CN206103354U - 一种用于智能电子积木的光电传感模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于智能电子积木的光电传感模块，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、锥形碗状体、模块处理器、模数转换器、数模转换器、拼接结构体、上盖壳体、输入端安装体、输出端安装体、光电模块等部件。本实用新型采用特殊的锥形碗状保护结构，可限定光电传感器仅能捕获设定入射区域的环境光线强度；光电传感器和处理器通过数据总线由调节器控制灵敏度、触发值和环境修正系数。本实用新型采用特殊设计的统一拼接结构，可根据需求将不同类型的模块进行自由拼接，以实现任意形式的积木搭建形式。本实用新型的智能积木模块，搭接结构简洁，使用方便。

Description

一种用于智能电子积木的光电传感模块

技术领域

本实用新型涉及智能玩具技术领域，具体涉及一种用于智能电子积木的光电传感模块。

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。为了解决这个问题，有必要提出一种可自由组合、根据用户想法自由拼接的智能、模块化积木，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。为此，本实用新型提供一种用于智能电子积木的光电传感模块，可感应设定入射范围的光线强度，根据光线强度产生不同电压强度从而实现利用光强度对智能电子积木拼接系统的自动控制。本实用新型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。

实用新型内容

本实用新型提出了一种用于智能电子积木的光电传感模块，可感应设定入射范围的光线强度，根据光线强度产生不同电压强度从而实现利用光强度对智能电子积木拼接系统的自动控制。

本实用新型的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种用于智能电子积木的光电传感模块，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、锥形碗状体、模块处理器、模数转换器、数模转换器、拼接结构体、上盖壳体、输入端安装体、输出端安装体、电路板和光电模块；

所述锥形碗状体主要包括碗沿、倒锥形面和安装卡扣；所述碗沿是一个带有圆角的正方形平面体边缘，套接在倒锥形面外侧上；锥形面为深色或不透明材料，使得侧面光源无法达到锥形面的底部；所述倒锥形面和安装卡扣为一体连接结构，锥形碗状体通过安装卡扣与电路板上的卡槽安装连接；

所述光电模块放置在锥形碗状体的倒锥形面底部，所述倒锥形面底部需为开口状即非封闭的结构，并与电路板焊接连接；所述光电模块接收由倒锥形面上端开口所形成的入射区域内的环境光线，根据光强度输出电压信号；所述光电模块与模数转换器连接，将电压信号通过模数转换器转换为数字信号，并进一步将数字信号传输给模块处理器；所述模数转换器的标定基准电压值通过数据总线由智能积木系统的调节器设置；所述光电模块与数据总线输入端所在的数据总线连通，并由调节器通过智能积木系统的数据总线设置光电模块的灵敏度和触发值；

信号输入端通过导线与模数转换器连接，模数转换器将获得的电压信号转换为数字信号，并通过导线传递给模块处理器；如果同时有两组信号通过信号输入端以及光电模块产生电信号，那么模数变换器则将两组电信号的幅度求取平均值，再进一步转换为数字信号；模数转换器将获得的电压信号转换为数字信号，并通过导线传递给处理器；处理器将处理和运算得到的结果以数字信号传递给数模转换器，数模转换器将数字信号转换为模拟信号，并从信号输出端输出；

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即四个输入端安装在输入端安装体中；智能积木系统中与所述光电传感模块搭接的上位智能积木模块的高电平输出端、数据总线输出端、信号输出端和低电平输出端相应地与所述四个输入端接触连接，从而实现所述光电传感模块接入整个智能积木系统；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即四个输出端安装在输出端安装体中；智能积木系统中与所述光电传感模块搭接的下位智能积木模块的高电平输入端、数据总线输入端、信号输入端和低电平输入端相应地与所述四个输出端接触连接，为下位智能积木模块提供电能和信息；高电平输入端通过高电平导线直接与高电平输出端相连；低电平输入端通过低电平导线直接与低电平输出端相连；数据总线输入端通过导线直接与数据总线输出端；所述光电模块、模块处理器、模数转换器和数模转换器均与高电平导线和低电平导线连接，并获得供电；

所述拼接结构体包括基座、公头凸台、安装卡槽、母头外周墙体、母头方块和母头圆柱；母头外周墙体、母头方块和母头圆柱共同组成若干个母头凹槽，母头凹槽的数量由母头方块和母头圆柱的数量所决定；所述公头凸台与所述凹槽之间能精确插入装配，当一个积木模块的母头凹槽与另一个积木模块的公头凸台装配时，两者能产生适度的过盈量，产生摩擦力；

所述上盖壳体包括外壳、连接凸台、壳体卡扣、和光电模块安装腔；上盖壳体的壳体卡扣与拼接结构体的安装卡槽配合安装，使上盖壳体和拼接结构体连接为一个整体；光电模块安装腔用于容纳锥形碗状体；外壳上设置多个连接凸台，用于与其他积木模块连接。

进一步地，所述调节器是智能积木系统的一个独立信号控制模块，包括了处理器、LCD显示屏、按键输入、通讯接口和供电接口等，处理器内嵌了处理程序，用户可通过调节器所设置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。

进一步地，光电模块具有内部EEPROM，能掉电保存设定值；光电模块通过数据总线与调节器连通，并可通过调节器设置灵敏度和触发值；通过调节器，用户可以设置10级灵敏度，对应数字0-9，在不同的灵敏度设定下，相同的入射光变化量对应不同的输出变化量，灵敏度越高，输出变化量越大；通过调节器，用户可以设置10级触发值，对应数字0-9，在不同的触发值设定下，触发输出的入射光强度不一样。

进一步地，处理器通过数据总线与调节器连通，并能通过调节器识别光电模块，用户能通过调节器为光电模块分配识别编码；用户可通过调节器设定环境修正系数；环境修正系数与模数转换器所产生的数字信号的乘积作为运算结果传输给数模转换器。

进一步地，所述光电模块采用光电传感器。

进一步地，所述公头凸台是圆柱体形状，具有1~4个圆柱体，这些圆柱体设置在基座上。

进一步地，所述倒锥形面对应的顶角角度A为45~75度。

进一步地，所述母头凹槽的数量与公头凸台的数量一致。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优点：

本实用新型一种用于智能电子积木的光电传感模块，采用特殊的锥形碗状保护结构，可限定光电传感器仅能捕获设定入射区域的环境光线强度；光电传感器和处理器通过数据总线由调节器控制灵敏度、触发值和环境修正系数。本实用新型的光电传感模块，采用特殊设计的统一拼接结构，可根据需求将不同类型的模块进行自由拼接，以实现任意形式的积木搭建形式。本实用新型的智能积木模块，搭接结构简洁，使用方便。

附图说明

图1是实例中一种用于智能电子积木的光电传感模块的原理图。

图2是实例中一种用于智能电子积木的光电传感模块的一侧结构示意图；

图3是实例中一种用于智能电子积木的光电传感模块的一侧结构示意图；

图4是实例中一种用于智能电子积木的光电传感模块的结构示意图（移除上盖壳体）；

图5是实例中锥形碗状体的结构示意图；

图6是实例中锥形碗状体的轴平面剖视图。

图7是实例中拼接结构体的一侧结构示意图；

图8是实例中拼接结构体的另一侧结构示意图；

图9是图8的俯视图。

图10是实例中的上盖壳体的一侧结构示意图。

图11是实例中的上盖壳体的另一侧结构示意图。

图12是实例中的的输出端安装体与输出端接头安装的结构示意图；

图13是实例中的的输入端安装体与输入端接头安装的结构示意图；

图14是实例中的的红外传感模块与其他电子积木模块拼接的结构示意图。

图15是图14的爆炸图。

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-锥形碗状体；10-模块处理器；11-模数转换器；12-数模转换器；13-拼接结构体；14-上盖壳体；15-输入端安装体；16-输出端安装体；17-电路板；18-光电模块；91-碗沿；92-锥形面；93-安装卡扣；131-基座；132-公头凸台；133-安装卡槽；134-母头外周墙体；135-母头方块；136-母头圆柱；141-外壳；142-连接凸台；143-壳体卡扣；144-光电模块安装腔。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型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11所示，一种用于智能电子积木的光电传感模块，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、锥形碗状体9、模块处理器10、模数转换器11、数模转换器12、拼接结构体13、上盖壳体14、输入端安装体15、输出端安装体16、电路板17、光电模块18等部件。

如图2、图4、图12、图13，高电平输入端1、数据总线输入端2、信号输入端3和低电平输入端4安装在输入端安装体15中；上述四个输入端，分别与智能积木系统中与本实用新型的光电传感模块搭接的上位智能积木模块的高电平输出端、数据总线输出端、信号输出端和低电平输出端接触连接，从而实现本实用新型的光电传感模块接入整个智能积木系统；高电平输出端5、数据总线输出端6、信号输出端7和低电平输出端8安装在输出端安装体16中；上述四个输出端，分别与智能积木系统中与本实用新型的光电传感模块搭接的下位智能积木模块的高电平输入端、数据总线输入端、信号输入端和低电平输入端接触连接，为下位智能积木模块提供电能和信息；

如图5、图6所示，所述锥形碗状体9主要包括碗沿91、倒锥形面92和安装卡扣93；所述碗沿91是一个带有圆角的正方形平面体边缘，套接在倒锥形面92外侧上；锥形面为深色或不透明材料，使得侧面光源无法达到锥形面的底部；所述倒锥形面92和安装卡扣93为一体连接结构，锥形碗状体9通过安装卡扣93与电路板17上的卡槽安装连接。

所述光电模块18放置在锥形碗状体9的倒锥形面92底部，所述倒锥形面92底部需为开口状即非封闭的结构，并与电路板17焊接连接；所述光电模块18接收由倒锥形面92上端开口所形成的入射区域内的环境光线，根据光强度输出电压信号；所述光电模块18与模数转换器11连接，将电压信号通过模数转换器11转换为数字信号，并进一步将数字信号传输给模块处理器10；所述模数转换器11的标定基准电压值通过数据总线由智能积木系统的调节器（图中略）设置；所述调节器是智能积木系统的一个独立信号控制模块，包括了处理器、LCD显示屏、按键输入、通讯接口和供电接口等，处理器内嵌了处理程序，用户可通过调节器所设置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。所述光电模块18与数据总线输入端2所在的数据总线连通，并由调节器通过智能积木系统的数据总线设置光电模块18的灵敏度和触发值。

如图1，信号输入端3通过导线与模数转换器11连接，模数转换器11将获得的电压信号转换位数字信号，并通过导线传递给处理器10；如果同时有两组信号通过信号输入端3以及光电模块18产生电信号，那么模数变换器11则将两组电信号的幅度求取平均值，再进一步转换为数字信号；模数转换器11将获得的电压信号转换位数字信号，并通过导线传递给处理器10；处理器10将处理和运算得到的结果以数字信号传递给数模转换器12，数模转换器12将数字信号转换为模拟信号，并从信号输出端7输出。

高电平输入端1、数据总线输入端2、信号输入端3和低电平输入端4即四个输入端安装在输入端安装体15中；智能积木系统中与所述光电传感模块搭接的上位智能积木模块的高电平输出端、数据总线输出端、信号输出端和低电平输出端相应地与所述四个输入端接触连接，从而实现所述光电传感模块接入整个智能积木系统；高电平输出端5、数据总线输出端6、信号输出端7和低电平输出端8即四个输出端安装在输出端安装体16中；智能积木系统中与所述光电传感模块搭接的下位智能积木模块的高电平输入端、数据总线输入端、信号输入端和低电平输入端相应地与所述四个输出端接触连接，为下位智能积木模块提供电能和信息；高电平输入端1通过高电平导线直接与高电平输出端5相连；低电平输入端4通过低电平导线直接与低电平输出端8相连；数据总线输入端2 通过导线直接与数据总线输出端6；所述光电模块18、模块处理器10、模数转换器11和数模转换器12均与高电平导线和低电平导线连接，并获得供电。

如图7~图9，所述拼接结构体13包括基座131、公头凸台132、安装卡槽133、母头外周墙体134、母头方块135和母头圆柱136等。所述公头凸台132是圆柱体形状，通常包含1~4个圆柱体，这些圆柱体设置在基座131上。母头外周墙体134、母头方块135和母头圆柱136共同组成若干个凹槽，凹槽的数量有母头方块135和母头圆柱136的数量所决定。所述公头凸台132与上述凹槽可精确插入装配，通常凹槽的数量与公头凸台132的数量一致。当一个积木模块的母头凹槽与另一个积木模块的公头凸台装配时，两者可产生适度的过盈量，产生一定的摩擦力。

如图10、图11，所述上盖壳体14主要包括外壳141、连接凸台142、壳体卡扣143和光电模块安装腔144等；上盖壳体14的壳体卡扣143与拼接结构体13的安装卡槽133配合安装，上盖壳体14和拼接结构体13从而连接为一个整体。光电模块安装腔144用于容纳锥形碗状体9；外壳141上设置多个连接凸台142，用于与其他积木模块连接。

进一步地，光电模块18具有内部EEPROM，可以掉电保存设定值；光电模块通过数据总线与调节器连通，并可通过调节器设置灵敏度和触发值。通过调节器，用户可以设置10级灵敏度，对应数字0-9，在不同的灵敏度设定下，相同的入射光变化量对应不同的输出变化量，灵敏度越高，输出变化量越大。通过调节器，用户可以设置10级触发值，对应数字0-9，在不同的触发值设定下，触发输出的入射光强度不一样。

进一步地，处理器10通过数据总线与调节器连通，并可通过调节器识别光电模块，用户可通过调节器为光电模块分配识别编码。用户可通过调节器设定环境修正系数。环境修正系数与模数转换器11所产生的数字信号的乘积作为运算结果传输给数模转换器12。

作为实例，如图14、图15，是实例中的的红外传感模块与其他电子积木模块拼接的结构示意图。

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型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，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于智能电子积木的光电传感模块，其特征在于包括高电平输入端（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）、锥形碗状体（9）、模块处理器（10）、模数转换器（11）、数模转换器（12）、拼接结构体（13）、上盖壳体（14）、输入端安装体（15）、输出端安装体（16）、电路板（17）和光电模块（18）；

所述锥形碗状体（9）主要包括碗沿（91）、倒锥形面（92）和安装卡扣（93）；所述碗沿（91）是一个带有圆角的正方形平面体边缘，套接在倒锥形面（92）外侧上；锥形面为深色或不透明材料，使得侧面光源无法达到锥形面的底部；所述倒锥形面（92）和安装卡扣（93）为一体连接结构，锥形碗状体（9）通过安装卡扣（93）与电路板（17）上的卡槽安装连接；

所述光电模块（18）放置在锥形碗状体（9）的倒锥形面（92）底部，所述倒锥形面（92）底部需为开口状即非封闭的结构，并与电路板（17）焊接连接；所述光电模块（18）接收由倒锥形面（92）上端开口所形成的入射区域内的环境光线，根据光强度输出电压信号；所述光电模块（18）与模数转换器（11）连接，将电压信号通过模数转换器（11）转换为数字信号，并进一步将数字信号传输给模块处理器（10）；所述模数转换器（11）的标定基准电压值通过数据总线由智能积木系统的调节器设置；所述光电模块（18）与数据总线输入端（2）所在的数据总线连通，并由调节器通过智能积木系统的数据总线设置光电模块（18）的灵敏度和触发值；

信号输入端（3）通过导线与模数转换器（11）连接，模数转换器（11）将获得的电压信号转换为数字信号，并通过导线传递给模块处理器（10）；如果同时有两组信号通过信号输入端（3）以及光电模块（18）产生电信号，那么模数变换器（11）则将两组电信号的幅度求取平均值，再进一步转换为数字信号；模数转换器（11）将获得的电压信号转换为数字信号，并通过导线传递给处理器（10）；处理器（10）将处理和运算得到的结果以数字信号传递给数模转换器（12），数模转换器（12）将数字信号转换为模拟信号，并从信号输出端（7）输出；

高电平输入端（1）、数据总线输入端(2)、信号输入端（3）和低电平输入端（4）即四个输入端安装在输入端安装体（15）中；智能积木系统中与所述光电传感模块搭接的上位智能积木模块的高电平输出端、数据总线输出端、信号输出端和低电平输出端相应地与所述四个输入端接触连接，从而实现所述光电传感模块接入整个智能积木系统；高电平输出端（5）、数据总线输出端（6）、信号输出端（7）和低电平输出端（8）即四个输出端安装在输出端安装体（16）中；智能积木系统中与所述光电传感模块搭接的下位智能积木模块的高电平输入端、数据总线输入端、信号输入端和低电平输入端相应地与所述四个输出端接触连接，为下位智能积木模块提供电能和信息；高电平输入端（1）通过高电平导线直接与高电平输出端（5）相连；低电平输入端（4）通过低电平导线直接与低电平输出端（8）相连；数据总线输入端(2) 通过导线直接与数据总线输出端（6）；所述光电模块（18）、模块处理器（10）、模数转换器（11）和数模转换器（12）均与高电平导线和低电平导线连接，并获得供电；

所述拼接结构体（13）包括基座（131）、公头凸台（132）、安装卡槽（133）、母头外周墙体（134）、母头方块（135）和母头圆柱（136）；母头外周墙体（134）、母头方块（135）和母头圆柱（136）共同组成若干个母头凹槽，母头凹槽的数量由母头方块（135）和母头圆柱（136）的数量所决定；所述公头凸台（132）与所述凹槽之间能精确插入装配，当一个积木模块的母头凹槽与另一个积木模块的公头凸台装配时，两者能产生适度的过盈量，产生摩擦力；

所述上盖壳体（14）包括外壳（141）、连接凸台（142）、壳体卡扣（143）、和光电模块安装腔（144）；上盖壳体（14）的壳体卡扣（143）与拼接结构体（13）的安装卡槽（133）配合安装，使上盖壳体（14）和拼接结构体连接为一个整体；光电模块安装腔（144）用于容纳锥形碗状体（9）；外壳（141）上设置多个连接凸台（142），用于与其他积木模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于智能电子积木的光电传感模块，其特征在于：处理器（10）通过数据总线与调节器连通，并能通过调节器识别光电模块，用户能通过调节器为光电模块分配识别编码；用户可通过调节器设定环境修正系数；环境修正系数与模数转换器（11）所产生的数字信号的乘积作为运算结果传输给数模转换器（12）。

3.根据权利要求1所述的一种用于智能电子积木的光电传感模块，其特征在于：所述光电模块（18）采用光电传感器。

4.根据权利要求1所述的一种用于智能电子积木的光电传感模块，其特征在于：所述公头凸台（132）是圆柱体形状，具有1~4个圆柱体，这些圆柱体设置在基座（131）上。

5.根据权利要求1所述的一种用于智能电子积木的光电传感模块，其特征在于：所述倒锥形面（92）对应的顶角角度A为45~75度。

6.根据权利要求1所述的一种用于智能电子积木的光电传感模块，其特征在于：所述母头凹槽的数量与公头凸台（132）的数量一致。