本發(fā)明涉及智能玩具技術領域，具體涉及模塊化智能電子積木的分布式數(shù)據(jù)傳輸和控制系統(tǒng)與方法。

背景技術：

目前的很多電路類實驗產品都是以一種獨立形式存在的，無法與機械結構類的產品一起使用，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，難以調動青少年兒童對于搭建結構以及電路原理的認知。而可自由組合、根據(jù)用戶想法自由拼接的智能、模塊化積木能解決前述問題。為了實現(xiàn)智能電子積木系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸和控制，有必要提供模塊化智能電子積木的分布式數(shù)據(jù)傳輸和控制系統(tǒng)與方法，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)智能電子積木系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸和控制，提出了一種滿足模塊化智能積木的分布式數(shù)據(jù)傳輸和控制系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明至少通過如下技術方案之一實現(xiàn)。

模塊化智能電子積木的分布式數(shù)據(jù)傳輸和控制系統(tǒng)，主要包括高電平輸入端、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、模塊中央處理器、高電平導線、數(shù)據(jù)總線、信號線、低電平導線、模數(shù)轉換器、數(shù)模轉換器、模塊傳感器和安裝板；

多個智能積木模塊中的高電平導線和低電平導線以并聯(lián)形式組成了智能電子積木模塊的供電回路，高電平和低電平兩條線形成電壓差，供電回路包括了供電模塊；積木模塊中的模塊中央處理器、模塊傳感器、模數(shù)轉換器和數(shù)模轉換器都通過并聯(lián)的連接方式與高電平導線和低電平導線連接，并獲得供電；高電平導線的兩端與高電平輸入端和高電平輸出端連接，高電平輸入端與上位智能積木模塊的高電平輸出端連接，獲得電能供給；高電平輸出端與下位智能積木模塊的高電平輸入端連接，為下位智能模塊提供電能供給；低電平導線的一端與低電平輸入端連接，該低電平輸入端能與其他積木模塊的低電平輸出端接觸連接；低電平導線的另一端與低電平輸出端連接，該低電平輸出端能與其他積木模塊的低電平輸入端接觸連接。

數(shù)據(jù)總線是所有已連通智能積木模塊的共同通訊總線，該總線采用單工方式收發(fā)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)由調節(jié)器調節(jié)控制；數(shù)據(jù)總線兩端與數(shù)據(jù)總線輸入端和數(shù)據(jù)總線輸出端連接；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)總線與模塊中央處理器連接，模塊中央處理器通過數(shù)據(jù)總線與調節(jié)器雙向通訊；

信號輸入端對外與上位智能積木模塊的信號輸出端連接，接收來自上位智能模塊發(fā)出的信號，對內通過信號線與模數(shù)轉換器連接，將上位智能積木模塊的模擬信號傳遞給模數(shù)轉換器；模數(shù)轉換器根據(jù)設定的轉換規(guī)則，將輸入的模擬信號按照強度大小轉換為數(shù)字信號，并通過信號線將數(shù)字信號傳遞給模塊中央處理器；模塊中央處理器根據(jù)設定的運算規(guī)則對數(shù)字信號進行運算；模塊中央處理器將運算結果以數(shù)字信號通過信號線傳遞給數(shù)模轉換器；數(shù)模轉換器將數(shù)字信號按照設定的變換規(guī)則轉換為模擬電信號，通過信號線從信號輸出端輸出；信號輸出端與下位智能積木模塊的信號輸入端連接，并將信號傳遞給下位智能積木模塊；

安裝板是前述各部件的安裝載體。

進一步實施地，模塊傳感器是紅外傳感器、光電傳感器、聲音傳感器或體感傳感器；模塊傳感器將所獲得的物理量根據(jù)電信號強弱轉化為數(shù)字信號，并傳遞給模塊中央處理器進行處理。

用于所述模塊化智能電子積木的分布式數(shù)據(jù)傳輸和控制系統(tǒng)的控制方法，模塊中央處理器嵌入了唯一的類型代碼，所述代碼由一組8位的二進制數(shù)組成，每一種類型的智能模塊分配一個唯一的類型代碼，該代碼可通過數(shù)據(jù)總線為調節(jié)器所識別；調節(jié)器根據(jù)智能積木的連接形式和順序，為每一個積木模塊分配唯一的編號代碼，所述編號代碼由一組8位數(shù)的二進制數(shù)組成；在一個由多個智能積木模塊搭接的智能積木系統(tǒng)中，類型代碼和編號代碼共同組成了唯一的識別碼；調節(jié)器通過數(shù)據(jù)總線以識別碼控制每一個積木模塊；調節(jié)器通過數(shù)據(jù)總線雙向與智能積木模塊通訊，并進行數(shù)據(jù)參數(shù)設定。

進一步實施地，該方法利用總線控制和本地信號傳遞兩種方式實現(xiàn)智能電子積木系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸和控制；每一個積木模塊的總線串聯(lián)之后形成一個全局的總線系統(tǒng)，由調節(jié)器通過總線系統(tǒng)對每一個積木模塊進行控制；本地智能積木模塊中央處理器則接收上位智能積木模塊的數(shù)據(jù)信號，采集本地傳感器信號，并進行運算，通過信號線傳遞給下位積木模塊，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式采集、傳遞。

進一步地，模塊中央處理器通過調節(jié)器設定模數(shù)轉換器、數(shù)模轉換器和模塊傳感器的信號轉換規(guī)則。

相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和技術效果：

本發(fā)明模塊化智能電子積木的分布式數(shù)據(jù)傳輸和控制方法，利用總線控制和本地信號傳遞兩種方式實現(xiàn)智能電子積木系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸和控制；每一個積木模塊的總線串聯(lián)之后形成一個全局的總線系統(tǒng)，由調節(jié)器通過總線系統(tǒng)對每一個積木模塊進行控制。本地模塊中央處理器則接收上位積木模塊的數(shù)據(jù)信號，采集本地傳感器信號，并進行運算，通過信號線傳遞給下位積木模塊，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式采集、傳遞。本發(fā)明的分布式數(shù)據(jù)傳輸和控制方法，可實現(xiàn)積木模塊的任意形式和任意數(shù)量搭接，用戶可根據(jù)自己的想法結合必要的電路原理實現(xiàn)智能系統(tǒng)的構建?？傊景l(fā)明的分布式數(shù)據(jù)傳輸和控制方法使得智能積木模塊搭接結構簡潔，使用靈活方便。

附圖說明

圖1是實例中模塊化智能電子積木的分布式數(shù)據(jù)傳輸和控制系統(tǒng)的結構原理圖。

圖2是實例中模塊化智能電子積木的系統(tǒng)連接方式示意圖。

圖3是實例中模塊化智能電子積木的分布式數(shù)據(jù)傳輸和控制系統(tǒng)的結構示意圖。

圖4是實例中調節(jié)器的結構示意圖。

圖5是實例中供電模塊的結構示意圖。

圖6是實例中智能電子積木的一個連接實例示意圖。

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-模塊中央處理器；10-高電平導線；11-數(shù)據(jù)總線；12-信號線；13-低電平導線；14-模數(shù)轉換器；15-數(shù)模轉換器；16-模塊傳感器；17-安裝板；18-調節(jié)器；19-供電模塊。

具體實施方式

下面將結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，均是本領域技術人員可參照現(xiàn)有技術實現(xiàn)的。

如圖1～圖6所示，本實例提供的模塊化智能電子積木的分布式數(shù)據(jù)傳輸和控制系統(tǒng)，主要包括高電平輸入端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、模塊中央處理器9、高電平導線10、數(shù)據(jù)總線11、信號線12、低電平導線13、模數(shù)轉換器14、數(shù)模轉換器15、模塊傳感器16、安裝板17等部件。

多個智能積木模塊的高電平導線10和低電平導線13以并聯(lián)形式組成了智能電子積木模塊的供電回路，高電平和低電平兩條線形成電壓差，所有需要供電的元件的高壓端接在高電平線上，低壓端接在低電平線上，供電回路包括了供電模塊19；積木模塊中的模塊中央處理器9、模塊傳感器16、模數(shù)轉換器14和數(shù)模轉換器15都通過并聯(lián)的連接方式與高電平導線10和低電平導線13連接，并獲得供電；高電平導線10的兩端與高電平輸入端1和高電平輸出端5連接，高電平輸入端1與上位智能積木模塊的高電平輸出端連接，獲得電能供給；高電平輸出端5與下位智能積木模塊的高電平輸入端連接，為下位智能模塊提供電能供給；低電平導線13的一端與低電平輸入端4連接，該低電平輸入端4可與其他積木模塊的低電平輸出端8接觸連接；低電平導線13的另一端與低電平輸出端8連接，該低電平輸出端可與其他積木模塊的低電平輸入端4接觸連接。由多個智能積木模塊組成的分布式智能積木系統(tǒng)組成的高電平導線和低電平導線，分別與供電模塊的高電平輸出端和低電平輸出端連接，獲得供電模塊的輸出電能。

數(shù)據(jù)總線11是所有已連通智能積木模塊的共同通訊總線，該總線采用單工方式收發(fā)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)總線11的數(shù)據(jù)由調節(jié)器18調節(jié)控制；如圖4，所述調節(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等；調節(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。調節(jié)器的處理器內嵌了處理程序，用戶可通過調節(jié)器設有的按鍵作為信息輸入端，通過調節(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。調節(jié)器的LCD顯示屏是調節(jié)器的顯示端。

數(shù)據(jù)總線11兩端與數(shù)據(jù)總線輸入端2和數(shù)據(jù)總線輸出端6連接；數(shù)據(jù)總線輸入端2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6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11與模塊中央處理器9連接，模塊中央處理器9通過數(shù)據(jù)總線11與調節(jié)器18雙向通訊。

信號輸入端3對外與上位智能積木模塊的信號輸出端連接，對內通過信號線12與模數(shù)轉換器14連接，將上位智能積木模塊的模擬信號傳遞給模數(shù)轉換器14；模數(shù)轉換器14根據(jù)設定的轉換規(guī)則，將輸入的模擬信號按照強度大小轉換為數(shù)字信號，并通過信號線12將數(shù)字信號傳遞給模塊中央處理器9；模塊中央處理器9根據(jù)設定的運算規(guī)則對數(shù)字信號進行運算；模塊中央處理器9將運算結果以數(shù)字信號通過信號線12傳遞給數(shù)模轉換器15；數(shù)模轉換器15將數(shù)字信號按照設定的變換規(guī)則轉換為模擬電信號，通過信號線12從信號輸出端7輸出；信號輸出端7與下位智能積木模塊的信號輸入端連接，并將信號傳遞給下位智能積木模塊。

安裝板17是前述各部件的安裝載體。

實例中，智能電子積木模塊設置有模塊傳感器16，模塊傳感器16可以是紅外傳感器、光電傳感器、聲音傳感器、體感傳感器等可以獲得物理量的傳感器；模塊傳感器16將所獲得的物理量根據(jù)電信號強弱轉化為數(shù)字信號，并傳遞給模塊中央處理器9進行處理。

模塊化智能電子積木的分布式數(shù)據(jù)傳輸和控制系統(tǒng)的控制方法中，模塊中央處理器9嵌入了唯一的類型代碼，所述代碼由一組8位的二進制數(shù)組成，每一種類型的智能模塊分配一個唯一的類型代碼，該代碼可通過數(shù)據(jù)總線11為調節(jié)器18所識別，例如紅外傳感模塊分配的類型代碼是00000001，蜂鳴器模塊的類型代碼為00000002，延時模塊的類型代碼是00000003等；調節(jié)器18根據(jù)智能積木的連接形式和順序，為每一個積木模塊分配唯一的編號代碼，所述編號代碼由一組8位數(shù)的二進制數(shù)組成，例如當前已連接的智能積木系統(tǒng)，按連接順序，其編號依次分別為 00000001，00000002，00000003……；在一個搭接的智能積木系統(tǒng)中，類型代碼和編號代碼共同組成了唯一的識別碼，例如當前已連接的智能積木系統(tǒng)中，依次包括了紅外傳感器，延時模塊、蜂鳴器模塊等，那么這三個模塊所獲得的識別碼依次為 00000001 00000001，00000003 00000002，00000002 00000003……；調節(jié)器18通過數(shù)據(jù)總線11以識別碼控制每一個智能積木模塊；調節(jié)器18通過數(shù)據(jù)總線雙向與智能積木模塊通訊，并進行數(shù)據(jù)參數(shù)設定。

如圖6，為調節(jié)器18、多個積木模塊601拼接后與供電模塊19連接的示意圖。

模塊中央處理器9通過調節(jié)器18設定模數(shù)轉換器14、數(shù)模轉換器15和模塊傳感器16的信號轉換規(guī)則。本實例中，為了避免太多重復標記，位于圖中模塊中央處理器左右兩側且在同一水平線上的線條代表的含義為同一種線，在未特別說明的情況下，位于其他模塊的左右兩側且在同一水平線上的線條代表的含義也為同一種線。

如上可見，本發(fā)明的分布式數(shù)據(jù)傳輸和控制方法使得智能積木模塊搭接結構簡潔，使用靈活方便。

根據(jù)上述說明書的揭示和教導，本發(fā)明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當落入本發(fā)明的權利要求的保護范圍內。