CN106110678A - 模块化智能电子积木的分布式数据传输和控制系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开模块化智能电子积木的分布式数据传输和控制系统与方法。系统包括高电平输入端、数据总线输入端、信号输入端、低电平输入端、高电平输出端、数据总线输出端、信号输出端、低电平输出端、模块中央处理器、高电平导线、数据总线、信号线、低电平导线、模数转换器、数模转换器、模块传感器和安装板。本发明利用总线控制和本地信号传递两种方式实现智能电子积木系统的数据传输和控制；每一个积木模块的总线串联之后形成一个全局的总线系统，由调节器通过总线系统对每一个积木模块进行控制。本发明可实现积木模块的任意形式和任意数量搭接，用户可根据自己的想法结合必要的电路原理实现智能系统的构建，搭接结构简洁，使用方便。

Description

模块化智能电子积木的分布式数据传输和控制系统与方法

技术领域

本发明涉及智能玩具技术领域，具体涉及模块化智能电子积木的分布式数据传输和控制系统与方法。

背景技术

目前的很多电路类实验产品都是以一种独立形式存在的，无法与机械结构类的产品一起使用，其拼接、电路连接都存在各种限制，使用者难以根据自己的需求和想法自由拼接，难以调动青少年儿童对于搭建结构以及电路原理的认知。而可自由组合、根据用户想法自由拼接的智能、模块化积木能解决前述问题。为了实现智能电子积木系统的数据传输和控制，有必要提供模块化智能电子积木的分布式数据传输和控制系统与方法，满足用户在进行积木拼接的过程中，感受电子控制电路带来的乐趣并学习相关知识。本发明的涉及的智能积木系统由多个智能积木模块（简称积木模块）构成。

发明内容

为了实现用户根据电路原理自由设计各种电路结构，实现智能电子积木系统的数据传输和控制，提出了一种满足模块化智能积木的分布式数据传输和控制系统及方法。

本发明至少通过如下技术方案之一实现。

模块化智能电子积木的分布式数据传输和控制系统，主要包括高电平输入端、数据总线输入端、信号输入端、低电平输入端、高电平输出端、数据总线输出端、信号输出端、低电平输出端、模块中央处理器、高电平导线、数据总线、信号线、低电平导线、模数转换器、数模转换器、模块传感器和安装板；

多个智能积木模块中的高电平导线和低电平导线以并联形式组成了智能电子积木模块的供电回路，高电平和低电平两条线形成电压差，供电回路包括了供电模块；积木模块中的模块中央处理器、模块传感器、模数转换器和数模转换器都通过并联的连接方式与高电平导线和低电平导线连接，并获得供电；高电平导线的两端与高电平输入端和高电平输出端连接，高电平输入端与上位智能积木模块的高电平输出端连接，获得电能供给；高电平输出端与下位智能积木模块的高电平输入端连接，为下位智能模块提供电能供给；低电平导线的一端与低电平输入端连接，该低电平输入端能与其他积木模块的低电平输出端接触连接；低电平导线的另一端与低电平输出端连接，该低电平输出端能与其他积木模块的低电平输入端接触连接。

数据总线是所有已连通智能积木模块的共同通讯总线，该总线采用单工方式收发数据；数据总线的数据由调节器调节控制；数据总线两端与数据总线输入端和数据总线输出端连接；数据总线输入端与上位智能积木模块连接，获得上位智能积木传递的数据；数据总线输出端与下位智能积木模块连接，向下传递数据；数据总线与模块中央处理器连接，模块中央处理器通过数据总线与调节器双向通讯；

信号输入端对外与上位智能积木模块的信号输出端连接，接收来自上位智能模块发出的信号，对内通过信号线与模数转换器连接，将上位智能积木模块的模拟信号传递给模数转换器；模数转换器根据设定的转换规则，将输入的模拟信号按照强度大小转换为数字信号，并通过信号线将数字信号传递给模块中央处理器；模块中央处理器根据设定的运算规则对数字信号进行运算；模块中央处理器将运算结果以数字信号通过信号线传递给数模转换器；数模转换器将数字信号按照设定的变换规则转换为模拟电信号，通过信号线从信号输出端输出；信号输出端与下位智能积木模块的信号输入端连接，并将信号传递给下位智能积木模块；

安装板是前述各部件的安装载体。

进一步实施地，模块传感器是红外传感器、光电传感器、声音传感器或体感传感器；模块传感器将所获得的物理量根据电信号强弱转化为数字信号，并传递给模块中央处理器进行处理。

用于所述模块化智能电子积木的分布式数据传输和控制系统的控制方法，模块中央处理器嵌入了唯一的类型代码，所述代码由一组8位的二进制数组成，每一种类型的智能模块分配一个唯一的类型代码，该代码可通过数据总线为调节器所识别；调节器根据智能积木的连接形式和顺序，为每一个积木模块分配唯一的编号代码，所述编号代码由一组8位数的二进制数组成；在一个由多个智能积木模块搭接的智能积木系统中，类型代码和编号代码共同组成了唯一的识别码；调节器通过数据总线以识别码控制每一个积木模块；调节器通过数据总线双向与智能积木模块通讯，并进行数据参数设定。

进一步实施地，该方法利用总线控制和本地信号传递两种方式实现智能电子积木系统的数据传输和控制；每一个积木模块的总线串联之后形成一个全局的总线系统，由调节器通过总线系统对每一个积木模块进行控制；本地智能积木模块中央处理器则接收上位智能积木模块的数据信号，采集本地传感器信号，并进行运算，通过信号线传递给下位积木模块，从而实现数据的分布式采集、传递。

进一步地，模块中央处理器通过调节器设定模数转换器、数模转换器和模块传感器的信号转换规则。

相对于现有技术，本发明具有以下优点和技术效果：

本发明模块化智能电子积木的分布式数据传输和控制方法，利用总线控制和本地信号传递两种方式实现智能电子积木系统的数据传输和控制；每一个积木模块的总线串联之后形成一个全局的总线系统，由调节器通过总线系统对每一个积木模块进行控制。本地模块中央处理器则接收上位积木模块的数据信号，采集本地传感器信号，并进行运算，通过信号线传递给下位积木模块，从而实现数据的分布式采集、传递。本发明的分布式数据传输和控制方法，可实现积木模块的任意形式和任意数量搭接，用户可根据自己的想法结合必要的电路原理实现智能系统的构建。总之，本发明的分布式数据传输和控制方法使得智能积木模块搭接结构简洁，使用灵活方便。

附图说明

图1是实例中模块化智能电子积木的分布式数据传输和控制系统的结构原理图。

图2是实例中模块化智能电子积木的系统连接方式示意图。

图3是实例中模块化智能电子积木的分布式数据传输和控制系统的结构示意图。

图4是实例中调节器的结构示意图。

图5是实例中供电模块的结构示意图。

图6是实例中智能电子积木的一个连接实例示意图。

图中：1-高电平输入端；2-数据总线输入端；3-信号输入端；4-低电平输入端；5-高电平输出端；6-数据总线输出端；7-信号输出端；8-低电平输出端；9-模块中央处理器；10-高电平导线；11-数据总线；12-信号线；13-低电平导线；14-模数转换器；15-数模转换器；16-模块传感器；17-安装板；18-调节器；19-供电模块。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此，以下若有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现的。

如图1～图6所示，本实例提供的模块化智能电子积木的分布式数据传输和控制系统，主要包括高电平输入端1、数据总线输入端2、信号输入端3、低电平输入端4、高电平输出端5、数据总线输出端6、信号输出端7、低电平输出端8、模块中央处理器9、高电平导线10、数据总线11、信号线12、低电平导线13、模数转换器14、数模转换器15、模块传感器16、安装板17等部件。

多个智能积木模块的高电平导线10和低电平导线13以并联形式组成了智能电子积木模块的供电回路，高电平和低电平两条线形成电压差，所有需要供电的元件的高压端接在高电平线上，低压端接在低电平线上，供电回路包括了供电模块19；积木模块中的模块中央处理器9、模块传感器16、模数转换器14和数模转换器15都通过并联的连接方式与高电平导线10和低电平导线13连接，并获得供电；高电平导线10的两端与高电平输入端1和高电平输出端5连接，高电平输入端1与上位智能积木模块的高电平输出端连接，获得电能供给；高电平输出端5与下位智能积木模块的高电平输入端连接，为下位智能模块提供电能供给；低电平导线13的一端与低电平输入端4连接，该低电平输入端4可与其他积木模块的低电平输出端8接触连接；低电平导线13的另一端与低电平输出端8连接，该低电平输出端可与其他积木模块的低电平输入端4接触连接。由多个智能积木模块组成的分布式智能积木系统组成的高电平导线和低电平导线，分别与供电模块的高电平输出端和低电平输出端连接，获得供电模块的输出电能。

数据总线11是所有已连通智能积木模块的共同通讯总线，该总线采用单工方式收发数据；数据总线11的数据由调节器18调节控制；如图4，所述调节器自身包括处理器、LCD显示屏、按键输入、通讯接口和供电接口等；调节器的通讯接口包括数据总线输出端和信号输出端，这两个接口可以将调节器的处理器的输出信号传递到智能积木中的数据总线和信号线；调节器的供电接口包括了低电平输入端和高电平输入端，这两个输入端分别与智能积木系统的低电平导线和高电平导线连通，获得供电模块的供电。调节器的处理器内嵌了处理程序，用户可通过调节器设有的按键作为信息输入端，通过调节器进行信息的编码，并通过通讯接口输出以及对智能积木模块进行设定。调节器的LCD显示屏是调节器的显示端。

数据总线11两端与数据总线输入端2和数据总线输出端6连接；数据总线输入端2与上位智能积木模块连接，获得上位智能积木传递的数据；数据总线输出端6与下位智能积木模块连接，向下传递数据；数据总线11与模块中央处理器9连接，模块中央处理器9通过数据总线11与调节器18双向通讯。

信号输入端3对外与上位智能积木模块的信号输出端连接，对内通过信号线12与模数转换器14连接，将上位智能积木模块的模拟信号传递给模数转换器14；模数转换器14根据设定的转换规则，将输入的模拟信号按照强度大小转换为数字信号，并通过信号线12将数字信号传递给模块中央处理器9；模块中央处理器9根据设定的运算规则对数字信号进行运算；模块中央处理器9将运算结果以数字信号通过信号线12传递给数模转换器15；数模转换器15将数字信号按照设定的变换规则转换为模拟电信号，通过信号线12从信号输出端7输出；信号输出端7与下位智能积木模块的信号输入端连接，并将信号传递给下位智能积木模块。

安装板17是前述各部件的安装载体。

实例中，智能电子积木模块设置有模块传感器16，模块传感器16可以是红外传感器、光电传感器、声音传感器、体感传感器等可以获得物理量的传感器；模块传感器16将所获得的物理量根据电信号强弱转化为数字信号，并传递给模块中央处理器9进行处理。

模块化智能电子积木的分布式数据传输和控制系统的控制方法中，模块中央处理器9嵌入了唯一的类型代码，所述代码由一组8位的二进制数组成，每一种类型的智能模块分配一个唯一的类型代码，该代码可通过数据总线11为调节器18所识别，例如红外传感模块分配的类型代码是00000001，蜂鸣器模块的类型代码为00000002，延时模块的类型代码是00000003等；调节器18根据智能积木的连接形式和顺序，为每一个积木模块分配唯一的编号代码，所述编号代码由一组8位数的二进制数组成，例如当前已连接的智能积木系统，按连接顺序，其编号依次分别为 00000001，00000002，00000003……；在一个搭接的智能积木系统中，类型代码和编号代码共同组成了唯一的识别码，例如当前已连接的智能积木系统中，依次包括了红外传感器，延时模块、蜂鸣器模块等，那么这三个模块所获得的识别码依次为 00000001 00000001，00000003 00000002，00000002 00000003……；调节器18通过数据总线11以识别码控制每一个智能积木模块；调节器18通过数据总线双向与智能积木模块通讯，并进行数据参数设定。

如图6，为调节器18、多个积木模块601拼接后与供电模块19连接的示意图。

模块中央处理器9通过调节器18设定模数转换器14、数模转换器15和模块传感器16的信号转换规则。本实例中，为了避免太多重复标记，位于图中模块中央处理器左右两侧且在同一水平线上的线条代表的含义为同一种线，在未特别说明的情况下，位于其他模块的左右两侧且在同一水平线上的线条代表的含义也为同一种线。

如上可见，本发明的分布式数据传输和控制方法使得智能积木模块搭接结构简洁，使用灵活方便。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.模块化智能电子积木的分布式数据传输和控制系统，其特征在于：主要包括安装在安装板（17）上的高电平输入端（1）、数据总线输入端（2）、信号输入端（3）、低电平输入端（4）、高电平输出端（5）、数据总线输出端（6）、信号输出端（7）、低电平输出端（8）、模块中央处理器（9）、高电平导线（10）、数据总线（11）、信号线（12）、低电平导线（13）、模数转换器（14）、数模转换器（15）、模块传感器（16）；

多个智能积木模块中的高电平导线（10）和低电平导线（13）以并联形式组成了智能电子积木模块的供电回路，高电平和低电平两条线形成电压差，供电回路包括了供电模块（19）；积木模块中的模块中央处理器（9）、模块传感器（16）、模数转换器（14）和数模转换器（15）都通过并联的连接方式与高电平导线（10）和低电平导线（13）连接，并获得供电；高电平导线（10）的两端与高电平输入端（1）和高电平输出端（5）连接，高电平输入端（1）与上位智能积木模块的高电平输出端连接，获得电能供给；高电平输出端（5）与下位智能积木模块的高电平输入端连接，为下位智能模块提供电能供给；低电平导线（13）的一端与低电平输入端（4）连接，该低电平输入端（4）能与其他积木模块的低电平输出端（8）接触连接；低电平导线（13）的另一端与低电平输出端（8）连接，该低电平输出端能与其他积木模块的低电平输入端（4）接触连接；

数据总线（11）是所有已连通智能积木模块的共同通讯总线，该总线采用单工方式收发数据；数据总线（11）的数据由调节器（18）调节控制；数据总线（11）两端与数据总线输入端（2）和数据总线输出端（6）连接；数据总线输入端（2）与上位智能积木模块连接，获得上位智能积木传递的数据；数据总线输出端（6）与下位智能积木模块连接，向下传递数据；数据总线（11）与模块中央处理器（9）连接，模块中央处理器（9）通过数据总线（11）与调节器（18）双向通讯；

信号输入端（3）对外与上位智能积木模块的信号输出端连接，接收来自上位智能模块发出的信号，对内通过信号线（12）与模数转换器（14）连接，将上位智能积木模块的模拟信号传递给模数转换器（14）；模数转换器（14）根据设定的转换规则，将输入的模拟信号按照强度大小转换为数字信号，并通过信号线（12）将数字信号传递给模块中央处理器（9）；模块中央处理器（9）根据设定的运算规则对数字信号进行运算；模块中央处理器（9）将运算结果以数字信号通过信号线（12）传递给数模转换器（15）；数模转换器（15）将数字信号按照设定的变换规则转换为模拟电信号，通过信号线（12）从信号输出端（7）输出；信号输出端（7）与下位智能积木模块的信号输入端连接，并将信号传递给下位智能积木模块。

2.根据权利要求1所述的模块化智能电子积木的分布式数据传输和控制系统，其特征在于：模块传感器（16）是红外传感器、光电传感器、声音传感器或体感传感器；模块传感器（16）将所获得的物理量根据电信号强弱转化为数字信号，并传递给模块中央处理器（9）进行处理。

3.用于权利要求1或2所述模块化智能电子积木的分布式数据传输和控制系统的控制方法，其特征在于：模块中央处理器（9）嵌入了唯一的类型代码，所述代码由一组8位的二进制数组成，每一种类型的智能模块分配一个唯一的类型代码，该代码可通过数据总线（11）为调节器（18）所识别；调节器（18）根据智能积木的连接形式和顺序，为每一个积木模块分配唯一的编号代码，所述编号代码由一组8位数的二进制数组成；在一个由多个智能积木模块搭接的智能积木系统中，类型代码和编号代码共同组成了唯一的识别码；调节器（18）通过数据总线（11）以识别码控制每一个积木模块；调节器（18）通过数据总线双向与智能积木模块通讯，并进行数据参数设定。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：利用总线控制和本地信号传递两种方式实现智能电子积木系统的数据传输和控制；每一个积木模块的总线串联之后形成一个全局的总线系统，由调节器通过总线系统对每一个积木模块进行控制；本地智能积木模块中央处理器（9）则接收上位智能积木模块的数据信号，采集本地传感器信号，并进行运算，通过信号线传递给下位积木模块，从而实现数据的分布式采集、传递。

5.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：模块中央处理器（9）通过调节器（18）设定模数转换器（14）、数模转换器（15）和模块传感器（16）的信号转换规则。