CN209934087U

CN209934087U - 一种电子积木拓展板的系统

Info

Publication number: CN209934087U
Application number: CN201920468821.6U
Authority: CN
Inventors: 王东辉
Original assignee: Shanghai Sheng Industrial Co Ltd
Current assignee: Shanghai dilome Education Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2019-04-09
Filing date: 2019-04-09
Publication date: 2020-01-14
Anticipated expiration: 2029-04-09

Abstract

本实用新型公开了一种电子积木拓展板的系统，包括若干级联的拓展板和外设模块；所述拓展板包括结构区和电路区；所述结构区位于所述拓展板的外围；所述结构区设有若干插孔；所述插孔被配置为固定普通积木；所述电路区与所述外设模块配合，实现电路功能；所述电路区包括将外部电源电压转换成电路区或外设模块需要的电压的电源模块、以无线或有线的方式获取外设模块的控制、输入和输出信号的通信模块，以及兼容主流开源硬件平台的底部排针。本实用新型结构上能够和传统积木进行结合，电路上能够搭配各种电压和通讯协议的主流开源硬件使用，灵活性和趣味性强。

Description

一种电子积木拓展板的系统

技术领域

本实用新型涉及电子积木领域，尤其涉及一种电子积木拓展板的系统。

背景技术

随着当今社会科学技术的发展，积木作为儿童启蒙学习的益智类玩具，已经得到了众多家长的广泛认可。相对于传统积木采用的纯机械结构拼接，电子积木将导线、灯泡、二极管、电阻、电容、各种开关、电表、电机、喇叭、集成块等电子元器件固定在安装板上，像拼积木一样拼装电路组合。电子积木提高了孩子的动手能力，激发孩子的科学兴趣和创造能力，现在已经成为现代家庭培养孩子的首要选择。

但现有大多数电子积木采用相对独立封闭的电子模块，相对于传统积木，灵活性和多样性大大受限。专利号CN201621399534.7公开的一种多功能电子积木模块，通过设置N组第一电连接器和N组第二电连接器在电子积木模块之间级联，以及通过在片状连接板上设置插孔，从而扩展了通信接口，并将电子积木与普通积木结合，相对于传统积木提升了灵活性和多样性。但所述多功能电子积木模块功能电路基于指定的编程模块，并使用有线硬件接口通信，没有通用的通信接口或无线接口，对当下主流开源硬件及物联网等新型场景适用性不足；此外，电源模块单一的输出电压，无法满足多样的硬件器件工作电压，使得硬件器件外设限制较多。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种电子积木拓展板的系统，使得电路方面能够搭配各种电压和通讯协议的主流开源硬件使用，结构上能够和传统积木进行结合，灵活性和趣味性较强。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是如何通过合理的设计，能够使得电子方面能够搭配各种电压和通讯协议的主流开源硬件使用，结构上能够和传统积木进行结合，灵活性和趣味性较强的一种电子积木拓展板的系统。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种电子积木拓展板的系统，包括若干级联的拓展板和外设模块；所述拓展板包括结构区和电路区；所述结构区位于所述拓展板的外围；所述结构区设有若干插孔；所述插孔被配置为固定普通积木，实现所述普通积木的搭建；所述电路区位于所述拓展板的内围；所述电路区与外设模块配合，实现电路功能；所述电路区包括电源模块、通信模块、功能模块和底部排针；所述电源模块将外部电源电压转换成电路区或外设模块需要的电压；所述通信模块以无线或有线的方式获取外设模块的控制、输入和输出信号，并传输给所述功能模块；所述功能模块处理获取的所述信号；所述底部排针被配置为能够与所述外设模块的控制模块交互的信息接口。

进一步地，所述无线方式支持Wifi，GPRS、蓝牙、红外或ZigBee。

进一步地，所述电源模块转换的所述电压包括24V、12V、8V、5V和3.3V的直流电和0～220V的交流电。

进一步地，所述电路区还包括功能区排针，所述功能区排针与所述通信模块相连，获取外设模块的控制、输入和输出信号；且用于控制、输入和输出功能的各所述功能区排针底座形状不同。

进一步地，所述外设模块包括有控制处理功能的控制模块、起输入作用的感知环境量的传感器和执行输出结果的输出模块。

进一步地，所述通信模块包括用于下载程序或初始化所述拓展板的通讯串口、USB接口或MicroUSB接口。

进一步地，所述功能模块包括用于控制电机正反转的电机驱动芯片和电机控制接口。

进一步地，所述积木为乐高积木；所述插孔与所述乐高积木的柱状凸起形状配合；所述插孔数量被配置为高度和长度分别为L个乐高单位和M个乐高单位；所述L和M均为大于2的正整数。

进一步地，所述控制模块为基于Arduino的开发平台。

进一步地，还包括底板和若干转接模块；多个所述拓展板通过所述结构区的插孔固定于所述底板；所述拓展板通过所述转接模块实现多个所述拓展板的电路区的信号或电源传递。

和现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

(1)通过设置用于通信的通用的底部排针，不仅支持指定的编程系统，也可以兼容市面上常用的开发板平台，大大扩展了开源硬件的支持范围；

(2)通过设置电源模块转换外部电源输入电压，使拓展板支持多种直流电和交流电，大大扩展了包括传感器在内的外设模块的选择范围和灵活性；

(3)通过设置支持无线和有线的通信模块，支持通过多种控制方式或信号传递方式的应用场景，适用于包括物联网在内的等新型应用场景，加大了趣味性。

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本实用新型的一个较佳实施例的单个电子积木拓展板示意图；

图2是图1所示实施例的底部排针的位置示意图。

其中，1-功能区排针；2-四针独立接口；3-复位按键；4-开关；5-外部电源输入接口；6-通讯串口；7-指示灯；8-底部排针；9-插孔；10-电机驱动芯片；11-电机控制接口；12-3.3V/5V跳转帽。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本实用新型的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本实用新型可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本实用新型的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本实用新型并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

图1和图2所示为本实用新型的一个较佳实施例的单个电子积木拓展板示意图，包括结构区和电路区；所述结构区包括若干插孔9；插孔9被配置为固定普通积木，实现所述普通积木的搭建；所述电路区位于所述拓展板的内围；所述电路区与外设模块配合，实现电路功能；所述电路区包括电源模块、通信模块、功能模块和底部排针8；所述电源模块将外部电源电压转换成电路区或外设模块需要的电压；所述通信模块以无线或有线的方式获取外设模块的控制、输入和输出信号，并传输给所述功能模块；所述功能模块处理获取的所述信号；所述底部排针8被配置为能够与所述外设模块的控制模块交互的信息接口。

相对于现有电子积木一般通过有线方式下载程序、获取输入输出信号或控制信号，级联数目较大或大型积木中单个所述拓展板功能更改时，所述控制模块配置不方便；此外，随着物联网等新型技术或应用场景的出现，传统有线通信方式也逐渐过时。为解决上述问题，优选地，所述通信模块可以选择配置为有线通信接口模块，降低所述拓展板的成本，拥有较高的通信可靠性；也可以选择配置为无线通信接口模块，提升灵活性、与现实生活更为贴近；优选地，所述无线方式包括Wifi，GPRS、蓝牙、红外或ZigBee。

为完成完整的电路功能，提高所述电子积木拓展板的系统的可视性和可操作性优选地，所述外设模块包括有控制处理功能的控制模块、起输入作用的感知环境量的传感器和执行输出结果的执行模块。

本实施例中，执行模块包括指示灯7和电机。应当注意，所述执行模块，不限于指示灯，还可以包括显示屏、电机、具有发声功能的模块，如蜂鸣器、播放器。考虑到传统电子积木不能够直接控制电机正反转，使用者需要另接控制电路，难度较大。为简化所述电机的控制，优选地，所述电路区设置有电机驱动芯片10和电机控制接口11，以直接控制直流电机及电机的正反转控制，同时满足所述电机需要的较大的电流。

所述具有控制处理功能的控制模块，指基于控制芯片通过编程控制所述外设模块及电路区的模块，如指定的具有简单编程的编程硬件、各类单片机或FPGA。为兼容市面主流的开源硬件或与之交互传递信息，优选地，设置底部排针8；底部排针8被配置为能够与所述外设模块的控制模块交互的信息接口。

本实施例中，所述底部排针8为24针金手指信号接口，可以与控制模块实现包括SPI、I2C、PWM及GPIO在内的常见的信息交换。

本实施例中，所述控制模块为基于Arduino的开发平台；Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，支持的软硬件资源丰富、编程门槛低，大大增强了电子积木使用过程中的乐趣性、拓宽了电子积木的应用场景。应当注意，所述控制模块，也可以包括PC机在内的成熟工业产品，对应地，需要有特定的交互接口。本实施例中，所述通信模块设置了通讯串口6；所述拓展板通过通讯串口6与所述成熟工业产品交互。此外，与通讯串口6功能类似，可也是USB接口或MicroUSB接口。

为方便所述拓展板的级联，模块化外设模块及电路区各模块的接口，优选地，电路区设置功能区排针1；功能区排针1便于扩展，可以应用于所述拓展板的级联；也可以与所述通信模块相连，获取所述外设模块的控制、输入和输出信号；还可以应用于扩展通信接口，实现复制多个数字量输入输出口和多个模拟量输入输出口，以扩大所述外设模块的数量和种类。为进一步降低电子积木的组装错误率，优选地，所述不同功能的功能区排针1底座形状不同。本实施例中，用于输入和输出功能的功能区排针1分别做成内凹和外凸、且有一边的两个角为圆形角的矩形接口；用于控制的功能区排针1做成标准的矩形接口。如此，使用者可以方便的辨认功能区排针1的功能，辨别输出接口和输入接口、辨别数字量接口和模拟量接口，避免插反。

此外，所述电路区还设置了多个四针独立接口2，以方便扩展串行外设接口或蓝牙模块，同时也可以应用于超声波传感器、TTL通信模块等插座接口，方便使用者模块化接线或扩展；四针独立接口2也可以使用鳄鱼夹，与特定要求的外设模块搭配使用。

为解决现有电子积木电源电压单一的不足，并进一步限制了外设模块的选型，本实施例所述的电源模块，将外部电源输入接口5输出的电压转换成多种电压，包括24V、12V、8V、5V和3.3V的直流电和0～220V的交流电。例如，3.3V或5V直流电可以针对特定传感器供电需求时供电。此外，所述电源模块还可以针对特定的所述外设模块的需求，提供一定的电流输出或恒流输出。

一般地，电子积木或市面主流的开源硬件平台外部电源输入的电压为24V直流电或市电；为进一步减小单个所述电子积木拓展板的体积，优选地，所述电源模块包括直流转换模块和交流转换模块；所述直流转换模块和所述交流转换模块可以选择配置与所述电源模块中；对于包括3.3V与5V的直流电转换，由于转换电路简单，为进一步扩展电源模块转换电压范围，同时兼顾电路区的体积小型和制造低成本，优选地，基于所述功能模块或所述电源模块，在电路区上设置3.3V/5V跳转帽。

所述普通积木，可以是其他能够与插孔9形状配合的、拥有凸起的积木，如乐高积木；考虑市面上大部分积木与乐高积木形状类似，优选地，插孔9形状为圆孔，所述凸起为柱状凸起。所述普通积木，也可以是能与插孔9配合的其他积木；例如插孔9也可安装螺丝与金属件配合搭建作品，以及在插孔中安装亚克力或者木板等来进行普通积木的固定，以实现多元化的积木搭建功能，增强趣味性。

本实施例中，所述结构区外围的插孔9设有高度和长度分别为L个乐高单位和M个乐高单位的插孔；考虑实际乐高积木搭建的数目，优选地，所述L和M均为大于2的正整数。

此外，本实施例在所述电路区还设置了开关4和复位按键3，可以实现管理所述拓展板的运行和关闭，或复位所述拓展板。

为保证多个所述拓展板级联时的通信质量和结构整齐紧凑，优选地，所述系统还包括底板和若干转接模块；多个所述拓展板通过所述结构区的插孔9固定于所述底板；所述拓展板通过所述转接模块，实现多个所述拓展板的电路区的信号或电源传递。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种电子积木拓展板的系统，包括若干级联的拓展板和外设模块；其特征在于，所述拓展板包括结构区和电路区；所述结构区位于所述拓展板的外围；所述结构区设有若干插孔；所述插孔被配置为固定普通积木，实现所述普通积木的搭建；所述电路区位于所述拓展板的内围；所述电路区与所述外设模块配合，实现电路功能；

所述电路区包括电源模块、通信模块、功能模块和底部排针；所述电源模块将外部电源电压转换成电路区或外设模块需要的电压；所述通信模块以无线或有线的方式获取外设模块的控制、输入和输出信号，并传输给所述功能模块；所述功能模块处理获取的所述信号；所述底部排针被配置为能够与所述外设模块的控制模块交互的信息接口。

2.如权利要求1所述的电子积木拓展板的系统，其特征在于，所述电源模块转换的所述电压包括24V、12V、8V、5V、3.3V直流电或0～220V交流电。

3.如权利要求1所述的电子积木拓展板的系统，其特征在于，所述电路区还包括功能区排针，所述功能区排针与所述通信模块相连，获取外设模块的控制、输入和输出信号；且用于控制、输入和输出功能的各所述功能区排针底座形状不同。

4.如权利要求1所述的电子积木拓展板的系统，其特征在于，所述外设模块包括有控制处理功能的控制模块、起输入作用的感知环境量的传感器和执行输出结果的执行模块。

5.如权利要求1所述的电子积木拓展板的系统，其特征在于，所述通信模块包括用于下载程序或初始化所述拓展板的通讯串口、USB接口或MicroUSB接口。

6.如权利要求1所述的电子积木拓展板的系统，其特征在于，所述功能模块包括用于控制电机正反转的电机驱动芯片和电机控制接口。

7.如权利要求1所述的电子积木拓展板的系统，其特征在于，所述积木为乐高积木；所述插孔与所述乐高积木的柱状凸起形状配合；所述插孔数量被配置为高度和长度分别为L个乐高单位和M个乐高单位；所述L和M均为大于2的正整数。

8.如权利要求1所述的电子积木拓展板的系统，其特征在于，所述控制模块为基于Arduino的开发平台。

9.如权利要求1-8任一所述的电子积木拓展板的系统，其特征在于，还包括底板和若干转接模块；多个所述拓展板通过所述结构区的插孔固定于所述底板；所述拓展板通过所述转接模块，实现多个所述拓展板的电路区的信号或电源传递。