本實用新型涉及智能玩具技術領域，具體涉及用于智能電子積木的信號產(chǎn)生和調(diào)節(jié)硬件模塊。

背景技術：

前的很多電路類實驗產(chǎn)品都是以一種獨立形式存在的，無法與機械結構類的產(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構以及電路原理的認知。因此，可自由組合、根據(jù)用戶想法自由拼接的智能、模塊化積木來解決上述問題。而為了實現(xiàn)用戶根據(jù)電路原理自由設計各種電路結構，實現(xiàn)積木系統(tǒng)的智能控制和物理量表達和顯示，系統(tǒng)設計用于智能電子積木的物理量表達硬件模塊，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習相關知識，本實用新型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)構成。

技術實現(xiàn)要素：

為了實現(xiàn)用戶根據(jù)電路原理自由設計各種電路結構，實現(xiàn)積木系統(tǒng)的智能控制和物理量表達和顯示，提出了用于智能電子積木的物理量表達硬件模塊，通過接收來自上位智能積木模塊的電壓信號，在轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號之后，經(jīng)過處理器的運算和變換，將處理得到的數(shù)字信號傳遞給驅(qū)動器，產(chǎn)生驅(qū)動電壓信號，通過顯示部件以某種物理量(例如聲音、強度可變的LED燈、LED燈條等)進行表達顯示；同時處理器產(chǎn)生的數(shù)字信號，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器變換為電壓信號，通過信號輸出端向下位積木模塊輸出。用于智能電子積木的物理量表達的硬件模塊，提供了驅(qū)動器和顯示部件、電路板的封裝部件，提供積木模塊的安裝結構，實現(xiàn)智能積木模塊的標準安裝結構，便于積木模塊之間的自由拼接。

本實用新型的目的至少通過如下技術方案之一實現(xiàn)。

用于智能電子積木的物理量表達硬件模塊，包括：輸入端、輸出端、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動器、顯示部件、電路板、上殼體和下殼體；

所述輸入端包括高電平輸入端、數(shù)據(jù)總線輸入端、信號輸入端和低電平輸入端；所述輸出端包括高電平輸出端、數(shù)據(jù)總線輸出端、信號輸出端和低電平輸出端；數(shù)據(jù)總線輸入端和數(shù)據(jù)總線輸出端所連接的數(shù)據(jù)總線，是整個智能積木系統(tǒng)的共同通訊總線；數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)由調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)控制；數(shù)據(jù)總線輸入端與上位智能積木模塊連接，獲得上位智能積木傳遞的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)總線輸出端與下位智能積木模塊連接，向下傳遞數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)總線與處理器連接，處理器通過數(shù)據(jù)總線與調(diào)節(jié)器雙向通訊；調(diào)節(jié)器通過數(shù)據(jù)總線對處理器的運算規(guī)則進行設置；模數(shù)轉(zhuǎn)換器實時接收來自信號輸入端的電壓信號，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，數(shù)字信號傳遞給處理器；處理器根據(jù)調(diào)節(jié)器對處理器運算規(guī)則的設定，對數(shù)字信號進行運算得到運算結果，運算結果信號傳送給驅(qū)動器，驅(qū)動器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為驅(qū)動電壓信號，電壓信號驅(qū)動顯示部件，得到物理量顯示；處理器還將運算結果的數(shù)字信號傳送給數(shù)模轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字信號變換為電壓信號，從信號輸出端輸出給下位積木模塊；高電平輸入端和高電平輸出端及它們之間的連線構成了高電平供電線路；低電平輸入端和低電平輸出端及它們之間的連線構成了低電平供電線路；高電平和低電平供電線路形成了電壓差回路，為模數(shù)轉(zhuǎn)換器、處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動器、顯示部件提供電力；

所述處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動器和顯示部件封裝在電路板上；輸入端和輸出端與電路板連通；電路板連接固定并封裝在下殼體和上殼體中間，僅有輸入端和輸出端總共8個接頭露出在殼體外部，用于與其他積木模塊連接；

下殼體在靠近輸出端接頭的部位設置了接頭凸臺，在靠近輸入端接頭的部位設置了接頭凹槽；一個積木模塊的接頭凸臺能與另一個積木模塊的接頭凹槽組裝配合；下殼體在底面設置了安裝凹槽；上殼體在頂面設置了安裝凸臺；一個積木模塊的安裝凸臺能與另一個積木模塊的安裝凹槽組裝配合。

進一步地，所述調(diào)節(jié)器自身包括處理器、LCD顯示屏、按鍵輸入、通訊接口和供電接口；調(diào)節(jié)器的通訊接口包括數(shù)據(jù)總線輸出端和信號輸出端，這兩個接口能將調(diào)節(jié)器的處理器的輸出信號傳遞到智能積木中的數(shù)據(jù)總線和信號線；調(diào)節(jié)器的供電接口包括了低電平輸入端和高電平輸入端，這兩個輸入端分別與智能積木系統(tǒng)的低電平導線和高電平導線連通，獲得供電模塊的供電；用戶通過調(diào)節(jié)器設有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定；調(diào)節(jié)器的LCD顯示屏是調(diào)節(jié)器的顯示端。

進一步地，智能電子積木模塊所設置的顯示部件為蜂鳴器、高亮LED燈、彩色LED燈、LED燈條中的一種以上。

相對于現(xiàn)有技術，本實用新型具有以下優(yōu)點和技術效果：

本實用新型提出了用于智能電子積木的物理量表達硬件模塊，通過接收來自上位智能積木模塊的電壓信號，在轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號之后，經(jīng)過處理器的運算和變換，將處理得到的數(shù)字信號傳遞給驅(qū)動器，產(chǎn)生驅(qū)動電壓信號，通過顯示模塊以某種物理量(例如聲音、強度可變的LED燈、LED燈條等)進行表達顯示；同時處理器產(chǎn)生的數(shù)字信號，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器變換為電壓信號，通過信號輸出端向下位積木模塊輸出。用于智能電子積木的物理量表達的硬件模塊，提供了驅(qū)動器和顯示部件、電路板的封裝部件，提供積木模塊的安裝結構，實現(xiàn)智能積木模塊的標準安裝結構，便于積木模塊之間的自由拼接。本實用新型的智能積木模塊，搭接結構簡潔，使用方便。

附圖說明

圖1是實例中用于智能電子積木的物理量表達方法的原理圖。

圖2是實例中用于智能電子積木的物理量表達方法的流程圖。

圖3是實例中應用于聲音表達方式的積木模塊結構一側(cè)示意圖。

圖4是實例中應用于聲音表達方式的積木模塊結構的另一側(cè)示意圖。

圖5是實例中應用于聲音表達方式的積木模塊結構示意圖(移除上殼體)。

圖6是實例中應用于高亮LED燈表達方式的積木模塊結構示意圖。

圖7是實例中應用于LED燈條表達方式的積木模塊結構示意圖(移除上殼體)。

圖8是實例中物理量表達方法模塊與其他積木模塊連接的結構示意圖。

圖中：1-輸入端；2-輸出端；3-模數(shù)轉(zhuǎn)換器；4-處理器；5-數(shù)模轉(zhuǎn)換器；6-驅(qū)動器；7-顯示部件；8-下殼體；9-上殼體；10-接頭凸臺；11-安裝凸臺；12-接頭凹槽；13-安裝凹槽；14-電路板。

具體實施方式

以下將結合具體實施例對本實用新型作進一步說明，但本實用新型的實施和保護不限于此，本實用新型的關鍵在于對結構提出的技術方案，以下若有涉及軟件的部分或未特別詳細說明之過程，均是本領域技術人員可參照現(xiàn)有技術實現(xiàn)的。

如圖1～圖8所示，用于智能電子積木的物理量表達硬件模塊主要包括：輸入端1、輸出端2、模數(shù)轉(zhuǎn)換器3、處理器4、數(shù)模轉(zhuǎn)換器5、驅(qū)動器6和顯示部件7等。

所述輸入端1包括高電平輸入端A1、數(shù)據(jù)總線輸入端B1、信號輸入端C1和低電平輸入端D1；所述輸出端2包括高電平輸出端A2、數(shù)據(jù)總線輸出端B2、信號輸出端C2和低電平輸出端D2。數(shù)據(jù)總線輸入端B1和數(shù)據(jù)總線輸出端B2所連接的數(shù)據(jù)總線，是整個積木系統(tǒng)的共同通訊總線；數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)由調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)控制；數(shù)據(jù)總線輸入端B1與上位智能積木模塊連接，獲得上位智能積木傳遞的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)總線輸出端B2與下位智能積木模塊連接，向下傳遞數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)總線與處理器4連接，處理器4通過數(shù)據(jù)總線與調(diào)節(jié)器雙向通訊。調(diào)節(jié)器通過數(shù)據(jù)總線對處理器的運算規(guī)則進行設置(例如，設定為邏輯非運算、相反數(shù)運算等)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器3實時接收來自信號輸入端C1的電壓信號，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，數(shù)字信號傳遞給處理器4；處理器4根據(jù)調(diào)節(jié)器對處理器運算規(guī)則的設定，對數(shù)字信號進行運算得到運算結果，運算結果信號傳送給驅(qū)動器6，驅(qū)動器6將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為驅(qū)動電壓信號，電壓信號驅(qū)動顯示部件7，得到物理量顯示。處理器4同時將運算結果的數(shù)字信號傳送給數(shù)模轉(zhuǎn)換器5，將數(shù)字信號變換為電壓信號，從信號輸出端C2輸出給下位積木模塊。高電平輸入端A1和高電平輸出端A2及必要的連線構成了高電平導線；低電平輸入端D1和低電平輸出端D2及必要的連線構成了低電平導線；高電平導線和低電平導線形成了電壓差回路，為信號產(chǎn)生和調(diào)節(jié)的各電子電路提供電力。

所述調(diào)節(jié)器自身包括處理器、LCD顯示屏、按鍵輸入、通訊接口和供電接口；調(diào)節(jié)器的通訊接口包括數(shù)據(jù)總線輸出端和信號輸出端，這兩個接口可以將調(diào)節(jié)器的處理器的輸出信號傳遞到智能積木中的數(shù)據(jù)總線和信號線；調(diào)節(jié)器的供電接口包括了低電平輸入端和高電平輸入端，這兩個輸入端分別與智能積木系統(tǒng)的低電平導線和高電平導線連通，獲得供電模塊的供電。調(diào)節(jié)器的處理器內(nèi)嵌了處理程序，用戶可通過調(diào)節(jié)器設有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定。調(diào)節(jié)器的LCD顯示屏是調(diào)節(jié)器的顯示端。

用于智能電子積木的物理量表達方法，信號輸入端C1通過接收來自上位智能積木模塊的電壓信號，在轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號之后，經(jīng)過處理器的運算和變換，將處理得到的數(shù)字信號傳遞給驅(qū)動器，產(chǎn)生驅(qū)動電壓信號，通過顯示模塊以某種物理量(例如聲音、強度可變的LED燈、LED燈條等)進行表達顯示；同時處理器產(chǎn)生的數(shù)字信號，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器變換為電壓信號，通過信號輸出端向下位積木模塊輸出。對于第一塊或者最上位的智能積木模塊，通常其本身擁有可以產(chǎn)生信號的傳感器單元。

如圖2，用于智能電子積木的物理量表達方法，主要步驟如下：

1)智能積木系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器通過數(shù)據(jù)總線對處理器4進行參數(shù)設置，設置處理器的運算規(guī)則，例如比例放大、邏輯非運算、相反數(shù)運算等，所設置的參數(shù)保存在處理器中。

2模數(shù)轉(zhuǎn)換器3實時讀取來自信號輸入端C1的電壓信號，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

3處理器4根據(jù)1中所設定的運算規(guī)則，對數(shù)字信號進行處理運算，得到運算結果，運算結果是數(shù)字信號；

4驅(qū)動器6獲得來自處理器4的數(shù)字信號，將其轉(zhuǎn)換為電壓信號，該電壓信號作為結果顯示模塊的驅(qū)動電壓，顯示部件7根據(jù)驅(qū)動電壓信號，實現(xiàn)對物理量的表達；

5處理器4同時將輸出的數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器5變換為電壓信號，并通過信號輸出端C2對外輸出；數(shù)據(jù)總線實時監(jiān)控數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出信號，并與處理器的運算值進行比較，如果輸出信號與運算值不一致則反饋給處理器4；所述的輸出信號與運算值不一致情況，如果輸出信號與運算值的偏差大于允許的設定偏差值，則確定為出錯，進而反饋給處理器。

6處理器4同時將輸出的數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器5變換為電壓信號，并通過信號輸出端C2對外輸出。

7數(shù)據(jù)總線實時監(jiān)控數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出信號，并與處理器的運算值進行比較，如果出錯則反饋給處理器4。

如圖7，用于智能電子積木的物理量表達方法的硬件模塊還包括了電路板14、上殼體9和下殼體8等主要部件。所述處理器4、模數(shù)轉(zhuǎn)換器3、數(shù)模轉(zhuǎn)換器5、驅(qū)動器6和顯示部件7等組件封裝在電路板14上；輸入端1和輸出端2與電路板14連通。電路板14連接固定并封裝在下殼體8和上殼體9中間，僅有輸入端和輸出端總共8個接頭露出在殼體外部與其他積木模塊連接。

下殼體8在靠近輸出端接頭的部位設置了接頭凸臺10，在靠近輸入端接頭的部位設置了接頭凹槽12；一個積木模塊的接頭凸臺10可與另一個積木模塊的接頭凹槽12組裝配合。下殼體8在底面設置了安裝凹槽13；上殼體9在頂面設置了安裝凸臺11；一個積木模塊的安裝凸臺11可與另一個積木模塊的安裝凹槽13組裝配合。

如圖5、圖6，智能電子積木模塊所設置的顯示部件7，可以是蜂鳴器、高亮LED燈、彩色LED燈、LED燈條等；所述驅(qū)動器6的驅(qū)動電路需要與顯示部件7的類型一致。

作為實例，圖3～5給出了本實用新型應用于聲音表達方式的積木模塊結構示意圖。圖6給出了本實用新型應用于高亮LED燈表達方式的積木模塊結構示意圖。

圖7給出了本實用新型應用于LED燈條表達方式的積木模塊結構示意圖。

圖8是實例中用于智能電子積木的物理量表達硬件模塊801與其他積木模塊如調(diào)機器802(帶調(diào)機器接頭8021)、顯示模塊803、電壓控制器804和電池805連接的結構示意圖。

根據(jù)上述說明書的揭示和教導，本實用新型所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行變更和修改。因此，本實用新型并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式，對本實用新型的一些修改和變更也應當落入本實用新型的權利要求的保護范圍內(nèi)。