模塊處理器；如果同時有兩組信號通過信號輸入端以及光電模塊產(chǎn)生電信號，那么模數(shù)變換器則將兩組電信號的幅度求取平均值，再進一步轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換器將獲得的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過導(dǎo)線傳遞給處理器；處理器將處理和運算得到的結(jié)果以數(shù)字信號傳遞給數(shù)模轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，并從信號輸出端輸出；

高電平輸入端、數(shù)據(jù)總線輸入端、信號輸入端和低電平輸入端即四個輸入端安裝在輸入端安裝體中；智能積木系統(tǒng)中與所述光電傳感模塊搭接的上位智能積木模塊的高電平輸出端、數(shù)據(jù)總線輸出端、信號輸出端和低電平輸出端相應(yīng)地與所述四個輸入端接觸連接，從而實現(xiàn)所述光電傳感模塊接入整個智能積木系統(tǒng)；高電平輸出端、數(shù)據(jù)總線輸出端、信號輸出端和低電平輸出端即四個輸出端安裝在輸出端安裝體中；智能積木系統(tǒng)中與所述光電傳感模塊搭接的下位智能積木模塊的高電平輸入端、數(shù)據(jù)總線輸入端、信號輸入端和低電平輸入端相應(yīng)地與所述四個輸出端接觸連接，為下位智能積木模塊提供電能和信息；高電平輸入端通過高電平導(dǎo)線直接與高電平輸出端相連；低電平輸入端通過低電平導(dǎo)線直接與低電平輸出端相連；數(shù)據(jù)總線輸入端通過導(dǎo)線直接與數(shù)據(jù)總線輸出端；所述光電模塊、模塊處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器均與高電平導(dǎo)線和低電平導(dǎo)線連接，并獲得供電；

所述拼接結(jié)構(gòu)體包括基座、公頭凸臺、安裝卡槽、母頭外周墻體、母頭方塊和母頭圓柱；母頭外周墻體、母頭方塊和母頭圓柱共同組成若干個母頭凹槽，母頭凹槽的數(shù)量由母頭方塊和母頭圓柱的數(shù)量所決定；所述公頭凸臺與所述凹槽之間能精確插入裝配，當(dāng)一個積木模塊的母頭凹槽與另一個積木模塊的公頭凸臺裝配時，兩者能產(chǎn)生適度的過盈量，產(chǎn)生摩擦力；

所述上蓋殼體包括外殼、連接凸臺、殼體卡扣、和光電模塊安裝腔；上蓋殼體的殼體卡扣與拼接結(jié)構(gòu)體的安裝卡槽配合安裝，使上蓋殼體和拼接結(jié)構(gòu)體連接為一個整體；光電模塊安裝腔用于容納錐形碗狀體；外殼上設(shè)置多個連接凸臺，用于與其他積木模塊連接。

進一步地，所述調(diào)節(jié)器是智能積木系統(tǒng)的一個獨立信號控制模塊，包括了處理器、LCD顯示屏、按鍵輸入、通訊接口和供電接口等，處理器內(nèi)嵌了處理程序，用戶可通過調(diào)節(jié)器所設(shè)置的按鍵作為信息輸入端，通過調(diào)節(jié)器進行信息的編碼，并通過通訊接口輸出以及對智能積木模塊進行設(shè)定。

進一步地，光電模塊具有內(nèi)部EEPROM，能掉電保存設(shè)定值；光電模塊通過數(shù)據(jù)總線與調(diào)節(jié)器連通，并可通過調(diào)節(jié)器設(shè)置靈敏度和觸發(fā)值；通過調(diào)節(jié)器，用戶可以設(shè)置10級靈敏度，對應(yīng)數(shù)字0-9，在不同的靈敏度設(shè)定下，相同的入射光變化量對應(yīng)不同的輸出變化量，靈敏度越高，輸出變化量越大；通過調(diào)節(jié)器，用戶可以設(shè)置10級觸發(fā)值，對應(yīng)數(shù)字0-9，在不同的觸發(fā)值設(shè)定下，觸發(fā)輸出的入射光強度不一樣。

進一步地，處理器通過數(shù)據(jù)總線與調(diào)節(jié)器連通，并能通過調(diào)節(jié)器識別光電模塊，用戶能通過調(diào)節(jié)器為光電模塊分配識別編碼；用戶可通過調(diào)節(jié)器設(shè)定環(huán)境修正系數(shù)；環(huán)境修正系數(shù)與模數(shù)轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的數(shù)字信號的乘積作為運算結(jié)果傳輸給數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

進一步地，所述光電模塊采用光電傳感器。

進一步地，所述公頭凸臺是圓柱體形狀，具有1~4個圓柱體，這些圓柱體設(shè)置在基座上。

進一步地，所述倒錐形面對應(yīng)的頂角角度A為45~75度。

進一步地，所述母頭凹槽的數(shù)量與公頭凸臺的數(shù)量一致。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明一種用于智能電子積木的光電傳感模塊，采用特殊的錐形碗狀保護結(jié)構(gòu)，可限定光電傳感器僅能捕獲設(shè)定入射區(qū)域的環(huán)境光線強度；光電傳感器和處理器通過數(shù)據(jù)總線由調(diào)節(jié)器控制靈敏度、觸發(fā)值和環(huán)境修正系數(shù)。本發(fā)明的光電傳感模塊，采用特殊設(shè)計的統(tǒng)一拼接結(jié)構(gòu)，可根據(jù)需求將不同類型的模塊進行自由拼接，以實現(xiàn)任意形式的積木搭建形式。本發(fā)明的智能積木模塊，搭接結(jié)構(gòu)簡潔，使用方便。

附圖說明

圖1是實例中一種用于智能電子積木的光電傳感模塊的原理圖。

圖2是實例中一種用于智能電子積木的光電傳感模塊的一側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是實例中一種用于智能電子積木的光電傳感模塊的一側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是實例中一種用于智能電子積木的光電傳感模塊的結(jié)構(gòu)示意圖（移除上蓋殼體）；

圖5是實例中錐形碗狀體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是實例中錐形碗狀體的軸平面剖視圖。

圖7是實例中拼接結(jié)構(gòu)體的一側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是實例中拼接結(jié)構(gòu)體的另一側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是圖8的俯視圖。

圖10是實例中的上蓋殼體的一側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11是實例中的上蓋殼體的另一側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖12是實例中的的輸出端安裝體與輸出端接頭安裝的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13是實例中的的輸入端安裝體與輸入端接頭安裝的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖14是實例中的的紅外傳感模塊與其他電子積木模塊拼接的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖15是圖14的爆炸圖。

圖中：1-高電平輸入端；2-數(shù)據(jù)總線輸入端；3-信號輸入端；4-低電平輸入端；5-高電平輸出端；6-數(shù)據(jù)總線輸出端；7-信號輸出端；8-低電平輸出端；9-錐形碗狀體；10-模塊處理器；11-模數(shù)轉(zhuǎn)換器；12-數(shù)模轉(zhuǎn)換器；13-拼接結(jié)構(gòu)體；14-上蓋殼體；15-輸入端安裝體；16-輸出端安裝體；17-電路板；18-光電模塊；91-碗沿；92-錐形面；93-安裝卡扣；131-基座；132-公頭凸臺；133-安裝卡槽；134-母頭外周墻體；135-母頭方塊；136-母頭圓柱；141-外殼；142-連接凸臺；143-殼體卡扣；144-光電模塊安裝腔。

具體實施方式

以下將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明的實施和保護不限于此，以下若有未特別詳細說明之過程，均是本領(lǐng)域技術(shù)人員可參照現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)的。

如圖1～圖11所示，一種用于智能電子積木的光電傳感模塊，包括高電平輸入端1、數(shù)據(jù)總線輸入端2、信號輸入端3、低電平輸入端4、高電平輸出端5、數(shù)據(jù)總線輸出端6、信號輸出端7、低電平輸出端8、錐形碗狀體9、模塊處理器10、模數(shù)轉(zhuǎn)換器11、數(shù)模轉(zhuǎn)換器12、拼接結(jié)構(gòu)體13、上蓋殼體14、輸入端安裝體15、輸出端安裝體16、電路板17、光電模塊18等部件。

如圖2、圖4、圖12、圖13，高電平輸入端1、數(shù)據(jù)總線輸入端2、信號輸入端3和低電平輸入端4安裝在輸入端安裝體15中；上述四個輸入端，分別與智能積木系統(tǒng)中與本發(fā)明的光電傳感模塊搭接的上位智能積木模塊的高電平輸出端、數(shù)據(jù)總線輸出端、信號輸出端和低電平輸出端接觸連接，從而實現(xiàn)本發(fā)明的光電傳感模塊接入整個智能積木系統(tǒng)；高電平輸出端5、數(shù)據(jù)總線輸出端6、信號輸出端7和低電平輸出端8安裝在輸出端安裝體16中；上述四個輸出端，分別與智能積木系統(tǒng)中與本發(fā)明的光電傳感模塊搭接的下位智能積木模塊的高電平輸入端、數(shù)據(jù)總線輸入端、信號輸入端和低電平輸入端接觸連接，為下位智能積木模塊提供電能和信息；

如圖5、圖6所示，所述錐形碗狀體9主要包括碗沿91、倒錐形面92和安裝卡扣93；所述碗沿91是一個帶有圓角的正方形平面體邊緣，套接在倒錐形面92外側(cè)上；錐形面為深色或不透明材料，使得側(cè)面光源無法達到錐形面的底部；所述倒錐形面92和安裝卡扣93為一體連接結(jié)構(gòu)，錐形碗狀體9通過安裝卡扣93與電路板17上的卡槽安裝連接。

所述光電模塊18放置在錐形碗狀體9的倒錐形面92底部，所述倒錐形面92底部需為開口狀即非封閉的結(jié)構(gòu)，并與電路板17焊接連接；所述光電模塊18接收由倒錐形面92上端開口所形成的入射區(qū)域內(nèi)的環(huán)境光線，根據(jù)光強度輸出電壓信號；所述光電模塊18與模數(shù)轉(zhuǎn)換器11連接，將電壓信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器11轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并進一步將數(shù)字信號傳輸給模塊處理器10；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器11的標(biāo)定基準(zhǔn)電壓值通過數(shù)據(jù)總線由智能積木系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器（圖中略）設(shè)置；所述調(diào)節(jié)器是智能積木系統(tǒng)的一個獨立信號控制模塊，包括了處理器、LCD顯示屏、按鍵輸入、通訊接口和供電接口等，處理器內(nèi)嵌了處理程序，用戶可通過調(diào)節(jié)器所設(shè)置的按鍵作為信息輸入端，通過調(diào)節(jié)器進行信息的編碼，并通過通訊接口輸出以及對智能積木模塊進行設(shè)定。所述光電模塊18與數(shù)據(jù)總線輸入端2所在的數(shù)據(jù)總線連通，并由調(diào)節(jié)器通過智能積木系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線設(shè)置光電模塊18的靈敏度和觸發(fā)值。

如圖1，信號輸入端3通過導(dǎo)線與模數(shù)轉(zhuǎn)換器11連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器11將獲得的電壓信號轉(zhuǎn)換位數(shù)字信號，并通過導(dǎo)線傳遞給處理器10；如果同時有兩組信號通過信號輸入端3以及光電模塊18產(chǎn)生電信號，那么模數(shù)變換器11則將兩組電信號的幅度求取平均值，再進一步轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換器11將獲得的電壓信號轉(zhuǎn)換位數(shù)字信號，并通過導(dǎo)線傳遞給處理器10；處理器10將處理和運算得到的結(jié)果以數(shù)字信號傳遞給數(shù)模轉(zhuǎn)換器12，數(shù)模轉(zhuǎn)換器12將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，并從信號輸出端7輸出。

高電平輸入端1、數(shù)據(jù)總線輸入端2、信號輸入端3和低電平輸入端4即四個輸入端安裝在輸入端安裝體15中；智能積木系統(tǒng)中與所述光電傳感模塊搭接的上位智能積木模塊的高電平輸出端、數(shù)據(jù)總線輸出端、信號輸出端和低電平輸出端相應(yīng)地與所述四個輸入端接觸連接，從而實現(xiàn)所述光電傳感模塊接入整個智能積木系統(tǒng)；高電平輸出端5、數(shù)據(jù)總線輸出端6、信號輸出端7和低電平輸出端8即四個輸出端安裝在輸出端安裝體16中；智能積木系統(tǒng)中與所述光電傳感模塊搭接的下位智能積木模塊的高電平輸入端、數(shù)據(jù)總線輸入端、信號輸入端和低電平輸入端相應(yīng)地與所述四個輸出端接觸連接，為下位智能積木模塊提供電能和信息；高電平輸入端1通過高電平導(dǎo)線直接與高電平輸出端5相連；低電平輸入端4通過低電平導(dǎo)線直接與低電平輸出端8相連；數(shù)據(jù)總線輸入端2 通過導(dǎo)線直接與數(shù)據(jù)總線輸出端6；所述光電模塊18、模塊處理器10、模數(shù)轉(zhuǎn)換器11和數(shù)模轉(zhuǎn)換器12均與高電平導(dǎo)線和低電平導(dǎo)線連接，并獲得供電。

如圖7~圖9，所述拼接結(jié)構(gòu)體13包括基座131、公頭凸臺132、安裝卡槽133、母頭外周墻體134、母頭方塊135和母頭圓柱136等。所述公頭凸臺132是圓柱體形狀，通常包含1~4個圓柱體，這些圓柱體設(shè)置在基座131上。母頭外周墻體134、母頭方塊135和母頭圓柱136共同組成若干個凹槽，凹槽的數(shù)量有母頭方塊135和母頭圓柱136的數(shù)量所決定。所述公頭凸臺132與上述凹槽可精確插入裝配，通常凹槽的數(shù)量與公頭凸臺132的數(shù)量一致。當(dāng)一個積木模塊的母頭凹槽與另一個積木模塊的公頭凸臺裝配時，兩者可產(chǎn)生適度的過盈量，產(chǎn)生一定的摩擦力。

如圖10、圖11，所述上蓋殼體14主要包括外殼141、連接凸臺142、殼體卡扣143和光電模塊安裝腔144等；上蓋殼體14的殼體卡扣143與拼接結(jié)構(gòu)體13的安裝卡槽133配合安裝，上蓋殼體14和拼接結(jié)構(gòu)體13從而連接為一個整體。光電模塊安裝腔144用于容納錐形碗狀體9；外殼141上設(shè)置多個連接凸臺142，用于與其他積木模塊連接。

進一步地，光電模塊18具有內(nèi)部EEPROM，可以掉電保存設(shè)定值；光電模塊通過數(shù)據(jù)總線與調(diào)節(jié)器連通，并可通過調(diào)節(jié)器設(shè)置靈敏度和觸發(fā)值。通過調(diào)節(jié)器，用戶可以設(shè)置10級靈敏度，對應(yīng)數(shù)字0-9，在不同的靈敏度設(shè)定下，相同的入射光變化量對應(yīng)不同的輸出變化量，靈敏度越高，輸出變化量越大。通過調(diào)節(jié)器，用戶可以設(shè)置10級觸發(fā)值，對應(yīng)數(shù)字0-9，在不同的觸發(fā)值設(shè)定下，觸發(fā)輸出的入射光強度不一樣。

進一步地，處理器10通過數(shù)據(jù)總線與調(diào)節(jié)器連通，并可通過調(diào)節(jié)器識別光電模塊，用戶可通過調(diào)節(jié)器為光電模塊分配識別編碼。用戶可通過調(diào)節(jié)器設(shè)定環(huán)境修正系數(shù)。環(huán)境修正系數(shù)與模數(shù)轉(zhuǎn)換器11所產(chǎn)生的數(shù)字信號的乘積作為運算結(jié)果傳輸給數(shù)模轉(zhuǎn)換器12。

作為實例，如圖14、圖15，是實例中的的紅外傳感模塊與其他電子積木模塊拼接的結(jié)構(gòu)示意圖。

根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對上述實施方式進行變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式，對本發(fā)明的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。