CN106160420A - 用于模块化智能电子积木的分布式供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种模块化智能电子积木的分布式供电系统，包括高电平输入端、低电平输入端、高电平输出端、低电平输出端、高电平导线、低电平导线、模块内部连接线、模块用电系统、安装板、电源控制器、电源、三通连接模块、输出端安装座和输入端安装座。本发明可根据积木系统的耗电部件数量，自由加载任意数量的供电模块，满足整个积木系统的供电要求。积木模块内部设置供电保护电路，确保多个供电模块同时加载后电路的安全；通过设置短接保护电路，限制电路电压和电流值，确保用户使用安全。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，使得智能积木模块搭接结构简洁，使用方便。

Description

用于模块化智能电子积木的分布式供电系统

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供电系统。

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。分布式可编程智能积木由于其无限的，灵活的拓展性，导致供电回路较长并且立体分布，供电回路中的接触点较多，必然造成供电回路中的直流阻抗加大，不仅影响供电的稳定性，还会造成回路电压的不平衡和浪费能量。为了解决这个问题，有必要提出一种分布式供电方法来克服单电源供电引起的不足，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，实现积木系统的自由构建，满足系统的供电要求，提出了模块化智能电子积木的分布式供电系统。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

用于模块化智能电子积木的分布式供电系统，主要包括高电平输入端、低电平输入端、高电平输出端、低电平输出端、高电平导线、低电平导线、模块内部连接线、内部处理器及相关电路、安装板、电源控制器、电源、三通连接模块；高电平输入端、低电平输入端、高电平输出端、低电平输出端、高电平导线、低电平导线、模块内部连接线、内部处理器及相关电路均安装在积木模块的安装板上；由多个积木模块连接成的智能积木系统的高电平输入端、低电平输入端均与电源控制器的输出端连接，电源控制器与电源连接。

进一步地，积木模块上包括了高电平导线和低电平导线，该两组导线组成了供电的电压差；智能电子积木模块的内部处理器及相关电路通过模块内部连接线分别连接在高电平导线和低电平导线上，构成了并联的连接方式，即智能电子积木模块内所有需要供电的元件的高压端接在高电平导线上，低压端接在低电平导线上；高电平导线两端分别与高电平输入端和高电平输出端连接，并能分别与上位和下位智能积木模块连通；低电平导线两端分别与低电平输入端和低电平输出端连接，并能分别与上位和下位积木模块连通；当多个智能积木模块搭接形成一个积木系统时，每个上位积木模块的低电平输出端与相邻的下位模块积木模块的低电平输入端连接，故而整个积木系统的低电平导线串联形成低电平供电线；每个上位积木模块的高电平输出端与相邻积木模块的高电平输入端连接，因此整个积木模块的高电平导线串联形成了高电平供电线；低电平供电线和高电平供电线分别与电源的电源低电平输出端和电源高电平输出端连接；整个积木系统的低电平供电线和高电平供电线形成了电压差，积木模块内所有需要供电的部件的高电平端和低电平端分别与高电平供电线和低电平供电线连接，获得供电。

进一步地，上述分布式供电系统中，一个智能积木模块上的所述安装板包括了基座、凸台和凹槽；一个智能积木模块上的凸台能与另一个智能积木模块上的凹槽紧密结合；多个智能积木模块能通过凸台和凹槽依次串行连接，串行连接形成的积木系统的高电平输入端、低电平输入端均与电源控制器的输出端连接，电源控制器与电源连接。

进一步地，电源为智能电子积木系统提供电力供应；所述电源包括电源外壳、开关及指示灯、充电接口和输出接口；电池本体封装在电源外壳中；开关及指示灯属于一个按压式按钮，第一次按下时电源输出电路闭合连通，再次按下时电源输出电路断开；开关及指示灯的指示灯点亮时表明电池的输出电路闭合，指示灯以不同颜色区分当前电池的电量水平；充电接口用于与外部供电源连接，为电源再次充电；输出接口与电源控制器的接头连接；

电源控制器用于连接和控制电源与智能积木模块；电源控制器包括接头、软连线、开关、电路安装板、电源高电平输出端、电源低电平输出端和连接凸台；接头与电源的输出接口连接，获得供电；接头通过软连线与电源输出控制电路连通，所述电源输出控制电路，包括稳压电路和开关电路，用于对电源输入到智能积木模块的电压进行调节和控制；开关用于控制电源的输出；电源高电平输出端和电源低电平输出端与电源输出控制电路连通，将电能向外输出；上述各组件安装在电路安装板上，电路板安装板上设置了连接凸台，能够与智能积木模块的凹槽紧密结合。

进一步地，所述三通连接模块用于并联接入多个电源及电源控制器，主要包括三通高电平输出端、三通低电平输出端、三通第一高电平输入端、三通第一低电平输入端、三通第二高电平输入端、三通第二低电平输入端、三通电路板及底座和三通输出端连接凸台；三通连接模块包括两组输入端电路和一组输出端电路，三通第一高电平输入端和三通第一低电平输入端构成第一组并联式电路即第一组输入端电路；三通第二高电平输入端和三通第二低电平输入端构成第二组并联式电路即第二组输入端电路；三通高电平输出端和三通低电平输出端构成并联式输出电路即所述一组输出端电路；所述述高电平输入端和低电平输入端电路的一组分别与其搭接的智能电子积木模块的高电平输出端和低电平输出端连通，另一组与电源控制器和电源连接，获得新的并联的电源输入；两组输入端电路中所接的电源，通过三通连接模块中的三通电路板及底座的电压电流合成电路，将两组输入端电路的电压和电流合成，三通连接模块中设有的调压稳压电路调节合成后的电压和电流，并控制输出电压在设定的范围中，通过三通模块的三通高电平输出端和三通低电平输出端输出；三通电路板及底座上还设置了三通输出端连接凸台和凹槽，用于与其它智能积木模块连接。

进一步地，三通连接模块与一组电源和电源控制器构成一个中间电源加载模块；模块化智能电子积木系统中，能根据需求增加任意数量的中间电源加载模块。

进一步地，每一个智能电子积木模块，均设置了电压和电流保护系统，通过电压保护系统调节输入到该积木模块的供电安全。

进一步地，每一个智能电子积木模块还设置了短路保护电路，当用户短接高电平输出端和低电平输出端，导致智能电子积木模块中电流超出设定值时，自动断开电路，确保用户安全。

进一步地，高电平输出端和低电平输出端安装固定在输出端安装座中，所述输出端安装座设置有弹簧片，当一个智能积木模块的输出端与另一个智能积木模块的输入端接触时，弹簧片能提供适当的接触压力；高电平输入端、低电平输入端安装固定在输入端安装座中，所述输入端安装座设置有弹簧片，高电平输入端、低电平输入端嵌入输入端安装座的一端与弹簧片接触，当相应输出端受压时，弹簧片提供弹簧力。

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供电系统，可根据积木系统的耗电部件数量，自由加载任意数量的供电模块，满足整个积木系统的供电要求。积木模块内部设置了供电保护电路，确保多个供电模块同时加载后电路的安全；积木模块内部设置了供电保护电路通过设置短接保护电路，限制电路电压和电流值，确保用户使用安全。本发明的模块化智能电子积木的分布式供电系统，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。本发明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是实例中的模块化智能电子积木的分布式供电系统的结构原理图。

图2是实例中的模块化智能电子积木的分布式供电系统的在积木模块中的布置结构。

图3是实例中的安装板结构一侧的示意图。

图4是实例中的安装板结构的另一侧示意图。

图5是图4所示安装板结构的俯视图。

图6是实例中的一种接线连接方式示意图。

图7是实例中的电源控制器的结构示意图。

图8是实例中的电源结构示意图。

图9是实例中的一种电源与积木模块的连接方式。

图10是实例中的三通连接模块的结构示意图。

图11是实例中的三通连接模块的俯视图。

图12是实例中的多个电源连接的原理示意图。

图13是实例中的多个电源连接的结构示意图。

图14是图13的爆炸图。

图15是实例中的电源及控制器的控制流程图。

图中：1-高电平输入端；2-低电平输入端；3-高电平输出端；4-低电平输出端；5-高电平导线；6-低电平导线；7-模块内部连接线；8-模块用电系统；9-安装板；10-电源控制器；11-电源；12-三通连接模块；13-输出端安装座；14-输入端安装座；91-基座；92-凸台；93-凹槽；101-接头；102-软连线；103-开关；104-电路安装板；105-电源高电平输出端；106-电源低电平输出端；107-连接凸台；111-电源外壳；112-开关及指示灯；113-充电接口；114-输出接口；121-三通高电平输出端；122-三通低电平输出端；123-三通第一高电平输入端；124-三通第一低电平输入端；125-三通第二高电平输入端；126-三通第二低电平输入端；127-三通电路板及底座；128-三通输出端连接凸台。

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所示，模块化智能电子积木的分布式供电系统，用于模块化智能电子积木的分布式供电系统，主要包括高电平输入端1、低电平输入端2、高电平输出端3、低电平输出端4、高电平导线5、低电平导线6、模块内部连接线7、内部处理器及相关电路8、安装板9、电源控制器10、电源11、三通连接模块12；高电平输入端1、低电平输入端2、高电平输出端3、低电平输出端4、高电平导线5、低电平导线6、模块内部连接线7、内部处理器及相关电路8均安装在积木模块的安装板9上；由多个积木模块连接成的智能积木系统的高电平输入端1、低电平输入端2均与电源控制器10的输出端连接，电源控制器10与电源11连接。积木模块上包括了高电平导线5和低电平导线6，该两组导线组成了供电的电压差；智能电子积木模块的内部处理器及相关电路8通过模块内部连接线7分别连接在高电平导线5和低电平导线6上，构成了并联的连接方式，即智能电子积木模块内所有需要供电的元件的高压端接在高电平导线5上，低压端接在低电平导线6上；高电平导线5两端分别与高电平输入端1和高电平输出端3连接，并能分别与上位和下位智能积木模块连通；低电平导线6两端分别与低电平输入端2和低电平输出端4连接，并能分别与上位和下位积木模块连通；当多个智能积木模块搭接形成一个积木系统时，每个上位积木模块的低电平输出端4与相邻的下位模块积木模块的低电平输入端2连接，故而整个积木系统的低电平导线串联形成低电平供电线；每个上位积木模块的高电平输出端3与相邻积木模块的高电平输入端1连接，因此整个积木模块的高电平导线串联形成了高电平供电线；低电平供电线和高电平供电线分别与电源11的电源低电平输出端106和电源高电平输出端105连接；整个积木系统的低电平供电线和高电平供电线形成了电压差，积木模块内所有需要供电的部件的高电平端和低电平端分别与高电平供电线和低电平供电线连接，获得供电。

如图3、图4、图5，上述分布式供电系统中，一个智能积木模块上的所述安装板9包括了基座91、凸台92和凹槽93；一个智能积木模块上的凸台92能与另一个智能积木模块上的凹槽93紧密结合；多个智能积木模块能通过凸台92和凹槽93依次串行连接，串行连接形成的积木系统的高电平输入端1、低电平输入端2均与电源控制器10的输出端连接，电源控制器10与电源11连接，如图6所示。

如图6、图8，电源11为智能电子积木系统提供电力供应；所述电源11包括电源外壳111、开关及指示灯112、充电接口113和输出接口114；电池本体封装在电源外壳111中；开关及指示灯112属于一个按压式按钮，第一次按下时电源输出电路闭合连通，再次按下时电源输出电路断开；开关及指示灯112的指示灯点亮时表明电池的输出电路闭合，指示灯以不同颜色区分当前电池的电量水平；充电接口113用于与外部供电源连接，为电源再次充电；输出接口114与电源控制器10的接头101连接。作为实例，电源的控制流程如图15所示。

如图7、图9，电源控制器10用于连接和控制电源11与智能积木模块901；电源控制器10包括接头101、软连线102、开关103、电路安装板104、电源高电平输出端105、电源低电平输出端106和连接凸台107；接头101与电源11的输出接口114连接，获得供电；接头101通过软连线102与电源输出控制电路连通，所述电源输出控制电路，包括稳压电路和开关电路，用于对电源11输入到智能积木模块的电压进行调节和控制；开关103用于控制电源的输出；电源高电平输出端105和电源低电平输出端106与电源输出控制电路连通，将电能向外输出；上述各组件安装在电路安装板104上，电路板安装板上设置了连接凸台107，能够与智能积木模块的凹槽93紧密结合。

如图10、图11、图12，所述三通连接模块12用于并联接入多个电源11及电源控制器10，主要包括三通高电平输出端121、三通低电平输出端122、三通第一高电平输入端123、三通第一低电平输入端124、三通第二高电平输入端125、三通第二低电平输入端126、三通电路板及底座127和三通输出端连接凸台128；三通连接模块12包括两组输入端电路和一组输出端电路，三通第一高电平输入端123和三通第一低电平输入端124构成第一组并联式电路即第一组输入端电路；三通第二高电平输入端125和三通第二低电平输入端126构成第二组并联式电路即第二组输入端电路；三通高电平输出端121和三通低电平输出端122构成并联式输出电路即所述一组输出端电路；所述述高电平输入端121和低电平输入端121电路的一组分别与其搭接的智能电子积木模块的高电平输出端3和低电平输出端4连通，另一组与电源控制器10和电源11连接，获得新的并联的电源输入；两组输入端电路中所接的电源11，通过三通连接模块12中的三通电路板及底座127的电压电流合成电路，将两组输入端电路的电压和电流合成，三通连接模块12中设有的调压稳压电路调节合成后的电压和电流，并控制输出电压在设定的范围中，通过三通模块的三通高电平输出端121和三通低电平输出端122输出；三通电路板及底座127上还设置了三通输出端连接凸台128和凹槽，用于与其它智能积木模块连接。

如图13、图14，三通连接模块12与一组电源11和电源控制器11构成一个中间电源加载模块；模块化智能电子积木系统中，能根据需求增加任意数量的中间电源加载模块。每一个智能电子积木模块，均设置了电压和电流保护系统，通过电压保护系统调节输入到该积木模块的供电安全。

进一步地，每一个智能电子积木模块还设置了短路保护电路，当用户短接高电平输出端3和低电平输出端4，导致智能电子积木模块中电流超出设定值时，自动断开电路，确保用户安全。

进一步优化实施的，高电平输出端3和低电平输出端4安装固定在输出端安装座13中，所述输出端安装座13设置有弹簧片，当一个智能积木模块的输出端与另一个智能积木模块的输入端接触时，弹簧片能提供适当的接触压力；高电平输入端1、低电平输入端2安装固定在输入端安装座14中，所述输入端安装座14设置有弹簧片，高电平输入端1、低电平输入端2嵌入输入端安装座14的一端与弹簧片接触，当相应输出端受压时，弹簧片提供弹簧力。

本实例中，为了避免因太多重复标记影响阅读，位于图中的模块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。

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 (9)

1.用于模块化智能电子积木的分布式供电系统，其特征在于：主要包括高电平输入端（1）、低电平输入端（2）、高电平输出端（3）、低电平输出端（4）、高电平导线（5）、低电平导线（6）、模块内部连接线（7）、内部处理器及相关电路（8）、安装板（9）、电源控制器（10）、电源（11）、三通连接模块（12）；高电平输入端（1）、低电平输入端（2）、高电平输出端（3）、低电平输出端（4）、高电平导线（5）、低电平导线（6）、模块内部连接线（7）、内部处理器及相关电路（8）均安装在积木模块的安装板（9）上；由多个积木模块连接成的智能积木系统的高电平输入端（1）、低电平输入端（2）均与电源控制器（10）的输出端连接，电源控制器（10）与电源（11）连接。

2.根据权利要求1所述的用于模块化智能电子积木的分布式供电系统，其特征在于：积木模块上包括了高电平导线（5）和低电平导线（6），该两组导线组成了供电的电压差；智能电子积木模块的内部处理器及相关电路（8）通过模块内部连接线（7）分别连接在高电平导线（5）和低电平导线（6）上，构成了并联的连接方式，智能电子积木模块内所有需要供电的元件的高压端接在高电平导线（5）上，低压端接在低电平导线（6）上；高电平导线（5）两端分别与高电平输入端（1）和高电平输出端（3）连接，并能分别与上位和下位智能积木模块连通；低电平导线（6）两端分别与低电平输入端（2）和低电平输出端（4）连接，并能分别与上位和下位积木模块连通；当多个智能积木模块搭接形成一个积木系统时，每个上位积木模块的低电平输出端（4）与相邻的下位模块积木模块的低电平输入端（2）连接，故而整个积木系统的低电平导线串联形成低电平供电线；每个上位积木模块的高电平输出端（3）与相邻积木模块的高电平输入端（1）连接，因此整个积木模块的高电平导线串联形成了高电平供电线；低电平供电线和高电平供电线分别与电源（11）的电源低电平输出端（106）和电源高电平输出端（105）连接；整个积木系统的低电平供电线和高电平供电线形成了电压差，积木模块内所有需要供电的部件的高电平端和低电平端分别与高电平供电线和低电平供电线连接，获得供电。

3.根据权利要求1所述的用于模块化智能电子积木的分布式供电系统，其特征在于：一个智能积木模块上的所述安装板（9）包括了基座（91）、凸台（92）和凹槽（93）；一个智能积木模块上的凸台（92）能与另一个智能积木模块上的凹槽（93）紧密结合；多个智能积木模块能通过凸台（92）和凹槽（93）依次串行连接，串行连接形成的积木系统的高电平输入端（1）、低电平输入端（2）均与电源控制器（10）的输出端连接，电源控制器（10）与电源（11）连接。

4.根据权利要求1所述的用于模块化智能电子积木的分布式供电系统，其特征在于：电源（11）为智能电子积木系统提供电力供应；所述电源（11）包括电源外壳（111）、开关及指示灯（112）、充电接口（113）和输出接口（114）；电池本体封装在电源外壳（111）中；开关及指示灯（112）属于一个按压式按钮，第一次按下时电源输出电路闭合连通，再次按下时电源输出电路断开；开关及指示灯（112）的指示灯点亮时表明电池的输出电路闭合，指示灯以不同颜色区分当前电池的电量水平；充电接口（113）用于与外部供电源连接，为电源再次充电；输出接口（114）与电源控制器（10）的接头（101）连接；

电源控制器（10）用于连接和控制电源（11）与智能积木模块；电源控制器（10）包括接头（101）、软连线（102）、开关（103）、电路安装板（104）、电源高电平输出端（105）、电源低电平输出端（106）和连接凸台（107）；接头（101）与电源（11）的输出接口（114）连接，获得供电；接头（101）通过软连线（102）与电源输出控制电路连通，所述电源输出控制电路，包括稳压电路和开关电路，用于对电源（11）输入到智能积木模块的电压进行调节和控制；开关（103）用于控制电源的输出；电源高电平输出端（105）和电源低电平输出端（106）与电源输出控制电路连通，将电能向外输出；上述各组件安装在电路安装板（104）上，电路板安装板上设置了连接凸台（107），能够与智能积木模块的凹槽（93）紧密结合。

5.根据权利要求1所述的用于模块化智能电子积木的分布式供电系统，其特征在于：所述三通连接模块（12）用于并联接入多个电源（11）及电源控制器（10），主要包括三通高电平输出端（121）、三通低电平输出端（122）、三通第一高电平输入端（123）、三通第一低电平输入端（124）、三通第二高电平输入端（125）、三通第二低电平输入端（126）、三通电路板及底座（127）和三通输出端连接凸台（128）；三通连接模块（12）包括两组输入端电路和一组输出端电路，三通第一高电平输入端（123）和三通第一低电平输入端（124）构成第一组并联式电路即第一组输入端电路；三通第二高电平输入端（125）和三通第二低电平输入端（126）构成第二组并联式电路即第二组输入端电路；三通高电平输出端（121）和三通低电平输出端（122）构成并联式输出电路即所述一组输出端电路；所述述高电平输入端（121）和低电平输入端（121）电路的一组分别与其搭接的智能电子积木模块的高电平输出端（3）和低电平输出端（4）连通，另一组与电源控制器（10）和电源（11）连接，获得新的并联的电源输入；两组输入端电路中所接的电源（11），通过三通连接模块（12）中的三通电路板及底座（127）的电压电流合成电路，将两组输入端电路的电压和电流合成，三通连接模块（12）中设有的调压稳压电路调节合成后的电压和电流，并控制输出电压在设定的范围中，通过三通模块的三通高电平输出端（121）和三通低电平输出端（122）输出；三通电路板及底座（127）上还设置了三通输出端连接凸台（128）和凹槽，用于与其它智能积木模块连接。

6.根据权利要求1所述的用于模块化智能电子积木的分布式供电系统，其特征在于：三通连接模块（12）与一组电源（11）和电源控制器（11）构成一个中间电源加载模块；模块化智能电子积木系统中，能根据需求增加任意数量的中间电源加载模块。

7.根据权利要求1所述的用于模块化智能电子积木的分布式供电系统，其特征在于：每一个智能电子积木模块，均设置了电压和电流保护系统，通过电压保护系统调节输入到该积木模块的供电安全。

8.根据权利要求1所述的用于模块化智能电子积木的分布式供电系统，其特征在于：每一个智能电子积木模块还设置了短路保护电路，当用户短接高电平输出端（3）和低电平输出端（4），导致智能电子积木模块中电流超出设定值时，自动断开电路，确保用户安全。

9.根据权利要求1所述的用于模块化智能电子积木的分布式供电系统，其特征在于：将高电平输出端（3）和低电平输出端（4）安装固定在输出端安装座（13）中，所述输出端安装座（13）设置有弹簧片，当一个智能积木模块的输出端与另一个智能积木模块的输入端接触时，弹簧片能提供适当的接触压力；高电平输入端（1）、低电平输入端（2）安装固定在输入端安装座（14）中，所述输入端安装座（14）设置有弹簧片，高电平输入端（1）、低电平输入端（2）嵌入输入端安装座（14）的一端与弹簧片接触，当相应输出端受压时，弹簧片提供弹簧力。