CN207233274U - 无线可编程电子积木系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种无线可编程电子积木系统，包括若干电子积木，电子积木包括无线通信模块、MCU模块和执行模块，其中，无线通信模块用于接收外部设备发送的请求信息并根据接收到的请求信息与外部设备建立连接；MCU模块用于转换无线通信模块接收到的执行指令，并将转换后的执行指令输出至执行模块；执行模块用于根据执行指令执行动作。本实用新型运用无线通信技术，对各电子积木进行组网协同控制，实现更高级的功能要求，以此解决传统积木模块可玩性和操作性较低，不能满足广大师生和玩家的教学以及娱乐需求的问题。

Description

无线可编程电子积木系统

技术领域

本实用新型涉及智能玩教具领域，具体涉及一种无线可编程电子积木系统。

背景技术

STEM教育源起美国，1986年，美国国家科学委员会首次提出STEM教育概念，指的是科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)、数学(Mathematics)，旨在让孩子在科学、技术、工程和数学领域综合发展，从而提高其全球竞争力,为培育更多的科技创新人才，STEM教育在中国的发展也越来越引起家长和学校的认可，因此市场对能开发学生智力，培养动手能力的智能玩教具的需求也越来越大。

现有的智能玩教具主要通过想对简单的零件结构或功能模块进行各种组合的物理拼接，或者在各零件结构或功能模块上再加上电源、发光体、扬声器等实现发出声光效果等，由此来实现对用户的创造力，空间想象力和动手能力的锻炼。此类智能玩教具一般用于学校的科技课、物理课的授课教具或者作为玩具。随着技术的发展，智能玩教具因其技术原理相对落后，其可玩性和操作性较低，已不能满足广大师生和玩家的教学以及娱乐需求。

实用新型内容

本实用新型主要目的在于提出一种无线可编程电子积木系统，旨在解决现有技术中智能玩教具积木只通过普通的物理连接和/或电连接，带来的可玩性以及操作性较低的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提出一种无线可编程电子积木系统，包括若干电子积木，所述电子积木包括无线通信模块、MCU模块和执行模块，其中所述无线通信模块用于接收外部设备发送的请求信息并根据接收到的请求信息与外部设备建立连接；所述MCU模块用于转换所述无线通信模块接收到的执行指令，并将转换后的执行指令输出至所述执行模块；所述执行模块用于根据所述执行指令执行动作。

优选地，所述无线通信模块还用于向外部设备传输请求信息，并根据接收到的反馈信息与外部设备建立连接。

优选地，所述外部设备包括电子积木和/或移动通信终端，所述无线通信模块用于接收其他电子积木和/或移动通信终端发送的请求信息，并根据接收到的请求信息与其他电子积木和/或移动通信终端建立连接。

优选地，所述无线可编程电子积木系统包括：校验单元，用于对接收到的请求信息进行校验；连接建立单元，用于在校验通过时与请求信息发送者建立连接。

优选地，所述无线通信模块包括单独设置的蓝牙dongle模块，所述蓝牙dongle模块包括蓝牙芯片和USB接口。

优选地，还包括传感器模块，所述传感器模块用于采集外部环境的数据信息；所述MCU模块与所述传感器模块电连接，用于处理所述传感器模块采集的数据信息并转发至执行模块，以供执行模块执行相应的动作。

优选地，所述传感器模块包括与所述MCU模块连接、用于向所述MCU模块传送控制指令的开关。

优选地，还包括电源模块，所述电源模块与所述无线通信模块、MCU模块和执行模块连接，用于向所述无线通信模块、MCU模块和执行模块供电。

优选地，所述传感器模块与所述MCU模块设置在一起组成传感及处理模块，所述无线通信模块与所述电源模块设置在一起组成无线通信电源模块，所述传感及处理模块和所述无线通信电源模块连接。

优选地，所述执行模块包括可显示红、绿、蓝三基色光的LED灯和/或电动马达。

本实用新型技术方案通过采用无线通信技术和传感器技术，对各电子积木进行组网协同控制，可根据不同的环境因素来实现更高级的功能要求，以此解决传统积木模块可玩性以及操作性较低，不能满足广大师生和玩家的教学以及娱乐需求的问题。

附图说明

图1为本实用新型一实施例中电子积木的结构示意图；

图2为本实用新型另一实施例中电子积木的结构示意图；

图3为本实用新型又一实施例中无线可编程电子积木系统的结构示意图；

图4为本实用新型再一实施例中无线可编程电子积木系统的编辑界面示意图；

图5为本实用新型再一实施例中无线可编程电子积木系统的编辑界面示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				11	无线通信模块	12	MCU模块
13	执行模块	14	传感器模块
				15	电源模块

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将结合附图对本实用新型各实施例的技术方案进行详细介绍。

本实用新型提出一种无线可编程电子积木系统，参照图1至图3，包括若干电子积木，电子积木包括无线通信模块11、MCU模块12和执行模块13，其中，无线通信模块11用于接收外部设备发送的请求信息并根据接收到的请求信息与外部设备建立连接；MCU模块12用于转换无线通信模块11接收到的执行指令，并将转换后的执行指令输出至所述执行模块13；执行模块13用于根据所述执行指令执行动作。

本实用新型实施例中，无线通信模块11可选择WIFI通信、蓝牙通信、zigbee通信、红外通信等技术实现通信功能，在此优选蓝牙通信技术。外部设备可以为电子积木、移动通信终端和电脑等，电子积木可以通过无线通信模块11与其他电子积木或者移动通信终端建立连接，也可以通过无线通信模块11与其他电子积木和移动通信终端同时连接。MCU模块12接收到外部设备发送的指令后，将其转换为执行模块13可以识别的指令，以供执行模块13识别。本实用新型实施例能通过无线通信的模式实现对电子积木的控制，进而实现更高级的功能要求，以此解决传统积木模块可玩性及操作性较低的问题。

在一应用场景中，两个或者多个电子积木之间可通过无线通信模块11组成内网，再与移动通信终端组网，实现通过移动通信终端对电子积木的控制和操作。例如，移动通信终端发送光、声、热、运动等指令，电子积木通过无线通信模块11接收这些指令，MCU模块12对这些指令进行转换以匹配执行模块13，执行模块13接收到MCU模块12推送的指令后，执行相应的光、声、热、运动等动作。

本实用新型电子积木技术方案通过在传统的积木中设置无线通信模块11、MCU模块12和执行模块13，实现外部的移动通信终端或者电脑对单个的电子积木或电子积木内网中各电子积木的控制，外部的移动通信终端或者电脑可发送指令，由单个的电子积木接受并执行；或者发送指令集由电子积木内网中的各电子积木接受并协同执行。此种无线连接方式和控制方式相对于传统积木而言可玩性、可操作性操作性更强，采用的指令集越复杂，电子积木也能实现更复杂的功能，从而达到训练使用者逻辑思维的目的。也可解决传统积木模块可玩性和操作性较低，不能满足广大师生和玩家的教学以及娱乐需求的问题。

本实用新型实施例中，上述无线通信模块11还可用于向外部设备传输请求信息，并根据接收到的反馈信息与外部设备建立连接。此种连接方式一般由电子积木通过无线通信模块11向其他电子积木发送信息，其他电子积木接收到该信息后会针对该信息进行反馈，发射信息的电子积木在对接收到的反馈信息进行校验，通过后电子积木之间就会建立连接。其他设备如也可以是移动通信终端或者电脑，其通过此种发送信息、反馈信息、校验信息的流程与电子积木连接，实现对无线可编程电子积木系统的控制。

在本实用新型一较佳实施例中，无线通信模块11包括：校验单元，用于对接收到的请求信息进行校验；连接建立单元，用于在校验通过时与请求信息发送者建立连接。通过AES加密方式校验单元会对mesh name和mesh password进行校验；校验成功后，连接建立单元会与发送请求信息的电子积木连接在一起，形成一个mesh网络，通过加密的的方式进行校验提高了电子积木间连接的安全性和稳定性。

在上述实施例中，无线通信模块11包括单独设置的蓝牙dongle模块，所述蓝牙dongle模块包括蓝牙芯片和USB接口，当电子积木内部的蓝牙芯片损坏或者功能丧失，可将蓝牙dongle模块经其USB接口与电子积木连接，重新完善无线通信功能。当外部设备如电脑等，缺乏无线通信功能而不能与电子积木连接时，可将蓝牙dongle模块与外部设备连接，再通过蓝牙dongle模块完成外部设备与电子积木的无线连接。蓝牙dongle模块体积小，易携带，且与之相连的USB接口也能和大多数的外部设备连接，方便使用。

在本实用新型另一实施例中，参照图2，电子积木还包括传感器模块14，传感器模块14与MCU模块12连接，用于采集外部环境的数据信息，传感器模块14采集的数据信息经MCU模块12处理后可转发至执行模块13，以供执行模块13执行相应的动作。

本实用新型实施例中，传感器模块14一般选用热敏传感器、光敏传感器、气敏传感器、力敏传感器、声敏传感器、色敏传感器等，可实时收集各种环境信息，然后将其转化成数据信息传输至与传感器模块14电连接的MCU模块12。该MCU模块12为微控制单元，可处理传感器模块14传输过来的数据信息，并将处理后的数据信息传输至与其电连接的执行模块13，进而将处理过后的数据信息经执行模块13以光、声、热、运动等不同形式表现出来。在一实际运用场景中，电子积木的传感器模块14可以配置声敏传感器和红外传感器，执行模块13配置扬声器。在具体应用时，玩家可通过移动通信终端或者计算机等平台编辑指令，使得该电子积木实现提醒装置的功能。例如，当传感器感应到有人靠近或者感应到声音，便会向MCU模块12发出一个数据信息，该数据信息经MCU模块转化成执行模块13可识别的指令，执行模块14接受该指令后会发出对应的语音或者声音,由此可作为带有报警和提示功能的无线可编程电子积木系统。以上为电子积木单独设立来完成相关的任务，增设传感器模块14后的电子积木，根据其传感器的不同能针对不同环境因素做出相应的反馈。还可将移动通信终端或者电脑与电子积木连接，来监控电子积木周围环境因素的变化。除此之外，如果将多个带有不同种类的传感器以及多个不同功能的执行模块13的电子积木组合成互联mesh网络，再与移动通信终端或电脑连接。该电子积木构成的组合可看作一个智能机器人，各种环境信息会在整个mesh网络中传输，经由各电子积木的MCU模块12的处理后，电子积木会对复杂的环境进行相应的系统性地反馈。使用者也可通过移动通信终端或电脑进行直接控制。

在上述实施例中，所述传感器模块14包括与所述MCU模块12连接、用于向所述MCU模块12传送控制指令的开关。该开关的通断情况分别代表不同的信号输出，当与其连接的MCU模块12收到不同的信号后，会转化成相对应的指令，通过与MCU模块12连接的无线通信模块11将指令发送给指定的具有特定功能的电子积木(电子积木可根据执行模块13的输出效果不同进行不同的功能分类)，然后再由该电子积木的执行模块13执行上述的指令，通过无线智能开关可实现对具有其他功能的电子积木或电子积木组合的控制。

在本实用新型一较佳实施例中，电子积木还包括电源模块15，所述电源模块15与所述无线通信模块11、MCU模块12和执行模块13连接，用于向所述无线通信模块11、MCU模块12和执行模块13供电。由此各电子积木可单独运行而不需外部的电源接入，在组装时更加方便。除此之外，由于电源模块15的频繁使用，该电源模块15一般用可重复使用的充电电池作为电力来源，所以电源模块15还设置有充电和放电保护电路，可保护电源模块15以及与电源模块15连接的其他模块上的电子零件或部件，降低电子积木在充电状态和使用状态下电路的故障率，提高了本电子积木的使用寿命。

在上述实施例中，参照图2，传感器模块14与MCU模块12设置在一起组成传感及处理模块，无线通信模块11与电源模块15设置在一起组成无线通信电源模块，传感及处理模块和无线通信电源模块连接。将电子积木功能切分成传感及处理模块和无线通信电源模块，该无线通信电源模块设置成标准模块，可与带有各种功能的传感及处理模块或者执行模块13通过pin针和磁力连接，pin针连接实现了各模块之间的电连接，磁力连接实现了模块之间的物理连接，确保了电子积木各模块之间的连接稳定性和易拆装性。使用者可根据其功能需要，将不同功能的传感及处理模块和不同功能的执行模块13与上述的无线通信电源模块连接，装配出各种功能类型的电子积木，再根据使用者的具体目的，对其装配出来的电子积木进行连接，然后调试出对应的无线可编程电子积木系统，使用者可通过其中一个电子积木或者外接设备实现对整个无线可编程电子积木系统的的控制，通过以上操作可锻炼使用者的创造力，思维能力，以及动手操作的能力。同时可多备几个单独设置的无线通信电源模块，各电子积木在使用过程中可能会出现电量不足的情况，可将电量充足的无线通信电源模块取下替换，提高了电子积木的续航能力。

在上述实施例中，执行模块13包括电动可显示红、绿、蓝三基色光的LED灯和/或电动马达。三基色LED灯可根据其中任意两基色的发光，发出其他色光，三基色也可同时亮起，从而发出无色光。该电子积木可与不同的功能的传感器组件连接，实现在不同环境条件下显示不同的色光、无色光或者闪烁光，实际操作中可作为报警灯或提示灯使用，使用者还可根据不同的场景搭利用电子积木建出交通信号灯等。该电子积木也能与上述的带有开关的电子积木连接，通过带有开关的电子积木控制该电子积木中LED的灯光效果。除此之外还能将多个带由LED灯的电子积木组合在一起形成LED灯阵，其可玩性和操作性以及创造性都可根据使用者的具体的功能要求体现。

本实用新型一较佳实施例中，执行模块13还可包括电动马达。带有电动马达的电子积木在单独使用时，其转轴可与风扇叶连接作为一个电动小风扇。在搭配不同类型的的传感器后，该电子积木可根据不同的环境条件作出反馈。在实际操作过程中，该电子积木可搭配温度传感器，当室温超过设定的温度该电动马达即运转，用以调节室温。该电子积木还可搭配温度传感器和红外传感器组合使用，当红外传感器感应到附近有人存在，且室温超过设定温度，电动马达随即运转，给使用者吹风降温。除此之外，该带有电动马达的电子积木还能与上述的带有开关的电子积木连接，使用者可通过带有开关的电子积木在一定范围内控制电动马达的运转。

本实用新型又一实施例中，使用者也能使用多个带有电动马达的电子积木与小车等玩具连接，上述的电子积木可作为小车的驱动马达和转向马达，并带有开关的电子积木和/或移动通信终端连接，使用者就可通过带有开关的电子积木或者移动通信终端控制智能小车的运动；还可在小车上增设带有LED灯的电子积木，从而组合出具有炫酷灯光效果的的玩具小车。本实用新型运用传感器技术和无线通信技术，对各电子积木进行单个控制或者对多个组成的网络系统进行协同控制，可实现更高级的功能操作；具有操作性、趣味性高的特点，可很好得锻炼用户的逻辑思维和动手能力。

在上述实施例中，移动通信终端或电脑对无线可编程电子积木系统的控制可在对应的软件程序上完成，通过在软件程序的操作界面上进行可视化的简单编程，完成对单个电子积木的控制或者多个电子积木间连接的逻辑关系的确立。软件程序的主操作界面一般包括功能模块区，从中可选择不同类型的传感器模块、无线通信电源模块、输出模块。传感器模块包括光传感器模块、声音传感器模块、红外传感器模块、压力传感器模块、语音识别模块、动作识别模块等。无线通行电源模块一般根据其外形尺寸或者电源模块中电池容量划分成多个不同尺寸大小的模块。输出模块包括电动马达模块、LED灯模块、扬声器模块、蜂鸣器模块、液晶显示屏模块等，以上的各个功能模块分别以不同的图标设置在功能模块区。

主操作界面包括可视化编程区，该可视化编程区分为电子积木拼接模式和电子积木编程模式。电子积木拼接模式下，可视化编程区分为输入区、无线通信电源区和执行区，客户可先在可视化编程区模拟组装出不同功能类型的电子积木。实际操作时，可从功能模块区点选不同的功能模块并将其拖入到可视化编程区任意一处，用户松手后会根据其所具有的功能特征自动移动到输入区、无线通信电源区或者执行区。随后便可点击此操作界面上的“播放”按钮进行校验，如果验证不成功，操作界面会以弹窗的形式或者以固定在操作界面一处的提示栏的形式作出文字提示并用语音的形式播报出来。同时还在可视化编程区的出错处用加亮的颜色提醒用户。用户会根据提醒对现有的组装方案进行修改。组装完毕后，该操作界面中各功能模块会打包以一个积木的图标移动到操作界面的一侧的电子积木栏，用户可组装下一个电子积木。当所有电子积木拼接完后，全部在操作界面的一侧的电子积木栏中显示并保存，客户在可视化编程区完成电子积木的虚拟拼接后可进行实物拼接，拼接完毕后，电子积木和操作界面中电子积木栏内的图标通过无线通信模块一一对应，用户还能对电子积木栏内的图标进行个性化命名。

此外还可将用于编程的移动通信终端或者电脑等设备做为功能模块，对应的在功能模块区也会有类似智能手机或者电脑的图标表示。用户既能将智能手机或者电脑的图标拖入输入区将其用于识别语音指令、动作指令等然后再由其指令发送到连接着的其他模块，用户既能将手机或者电脑的图标拖入执行区，由其执行对应的指令如音频输出、视频输出、短信输出等。

用户可将已经拼接好的电子积木进行无线通信连接，通过AES加密方式校验单元会对mesh name和mesh password进行校验；校验成功后，连接建立单元会与发送请求信息的电子积木连接在一起，形成一个mesh网络，通过加密的的方式进行校验提高了电子积木间连接的安全性和稳定性。在可视化编程区的电子积木编程模式下，参照图4，根据所需的功能方案和编程逻辑对电子积木进行编程。可以在可视化编程区的内的语句栏选择所需的Scratch图形化语句块，如条件语句、判断语句、执行语句、重复执行语句等，不同的程序语句其颜色不同方便功能区分和查错，然后在语句块中选择填入条件和对应的电子积木，程序编辑完毕便可点击此操作界面上的运行按钮进行验证，如果验证不成功，操作界面会以弹窗的形式或者在固定在操作界面一处的提示栏中以作文字提示并用语音的形式播报出来。同时还在可视化编程区的出错处用加亮的颜色提醒用户。用户会根据提醒对现有的程序语言进行修改。此种编程方式能够锻炼孩子们的逻辑思维能力，比较接近真实的编程开发。

在实际应用中，可将带有光线传感器的电子积木放置在窗边，为达到光照度是小于100lux的黑夜下，执行模块13中的LED显示模块仅仅显示当前时间，不播放音乐；早上来临的时候，太阳出来了，窗边的光照度大于100lux，触发LED显示屏幕显示提醒起床词语，同时执行模块13中的MP3模块开始播放起床歌这一功能。根据以上条件选取带有光线传感器和LED显示功能的电子积木以及带有光线传感器和音频播放功能的电子积木，将二者无线连接。然后在可视化编程区中选择开始语句、重复执行语句、条件语句等所对应的Scratch图形化语句块，然后在条件语句“如果”后输入“光照条件”“>”“100”，然后在“那么”后输入“LED显示屏显示”、“主人早上该起床啦”、“MP3播放音乐”和“起床歌”，最后在“否则”后输入“LED显示屏显示”、“当前时间为”和“系统时间”编辑完毕点击右下角的“播放”按钮进行检验，看能否实现上述功能，如果不能可根据系统提示进行修改。

除此之外还能进行数据流式图形化编程，参照图5，数据流式的编程方式采用数据流动的形式来对控制逻辑进行编程，光线传感器不断的反馈当前环境的光照度，下一步判断这个数值和100进行对比，如果这个数值是小于100的那么就触发MP3播放歌曲，LED显示屏显示内容；如果这个数值是大于100的，那么就仅仅触发LED屏显示内容。光线传感器不断的反馈产生数据，这个过程不断被执行。这种编程方式更加简单，用户能够快速的对应用进行编程。数据流式编程共分为四类，第一类是行为，主要包含一些常用的数据比较，触发，开关；第二类是计时器，主要包含一些常用的时间控制语句块；第三类是逻辑，主要包含与，或，非，与非逻辑语句块；第四类是模块，主要包含当前检测到的在线的电子积木。

程序软件中还有已存的各种学习教程或者经典编程案例，该学习教程以图片或者视频的形式展现出来，帮助用户了解电子积木的功能和玩法。用户可在完成可视化编程前或者在完成后对各电子积木进行组合连接，继而再次实物检验编程效果。

本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求保护的范围之内。以上所述的仅为本实用新型的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本实用新型保护的范围，凡是在与本实用新型一个整体的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型保护的范围内。

Claims (10)

1.一种无线可编程电子积木系统，其特征在于，包括若干电子积木，所述电子积木包括无线通信模块、MCU模块和执行模块，其中，

所述无线通信模块用于接收外部设备发送的请求信息并根据接收到的请求信息与外部设备建立连接；

所述MCU模块用于转换所述无线通信模块接收到的执行指令，并将转换后的执行指令输出至所述执行模块；

所述执行模块用于根据所述执行指令执行动作。

2.如权利要求1所述的无线可编程电子积木系统，其特征在于，所述无线通信模块还用于向外部设备传输请求信息，并根据接收到的反馈信息与外部设备建立连接。

3.如权利要求1所述的无线可编程电子积木系统，其特征在于，所述外部设备包括电子积木和/或移动通信终端，所述无线通信模块用于接收其他电子积木和/或移动通信终端发送的请求信息，并根据接收到的请求信息与其他电子积木和/或移动通信终端建立连接。

4.如权利要求3所述的无线可编程电子积木系统，其特征在于，所述无线通信模块包括：

校验单元，用于对接收到的请求信息进行校验；

连接建立单元，用于在校验通过时与请求信息发送者建立连接。

5.如权利要求4所述的无线可编程电子积木系统，其特征在于，所述无线通信模块包括单独设置的蓝牙dongle模块，所述蓝牙dongle模块包括蓝牙芯片和USB接口。

6.如权利要求1至5中任一项所述的无线可编程电子积木系统，其特征在于，还包括传感器模块，所述传感器模块用于采集外部环境的数据信息；所述MCU模块与所述传感器模块电连接，用于处理所述传感器模块采集的数据信息并转发至执行模块，以供执行模块执行相应的动作。

7.如权利要求6所述的无线可编程电子积木系统，其特征在于，所述传感器模块包括与所述MCU模块连接、用于向所述MCU模块传送控制指令的开关。

8.如权利要求7所述的无线可编程电子积木系统，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块与所述无线通信模块、MCU模块和执行模块连接，用于向所述无线通信模块、MCU模块和执行模块供电。

9.如权利要求8所述的无线可编程电子积木系统，其特征在于，所述传感器模块与所述MCU模块设置在一起组成传感及处理模块，所述无线通信模块与所述电源模块设置在一起组成无线通信电源模块，所述传感及处理模块和所述无线通信电源模块连接。

10.如权利要求1所述的无线可编程电子积木系统，其特征在于，所述执行模块包括可显示红、绿、蓝三基色光的LED灯和/或电动马达。