CN207462675U - 一种基于i2c接口的电子积木 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种基于I2C接口的电子积木，含底座以及可插拔地安装在底座上的元件块，每个元件块被配置为不同地址，底座上具有微控制器以及用于管理各个元件块与微控制器之间通信数据流的单片机，元件块包含基于I2C通信的第一类型元件块，第一类型元件块与单片机之间、微控制器与单片机之间均被配置为通过I2C通信方式进行通信。本实用新型由于第一类型元件块与底座之间只需两根数据线，连接简单，易于插拔，降低了儿童使用难度，提高可玩性，相对简单的硬件连接要求也有助于控制成本，有着良好的经济型；I2C总线可挂接数量众多的外部设备，扩展性好，大大提高了外设模块丰富性，产品升级相对更为方便。
Description
技术领域
本实用新型涉及智能玩具及教具领域，更具体地说，涉及一种基于I2C接口的电子积木。
背景技术
智能玩具是由电子信息产业大发展而兴起的全新市场，是未来儿童玩具/教具领域发展的方向。电子积木以一种全新的模式颠覆传统积木的玩法，在培养儿童动手能力的同时也使其接触到一定的物理、化学知识，让儿童对科学有更加感性、具体的认知。电子积木很好地克服了传统积木诸多缺点，使儿童更有兴趣，带来轻松自由的电子DIY体验，帮助年轻的孩子们实现自己的电子创意梦想。
电子元器件之间的数据通信按传输时钟有同步与异步之分，按数据收发模式则有串行并行之分。在对传输速率没有很高要求情况下一般采用连接更为简单的串行通信。在较为流行的诸如SPI、UART、I2C等串行通信协议中，同步通信协议SPI由于是全双工通信，根据协议需要有MOSI、MISO、NSS、SCK四线连接，虽然数据传输能力更加强大，但硬件连接也相对复杂，并不适合在本产品中使用；通用异步串行通信UART同样是全双工的，且需要通信双方有相应的通信模块，即更加适合在微控制器之间使用；I2C通信协议有着最为简单的硬件连接要求，只需要一根数据线SDA和一根时钟线SCL就可以完成半双工通讯，挂接在I2C总线上的每个器件都有唯一的地址识别码，主机能够根据该地址寻址到不同从机，即可实现主机与多从机的通信，很好地符合了本产品的设计理念。然而，目前确并没有将I2C通信应用到电子积木中。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述的现有技术中还没有将I2C通信应用于电子积木的技术缺陷，提供了一种基于I2C接口的电子积木。
本实用新型为解决其技术问题，提供了一种基于I2C接口的电子积木，包含底座以及可插拔地安装在底座上的元件块，每个元件块被配置为不同地址，该电子积木还包含微控制器以及用于管理各个元件块与微控制器之间通信数据流的单片机，所述元件块包含基于I2C通信的第一类型元件块，第一类型元件块与单片机之间、微控制器与单片机之间均被配置为通过I2C通信方式进行通信，元件块包含基于I2C通信的第一类型元件块，第一类型元件块与单片机之间、微控制器与单片机之间均被配置为通过I2C通信方式进行通信。
在本实用新型的基于I2C接口的电子积木中，多个元件块需要向微控制器同时发送数据时，单片机在同时接到这些元件块所发送的数据后，将各个元件块的数据分别按照时间的先后顺序依次转发至微控制器。
在本实用新型的基于I2C接口的电子积木中，微控制器还被配置为在所述微控制器需要同时控制多个所述元件块时，按照时间先后顺序分别发送各个控制指令至所述单片机以转发至对应的元件块。
在本实用新型的基于I2C接口的电子积木中，元件块包括具有wifi模块的元件块、具有传感器的元件块以及具有显示、发光、发声中任意一种或者多种的功能的功能模块。
在本实用新型的基于I2C接口的电子积木中，元件块与底座之间采用插孔及插针的方式连接，连接的插针及插孔之间形成单片机之间的有线通信，其中第一类型元件块与单片机之间的每个I2C接口均采用具有4对所述插针及插孔的四脚插接件实现，以分别连接SDA、SCL、电源和地线。
在本实用新型的基于I2C接口的电子积木中，元件块还包括基于非I2C通信的第二类型元件块，所述单片机还被配置为将所述微控制器发送的I2C信号转换为与第二类型元件块对应的非I2C信号后转发至对应的第二类型元件块和/或被配置为将第二类型元件块发送的非I2C信号转为I2C信号后转发至所述微控制器。
在本实用新型的基于I2C接口的电子积木中，第一类型元件块插设在底座上时，各第一类型元件块均连接至第一类型元件块与微控制器之间的数据总线上。
在本实用新型的基于I2C接口的电子积木中，微控制器为STM32x103VCT6。
在本实用新型的基于I2C接口的电子积木中，单片机为STM8L151K6U6。
在本实用新型的基于I2C接口的电子积木中，单微控制器以及单片机固定安装于底座上或者是也被设计为可插拔地安装在的底座上的模块。
本实用新型的基于I2C接口的电子积木采用I2C协议作为微控制器与第一类型元件块数据通信方式，其优点主要体现在：由于第一类型元件块与底座之间只需两根连接线传递通信数据，连接简单，易于插拔，降低了儿童使用难度，提高可玩性，相对简单的硬件连接要求也有助于控制成本，有着良好的经济型；I2C总线可挂接数量众多的外部设备，扩展性好，大大提高了外设模块丰富性，产品升级相对更为方便。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型的基于I2C接口的电子积木的一优选实施例的电路原理图；
图2是本实用新型的图1中基于I2C接口的电子积木中单片机的电路原理图；
图3是本实用新型的图1中基于I2C接口的微控制器的电路原理图；
图4本实用新型的基于本实用新型的温度检测报警系统电路原理图。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
本实施例的电子积木具有一底座以及元件块，底座上具有插针，元件块上具有插孔，通过插针与插孔，元件块可可插拔的安装在底座上，底座上还具有为该电子积木供电的电池。元件块可以是具有wifi模块的元件块、具有传感器的元件块以及具有显示、发光、发声中任意一种或者多种的功能的功能模块，本实用新型对此不作限制。每个元件块被配置为不同地址，地址的配置为事先通过程序写入，也可以工作时采用不同电路在元件块的引脚提供不同电压来进行配置，具体的可能视元件块的不同而不同。
如图1所示，其为本实用新型的本实用新型的基于I2C接口的一优选实施例的电路原理图。该电子积木还包含微控制器2以及用于管理各个元件块与微控制器2之间通信数据流的单片机3，微控制器2以及单片机3固定安装于底座上或者是也被设计为可插拔地安装在的底座上的模块。本实施例中提供的元件1均为基于I2C通信的第一类型元件块1，第一类型元件块1与单片机3之间、微控制器2与单片机3之间均被配置为通过I2C通信方式进行通信。第一类型元件块1插设在底座上时，各第一类型元件块1均连接至第一类型元件块1与微控制器2之间的数据总线上。多个第一类型元件块1需要向微控制器2同时发送数据时，单片机3在同时接到这些第一类型元件块1所发送的数据后，将各个第一类型元件块1的数据分别按照时间的先后顺序依次转发至微控制器3，即将同时受到的数据在不同的时间进行发送。微控制器2要同时控制多个第一类型元件块1时，按照时间先后顺序分别发送各个控制指令至单片机3以转发至对应的第一类型元件块1。
同时参考图2以及图3，在本实施例中，微控制器为STM32x103VCT，单片机为STM8L151K6U6。当STM32需要采集某个元件块的数据时，根据I2C总线协议的时序及对应器件地址即可寻址到所需传感器，为便于管理多个I2C接口信号，STM32微控制器通过专门的单片机STM8L151K6U6与各元件块连接。当元件块连接单片机上任一I2C接口时，相当于接在了单片机3的一对I/O口。当有数据交换需要时，单片机3作为I2C通信主机，在相应程序控制下按照I2C通信协议完成发送起始条件、接收应答、发送7位地址、接收应答、发送数据、发送停止。该单片机3与STM32微控制器2之间使用串口通信：即单片机3将收到的各路I2C数据整理后通过串行通信口送到STM32的USART端口，而STM32微控制器需要传输的控制信号也通过单片机3传到相应元件块。单片机3与STM32微控制器1之间采用串口通信保证了数据传输速率及可靠性。
参考图4，将STM32微控制器2、Sensor Hub单片机3、温度传感器模块12、数码管显示管13、蜂鸣器模块11几个模块拼接起来，组成简易温度检测报警装置。温度传感器12通过Sensor Hub单片机2连接到STM32微控制器2。
系统运行时，由Sensor Hub单片机3与温度传感器12进行I2C通信，STM32微控制器2发送起始条件且地址匹配成功后，首先初始化温度传感器12，即将需要的工作模式、温度阈值等信息写入传感器相应寄存器，完成后即可通过读取温度传感器12存储温度值的寄存器得到环境温度值。Sensor Hub单片机3将该温度值实时发送给STM32微控制器2，STM32微控制器2控制数码显示管13将这一温度值显示出来。当环境温度超出传感器设置的温度极限时，产生中断信号，此中断信号将触发蜂鸣器驱动程序发出报警音效，提示当前温度值超出预设温度阈值。其中，温度传感器模块12、数码管显示管13、蜂鸣器模块11即为上述的第一类型元件块。
在本实用新型的另一实施例中，元件块还包括基于非I2C通信的第二类型元件块，单片机还被配置为将微控制器发送的I2C信号转换为与第二类型元件块对应的非I2C信号后转发至对应的第二类型元件块和/或被配置为将第二类型元件块发送的非I2C信号转为I2C信号后转发至微控制器。区分元件块为第一类型元件块还是第二类型元件块可通过在单片机或者是微处理器中事先指定(如在单片机或者是微处理器预设元件块的类型与地址之间的对应关系)，也可以是单片机或者是微处理器(需经过单片机的转发)发送测试信号，根据返回的测试信号确认类型。
上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。
Claims (8)
1.一种基于I2C接口的电子积木，其特征在于，包含底座以及可插拔地安装在底座上的元件块，每个元件块被配置为不同地址，所述电子积木还包含微控制器以及用于管理各个元件块与微控制器之间通信数据流的单片机，所述元件块包含基于I2C通信的第一类型元件块，第一类型元件块与单片机之间、微控制器与单片机之间均被配置为通过I2C通信方式进行通信。
2.根据权利要求1所述的基于I2C接口的电子积木，其特征在于，所述元件块包括具有wifi模块的元件块、具有传感器的元件块以及具有显示、发光、发声中任意一种或者多种的功能的功能模块。
3.根据权利要求1所述的基于I2C接口的电子积木，其特征在于，
元件块与底座之间采用插孔及插针的方式连接，连接的插针及插孔之间形成单片机之间的有线通信，其中第一类型元件块与单片机之间的每个I2C接口均采用具有4对所述插针及插孔的四脚插接件实现，以分别连接SDA、SCL、电源和地线。
4.根据权利要求1所述的基于I2C接口的电子积木，其特征在于，所述元件块还包括基于非I2C通信的第二类型元件块，所述单片机还被配置为将所述微控制器发送的I2C信号转换为与第二类型元件块对应的非I2C信号后转发至对应的第二类型元件块和/或被配置为将第二类型元件块发送的非I2C信号转为I2C信号后转发至所述微控制器。
5.根据权利要求1所述的基于I2C接口的电子积木，其特征在于，所述第一类型元件块插设在底座上时，各第一类型元件块均连接至第一类型元件块与微控制器之间的数据总线上。
6.根据权利要求1所述的基于I2C接口的电子积木，其特征在于，所述微控制器为STM32x103VCT6。
7.根据权利要求1所述的基于I2C接口的电子积木，其特征在于，所述单片机为STM8L151K6U6。
8.根据权利要求1所述的基于I2C接口的电子积木，其特征在于，所述微控制器以及所述单片机固定安装于底座上或者是也被设计为可插拔地安装在的底座上的模块。
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