CN103400034A - 一种模块化电路系统及其电路模块 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种模块化电路系统及其电路模块。一种模块化电路系统，由多个电子元件模块组成，每个电子元件模块包括：电路接口、检测单元和通信接口；所述电路接口与电子元件自身的管脚相对应，电子元件模块之间通过电路接口实现电路连接；所述检测单元用于检测本模块电路接口所连接的其他电子元件模块；所述通信接口具有数据收发功能，用于对外传输本模块的连接信息，其中，所述连接信息至少包括：该电子元件模块的电路接口当前的连接情况。应用本申请所提供的方案通过接收系统中所有模块发出的连接信息，也就相当于获知了系统中各个模块的电路连接关系，从而满足用户的应用需求。

Description

一种模块化电路系统及其电路模块

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种模块化电路系统及其电路模块。

背景技术

电路是由多个电子元件连接形成的导电回路的统称，电子元件之间最基本的连接方式是采用金属导线，为了便于使用，电子元件经常被设计成模块的形式：每个模块内部封装有一个或多个集成的电子元件，外部形态被设计成可拼装的部件，模块之间可以通过螺丝、卡扣、磁铁等方式进行拼装固定，模块拼装之后，内部的电子元件的连接也同时导通。与传统的连接方式相比，这种模块化的设计使得电路的搭建工作变得十分简单，同时还具有安全性高、便于演示等优点，因此广泛应用于教学、实验等应用场景，典型的应用产品包括电子积木等。

根据现有技术，无论是电子积木还是其他模块化的电路产品，其应用模式都是“电路图→电路”，即用户按照已有的电路图完成电路的搭建，强调的是模块之间装/拆的便捷性，然而却忽略了另一种应用需求：“电路→电路图”，即用户先完成电路的搭建，然后出于某种目的，需要得知该电路对应的电路图，这种情况下，需要靠用户的理解或记忆手动绘制，不仅效率和准确性无法保证，甚至在有些情况下，还可能会出现“会搭电路不会画图”的情况。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提供一种模块化电路系统及其电路模块，以实现模块化电路系统连接关系的自动获取。技术方案如下：

本申请提供一种模块化电路系统，该系统由多个电子元件模块组成，每个电子元件模块包括：电路接口、检测单元和通信接口；

所述电路接口与电子元件自身的管脚相对应，电子元件模块之间通过电路接口实现电路连接；

所述检测单元用于检测本模块电路接口所连接的其他电子元件模块；

所述通信接口具有数据收发功能，用于对外传输本模块的连接信息，其中，所述连接信息至少包括：该电子元件模块的电路接口当前的连接情况。

本申请还提供一种用于组建电路系统的电子元件模块，该模块包括：电路接口、检测单元和通信接口；

所述检测单元用于检测本模块电路接口所连接的其他电子元件模块；

所述通信接口具有数据收发功能，用于对外传输本模块的连接信息，其中，所述连接信息至少包括：该电子元件模块的电路接口当前的连接情况。

本申请还提供一种用于组建电路系统的管理模块，其特征在于，该模块包括通信接口和连接信息统计单元；

所述通信接口具有数据收发功能，用于实现管理模块与系统内其他电子元件模块之间的数据交互；

所述连接信息统计单元，用于通过所述通信接口，获取系统内其他电子元件模块的连接信息；

其中，所述电子元件模块的连接信息至少包括：该电子元件模块的电路接口当前的连接情况。

应用本申请方案，电路接口负责实现本模块与其他模块之间的基本电路连接、检测单元能够检测出本模块的连接信息、通信接口可以将本模块的连接信息以数据包的形式对外发出。这样，通过接收系统中所有模块发出的连接信息，也就相当于获知了系统中各个模块的电路连接关系，后续无论是以文本、表格形式保存该电路连接关系，还是根据电路连接关系进一步绘制出电路图，都能够更好地满足用户的应用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请中电子元件模块的一种结构示意图；

图2为本申请中模块连接方式的一种示意图；

图3为本申请中管理模块的一种结构示意图；

图4为本申请中管理模块的第二种结构示意图；

图5为本申请电子元件中模块的第二种结构示意图；

图6为本申请电子元件中模块的第三种结构示意图；

图7为本申请模块化电路系统的一种结构示意图。

具体实施方式

发明人在研究过程中发现，对于“电子积木”这类模块化的电路产品，“电路→电路图”的需求实际也是普遍存在的，举例如下：

1）用户很随意地用拼装了一套系统，发现实现了某种功能，于是希望得知该系统实际对应的电路连接情况，以便于记录或进一步修改；然而受现有技术的限制，用户只能靠理解或记忆自行手动绘制电路图。但由于用户搭建的过程就是比较随意的，因此要反过来绘制电路图往往是很困难的，事实上，有些用户（例如刚刚接触电路的学生）可能根本就不具有自己绘制电路图的能力。

2）学生按照教师要求拼装了一套系统，老师需要对拼装结果进行检查；但是以积木形式拼装的电路可能本身并不便于直接检查，特别是在学生很多的情况下，需要教师在“检查”方面花费大量精力。可以想象，如果在学生搭建好系统后，能够自动生成对应的电路图，那么教师的工作效率会显著提高。

类似的“电路→电路图”需求场景还有很多，这里不再一一列举，针对上述需求，本申请提供的一种模块化电路系统及其电路模块，从而实现电路图自动绘制的功能。

本申请所提供的模块化电路系统，由若干电子元件模块组成，每个电子元件模块内都封装有具体特定功能电子元件，例如电阻、电容、二极管、喇叭、灯泡、RC电路等等。可以理解的是，本申请所提供的模块化电路系统，并不是从“具体构成元件”或“连接方式”的角度进行限定，而是从“模块协作关系”的整体角度进行说明。

图1所示，为本申请所提供的电子元件模块的结构示意图，该模块包括：电路接口130、检测单元120和通信接口110；

电路接口130，与模块内部封装的电子元件管脚相对应，例如，电阻模块应该具有两个电路接口、三极管模块应该具有三个电路接口……等等。不同的电子元件模块之间，通过电路接口实现电路连接。

对于任意两个电子元件模块，其具体的连接形式，可以是将两个电子元件模块的接口直接对接，也可以是通过导线等其他方式连接，事实上，在一些模块化电路系统中，将“导线”也视为一种模块。本申请实施例中并不需要对“电路连接”的具体实现形式进行限定。

检测单元120的作用是检测电路接口130上当前所连接的其他电子元件模块。电子元件模块之间通过电路接口实现电路连接之后，检测单元120可以检测出自身所在模块的电路接口上当前连接的对象。例如，对于电源、电阻、灯泡三种模块，标识分别为ID1、ID2、ID3，三者都分别具有两个电路接口，假设三者按照如图2所示的方式串联，则三个模块自身的检测单元检测结果为：

电源模块：电路接口1连接ID2、电路接口2连接ID3；

电阻模块：电路接口1连接ID1、电路接口2连接ID3；

灯泡模块：电路接口1连接ID2、电路接口2连接ID1；

通信接口110具有数据收发功能，用于实现模块之间的数据交互。根据本申请的方案，每个电子元件模块都具有标识信息，该标识信息除了用于区分该模块的类型之外，还可以用来标识模块的通信身份，因此，模块之间可以利用该标识信息，实现通信数据的定向收发。其中，模块间通信的具体实现形式，可以是有线通信方式，也可以是无线通信方式，例如蓝牙、zigbee等等。

根据本申请的方案，通信接口的110的基本功能应该包括：对外传输本模块的连接信息。这里的连接信息至少应该包括本模块的电路接口当前的连接情况，即本模块的检测单元120所检测到的信息。

根据上述说明可以看出，电路接口130、检测单元120和通信接口110三者的基本协作关系为：电路接口130负责实现本模块与其他模块之间的基本电路连接、检测单元120能够检测出本模块的连接信息、通信接口110可以将本模块的连接信息以数据包的形式对外发出。这样，通过接收系统中所有模块发出的连接信息，也就相当于获知了系统中各个模块的电路连接关系，后续无论是以文本、表格形式保存该电路连接关系，还是根据电路连接关系进一步绘制出电路图，都能够更好地满足用户的应用需求。

本申请实施例还提供一种管理模块，用于统一搜集系统中其他电子元件模块的连接信息，参见图3所示，该管理模块可以包括通信接口210和连接信息统计单元220；

通信接口210具有数据收发功能，用于实现管理模块与系统内其他电子元件模块之间的数据交互；与电子元件模块类似，管理模块本身也具有标识信息，因此管理模块可以与系统内其他电子元件模块进行通信。在实际实施过程中，管理模块的通信接口210和普通电子元件模块的通信接口110可以采用完全相同的通信实现方式，例如有线或无线方式等等。

连接信息统计单元220的作用是利用本模块的通信接口，获取系统内其他电子元件模块的连接信息。这里的连接信息至少应该包括相应的电子元件模块的电路接口当前的连接情况，即其他模块的检测单元所检测到的信息。

其中，管理模块和普通电子元件模块可以采用以下方式进行数据交互：

方式1：

假设当前用户已经拼装好一套电路系统，管理模块首先通过自身的通信接口广播一条查询指令，这条广播的指令可以被当前加入系统的所有模块接收到。

其他电子元件模块接收到该查询指令后，将自身的标识以及连接信息通过自身的通信接口上报至管理模块。上报数据的基本格式如下：

[本模块ID，电路接口1连接情况，电路接口2连接情况，……]

管理模块接收到各个普通电子元件模块上报的内容后，即完成了各个普通电子元件模块连接信息的搜集。

方式2：

管理模块，首先获取系统中存在的其他电子元件模块的标识，然后通过自身的通信接口广播携带该标识的查询指令；

与该标识对应的电子元件模块接收到该查询指令后，将自身的连接信息通过自身的通信接口上报至管理模块。

这种方式与方式1的区别在于，管理模块事先能够以某种方式得知当前系统中接入了那些电子元件模块，然后直接在通信接口广播携带这些标识的查询指令。

以上仅例举了两种典型的管理模块和普通电子元件模块基本交互方式，可以理解的是，在实际应用中，管理模块和普通电子元件模块还可以采用其他改进的方式进行交互，例如：管理模块先查询某一目标模块的输入接口、再查询该模块的输出接口；或者管理模块先统一查询所有目标模块的输入接口、再统一查询所有模块的输出接口，等等，这些改进也都应该视为本申请所要求的保护范围。

参见图4所示，在本申请的一种实施方式中，该管理模块中还可以包括绘制单元230，用于对连接信息统计单元220获取到的电路连接信息做进一步的绘制处理，以得到相应的电路连接图。

在实际的实施过程中，绘制单元230可以被设计成自身具有绘制功能，也可以被设计成自身不具有绘制功能、而是将连接信息统计单元220获取到的信息进一步上传至某个外接的绘制设备，以便后续由该设备绘制设备跟据上传的信息绘制电路连接图。

这里所说的“绘制设备”可以是专业的绘图仪器，而更典型的应用方案可以是PC机、平板电脑、手机等设备，通过常规的方式（USB、网线、wifi、蓝牙等等）将这些设备与管理模块进行数据连接，并且在这些设备中预先安装有相应的客户端软件，管理模块的绘制单元230完成数据上传后，客户端软件根据每个模块的电路连接信息，就可以获知整个模块化电路的连接情况，进而绘制出电路图。

如果这些设备本身具有接入网络的功能，则还可以进一步将绘制出的电路图上传到网络上或者发送给特定用户，以满足“设计思路分享”、“学生交作业”等各种需求。当然，这些本身属于客户端软件的功能，在本实施例里仅作示意性说明。

在功能比较简单的模块化电路系统中，每个电子元件模块的相应的特征参数（例如电阻的阻值、电池的容量等等）都是固定的。这种情况下，只要在各个电子元件模块的“连接信息”中包括该电子元件模块的电路接口当前的连接情况，就可以根据该电子元件的标识，确定其固定的特征参数，进而绘制出电路图。然而在一些比较高级的模块化电路系统中，一些模块的特征参数是允许配置的，这种情况下，可以对“连接信息”做进一步的要求，即：各个电子元件模块的“连接信息”中，除了包括该电子元件模块的电路接口当前的连接情况之外，还应该包括该电子元件模块当前的配置参数，例如可变电阻的阻值、可变电池的容量等等。根据这些信息所绘制的电路图，除了可以体现电子元件之间的连接关系之外，还可以体现各个元件的当前配置参数，从而满足用户的进一步分析需求。

需要说明的是，在有些应用场景下，用户可能仅需要得知当前电路中有那些元件、每个元件的输入输出端口当前分别连接的是什么，这种情况下，可能仅以文本、表格等形式提供电路连接关系即可满足应用需求，并不一定要求实际绘制出电路图，因此上述的绘制单元230仅是本申请方案的一种优选实施方式，并不应该理解为对本申请方案的限定。

以上从模块功能逻辑的角度，分别介绍了“普通电子元件模块”和“管理模块”两种装置，在实际的应用过程中，二者既可以被设计在不同的物理模块中，也可以被设计在同一个物理模块中。

图5所示为将“普通电子元件模块”和“管理模块”整合设计在同一物理实体的一种结构示意图。可见，该模块实际是将图1和图3所示结构的“通信接口”整合。也可以认为：在普通电子元件模块的基础上，增加了连接信息统计单元140，该单元在功能上相当于前述的连接信息统计单元220，使得该整合的电子元件模块在承担电路组成成员的同时，还具有管理模块的“连接信息统计”功能。

理论上讲，每一个电子元件模块都可以整合连接信息统计单元140，但是从实际应用角度考虑，一个电路系统中只需要有一个模块具有“连接信息统计功能”就足够了，另外从成本的角度考虑，将每一个电子元件模块都整合“连接信息统计功能”也并不现实。综合考虑以上因素，一种比较合适的方案是：将“连接信息统计功能”整合到少数比较常用的电子元件模块中，例如整合到电源模块中。电源模块在绝大多数电路中都要配置，而且配置的数量一般是一个，因此将“连接信息统计功能”整合到电源模块中能够很好地满足实用性与成本方面的需求。

图6进一步示出了在整合的模块中添加“绘制单元”的方案，其中绘制单元150在功能上相当于前述的绘制单元230，使得该整合的电子元件模块进一步具有自行绘图或上传相应数据至绘图设备的功能。具体的描述请参见前面的实施例，这里不再重复说明。

以上介绍的仅是几种可选择的具体实施方式，本申请方案并不需要对“普通电子元件模块”与“管理模块”的独立或整合设计方式进行限定。

另外可以理解的是，本申请实施例重点说明的是与现有技术的区别特征，而与现有技术相同、或相似的特征并不需要一一进行描述，这些内容也不应构成对本申请方案的限制，每个模块采用电池或总线的方式进行供电、模块之间通过螺丝、卡扣、磁铁等方式进行拼装固定，等等，本领域技术人员可以根据实际需求灵活选择。

下面以一个实际的例子，对本申请所提供的模块化电路系统工作方式进行说明：

参见图7所示，假设系统当前包括以下四个模块：

功能独立的管理模块，ID为111

电池模块，ID为222

灯泡模块，ID为333

电机模块，ID为444

模块之间均以I2C数据总线的方式进行通信。

除管理模块之外，其他三个电子元件模块的电路连接方式为：电池模块222的输出端口连接电灯模块333和电机模块444。

智能手机000上装有客户端程序，智能手机000与管理模块111经USB或蓝牙等方式配对连接后，向管理模块000发送送指令，要求上传其电子模块的组合方式。

1）管理模块111首先检测到自身电路输出接口连接的模块ID为222，于是添加记录：

[模块111，输入接口null，输出接口222]

由于发现了新增的模块ID222，于是在数据总线发起目标模块为222的查询指令；

2）电池模块222在数据总线上接到该指令，发现该指令要求目标ID222与自己的相同，开始进行输入和输出接口检测，检测结果为：

[输入接口：111,输出接口：333、444]

电池模块222将上述检测结果数据通过数据总线回复给管理模块111；

3）管理模块111接收到电池模块222上传的数据，将该数据添加至记录中，由于发现了新增的模块ID333和444，于是在数据总线分别发起目标模块为333和444的查询指令；

4）灯泡模块333在数据总线上接到目标333的查询指令，发现该目标ID与自己的ID相同，开始进行输入和输出接口检测，检测结果为：

[输入接口：222,输出接口：null]

灯泡模块333将上述检测结果数据通过数据总线回复给管理模块111；

5）电机模块444在数据总线上接到目标444的查询指令，发现该目标ID与自己的ID相同，开始进行输入和输出接口检测，检测结果为：

[输入接口：222,输出接口：null]

电机模块444将上述检测结果数据通过数据总线回复给管理模块111；

6）管理模块111分别接收到灯泡模块333和电机模块444上传的数据，将该数据添加至记录中，由于没有发现信息的模块ID，于是停止进行连接信息的统计，最终的统计结果如表1所示：

模块	输入接口	输出接口
			111	null	222
222	111	333、444
			333	222	null
444	222	null

表1

7）管理模块111将表1的数据回传给智能手机000，智能手机000上的客户端程序根据表1的数据，可以分别查询出：222为电池模块、333为灯泡模块、444为电机模块，相应也可以获知各个模块的管脚分布情况，进而就可以直接绘制出相应的电路连接图。

可以理解的是，本实施例中，管理模块111与其他电子元件模块是独立的，而管理模块111本身并不参与电路系统的构成，因此在绘制电路图的过程中，可以自动忽略与管理模块111相关的部分。

可选地，如果电子元件模块本身具有参数配置的功能，则该模块在回复管理模块的查询指令时，可以一并将当前的参数配置值回复给管理模块。例如，电池模块222回复的数据可以是：

[输入接口：111,输出接口：333、444，参数1：6]

客户端程序根据ID222可以查询出222为电池模块、并且参数1为电池的电压，就可以在电路图上进一步体现出电池的电压信息。

上面实施例中，是假设管理模块111并不知道当前电路系统中存在哪些成员，因此需要管理模块首先发起询问操作。事实上，如果采用另外一种设计：用户将模块拼入系统后，该模块就会向管理模块报告自己的ID，这种情况下，管理模块事先就得知当前电路系统中存在哪些成员，这种情况下，管理模块可以一次性直接将所有成员的ID都广播出去，各成员接收到相应的查询指令后，各自将自身的连接信息回复给管理模块，从而省去了逐模块询问的操作。

需要说明的是，上述采用I2C数据总线实现模块间通信的方式，仅用于示意性说明，而并非本申请方案的唯一实现方式，事实上，采用其他数据总线、甚至蓝牙、Zigbee等无线方式均可以实现模块件的数据通信，本领域技术人员可以根据需求自行选择，本申请实施例对此不需要进行限制。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (15)

1.一种模块化电路系统，该系统由多个电子元件模块组成，其特征在于：

每个电子元件模块包括：电路接口、检测单元和通信接口；

所述电路接口与电子元件自身的管脚相对应，电子元件模块之间通过电路接口实现电路连接；

所述检测单元用于检测本模块电路接口所连接的其他电子元件模块；

所述通信接口具有数据收发功能，用于对外传输本模块的连接信息，其中，所述连接信息至少包括：该电子元件模块的电路接口当前的连接情况。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述电子元件模块的连接信息还包括：该电子元件模块当前的配置参数。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，

所述系统还包括管理模块，该管理模块至少包括通信接口和连接信息统计单元；

所述通信接口具有数据收发功能，用于实现管理模块与系统内其他电子元件模块之间的数据交互；

所述连接信息统计单元，用于通过所述通信接口，获取系统内其他电子元件模块的连接信息。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，

所述管理模块独立于电子元件模块；

或者

所述系统的至少一个电子元件模块中，包括所述连接信息统计单元。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，

所述管理模块，通过自身的通信接口广播查询指令；

其他电子元件模块接收到该查询指令后，将自身的标识以及连接信息通过自身的通信接口上报至管理模块。

6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，

所述管理模块，首先获取系统中存在的其他电子元件模块的标识，然后通过自身的通信接口广播携带该标识的查询指令；

与该标识对应的电子元件模块接收到该查询指令后，将自身的连接信息通过自身的通信接口上报至管理模块。

7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，

所述管理模块中还包括绘制单元，用于在所述信息统计单元获取到系统内其他电子元件模块的连接信息后，

根据所获取的信息，绘制出当前系统对应的电路连接图；

或者

将所获取的信息进一步上传至绘制设备，后续由该设备绘制设备跟据上传信息绘制当前系统对应的电路连接图。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述通信接口，通过数据总线方式实现系统内任意两个电子元件模块之间的数据通信；

或者

通过无线方式实现系统内任意两个电子元件模块之间的数据通信。

9.一种用于组建电路系统的电子元件模块，其特征在于，该模块包括：电路接口、检测单元和通信接口；

所述检测单元用于检测本模块电路接口所连接的其他电子元件模块；

所述通信接口具有数据收发功能，用于对外传输本模块的连接信息，其中，所述连接信息至少包括：该电子元件模块的电路接口当前的连接情况。

10.根据权利要求9所述的电子元件模块，其特征在于，

所述电子元件模块的连接信息还包括：该电子元件模块当前的配置参数。

11.根据权利要求9或10所述的电子元件模块，其特征在于，该模块还包括：

连接信息统计单元，用于通过所述通信接口，获取系统内其他电子元件模块的连接信息；

其中，所述电子元件模块的连接信息至少包括：该电子元件模块的电路接口当前的连接情况。

12.根据权利要求11所述的电子元件模块，其特征在于，该模块还包括：

绘制单元，用于在所述信息统计单元获取到系统内其他电子元件模块的连接信息后，

根据所获取的信息，绘制出当前系统对应的电路连接图；

或者

将所获取的信息进一步上传至绘制设备，后续由该设备绘制设备跟据上传信息绘制当前系统对应的电路连接图。

13.一种用于组建电路系统的管理模块，其特征在于，该模块包括通信接口和连接信息统计单元；

所述通信接口具有数据收发功能，用于实现管理模块与系统内其他电子元件模块之间的数据交互；

所述连接信息统计单元，用于通过所述通信接口，获取系统内其他电子元件模块的连接信息；

其中，所述电子元件模块的连接信息至少包括：该电子元件模块的电路接口当前的连接情况。

14.根据权利要求13所述的管理模块，其特征在于，

所述电子元件模块的连接信息还包括：该电子元件模块当前的配置参数。

15.根据权利要求13所述的管理模块，其特征在于，该模块还包括：

绘制单元，用于在所述信息统计单元获取到系统内其他电子元件模块的连接信息后，

根据所获取的信息，绘制出当前系统对应的电路连接图；

或者

将所获取的信息进一步上传至绘制设备，后续由该设备绘制设备跟据上传信息绘制当前系统对应的电路连接图。

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