本實用新型涉及智能玩具技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及用于智能電子積木信號運算的硬件模塊。

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。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(guān)知識。為了實現(xiàn)用戶根據(jù)電路原理自由設(shè)計各種電路結(jié)構(gòu)，有必要提出了用于智能電子積木的信號運算方法及硬件模塊。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(gòu)成。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了實現(xiàn)用戶根據(jù)電路原理自由設(shè)計各種電路結(jié)構(gòu)，提出了用于智能電子積木信號運算的硬件模塊，通過接收來自上位積木模塊輸出的一路或者多個電壓信號，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，一路或者多路數(shù)字信號在處理器中根據(jù)設(shè)定的運算規(guī)則(邏輯運算、數(shù)學運算等)的處理，得到的運算結(jié)果為數(shù)字信號，該數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為電壓信號，從輸出端輸出給下位積木模塊。用于智能電子積木的信號運算硬件模塊，提供了電路板的封裝部件，提供積木模塊的安裝結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)智能積木模塊的標準安裝結(jié)構(gòu)，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(shù)方案之一實現(xiàn)。

用于智能電子積木信號運算的硬件模塊，包括輸入端、輸出端、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、模塊處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、下殼體、上殼體和電路板；

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；每一路信號輸入端都連接了一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將輸入的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，生成的數(shù)字信號作為處理器的信號來源；一路或者多路信號在處理器中進行運算，得到的結(jié)果輸出給數(shù)模轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為電壓信號從信號輸出端輸出給下位積木模塊；

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，是整個積木系統(tǒng)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)總線傳輸由調(diào)節(jié)器所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)用途包括對智能積木模塊的處理器進行邏輯與、邏輯或、邏輯非等運算規(guī)則進行設(shè)定；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(shè)置；

所述處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器組件封裝在電路板上；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的8個或者12個接頭(多路輸入信號的情況)露出在殼體外部與其他積木模塊連接；

下殼體在靠近輸出端接頭的部位設(shè)置了接頭凸臺，在靠近輸入端接頭的部位設(shè)置了接頭凹槽；積木模塊的接頭凸臺可與另一個積木模塊的接頭凹槽組裝配合；下殼體在底面設(shè)置了安裝凹槽；上殼體在頂面設(shè)置了安裝凸臺；一個積木模塊的安裝凸臺可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；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(shè)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(shè)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，對于單目運算，只需要一個輸入端和一個輸出端；對于雙目運算，需要兩個輸入端和一個輸出端。

進一步地，處理器能處理如下運算：邏輯非運算，該運算規(guī)則是將高電平轉(zhuǎn)換為低電平，將低電平轉(zhuǎn)換為高電平；邏輯或運算，對兩組輸入信號進行判斷，同時為低電平時輸出低電平，其他情況輸出高電平；邏輯與運算，對兩組輸入信號進行判斷，同時為高電平時輸出高電平，其他情況輸出低電平；邏輯異或運算，對兩組輸入信號進行判斷，兩組信號為一個高電平一個低電平，則輸出高電平，否則輸出低電平。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有以下優(yōu)點和技術(shù)效果：

本實用新型提供了用于智能電子積木的信號運算硬件模塊，提供了電路板的封裝部件，提供積木模塊的安裝結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)智能積木模塊的標準安裝結(jié)構(gòu)，便于積木模塊之間的自由拼接。本實用新型使智能積木模塊搭接結(jié)構(gòu)簡潔，使用靈活方便。

附圖說明

圖1是實例中一種用于智能電子積木信號運算的硬件模塊內(nèi)部的原理圖。

圖2是實例中另一種用于智能電子積木信號運算的硬件模塊的原理圖。

圖3是實例中用于智能電子積木的信號運算方法的流程圖。

圖4是實例中用于智能電子積木的雙目信號運算硬件模塊結(jié)構(gòu)一側(cè)的示意圖。

圖5是實例中用于智能電子積木的雙目信號運算硬件模塊結(jié)構(gòu)的另一側(cè)示意圖。

圖6是實例中用于智能電子積木的雙目信號運算硬件模塊的結(jié)構(gòu)示意圖(移除上蓋)。

圖7是實例中用于智能電子積木的單目信號運算硬件模塊結(jié)構(gòu)一側(cè)的示意圖。

圖8是實例中用于智能電子積木的單目信號運算硬件模塊結(jié)構(gòu)另一側(cè)的示意圖。

圖9是實例中用于智能電子積木的單目信號運算硬件模塊的結(jié)構(gòu)示意圖(移除上蓋)。

圖10是實例中雙目信號運算硬件模塊與其他積木模塊連接的結(jié)構(gòu)示意圖。

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

具體實施方式

以下將結(jié)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(guān)鍵在于對結(jié)構(gòu)提出的技術(shù)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(lǐng)域技術(shù)人員可參照現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)的。

如圖1、圖2所示，用于智能電子積木的信號運算的硬件模塊，主要包括：輸入端1、輸出端2、模數(shù)轉(zhuǎn)換器3、模塊處理器4、數(shù)模轉(zhuǎn)換器5等。其連接方式如下：

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。對于單目運算，只需要一個輸入端1和一個輸出端2；對于雙目運算，需要兩個輸入端1和一個輸出端2。每一路信號輸入端C1都連接了一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器3，將輸入的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，生成的數(shù)字信號作為處理器4的信號來源；一路或者多路信號在處理器4中進行運算，得到的結(jié)果輸出給數(shù)模轉(zhuǎn)換器5，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為電壓信號從信號輸出端C2輸出給下位積木模塊。

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，該總線采用單工方式收發(fā)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)總線傳輸由調(diào)節(jié)器所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)用途包括對智能積木模塊的處理器進行邏輯與、邏輯或、邏輯非等運算規(guī)則進行設(shè)定；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(shè)置。

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；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(shè)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(shè)定。調(diào)節(jié)器的LCD顯示屏是調(diào)節(jié)器的顯示端。

如圖4，用于智能電子積木的信號運算方法的硬件模塊還包括下殼體6、上殼體8、電路板12等主要部件。

如圖5～圖9，所述處理器4、模數(shù)轉(zhuǎn)換器3和數(shù)模轉(zhuǎn)換器5組件封裝在電路板12上；輸入端1和輸出端2與電路板12連通；電路板12連接固定并封裝在下殼體6和上殼體8中間，僅有輸入端和輸出端的8個或者12個接頭(多路輸入信號的情況)露出在殼體外部與其他積木模塊連接。

下殼體6在靠近輸出端接頭的部位設(shè)置了接頭凸臺7，在靠近輸入端接頭的部位設(shè)置了接頭凹槽10；積木模塊的接頭凸臺7可與另一個積木模塊的接頭凹槽10組裝配合。下殼體6在底面設(shè)置了安裝凹槽11；上殼體8在頂面設(shè)置了安裝凸臺9；一個積木模塊的安裝凸臺9可與另一個積木模塊的安裝凹槽11組裝配合。

如圖3，用于智能電子積木的信號運算方法，通過接收來自上位積木模塊輸出的一路或者多個電壓信號，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，一路或者多路數(shù)字信號在處理器中根據(jù)設(shè)定的運算規(guī)則(邏輯運算、數(shù)學運算等)的處理，得到的運算結(jié)果為數(shù)字信號，該數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為電壓信號，從輸出端輸出給下位積木模塊。

用于智能電子積木的信號運算方法的主要步驟如下：

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(shè)置，設(shè)定處理器的運算規(guī)則，并將參數(shù)存儲在內(nèi)部存儲中，運算規(guī)則包括邏輯運算和數(shù)學運算。

2)處理器4根據(jù)運算規(guī)則讀取一路或者兩路輸入信號；所輸入的信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器3轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號。如果是單目運算(如邏輯非運算)讀取信號輸入模塊1的信號；如果是雙目運算(例如邏輯或運算，邏輯與運算，邏輯異或運算，加減運算等)，同時讀取兩路輸入信號。

3)模塊處理器(4)對數(shù)字信號進行數(shù)學運算或者邏輯運算，所要開展的數(shù)學運算或者邏輯運算由調(diào)節(jié)器設(shè)定；處理器完成的運算結(jié)果是數(shù)字信號。

4)處理器輸出的數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器5變換為電壓信號，并通過信號總線對外輸出。

5)處理器4通過數(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。

所述的用于智能電子積木的運算方法的硬件模塊中，處理器4可以處理邏輯非運算，該運算規(guī)則是將高電平轉(zhuǎn)換為低電平，將低電平轉(zhuǎn)換為高電平。處理器4可以處理邏輯或運算，對兩組輸入信號進行判斷，同時為低電平時輸出低電平，其他情況輸出高電平。處理器4可以處理邏輯與運算，對兩組輸入信號進行判斷，同時為高電平時輸出高電平，其他情況輸出低電平。處理器4可以處理邏輯異或運算，對兩組輸入信號進行判斷，兩組信號為一個高電平一個低電平，則輸出高電平，否則輸出低電平。

作為一種實例，圖10是實例中雙目信號運算硬件模塊與其他積木模塊連接的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中包括兩個信號輸入模塊101，本實用新型的用于智能電子積木的信號運算的硬件模塊102，輸出信號接收模塊103，調(diào)節(jié)器接頭104和調(diào)節(jié)器105。

根據(jù)上述說明書的揭示和教導，本實用新型所屬領(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(yīng)當落入本實用新型的權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。