CN106125626B - 用于智能电子积木的信号运算方法及其硬件模块 - Google Patents

用于智能电子积木的信号运算方法及其硬件模块 Download PDF

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Abstract

本发明提供用于智能电子积木的信号运算方法及其硬件模块，所述方法通过接收来自上位积木模块输出的一路或者多个电压信号，经过模数转换器，将电压信号转换为数字信号，一路或者多路数字信号在处理器中根据设定的运算规则（逻辑运算、数学运算等）的处理，得到的运算结果为数字信号，该数字信号经过数模转换器，转换为电压信号，从输出端输出给下位积木模块。所述模块主要包括：输入端、输出端、模数转换器、模块处理器、数模转换器等。本发明的信号运算硬件模块，提供了电路板的封装部件，提供积木模块的安装结构，实现智能积木模块的标准安装结构，便于积木模块之间的自由拼接。本发明使得智能积木模块，搭接结构简洁，使用方便。

Description

用于智能电子积木的信号运算方法及其硬件模块
技术领域
本发明涉及智能玩具技术领域，具体涉及用于智能电子积木的信号产生和调节方法及其硬件模块。
背景技术
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。为了实现用户根据电路原理自由设计各种电路结构，有必要提出了用于智能电子积木的信号运算方法及硬件模块。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，提出了用于智能电子积木的信号运算方法及其硬件模块，通过接收来自上位积木模块输出的一路或者多个电压信号，经过模数转换器，将电压信号转换为数字信号，一路或者多路数字信号在处理器中根据设定的运算规则（逻辑运算、数学运算等）的处理，得到的运算结果为数字信号，该数字信号经过数模转换器，转换为电压信号，从输出端输出给下位积木模块。用于智能电子积木的信号运算硬件模块，提供了电路板的封装部件，提供积木模块的安装结构，实现智能积木模块的标准安装结构，便于积木模块之间的自由拼接。
本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
用于智能电子积木的信号运算方法，其通过接收来自上位积木模块输出的一路或者多个电压信号，经过模数转换器，将电压信号转换为数字信号，一路或者多路数字信号在处理器中根据设定的的处理，得到的运算结果为数字信号，该数字信号经过数模转换器，转换为电压信号，从输出端输出给下位积木模块； 具体包括如下步骤：
1）智能积木系统的调节器通过数据总线对处理器进行参数设置，设定处理器的运算规则，并将参数存储在处理器的内部存储中，运算规则包括逻辑运算和数学运算；
2）处理器根据运算规则读取一路或者多路输入信号；所输入的信号经过模数转换器转变为数字信号；如果是单目运算（如逻辑非运算），则读取一路信号输入信号；如果是双目运算（例如逻辑或运算，逻辑与运算，逻辑异或运算，加减运算等），同时读取两路输入信号；
3）处理器对数字信号进行数学运算或者逻辑运算，所要开展的数学运算或者逻辑运算由调节器设定；处理器完成的运算结果是数字信号；
4）处理器输出的数字信号经过数模转换器变换为电压信号，并通过信号总线对外输出；
5）处理器通过数据总线实时监控数模转换器的输出信号，并与处理器的运算值进行比较，如果出错则反馈给处理器。
实现所述的用于智能电子积木的信号运算方法的硬件结构，包括输入端、输出端、模数转换器、模块处理器、数模转换器、下壳体、上壳体和电路板；
所述输入端包括高电平输入端、数据总线输入端、信号输入端和低电平输入端；所述输出端包括高电平输出端、数据总线输出端、信号输出端和低电平输出端；每一路信号输入端都连接了一个模数转换器，将输入的电压信号转换为数字信号，生成的数字信号作为处理器的信号来源；一路或者多路信号在处理器中进行运算，得到的结果输出给数模转换器，将数字信号转换为电压信号从信号输出端输出给下位积木模块；
数据总线输入端和数据总线输出端所连接的数据总线，是整个积木系统的共同通讯总线，该总线采用单工方式收发数据；数据总线传输由调节器所产生的数据，所述数据用途包括对智能积木模块的处理器进行逻辑与、逻辑或、逻辑非等运算规则进行设定；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；数据总线与处理器连接，处理器通过数据总线与调节器双向通讯；调节器通过数据总线对处理器的运算规则进行设置；
所述处理器、模数转换器和数模转换器组件封装在电路板上；输入端和输出端与电路板连通；电路板连接固定并封装在下壳体和上壳体中间，仅有输入端和输出端的8个或者12个接头（多路输入信号的情况）露出在壳体外部与其他积木模块连接；
下壳体在靠近输出端接头的部位设置了接头凸台，在靠近输入端接头的部位设置了接头凹槽；积木模块的接头凸台可与另一个积木模块的接头凹槽组装配合；下壳体在底面设置了安装凹槽；上壳体在顶面设置了安装凸台；一个积木模块的安装凸台可与另一个积木模块的安装凹槽组装配合。
进一步地，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；调节器的通讯接口包括数据总线输出端和信号输出端，这两个接口能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。
进一步地，对于单目运算，只需要一个输入端和一个输出端；对于双目运算，需要两个输入端和一个输出端。
进一步地，处理器能处理如下运算：逻辑非运算，该运算规则是将高电平转换为低电平，将低电平转换为高电平；逻辑或运算，对两组输入信号进行判断，同时为低电平时输出低电平，其他情况输出高电平；逻辑与运算，对两组输入信号进行判断，同时为高电平时输出高电平，其他情况输出低电平；逻辑异或运算，对两组输入信号进行判断，两组信号为一个高电平一个低电平，则输出高电平，否则输出低电平。
相对于现有技术，本发明具有以下优点和技术效果：
本发明通过接收来自上位积木模块输出的一路或者多个电压信号，经过模数转换器，将电压信号转换为数字信号，一路或者多路数字信号在处理器中根据设定的运算规则（逻辑运算、数学运算等）的处理，得到的运算结果为数字信号，该数字信号经过数模转换器，转换为电压信号，从输出端输出给下位积木模块。用于智能电子积木的信号运算硬件模块，提供了电路板的封装部件，提供积木模块的安装结构，实现智能积木模块的标准安装结构，便于积木模块之间的自由拼接。本发明使智能积木模块搭接结构简洁，使用灵活方便。
附图说明
图1是实例中用于智能电子积木的双目信号运算方法的原理图。
图2是实例中用于智能电子积木的单目信号运算方法的原理图。
图3是实例中用于智能电子积木的信号运算方法的流程图。
图4是实例中用于智能电子积木的双目信号运算硬件模块结构一侧的示意图。
图5是实例中用于智能电子积木的双目信号运算硬件模块结构的另一侧示意图。
图6是实例中用于智能电子积木的双目信号运算硬件模块的结构示意图（移除上盖）。
图7是实例中用于智能电子积木的单目信号运算硬件模块结构一侧的示意图。
图8是实例中用于智能电子积木的单目信号运算硬件模块结构另一侧的示意图。
图9是实例中用于智能电子积木的单目信号运算硬件模块的结构示意图（移除上盖）。
图10是实例中双目信号运算硬件模块与其他积木模块连接的结构示意图。
图中：1-输入端；2-输出端；3-模数转换器；4-模块处理器；5-数模转换器；6-下壳体；7-接头凸台；8-上壳体；9-安装凸台；10-接头凹槽；11-安装凹槽；12-电路板。
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2所示，用于智能电子积木的信号运算的硬件模块，主要包括：输入端1、输出端2、模数转换器3、模块处理器4、数模转换器5等。其连接方式如下：
所述输入端1包括高电平输入端A1、数据总线输入端B1、信号输入端C1和低电平输入端D1；所述输出端2包括高电平输出端A2、数据总线输出端B2、信号输出端C2和低电平输出端D2。对于单目运算，只需要一个输入端1和一个输出端2；对于双目运算，需要两个输入端1和一个输出端2。每一路信号输入端C1都连接了一个模数转换器3，将输入的电压信号转换为数字信号，生成的数字信号作为处理器4的信号来源；一路或者多路信号在处理器4中进行运算，得到的结果输出给数模转换器4，将数字信号转换为电压信号从信号输出端C2输出给下位积木模块。
数据总线输入端B1和数据总线输出端B2所连接的数据总线，是整个积木系统的共同通讯总线，该总线采用单工方式收发数据；数据总线传输由调节器所产生的数据，所述数据用途包括对智能积木模块的处理器进行逻辑与、逻辑或、逻辑非等运算规则进行设定；数据总线输入端B1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B2与下位智能积木模块连接，向下传递数据；数据总线与处理器4连接，处理器4通过数据总线与调节器双向通讯。调节器通过数据总线对处理器的运算规则进行设置。
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；调节器的通讯接口包括数据总线输出端和信号输出端，这两个接口能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。
如图4，用于智能电子积木的信号运算方法的硬件模块还包括下壳体6、上壳体8、电路板12等主要部件。
如图5~图9，所述处理器4、模数转换器3和数模转换器5组件封装在电路板12上；输入端1和输出端2与电路板12连通；电路板12连接固定并封装在下壳体6和上壳体8中间，仅有输入端和输出端的8个或者12个接头（多路输入信号的情况）露出在壳体外部与其他积木模块连接。
下壳体6在靠近输出端接头的部位设置了接头凸台7，在靠近输入端接头的部位设置了接头凹槽10；积木模块的接头凸台7可与另一个积木模块的接头凹槽10组装配合。下壳体6在底面设置了安装凹槽11；上壳体8在顶面设置了安装凸台9；一个积木模块的安装凸台9可与另一个积木模块的安装凹槽11组装配合。
如图3，用于智能电子积木的信号运算方法，通过接收来自上位积木模块输出的一路或者多个电压信号，经过模数转换器，将电压信号转换为数字信号，一路或者多路数字信号在处理器中根据设定的运算规则（逻辑运算、数学运算等）的处理，得到的运算结果为数字信号，该数字信号经过数模转换器，转换为电压信号，从输出端输出给下位积木模块。
用于智能电子积木的信号运算方法的主要步骤如下：
1）智能积木系统的调节器通过数据总线对处理器4进行参数设置，设定处理器的运算规则，并将参数存储在内部存储中，运算规则包括逻辑运算和数学运算。
2）处理器4根据运算规则读取一路或者两路输入信号；所输入的信号经过模数转换器3转变为数字信号。如果是单目运算（如逻辑非运算）读取信号输入模块1的信号；如果是双目运算（例如逻辑或运算，逻辑与运算，逻辑异或运算，加减运算等），同时读取两路输入信号。
3）处理器（4）对数字信号进行数学运算或者逻辑运算，所要开展的数学运算或者逻辑运算由调节器设定；处理器完成的运算结果是数字信号。
4）处理器输出的数字信号经过数模转换器5变换为电压信号，并通过信号总线对外输出。
5）处理器4通过数据总线实时监控数模转换器的输出信号，并与处理器的运算值进行比较，如果出错则反馈给处理器4。
所述的用于智能电子积木的运算方法的硬件模块中，处理器4可以处理逻辑非运算，该运算规则是将高电平转换为低电平，将低电平转换为高电平。处理器4可以处理逻辑或运算，对两组输入信号进行判断，同时为低电平时输出低电平，其他情况输出高电平。处理器4可以处理逻辑与运算，对两组输入信号进行判断，同时为高电平时输出高电平，其他情况输出低电平。处理器4可以处理逻辑异或运算，对两组输入信号进行判断，两组信号为一个高电平一个低电平，则输出高电平，否则输出低电平。
作为一种实例，图10是实例中双目信号运算硬件模块与其他积木模块连接的结构示意图，图中包括两个信号输入模块101，本发明的用于智能电子积木的信号运算的硬件模块102，输出信号接收模块103，调节器接头104和调节器105。
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.用于智能电子积木的信号运算方法，其特征在于通过接收来自上位积木模块输出的一路或者多个电压信号，经过模数转换器，将电压信号转换为数字信号，一路或者多路数字信号在处理器中根据设定的运算规则处理，得到的运算结果为数字信号，该数字信号经过数模转换器，转换为电压信号，从输出端输出给下位积木模块；具体包括如下步骤：
1）智能积木系统的调节器通过数据总线对处理器（4）进行参数设置，设定处理器的运算规则，并将参数存储在处理器（4）的内部存储中，运算规则包括逻辑运算和数学运算；
2）处理器（4）根据运算规则读取一路或者多路输入信号；所输入的信号经过模数转换器（3）转变为数字信号；如果是单目运算，则读取一路输入信号；如果是双目运算，同时读取两路输入信号；
3）处理器（4）对数字信号进行数学运算或者逻辑运算，所要开展的数学运算或者逻辑运算由调节器设定；处理器完成的运算结果是数字信号；
4）处理器输出的数字信号经过数模转换器（5）变换为电压信号，并通过信号总线对外输出；
5）处理器（4）通过数据总线实时监控数模转换器的输出信号，并与处理器的运算值进行比较，如果出错则反馈给处理器（4）。
2.实现权利要求1所述的用于智能电子积木的信号运算方法的硬件模块，其特征在于包括：输入端（1）、输出端（2）、模数转换器（3）、模块处理器（4）、数模转换器（5）、下壳体（6）、上壳体（8）和电路板（12）；
所述输入端（1）包括高电平输入端（A1）、数据总线输入端（B1）、信号输入端（C1）和低电平输入端（D1）；所述输出端（2）包括高电平输出端（A2）、数据总线输出端（B2）、信号输出端（C2）和低电平输出端（D2）；每一路信号输入端（C1）都连接了一个模数转换器（3），将输入的电压信号转换为数字信号，生成的数字信号作为处理器（4）的信号来源；一路或者多路信号在处理器（4）中进行运算，得到的结果输出给数模转换器（5），将数字信号转换为电压信号从信号输出端（C2）输出给下位积木模块；
数据总线输入端（B1）和数据总线输出端（B2）所连接的数据总线，是整个积木系统的共同通讯总线，该总线采用单工方式收发数据；数据总线传输由调节器所产生的数据，所述数据用途包括对智能积木模块的处理器进行逻辑与、逻辑或、逻辑非运算规则进行设定；数据总线输入端（B1）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（B2）与下位智能积木模块连接，向下传递数据；数据总线与处理器（4）连接，处理器（4）通过数据总线与调节器双向通讯；调节器通过数据总线对处理器的运算规则进行设置；
所述处理器（4）、模数转换器（3）和数模转换器（5）组件封装在电路板（12）上；输入端（1）和输出端（2）与电路板（12）连通；电路板（12）连接固定并封装在下壳体（6）和上壳体（8）中间，仅有输入端和输出端的8个或者12个接头露出在壳体外部与其他积木模块连接；
下壳体（6）在靠近输出端接头的部位设置了接头凸台（7），在靠近输入端接头的部位设置了接头凹槽（10）；积木模块的接头凸台（7）可与另一个积木模块的接头凹槽（10）组装配合；下壳体（6）在底面设置了安装凹槽（11）；上壳体（8）在顶面设置了安装凸台（9）；一个积木模块的安装凸台（9）可与另一个积木模块的安装凹槽（11）组装配合。
3.根据权利要求2所述的硬件模块，其特征在于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；调节器的通讯接口包括数据总线输出端和信号输出端，这两个接口能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。
4.根据权利要求2所述的硬件模块，其特征在于：对于单目运算，所述硬件模块只需要一个输入端（1）和一个输出端（2）；对于双目运算，需要两个输入端（1）和一个输出端（2）。
5.根据权利要求2所述的硬件模块，其特征在于：处理器（4）能处理如下运算：逻辑非运算，该运算规则是将高电平转换为低电平，将低电平转换为高电平；逻辑或运算，对两组输入信号进行判断，同时为低电平时输出低电平，其他情况输出高电平；逻辑与运算，对两组输入信号进行判断，同时为高电平时输出高电平，其他情况输出低电平；逻辑异或运算，对两组输入信号进行判断，两组信号为一个高电平一个低电平，则输出高电平，否则输出低电平。
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