專利名稱：能自動(dòng)識(shí)別積木名、且語(yǔ)音及時(shí)報(bào)數(shù)的電子數(shù)學(xué)積木的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種幫助兒童“人機(jī)互動(dòng)式”學(xué)習(xí)數(shù)字和數(shù)學(xué)運(yùn)算的電子數(shù)學(xué)積 木，更具體地說，涉及一種能自動(dòng)識(shí)別積木名、且語(yǔ)音及時(shí)報(bào)數(shù)的電子數(shù)學(xué)積木。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)積木只是從物理結(jié)構(gòu)或?qū)嶓w上標(biāo)識(shí)或目視其名稱、作用，在搭接或堆集平臺(tái) 上不能自動(dòng)辨識(shí)積木名稱；傳統(tǒng)積木搭接或堆集后，一般只是組成了一定的幾何形體、或指 定形式的物理結(jié)構(gòu)，不具有數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)功能；傳統(tǒng)積木重在啟發(fā)兒童的動(dòng)手能力、空間想象能 力等，兒童只能模仿或重復(fù)同樣或固定的動(dòng)作；傳統(tǒng)積木在使用過程中，缺少兒童和積木之 間的聲效、光電互動(dòng)，互動(dòng)性不強(qiáng)，缺乏趣味性。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種能自動(dòng) 識(shí)別積木名、且語(yǔ)音及時(shí)報(bào)數(shù)的電子數(shù)學(xué)積木。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種能自動(dòng)識(shí)別積木名、 且語(yǔ)音及時(shí)報(bào)數(shù)的電子數(shù)學(xué)積木，包括多個(gè)積木塊、積木放置平臺(tái)，還包括單片機(jī)以及分 別與單片機(jī)相連接的光電傳感器和語(yǔ)音芯片，其中每個(gè)積木塊底部均附著有特征識(shí)別編 碼，積木放置平臺(tái)設(shè)置有積木可堆放區(qū)，單片機(jī)和光電傳感器組成自動(dòng)掃描和識(shí)別電路。在本實(shí)用新型所述的能自動(dòng)識(shí)別積木名、且語(yǔ)音及時(shí)報(bào)數(shù)的電子數(shù)學(xué)積木中，所 述能自動(dòng)識(shí)別積木名、且語(yǔ)音及時(shí)報(bào)數(shù)的電子數(shù)學(xué)積木還包括與所述語(yǔ)音芯片連接、在學(xué) 習(xí)過程中進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)的喇叭。在本實(shí)用新型所述的能自動(dòng)識(shí)別積木名、且語(yǔ)音及時(shí)報(bào)數(shù)的電子數(shù)學(xué)積木中，積 木塊底部附著有光電傳感器可識(shí)別的特征識(shí)別編碼，編碼規(guī)則和要求與光電傳感器對(duì)應(yīng)和配套。在本實(shí)用新型所述的能自動(dòng)識(shí)別積木名、且語(yǔ)音及時(shí)報(bào)數(shù)的電子數(shù)學(xué)積木中，還 包括與單片機(jī)相連接的指示燈，所述指示燈包括用于提示積木塊放置正確的綠色狀態(tài)指示 燈、提示積木塊放置錯(cuò)誤的紅色狀態(tài)指示燈、用于顯示積木塊對(duì)應(yīng)數(shù)字的LED數(shù)碼管以及 用于顯示學(xué)習(xí)成績(jī)的成績(jī)指示燈。在本實(shí)用新型所述的能自動(dòng)識(shí)別積木名、且語(yǔ)音及時(shí)報(bào)數(shù)的電子數(shù)學(xué)積木中，還 包括與單片機(jī)相連接的按鍵模塊，所述按鍵模塊包括電源按鍵、清零按鍵和確認(rèn)按鍵。實(shí)施本實(shí)用新型的能自動(dòng)識(shí)別積木名、且語(yǔ)音及時(shí)報(bào)數(shù)的電子數(shù)學(xué)積木，具有以 下有益效果1、每塊積木塊的名稱和特征識(shí)別編碼一一對(duì)應(yīng)，確保本實(shí)用新型的電子數(shù)學(xué)積木 的自動(dòng)識(shí)別功能；識(shí)別誤差率低于5%，而產(chǎn)生誤差的原因主要來自于積木塊放置位置不 妥當(dāng)，或有其他物品放置在電子數(shù)學(xué)積木的可放置區(qū)域；2、通過單片機(jī)和光電傳感器組成的自動(dòng)掃描和識(shí)別電路實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)識(shí)別積木塊對(duì)應(yīng)的名稱，通過單片機(jī)控制語(yǔ)音芯片生成和播報(bào)積木塊對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音信息，可幫助兒童識(shí) 別數(shù)字和運(yùn)算符號(hào)、糾正兒童讀數(shù)的不正確；3、在兒童將積木塊放置到積木可堆放區(qū)時(shí)，語(yǔ)音芯片的語(yǔ)音播報(bào)和指示燈光電提 示兒童所放置的積木塊的名稱、可行性、可運(yùn)算性等，幫助兒童及時(shí)糾錯(cuò)，并堆放合理的數(shù) 字序列或運(yùn)算表達(dá)式；4、積木塊放置結(jié)束確認(rèn)后，電子數(shù)學(xué)積木可評(píng)判兒童所列運(yùn)算式的合理性和正確 性，并一直嘉獎(jiǎng)、表?yè)P(yáng)、鼓勵(lì)和提醒兒童的運(yùn)算成績(jī)，并伴有對(duì)應(yīng)的背景樂曲，讓兒童寓學(xué)于
樂ο

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，附圖中圖1是本實(shí)用新型能自動(dòng)識(shí)別積木名、且語(yǔ)音及時(shí)報(bào)數(shù)的電子數(shù)學(xué)積木外觀示意 圖；圖2是本實(shí)用新型能自動(dòng)識(shí)別積木名、且語(yǔ)音及時(shí)報(bào)數(shù)的電子數(shù)學(xué)積木工作流程 圖；圖3是本實(shí)用新型能自動(dòng)識(shí)別積木名、且語(yǔ)音及時(shí)報(bào)數(shù)的電子數(shù)學(xué)積木的電路 圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，為實(shí)用新型能自動(dòng)識(shí)別積木名、且語(yǔ)音及時(shí)報(bào)數(shù)的電子數(shù)學(xué)積木的 外觀示意圖。本實(shí)用新型所公開的能自動(dòng)識(shí)別積木名、且語(yǔ)音及時(shí)報(bào)數(shù)的電子數(shù)學(xué)積木， 包括若干個(gè)積木塊和積木放置平臺(tái)，所述積木塊的底部附著有特征識(shí)別編碼，所述特征識(shí) 別編碼與積木塊所表示的數(shù)字和運(yùn)算符一一對(duì)應(yīng)，所述積木放置平臺(tái)包括成績(jī)指示區(qū)、用 于根據(jù)統(tǒng)計(jì)的運(yùn)算次數(shù)和正確率來顯示兒童的學(xué)習(xí)成績(jī)等級(jí)，學(xué)習(xí)成績(jī)分為優(yōu)秀、良好、及 格、較差四個(gè)等級(jí)，分別用“優(yōu)、良、中、差” 4個(gè)學(xué)習(xí)成績(jī)指示燈進(jìn)行指示。在成績(jī)指示區(qū)兩 側(cè)設(shè)置有用于在學(xué)習(xí)過程中進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)的喇叭。圖示黑框內(nèi)為積木可堆放區(qū)，在本實(shí)施 例中積木可堆放區(qū)被劃分為10個(gè)小區(qū)域，當(dāng)積木塊被放置于積木可堆放區(qū)時(shí)，電子數(shù)學(xué)積 木即自動(dòng)識(shí)別該積木塊的特征識(shí)別編碼。在積木可堆放區(qū)兩側(cè)還設(shè)有用于顯示積木塊放置 合理性的狀態(tài)指示燈，包括正確狀態(tài)指示燈和錯(cuò)誤狀態(tài)指示燈。如圖所示積木塊平時(shí)放置 區(qū)用于平時(shí)裝放積木塊，在本實(shí)施例中包括3組標(biāo)識(shí)了“0 9”數(shù)字的積木塊，共計(jì)30塊 積木塊；2組標(biāo)識(shí)了 “+、-、X、+、= ”運(yùn)算符號(hào)的積木塊，共計(jì)10塊積木塊，積木平時(shí)放置 區(qū)可放置40個(gè)積木塊。按鍵區(qū)包括3個(gè)按鍵，分別為電源鍵、確認(rèn)鍵、清零鍵。其中清零鍵 用于清除電子數(shù)學(xué)積木內(nèi)累計(jì)結(jié)果、按下清零鍵后可以重新計(jì)數(shù)和統(tǒng)計(jì)成績(jī)。圖3所示為本實(shí)用新型的能自動(dòng)識(shí)別積木名、且語(yǔ)音及時(shí)報(bào)數(shù)的電子數(shù)學(xué)積木的 電路圖。如圖所示電子數(shù)學(xué)積木的一實(shí)施例的電路圖中包括單片機(jī)U4以及分別與單片 機(jī)U4相連接的光電傳感器和語(yǔ)音芯片Ml。在本實(shí)施例中采用型號(hào)為MEGA16的單片機(jī)U4， 用于對(duì)各種積木塊的組合序列的特征識(shí)別編碼進(jìn)行掃描、識(shí)別、分析、處理并控制語(yǔ)音芯片 及時(shí)生成和播報(bào)積木塊所對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音信息。語(yǔ)音芯片Ml型號(hào)為ML22002，用于及時(shí)生成和 播報(bào)積木塊的名稱和運(yùn)算結(jié)果所對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音信息。積木可堆放區(qū)被劃分為十個(gè)小區(qū)域，每
4個(gè)小區(qū)域?qū)?yīng)一組共4個(gè)光電傳感器，所述光電傳感器用于識(shí)別積木塊底部的特征識(shí)別編 碼，積木塊底部附著有光電傳感器可識(shí)別的特征編碼，編碼規(guī)則和要求必須和光電傳感器 對(duì)應(yīng)和配套。需要說明在本實(shí)施例中僅僅列舉出一組4個(gè)光電傳感器即對(duì)應(yīng)積木可堆放區(qū) 的一個(gè)小區(qū)域的光電傳感器進(jìn)行說明。
如圖所示還包括與單片機(jī)U4相連接的指示燈，所述指示燈包括用于提示積木塊 放置正確的綠色狀態(tài)指示燈D15、提示積木塊放置錯(cuò)誤的紅色狀態(tài)指示燈D16 ；用于顯示學(xué) 習(xí)成績(jī)的成績(jī)指示燈，包括用于顯示優(yōu)秀的指示燈D11、良好的指示燈D12、及格的指示燈 D13、較差的指示燈D14等4種成績(jī)等級(jí)的成績(jī)指示燈，分別對(duì)應(yīng)于積木放置平臺(tái)上的“優(yōu)、 良、中、差”4個(gè)指示燈；用于顯示積木塊對(duì)應(yīng)數(shù)字的LED數(shù)碼管DS1。如圖所示還包括與單片機(jī)相連接按鍵模塊，所述按鍵模塊包括電源按鍵Si、清零 按鍵S2和確認(rèn)按鍵，還設(shè)有一些備用按鍵用于功能擴(kuò)展等。根據(jù)圖2所示的工作流程圖，對(duì)本實(shí)用新型的能自動(dòng)識(shí)別積木名、且語(yǔ)音及時(shí)報(bào) 數(shù)的電子數(shù)學(xué)積木的工作流程進(jìn)行說明。包括以下步驟步驟Sl 放置積木到放置區(qū)；在打開電源開關(guān)后，兒童可選取不同的數(shù)字和符號(hào)組合的積木塊放置到積木可堆 放區(qū)的相應(yīng)的十個(gè)小區(qū)域中。步驟S2 識(shí)別積木符號(hào)，語(yǔ)音提示；當(dāng)積木塊被放置到積木可堆放區(qū)后，每個(gè)小區(qū)域?qū)?yīng)的4個(gè)光電傳感器開始檢測(cè) 積木塊底部的特征識(shí)別編碼，單片機(jī)對(duì)各種積木塊的組合序列進(jìn)行識(shí)別、分析、處理后控制 語(yǔ)音芯片及時(shí)生成積木塊對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音信息并進(jìn)行播報(bào)，如果掃描到積木塊是數(shù)字，除了語(yǔ) 音報(bào)數(shù)外，還可同步顯示在LED數(shù)碼管上。步驟S3 判斷放置合理性和可運(yùn)算性，如果不合理則返回步驟Si，否則執(zhí)行步驟 S4；當(dāng)積木塊放置到積木可堆放區(qū)后，單片機(jī)對(duì)積木塊進(jìn)行識(shí)別、并判斷積木塊放置 的合理性和可運(yùn)算性，如果積木塊放置不合理或不是可以進(jìn)行運(yùn)算的數(shù)學(xué)式則語(yǔ)音提示 “放置不當(dāng)，請(qǐng)重新放置”同時(shí)紅色指示燈點(diǎn)亮，返回步驟Sl用戶重新放置積木塊，如果放置 合理則執(zhí)行步驟S4。步驟S4 判斷是否按下了 “確認(rèn)”鍵，如果沒有按下“確認(rèn)”鍵則執(zhí)行步驟Sl繼續(xù) 放置積木塊，如果按下了 “確認(rèn)”鍵則執(zhí)行步驟S5 ；單片機(jī)對(duì)“確認(rèn)”鍵進(jìn)行掃描，判斷是否按下，如果掃描結(jié)果沒有按下“確認(rèn)”鍵則 說明積木塊還沒有放置結(jié)束，可繼續(xù)放置積木塊，如果按下“確認(rèn)”鍵則執(zhí)行步驟S5。步驟S5 判斷結(jié)果是否正確，如果結(jié)果正確則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S7 ；按下“確認(rèn)”鍵以后，單片機(jī)對(duì)放置的積木塊所組成的數(shù)學(xué)式的運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行分析 判斷，如果運(yùn)算正確結(jié)果正確則執(zhí)行步驟S6，否則執(zhí)行步驟S7。步驟S6 語(yǔ)音提示“正確”并進(jìn)行成績(jī)匯總；如果當(dāng)前的積木塊組合是純數(shù)字組合，則單片機(jī)控制語(yǔ)音芯片生成語(yǔ)音信息并播 報(bào)數(shù)字；如果是數(shù)學(xué)運(yùn)算的等式組合，單片機(jī)判斷數(shù)學(xué)式的合理性和正確性，“正確”則語(yǔ)音 提示“答案正確，請(qǐng)繼續(xù)”。同時(shí)單片機(jī)對(duì)運(yùn)算次數(shù)和正確率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。并通過語(yǔ)音芯片和 指示燈指示出“優(yōu)秀、良好、及格、較差”等的成績(jī)等級(jí)。[0035]步驟S7 語(yǔ)音提示“錯(cuò)誤”并進(jìn)行成績(jī)匯總；如果是數(shù)學(xué)運(yùn)算的等式組合“錯(cuò)誤”則語(yǔ)音提示“答案錯(cuò)誤，請(qǐng)重來”。同時(shí)單片機(jī) 對(duì)運(yùn)算次數(shù)和正確率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。并通過語(yǔ)音芯片和指示燈指示出“優(yōu)秀、良好、及格、較差” 等的成績(jī)等級(jí)。步驟S8 判斷是否按下“清零”鍵，如果按下“清零”鍵則執(zhí)行步驟S9，否則執(zhí)行步 驟 SlO ；步驟S9 總成績(jī)清零，按下“清零”鍵后，單片機(jī)內(nèi)累計(jì)的成績(jī)清零，可以重新計(jì)數(shù) 和統(tǒng)計(jì)成績(jī)；步驟SlO 判斷是否繼續(xù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，如果繼續(xù)學(xué)習(xí)則返回步驟Si，否則學(xué)習(xí)結(jié)束關(guān) 閉電源。根據(jù)工作流程對(duì)具體實(shí)施過程進(jìn)行說明1、積木塊自動(dòng)識(shí)別是電子數(shù)學(xué)積木的關(guān)鍵技術(shù)之一。每個(gè)積木塊的底部均附著 有光電傳感器可識(shí)別的特征編碼，編碼規(guī)則和要求必須和傳感器對(duì)應(yīng)和配套；積木可堆放 區(qū)，被劃分為十個(gè)小區(qū)域，每個(gè)小區(qū)域?qū)?yīng)一組共4個(gè)可以識(shí)別積木塊底部條碼的光電傳 感器；2、一組4只光電傳感器時(shí)，總共可識(shí)別出24-1 = 15種積木塊；一組5只光電傳感 器時(shí)，可識(shí)別出25-1 = 31種積木塊；如為6只光電傳感器時(shí)，可識(shí)別出26-1 = 63種積木 塊；依此類推；3、在本實(shí)施例中電子數(shù)學(xué)積木共有積木塊數(shù)量為"0 9”數(shù)字符，計(jì)10個(gè)，共3組，需要10個(gè)特征識(shí)別編碼；“+、-、X、+、= ”運(yùn)算符，計(jì)5個(gè)，共2組，需要5個(gè)特征識(shí)別編碼；共計(jì)10X3+5X2= 40 個(gè)；因此，需要特征識(shí)別編碼總數(shù)為10+5 = 15種，選每個(gè)小區(qū)域?qū)?yīng)4個(gè)光電傳感
ο4、單片機(jī)負(fù)責(zé)動(dòng)態(tài)掃描積木可堆放區(qū)的積木塊放置狀況，以及動(dòng)態(tài)掃描各按鍵的 按動(dòng)情況(1)、一旦掃描到有積木塊放置時(shí)，則首先識(shí)別積木塊的名稱，再判斷該積木塊放 置的合理性，如順序掃描到“2”、“ + ”、“3”等時(shí)，語(yǔ)音及時(shí)提示“2”、“ + ”、“3”等，同時(shí)綠色狀 態(tài)指示燈點(diǎn)亮；(2)、如果掃描到的積木塊是數(shù)字，除語(yǔ)音報(bào)數(shù)外，還有一位LED數(shù)碼管同步顯示 出該位數(shù)字；(3)、如果順序掃描到“2”、“ + ”、“ + ”等時(shí)，即刻在第2個(gè)“ + ”放置后，語(yǔ)音提示“放
置不當(dāng)，請(qǐng)重新放置”，并有紅色指示燈點(diǎn)亮；(4)、當(dāng)積木塊放置完一個(gè)組合、并有“確認(rèn)”鍵按動(dòng)時(shí)，單片機(jī)就會(huì)在接收到“確 認(rèn)”鍵按動(dòng)信號(hào)后，分析、判斷當(dāng)前積木組合的結(jié)果A、如果是純數(shù)字組合，單片機(jī)控制語(yǔ)音芯片生成和播報(bào)語(yǔ)音；B、如果是數(shù)學(xué)運(yùn)算的等式組合，單片機(jī)會(huì)確定組合式的合理性和正確性；“正確”， 則語(yǔ)音提示“答案正確，請(qǐng)繼續(xù)”；“錯(cuò)誤”，則語(yǔ)音提示“答案錯(cuò)誤，請(qǐng)重來”；C、單片機(jī)同時(shí)統(tǒng)計(jì)運(yùn)算次數(shù)和正確率，語(yǔ)音和光電指示出“優(yōu)秀、良好、及格、較
6差”等的成績(jī)等級(jí)； 5、“清零”按鍵的使用，可以清除單片機(jī)內(nèi)的累計(jì)結(jié)果，可以重新計(jì)數(shù)和統(tǒng)計(jì)成績(jī)；6、電子數(shù)學(xué)積木的電源為三節(jié)5號(hào)堿性電池或可充電電池，也可通過外配的交流 電源適配器供電。以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用 新型的精神和原則內(nèi)所作的任何修改、等同替換或改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù) 范圍內(nèi)。
權(quán)利要求一種能自動(dòng)識(shí)別積木名、且語(yǔ)音及時(shí)報(bào)數(shù)的電子數(shù)學(xué)積木，包括多個(gè)積木塊、積木放置平臺(tái)，其特征是還包括單片機(jī)以及分別與單片機(jī)相連接的光電傳感器和語(yǔ)音芯片，其中每個(gè)積木塊底部均附著有特征識(shí)別編碼，積木放置平臺(tái)設(shè)置有積木可堆放區(qū)，單片機(jī)和光電傳感器組成自動(dòng)掃描和識(shí)別電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能自動(dòng)識(shí)別積木名、且語(yǔ)音及時(shí)報(bào)數(shù)的電子數(shù)學(xué)積木，其特 征是所述能自動(dòng)識(shí)別積木名、且語(yǔ)音及時(shí)報(bào)數(shù)的電子數(shù)學(xué)積木還包括與所述語(yǔ)音芯片連 接、在學(xué)習(xí)過程中進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)的喇叭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能自動(dòng)識(shí)別積木名、且語(yǔ)音及時(shí)報(bào)數(shù)的電子數(shù)學(xué)積木，其特 征是積木塊底部附著有光電傳感器可識(shí)別的特征識(shí)別編碼，編碼規(guī)則和要求與光電傳感 器對(duì)應(yīng)和配套。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能自動(dòng)識(shí)別積木名、且語(yǔ)音及時(shí)報(bào)數(shù)的電子數(shù)學(xué)積木，其特 征是還包括與單片機(jī)相連接的指示燈，所述指示燈包括用于提示積木塊放置正確的綠色 狀態(tài)指示燈、提示積木塊放置錯(cuò)誤的紅色狀態(tài)指示燈、用于顯示積木塊對(duì)應(yīng)數(shù)字的LED數(shù) 碼管以及用于顯示學(xué)習(xí)成績(jī)的成績(jī)指示燈；還包括與單片機(jī)相連接的按鍵模塊，所述按鍵 模塊包括電源按鍵、清零按鍵和確認(rèn)按鍵。
專利摘要一種能自動(dòng)識(shí)別積木名、且語(yǔ)音及時(shí)報(bào)數(shù)的電子數(shù)學(xué)積木，包括多個(gè)積木塊、積木放置平臺(tái)，還包括單片機(jī)以及分別與單片機(jī)相連接的光電傳感器和語(yǔ)音芯片，其中每個(gè)積木塊底部均附著有特征識(shí)別編碼，積木放置平臺(tái)設(shè)置有積木可堆放區(qū)，單片機(jī)和光電傳感器組成自動(dòng)掃描和識(shí)別電路通過單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和光電傳感器組件，自動(dòng)掃描并識(shí)別每一個(gè)積木塊名稱和放置的各種積木組合，配合兒童認(rèn)知數(shù)字、學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)四則混合運(yùn)算知識(shí)；電子數(shù)學(xué)積木及時(shí)語(yǔ)音讀數(shù)、及時(shí)語(yǔ)音和光電報(bào)告或顯示積木放置組合或運(yùn)算結(jié)果的合理性和正確性，使兒童和電子數(shù)學(xué)積木之間形成互動(dòng)。
文檔編號(hào)G09B19/02GK201622725SQ20082021438
公開日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2008年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月15日
發(fā)明者馮立蕓, 盧科峰, 李東唐, 王發(fā)祥 申請(qǐng)人:王發(fā)祥;李東唐;馮立蕓