CN113318460A - 一种磁力拼接电子积木及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磁力拼接电子积木及其使用方法，包括主控板、安装于所述主控的拼接磁组、安装于所述拼接磁组的LED点阵屏幕面板、及安装于所述主控板的多个子模块，所述LED点阵屏幕面板与所述主控板电连接，所述主控板具有多个第一磁性安装组，所述子模块包括模块基板、安装于所述模块基板的电子元件、安装于所述模块基板背离所述电子元件一侧的第二磁性安装组，所述子模块通过所述第二磁性安装组与所述第一磁性安装组的磁吸配合安装于所述主控板；所述主控板为可编程微型控制器，用于独立编程读写所述子模块上元件的数据，控制点亮所述LED点阵屏幕面板、实现级联等；拼接磁组的设置实现了多个电子积木之间的连接，连接更稳固，拆装更方便。

Description

一种磁力拼接电子积木及其使用方法

技术领域

本发明涉及电子积木领域，尤指一种磁力拼接电子积木及其使用方法。

背景技术

电子积木是一种可以相互之间进行连接装配以实现组装形成具有不同功能应用的模块部件，且电子积木之间可以通过跳线实现电性连接，如此，可以根据设定好的电路路线对电子积木进行连接装配，以完成各种具有不同串并联电路的模型产品。现有的电子拼装积木，可用做中小学生的课外活动教材，也可作为电子技术的实验指导。电子拼装积木由浅入深，可快速拼装出各种趣味电路与实用电路，每拼装一种电路，都能马上听到或看到通过电子积木组装而成的积木电路产生的声、光、电的效果，使少年儿童把教科书中原本枯燥的电学、声学、光学、磁学原理在装拆中较为容易地了解清楚，进入奥妙无穷的电子世界；缺点是多个电子积木之间需用导线连线、且实用性不高，对初学者来说费时费力且不易建立完整的电路概念。本电子积木通过构建一个可编程的微计算机单元，采用软件定义硬件的方法，不仅可独立编程实现多种智能化应用，也可以通过编程模拟各种电性元件和模块，多个单元拼接组合成更复杂的系统。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种磁力拼接电子积木及其使用方法，通过在主控板上设置拼接磁组来实现多个电子积木之间的连接，连接更稳固，拆装更方便，设置的第一磁性安装组和第二磁性安装组，可以既方便、又稳定的将子模块安装到主控板上，同时设置的子模块可以实现多个电子积木之间的稳定通信。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种磁力拼接电子积木，包括主控板、安装于所述主控板的拼接磁组、安装于所述拼接磁组的LED点阵屏幕面板、及安装于所述主控板的多个子模块，所述LED点阵屏幕面板与所述主控板电连接，所述主控板具有多个第一磁性安装组，所述子模块包括模块基板、安装于所述模块基板的电子元件、安装于所述模块基板背离所述电子元件一侧的第二磁性安装组，所述子模块通过所述第二磁性安装组与所述第一磁性安装组的磁吸配合安装于所述主控板；所述主控板为可编程微型控制器，用于独立编程读写所述子模块上元件的数据，控制点亮所述LED点阵屏幕面板、实现级联等。

作为一种优选方案，所述拼接磁组为两个分别安装于所述主控板对应的两个侧面，所述拼接磁组包括S极磁钉和N极磁钉，所述S极磁钉和所述N极磁钉间隔设置。

作为一种优选方案，所述主控板左侧安装有编程口，所述编程口由4个弹簧触针组成；所述主控板右侧安装有级联口，所述级联口由4个平面触点组成。

作为一种优选方案，4个所述弹簧触针依次为公端电源正极触针、公端信号发送触针、公端信号接收触针、公端电源负极触针。

作为一种优选方案，4个所述平面触点依次为母端电池正极触点、母端信号接收触点、母端信号发送触点、母端电池负极触点；所述公端信号发送触针、所述公端信号接收触针、所述母端信号接收触点和母端信号发送触点内均设置有钳位二极管和限流保护电阻。

作为一种优选方案，还包括单向供电二极管和单向充电电路，所述编程口通过所述单向供电二极管与所述主控板连接。

作为一种优选方案，还包括可编程充电器，所述可编程充电器与所述编程口连接。

作为一种优选方案，所述第一磁性安装组包括S极安装座、N极安装座、及位于所述S极安装座和所述N极安装座之间的多个顶针组，所述S极安装座上安装有多个间隔设置的S极磁片，所述N极安装座安装有多个间隔设置的N极磁片，所述顶针组位于所述S极磁片和所述N极磁片之间；各所述顶针组包括有4个顶针，所述子模块具有4个铜箔触点，所述铜箔触点和所述顶针匹配设置。

作为一种优选方案，所述电子元件为无线元件、传感器元件、红外收发元件、驱动输出元件、接口元件中的一种。

一种磁力拼接电子积木及其使用方法，包括以下步骤：子模块安装时，只需将子模块上的第二磁性安装组对应于主控板上的第一磁性安装组，通过第二磁性安装组和第一磁性安装组的磁吸配合，使得子模块安装到主控板上、并通过触针和铜箔触点的接触实现电连接；当2个以上的电子积木拼接时，将前一个电子积木中的磁钉对应于下一个电子积木中磁极相反的磁钉，由于不同磁极的磁钉具有异性相吸的特性，从而将两个电子积木进行拼接，其中前一个电子积木中的级联口和下一个电子积木的编程口连接，前一个电子积木中的电池的电压通过母端电池正极触点传递到下一个电子积木中的公端电源正极触针，并通过单向供电二极管和单刀双掷开关给下一个积木中主控板供电，前一个电子积木的母端信号接收触点和下一个电子积木的公端信号发送触针相连，前一个电子积木的母端信号发送触点和一下和电子积木的公端信号接收触针相连，从而实现积木单元拼接时的供电和通信。

本发明的有益效果在于：通过在主控板上设置拼接磁组来实现多个电子积木之间的连接，连接更稳固，拆装更方便，设置的第一磁性安装组和第二磁性安装组，可以既方便、又稳定的将子模块安装到主控板上，同时设置的子模块可以实现多个电子积木之间的稳定通信。

附图说明

图1是本发明一种磁力拼接电子积木的结构示意图。

图2为图1一种磁力拼接电子积木安装外壳体后的结构示意图。

图3为图1一种磁力拼接电子积木去掉LED点阵屏幕面板后的结构示意图。

图4为图3一种磁力拼接电子积木去掉子模块后的结构示意图。

图5为图3一种磁力拼接电子积木中子模块的结构示意图。

图6为本发明一种磁力拼接电子积木的原理结构示意图一。

图7为本发明一种磁力拼接电子积木的原理结构示意图二。

图8为本发明一种磁力拼接电子积木的原理结构示意图三。

图9为本发明一种磁力拼接电子积木中主控板与子模块的电连接原理结构示意图。

图10为本发明一种磁力拼接电子积木的组网互联结构示意图。

附图标号说明：10-主控板，11-第一磁性安装组，11a-S极安装座，11b-N安装座，11c-顶针组，20-拼接磁组，21-S极磁钉，22-N极磁钉，30-LED点阵屏幕面板，40-子模块，41-模块基板，42-电子元件，43-第二磁性安装组，43a-S极安装磁块，43b-N极安装磁块，50-编程口，60-级联口，70-电池，80-外壳体。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图10所示，本发明关于一种磁力拼接电子积木，包括主控板10、安装于主控板10的拼接磁组20、安装于拼接磁组20的LED点阵屏幕面板30、及安装于主控板10的多个子模块40，LED点阵屏幕面板30与主控板10电连接；主控板10为可编程微型控制器，用于独立编程读写子模块上元件的数据，控制点亮LED点阵屏幕面板30、实现级联等；LED点阵屏幕面板30用于显示主控板10所给出的信息，便于用户直观的了解，在本实施例中还设置有电池70，电池70安装于主控板10，电池70分别于主控板10和LED点阵屏幕面板30电连接，电池40可以为整个电子积木提供电力支持，保证电子积木的正常运作，拼接磁组20用于多个电子积木拼接时的磁吸安装，子模块40用于电子积木的通信，通过在主控板10上设置拼接磁组20来实现多个电子积木之间的连接，连接更稳固，拆装更方便，设置的多个子模块40可以实现多个电子积木之间的稳定通信，同时设置的可拆装的子模块40，可灵活组合、简单耐用、成本低廉。

在本实施例中，主控板10左侧安装有编程口50，编程口50由4个弹簧触针组成；主控板10右侧安装有级联口60，级联口60由4个平面触点组成；4个弹簧触针依次为公端电源正极触针、公端信号发送触针、公端信号接收触针、公端电源负极触针，4个平面触点依次为母端电池正极触点、母端信号接收触点、母端信号发送触点、母端电池负极触点，公端信号发送触针、公端信号接收触针、母端信号接收触点和母端信号发送触点内均设置有钳位二极管和限流保护电阻；2个电子积木之间通过级联口30和编程口50水平拼接，进行通信和电能传递，并通过子模块40进行相应的通信，其中通信采用UART、IIC等串行通信协议。

主控板10具有多个第一磁性安装组11，第一磁性安装组11用于安装子模块40、并与子模块40进行连接通信；第一磁性安装组包括S极安装座、N极安装座、及位于S极安装座和N极安装座之间的多个顶针组，S极安装座上安装有多个间隔设置的S极磁片，N极安装座安装有多个间隔设置的N极磁片，顶针组位于S极磁片和N极磁片之间，各顶针组包括有4个顶针，在本实施例中，4个顶针分别为正极顶针、负极顶针、顶针数据端口1和顶针数据端口2，4个顶针用于与子模块40进行电连接。

拼接磁组20为两个分别安装于主控板10对应的两个侧面，拼接磁组20包括S极磁钉和N极磁钉，S极磁钉和N极磁钉间隔设置，S极磁钉和N极磁钉均与主控板电性连接，磁钉裸露时可作为触摸感应按钮使用，在2个及2个以上的电子积木拼接时，将前一个电子积木中的S极磁钉21与下一个电子积木中的N极磁钉22进行拼接，前一个电子积木中的N极磁钉22与下一个电子积木中的S极磁钉21进行拼接，由于不同磁极的磁钉具有异性相吸的特性，从而将2个电子积木进行拼接，安装稳定、拆卸方便。

在其中一个实施例中，LED点阵屏幕面板30通过导线与主控板10电性连接，LED点阵屏幕面板30的一侧间隔安装有4个钢片，4个分片分别与主控板10上安装的4个磁钉匹配设置，LED点阵屏幕面板30通过钢片被磁钉吸附的作用安装于主控板10，操作简单方便，便于拆装。

子模块40包括模块基板41、安装于模块基板41的电子元件42、安装于模块基板41背离电子元件42一侧的第二磁性安装组43，子模块40通过第二磁性安装组43与第一磁性安装组11的磁吸配合安装于主控板10；在本实施例中，子模块具有4个铜箔触点，铜箔触点和顶针匹配设置，4个铜箔触点为铜箔触点正极、铜箔触点数据端口1、铜箔触点数据端口2和铜箔触点负极，第二磁性安装组包括安装于模块基板的S极安装磁块和N极安装磁块，当子模块40安装时，将S极安装磁块对应于N极安装座上的N极磁片，将N极安装磁块对应于S极安装座上的S极磁片，由于磁极间的异性相吸使得子模块40安装于所述主控板10，同时4个顶针分别与4个铜箔触点接触，将子模块40与主控板10电连接起来；模块基板41上还安装有模块LED显示灯，在子模块40正确安装到主控板10并与主控板10接通时，模块LED显示灯点亮。

如图8所示，还包括单向供电二极管和单向充电电路，编程口50通过单向充电电路与电池70连接，使得编程口50上电时可对电池70进行充电，在本实施例中，单向充电电路采用的是TP4056，编程口50通过单向供电二极管与主控板10连接，当编程口50上电时可对主控板10进行供电，编程口50不上电时，电池70可以为主控板10进行供电，更具体的是，本方案中还具有单刀双掷开关，单刀双掷开关用于控制电子积木电池供电的开和关，编程口50的公端电源正极触针通过单向供电二极管连接至单向双掷开关的编程端供电触点，电池70的正极连接至单刀双掷开关的电池供电触点，主控板10连接到单刀双掷开关的中心触点，可选择性的由编程口50供电或由电池70供电。

在其中一个实施例中，电池70正极串联有过电流自恢复保险丝，经过保险丝后与电池70充电电路的输出口连接，并同时连接单刀双掷开关的电池70供电触点、及级联口60的母端电池正极触点。

在其中一个实施例中，还包括可编程充电器，可编程充电器与编程口50连接，可编程充电器既可以用来对本电子积木进行编程、也可以用来对本电子积木进行充电，可编程充电器可以通过连接个人电脑USB接口，来对本电子积木进行编程或充电；当可编程充电器对电子积木进行充电时，可编程充电器为公端电源正极触针提供5V的电压，该电压可通过单向充电电路给电池70充电，同时也可以通过单向供电二极管和单刀双掷开关给主控板10供电，编程信号则可由公端信号发送触针和公端信号接收触针引入，对主控板10上的芯片进行编程

如图7和图10所示，在本实施例中，电子元件42为无线元件、传感器元件、红外收发元件、驱动输出元件、接口元件中的一种，其中，传感器元件为多个、且多个传感器元件为不同种类的传感器元件，包括倾斜角和加速度传感器元件，光线、声音传感器元件等等，不同种类的多个传感器元件可以多方面对电子积木进行实时监测，有效保证了电子积木使用的稳定性；电子积木可以通过红外收发元件和无线模块组成多跳网络，从而实现一种网络积木功能，无线模块通过路由器接入互联网，可通过网络服务平台访问中心数据库，进行程序和数据上传或下载，实现远程控制和感知，从而为实现一种社会化的智能积木娱乐系统提供了可能。

如图2所示，还包括安装于主控板10的外壳体80，外壳体80呈环形状、且一端开设有缺口，外壳体80用以防护电子积木，同时外壳体上设有透明玻璃，用户可通过透明玻璃查看LED点阵屏幕面板30上的信息。

一种磁力拼接电子积木的使用方法，包括以下步骤：子模块40安装时，只需将子模块40上的第二磁性安装组43对应于主控板10上的第一磁性安装组11，通过第二磁性安装组43和第一磁性安装组11的磁吸配合，使得子模块40安装到主控板10上、并通过触针和铜箔触点的接触实现电连接；当2个以上的电子积木拼接时，将前一个电子积木中的S极磁钉21与下一个电子积木中的N极磁钉22进行拼接，前一个电子积木中的N极磁钉22与下一个电子积木中的S极磁钉21进行拼接，由于不同磁极的磁钉具有异性相吸的特性，从而将两个电子积木进行拼接，其中前一个电子积木中的级联口60和下一个电子积木的编程口50连接，前一个电子积木中的电池70的电压通过母端电池正极触点传递到下一个电子积木中的公端电源正极触针，并通过单向供电二极管和单刀双掷开关给下一个积木中主控板10供电，前一个电子积木的母端信号接收触点和下一个电子积木的公端信号发送触针相连，前一个电子积木的母端信号发送触点和一下和电子积木的公端信号接收触针相连，从而实现积木单元拼接时的供电和通信；而当外力强制2个电子积木的编程口50之间正、反向或错位拼接时，由于单向供电二极管和单向充电电路的设置，各触点间无法构成电源电位差，电子积木之间不会产生短路电流；而当外力强制2个电子积木的级联口60相互拼接时，由于级联口60是平面型触点，触点之间无法接触。

本发明的工作原理：当2个以上的电子积木拼接时，将前一个电子积木中的S极磁钉21与下一个电子积木中的N极磁钉22进行拼接，前一个电子积木中的N极磁钉22与下一个电子积木中的S极磁钉21进行拼接，由于不同磁极的磁钉具有异性相吸的特性，从而将两个电子积木进行拼接，其中前一个电子积木中的级联口60和下一个电子积木的编程口50连接，从而实现多个电子积木之间的供电和通信；电子积木内设置的多个子模块40，使得电子积木间不相互拼接而间隔一定距离时，也可通过软件和通信协议实现多个电子积木的多点无线组网；通过在主控板10上设置拼接磁组20来实现多个电子积木之间的连接，连接更稳固，拆装更方便，同时配合设置的多个子模块40可以实现各电子积木之间的稳定通信。

以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种磁力拼接电子积木，其特征在于：包括主控板、安装于所述主控板的拼接磁组、安装于所述拼接磁组的LED点阵屏幕面板、及安装于所述主控板的多个子模块，所述LED点阵屏幕面板与所述主控板电连接，所述主控板具有多个第一磁性安装组，所述子模块包括模块基板、安装于所述模块基板的电子元件、安装于所述模块基板背离所述电子元件一侧的第二磁性安装组，所述子模块通过所述第二磁性安装组与所述第一磁性安装组的磁吸配合安装于所述主控板；所述主控板为可编程微型控制器，用于独立编程读写所述子模块上元件的数据，控制点亮所述LED点阵屏幕面板、实现级联等。

2.根据权利要求1所述的一种磁力拼接电子积木，其特征在于：所述拼接磁组为两个分别安装于所述主控板对应的两个侧面，所述拼接磁组包括S极磁钉和N极磁钉，所述S极磁钉和所述N极磁钉间隔设置。

3.根据权利要求1所述的一种磁力拼接电子积木，其特征在于：所述主控板左侧安装有编程口，所述编程口由4个弹簧触针组成；所述主控板右侧安装有级联口，所述级联口由4个平面触点组成。

4.根据权利要求3所述的一种磁力拼接电子积木，其特征在于：4个所述弹簧触针依次为公端电源正极触针、公端信号发送触针、公端信号接收触针、公端电源负极触针。

5.根据权利要求4所述的一种磁力拼接电子积木，其特征在于：4个所述平面触点依次为母端电池正极触点、母端信号接收触点、母端信号发送触点、母端电池负极触点；所述公端信号发送触针、所述公端信号接收触针、所述母端信号接收触点和母端信号发送触点内均设置有钳位二极管和限流保护电阻。

6.根据权利要求3所述的一种磁力拼接电子积木，其特征在于：还包括单向供电二极管和单向充电电路，所述编程口通过所述单向供电二极管与所述主控板连接。

7.根据权利要求3所述的一种磁力拼接电子积木，其特征在于：还包括可编程充电器，所述可编程充电器与所述编程口连接。

8.根据权利要求1所述的一种磁力拼接电子积木，其特征在于：所述第一磁性安装组包括S极安装座、N极安装座、及位于所述S极安装座和所述N极安装座之间的多个顶针组，所述S极安装座上安装有多个间隔设置的S极磁片，所述N极安装座安装有多个间隔设置的N极磁片，所述顶针组位于所述S极磁片和所述N极磁片之间；各所述顶针组包括有4个顶针，所述子模块具有4个铜箔触点，所述铜箔触点和所述顶针匹配设置。

9.根据权利要求1所述的一种磁力拼接电子积木，其特征在于：所述电子元件为无线元件、传感器元件、红外收发元件、驱动输出元件、接口元件中的一种。

10.一种磁力拼接电子积木的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：子模块安装时，只需将子模块上的第二磁性安装组对应于主控板上的第一磁性安装组，通过第二磁性安装组和第一磁性安装组的磁吸配合，使得子模块安装到主控板上、并通过触针和铜箔触点的接触实现电连接；当2个以上的电子积木拼接时，将前一个电子积木中的磁钉对应于下一个电子积木中磁极相反的磁钉，由于不同磁极的磁钉具有异性相吸的特性，从而将两个电子积木进行拼接，其中前一个电子积木中的级联口和下一个电子积木的编程口连接，前一个电子积木中的电池的电压通过母端电池正极触点传递到下一个电子积木中的公端电源正极触针，并通过单向供电二极管和单刀双掷开关给下一个积木中主控板供电，前一个电子积木的母端信号接收触点和下一个电子积木的公端信号发送触针相连，前一个电子积木的母端信号发送触点和一下和电子积木的公端信号接收触针相连，从而实现积木单元拼接时的供电和通信。

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