CN210865290U - 一种基于iic通讯的儿童可编程电子积木套件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于IIC通讯的儿童可编程电子积木套件，包括可编程主控模块、N个输入模块以及M个输出模块，可编程主控模块、输入模块和输出模块之间采用IIC通讯总线相连，N大于等于1，M大于等于1；每个输入模块包括输入功能组件和输入次级单片机，输入功能组件为信号采集组件，每个输出模块包括输出功能组件和输出次级单片机，输出功能组件为执行组件；所述可编程主控模块包括电源、电源继电器、主芯片和可编程主控模块接口，所述可编程主控模块接口包括检测接口和控制接口，所述检测接口和主芯片之间串联电压传感器。输入模块、输出模块同可编程主控模块IIC接口随意相连，具备较强的可扩展性，便于儿童编程创作时连接各模块。

Description

一种基于IIC通讯的儿童可编程电子积木套件

技术领域

本实用新型属于电子积木领域，尤其是一种基于IIC通讯的儿童可编程电子积木套件。

背景技术

STEAM教育是集科学（Science），技术（Technology），工程（Engineering），艺术（Arts），数学（Mathematics）多学科融合的综合教育；是一种重实践的超学科教育理念。STEAM课程种类繁多，目前主要以机器人教育、儿童编程教育、3D打印教育为主。较之填鸭式的传统书本教育，STEAM教育具有：激发青少年好奇心；培养青少年动手能力；引导同伴之间进行合作；锻炼青少年解决实际问题的能力等特点。

可编程电子积木是STEAM儿童编程教育中重要的的教育工具之一，它是把复杂的电子电路知识通过积木这种简单的形式，用形象化的手段，让学前儿童都能够体会到电子世界变化万千的乐趣。

目前，常见的儿童可编程积木套件，包含：可编程主控模块、多个输入模块、多个输出模块。各输入输出模块与可编程主控模块的接口一一对应。该方式，限定了可编程主控模块接口的功能，不利于接口的功能扩展。同时，在儿童进行编程创作时，无法满足选择结构上最合适的接口进行相连接。

实用新型内容

实用新型目的：提供一种基于IIC通讯的儿童可编程电子积木套件，以解决现有技术存在的上述问题。

技术方案：一种基于IIC通讯的儿童可编程电子积木套件，包括可编程主控模块、N个输入模块以及M个输出模块，所述可编程主控模块、所述输入模块和所述输出模块之间采用IIC通讯总线相连，N大于等于1，M大于等于1；

所述可编程主控模块包括电源、电源继电器、主芯片和可编程主控模块接口，所述电源的输出端通过电源继电器和主芯片的引脚连接，所述可编程主控模块接口SDA端、SCL端和主芯片SDA端、SCL端相连；所述可编程主控模块接口包括检测接口和控制接口，所述控制接口和电源继电器相连，所述检测接口和主芯片之间串联电压传感器；

所述输入模块包括输入功能组件和输入次级单片机，所述输入次级单片机和输入功能组件相连，所述输入次级单片机拥有固定且唯一的IIC地址，所述输入功能组件的数据传输接口和所述输入次级单片机的引脚连接，所述输入次级单片机IIC的SCL端和所述可编程主控模块接口的SCL端通过所述IIC通讯总线相连，所述输入次级单片机IIC的SDA端和所述可编程主控模块接口的SDA端通过所述IIC通讯总线相连；

所述输出模块包括输出功能组件和输出次级单片机，所述输出次级单片机和输出功能组件相连，所述输出次级单片机拥有固定且唯一的IIC地址；所述输出功能组件的数据传输接口和所述输出次级单片机的引脚连接，所述输出次级单片机IIC的SCL端和所述可编程主控模块接口的SCL端通过所述IIC通讯总线相连，所述输出次级单片机IIC的SDA端和所述可编程主控模块接口的SDA端通过所述IIC通讯总线相连。

在进一步的实施例中，所述主芯片为STM32F030C8T6芯片，N个所述输入模块包括输入功能组件和输入次级单片机，所述输入次级单片机为输入STM8S003F3单片机，其中，N=1；M个所述输入模块包括输入功能组件和输入次级单片机，所述输出次级单片机为输出STM8S003F3单片机，其中，M=1；

所述输入功能组件为光线传感器，所述光线传感器的数据传输接口和所述输入STM8S003F3单片机的引脚连接，所述输入STM8S003F3单片机IIC的SCL端和所述可编程主控模块接口的SCL端通过所述IIC通讯总线相连，所述输入STM8S003F3单片机IIC的SDA端和所述可编程主控模块接口的SDA端通过所述IIC通讯总线相连；

所述输出功能组件为炫彩灯组件，所述炫彩灯组件的数据传输接口和所述输出STM8S003F3单片机的引脚连接，所述输出STM8S003F3单片机IIC的SCL端和所述可编程主控模块接口的SCL端通过所述IIC通讯总线相连，所述输出STM8S003F3单片机IIC的SDA端和所述可编程主控模块接口的SDA端通过所述IIC通讯总线相连。

在进一步的实施例中，所述主芯片为STM32F030C8T6芯片，N个所述输入模块包括输入功能组件和输入次级单片机，所述输入次级单片机为输入STM8S003F3单片机，其中，N=1；M个所述输入模块包括输入功能组件和输入次级单片机，所述输出次级单片机为输出STM8S003F3单片机，其中，M=1；

所述输入功能组件为驱动电机，所述驱动电机的数据传输接口和所述输入STM8S003F3单片机的引脚连接，所述输入STM8S003F3单片机IIC的SCL端和所述可编程主控模块接口的SCL端通过所述IIC通讯总线相连，所述输入STM8S003F3单片机IIC的SDA端和所述可编程主控模块接口的SDA端通过所述IIC通讯总线相连；所述驱动电机为TMC2100-L微型电机驱动芯片；

所述输出功能组件为迷你风扇组件，所述迷你风扇组件的数据传输接口和所述输出STM8S003F3单片机的引脚连接，所述输出STM8S003F3单片机IIC的SCL端和所述可编程主控模块接口的SCL端通过所述IIC通讯总线相连，所述输出STM8S003F3单片机IIC的SDA端和所述可编程主控模块接口的SDA端通过所述IIC通讯总线相连。

在进一步的实施例中，所述检测接口和主芯片之间串联电压传感器，以实现实时监测SCL线和SDA线上电平变化，所述输入模块及输出模块的电源接口和控制接口相连。

在进一步的实施例中，所述可编程主控模块中的电源为N个所述输入模块和M个所述输出模块提供电能。

在进一步的实施例中，每个所述输入模块包括输入功能组件和输入次级单片机，所述输入功能组件为信号采集组件，包括传感器或驱动电机，每个所述输出模块包括输出功能组件和输出次级单片机，所述输出功能组件为执行组件。

在进一步的实施例中，所述主芯片为STM32F030C8T6芯片，所述输入次级单片机为输入STM8S003F3单片机，所述输出次级单片机为输出STM8S003F3单片机。

有益效果：

（1）输入模块、输出模块同可编程主控模块IIC接口随意相连，具备较强的可扩展性，便于儿童编程创作时连接各模块。

（2）由于每一个输入模块和输出模块都具备唯一的IIC地址，因此输入模块和输出模块可以随意接入可编程主控制模块中的任一一个IIC接口，避免了可编程主控模块接口的功能的单一性，无需将输入输出模块连接到可编程主控模块的特定接口上，从而便于编程创作。

（3）检测接口用于获得可编程主控制模块接口SCL线和SDA线上电平变化，通过主芯片的信息反馈，控制接口和电源继电器的配合，避免了由于IIC总线的抗干扰能力较差，易受到总线上某些因素的干扰，造成总线的电平被拉低，导致可编程主控模块无法进行下一轮的数据传输，可编程主控模块检测到IIC通讯总线被锁死。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图。

图2是本实用新型的电路原理图。

附图标记为：可编程主控模块1，电源11，电源继电器12，主芯片13，检测接口14，控制接口15，电压传感器16，输入模块2，输入功能组件21，输入次级单片机22，输出模块3，输出功能组件31，输出次级单片机32，IIC通讯总线4 。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

如图1和图2所示，本实用新型的实施例提供了一种基于IIC通讯的儿童可编程电子积木套件，包括可编程主控模块1、N个输入模块2以及M个输出模块3，可编程主控模块1、输入模块2和输出模块3之间采用IIC通讯总线4相连，N大于等于1，M大于等于1；

可编程主控模块1包括电源11、电源继电器12、主芯片13和可编程主控模块接口，电源11的输出端通过电源继电器12和主芯片13的引脚连接，可编程主控模块接口SDA端、SCL端和主芯片13 SDA端、SCL端相连；可编程主控模块接口包括检测接口14和控制接口15，控制接口15和电源继电器12相连；检测接口14和主芯片13之间串联电压传感器16，以实现实时监测SCL线和SDA线上电平变化，输入模块2及输出模块3的电源接口和控制接口15相连。

由于IIC总线的抗干扰能力较差，易受到总线上某些因素的干扰，造成总线的电平被拉低，导致可编程主控模块1无法进行下一轮的数据传输，可编程主控模块1检测到IIC通讯总线4被锁死。当输入模块2和输出模块3锁死，且一般复位无法解锁时，检测接口14将信息反馈至主芯片13，主芯片13发出第一控制信号至电源继电器12，电源继电器12输出第一控制信号至控制接口15，根据第一信号切断电源11输出，所有输入模块2和输出模块3断电复位，在一段时间后，主芯片13发出第二控制信号至电源继电器12，电源继电器12输送第二控制信号至控制接口15，根据第二信号重新上电，使IIC总线恢复正常通信，解锁成功。这样确保了IIC通信总线的通讯可靠性，也提高了儿童可编程电子积木套件的使用寿命。

输入模块2包括输入功能组件21和输入次级单片机22，输入次级单片机22和输入功能组件21相连，输入次级单片机22拥有固定且唯一的IIC地址，即N个输入模块2的IIC地址各不相同。

输出模块3包括输出功能组件31和输出次级单片机32，输出次级单片机32和输出功能组件31相连，输出次级单片机32拥有固定且唯一的IIC地址，即N个输出模块3的IIC地址各不相同。

实施例一：

主芯片13为STM32F030C8T6芯片，N个输入模块2包括输入功能组件21和输入次级单片机22，输入次级单片机22为输入STM8S003F3单片机，其中，N=1；M个输入模块2包括输入功能组件21和输入次级单片机22，输出次级单片机32为输出STM8S003F3单片机，其中，M=1；

输入功能组件21为光线传感器，光线传感器的数据传输接口和输入STM8S003F3单片机的引脚连接，输入STM8S003F3单片机IIC的SCL端和可编程主控模块接口的SCL端通过IIC通讯总线4相连，输入STM8S003F3单片机IIC的SDA端和可编程主控模块接口的SDA端通过IIC通讯总线4相连；

输出功能组件31为炫彩灯组件，炫彩灯组件的数据传输接口和输出STM8S003F3单片机的引脚连接，输出STM8S003F3单片机IIC的SCL端和可编程主控模块接口的SCL端通过IIC通讯总线4相连，输出STM8S003F3单片机IIC的SDA端和可编程主控模块接口的SDA端通过IIC通讯总线4相连。

在本实施例中，首先输入STM8S003F3单片机的引脚来读取光线传感器的数据，由输入STM8S003F3单片机独自进行处理，计算出感应到的光线强弱后，通过IIC通讯总线4，将数值数据传输至STM32F030C8T6芯片。然后STM32F030C8T6芯片根据数值数据处理出对应的结果数据，将结果数据通过IIC通讯总线4传输至输出STM8S003F3单片机，输出STM8S003F3单片机通过运算将结果数据转化为实施信号，传输至炫彩灯组件，炫彩灯组件完成实施信号的要求。

实施例二：

主芯片13为STM32F030C8T6芯片，N个输入模块2包括输入功能组件21和输入次级单片机22，输入次级单片机22为输入STM8S003F3单片机，其中，N=1；M个输入模块2包括输入功能组件21和输入次级单片机22，输出次级单片机32为输出STM8S003F3单片机，其中，M=1；

输入功能组件21为驱动电机，驱动电机的数据传输接口和输入STM8S003F3单片机的引脚连接，输入STM8S003F3单片机IIC的SCL端和可编程主控模块接口的SCL端通过IIC通讯总线4相连，输入STM8S003F3单片机IIC的SDA端和可编程主控模块1接口的SDA端通过IIC通讯总线4相连；驱动电机为TMC2100-L微型电机驱动芯片；

输出功能组件31为迷你风扇组件，迷你风扇组件的数据传输接口和输出STM8S003F3单片机的引脚连接，输出STM8S003F3单片机IIC的SCL端和可编程主控模块接口的SCL端通过IIC通讯总线4相连，输出STM8S003F3单片机IIC的SDA端和可编程主控模块接口的SDA端通过IIC通讯总线4相连。

在本实施例中，首先输入STM8S003F3单片机的引脚来读取驱动电机的数据，由输入STM8S003F3单片机独自进行处理，计算出驱动电机发出的动力，通过IIC通讯总线4，将数值数据传输至STM32F030C8T6芯片。然后STM32F030C8T6芯片根据数值数据处理出对应的结果数据，将结果数据通过IIC通讯总线4传输至输出STM8S003F3单片机，输出STM8S003F3单片机通过运算将结果数据转化为实施信号，传输至迷你风扇组件，迷你风扇组件完成实施信号的要求。

综上所述，本实用新型一种基于IIC通讯的儿童可编程电子积木套件中将所有输入模块2和输出模块3都转换为IIC通讯，并且为每一个输入输出模块3配置一个固定且唯一的IIC地址。可编程主控模块1可以连接256个输入模块2和输出模块3，效率较高。由于每一个输入模块2和输出模块3都具备唯一的IIC地址，因此输入模块2和输出模块3可以随意接入可编程主控制模块中的任一一个IIC接口，避免了可编程主控模块接口的功能的单一性，无需将输入输出模块连接到可编程主控模块1的特定接口上，从而便于编程创作。

本实用新型一种基于IIC通讯的儿童可编程电子积木套件中主芯片13为STM32F030C8T6芯片，输入次级单片机22为输入STM8S003F3单片机，输出次级单片机32为输出STM8S003F3单片机。统一采用IIC通讯总线4进行通讯，可编程主控模块1中的电源11为所有输入模块2和输出模块3提供电能。输入模块2中的输入功能组件21可以为传感器、驱动电机等信号采集组件，输出模块3中的输出功能组件31可以为炫彩灯组件、迷你风扇组件等执行组件，使用范围较大。且输入模块2、输出模块3同可编程主控模块1IIC接口随意相连，具备较强的可扩展性，便于儿童编程创作时连接各模块。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于IIC通讯的儿童可编程电子积木套件，其特征在于，包括可编程主控模块、N个输入模块以及M个输出模块，所述可编程主控模块、所述输入模块和所述输出模块之间采用IIC通讯总线相连，N大于等于1，M大于等于1；

所述可编程主控模块包括电源、电源继电器、主芯片和可编程主控模块接口，所述电源的输出端通过电源继电器和主芯片的引脚连接，所述可编程主控模块接口SDA端、SCL端和主芯片SDA端、SCL端相连；所述可编程主控模块接口包括检测接口和控制接口，所述控制接口和电源继电器相连，所述检测接口和主芯片之间串联电压传感器；

所述输入模块包括输入功能组件和输入次级单片机，所述输入次级单片机和输入功能组件相连，所述输入次级单片机拥有固定且唯一的IIC地址，所述输入功能组件的数据传输接口和所述输入次级单片机的引脚连接，所述输入次级单片机IIC的SCL端和所述可编程主控模块接口的SCL端通过所述IIC通讯总线相连，所述输入次级单片机IIC的SDA端和所述可编程主控模块接口的SDA端通过所述IIC通讯总线相连；

所述输出模块包括输出功能组件和输出次级单片机，所述输出次级单片机和输出功能组件相连，所述输出次级单片机拥有固定且唯一的IIC地址；所述输出功能组件的数据传输接口和所述输出次级单片机的引脚连接，所述输出次级单片机IIC的SCL端和所述可编程主控模块接口的SCL端通过所述IIC通讯总线相连，所述输出次级单片机IIC的SDA端和所述可编程主控模块接口的SDA端通过所述IIC通讯总线相连。

2.如权利要求1所述的一种基于IIC通讯的儿童可编程电子积木套件，其特征在于，所述主芯片为STM32F030C8T6芯片，N个所述输入模块包括输入功能组件和输入次级单片机，所述输入次级单片机为输入STM8S003F3单片机，其中，N=1；M个所述输入模块包括输入功能组件和输入次级单片机，所述输出次级单片机为输出STM8S003F3单片机，其中，M=1；

所述输入功能组件为光线传感器，所述光线传感器的数据传输接口和所述输入STM8S003F3单片机的引脚连接，所述输入STM8S003F3单片机IIC的SCL端和所述可编程主控模块接口的SCL端通过所述IIC通讯总线相连，所述输入STM8S003F3单片机IIC的SDA端和所述可编程主控模块接口的SDA端通过所述IIC通讯总线相连；

所述输出功能组件为炫彩灯组件，所述炫彩灯组件的数据传输接口和所述输出STM8S003F3单片机的引脚连接，所述输出STM8S003F3单片机IIC的SCL端和所述可编程主控模块接口的SCL端通过所述IIC通讯总线相连，所述输出STM8S003F3单片机IIC的SDA端和所述可编程主控模块接口的SDA端通过所述IIC通讯总线相连。

3.如权利要求1所述的一种基于IIC通讯的儿童可编程电子积木套件，其特征在于，所述主芯片为STM32F030C8T6芯片，N个所述输入模块包括输入功能组件和输入次级单片机，所述输入次级单片机为输入STM8S003F3单片机，其中，N=1；M个所述输入模块包括输入功能组件和输入次级单片机，所述输出次级单片机为输出STM8S003F3单片机，其中，M=1；

所述输入功能组件为驱动电机，所述驱动电机的数据传输接口和所述输入STM8S003F3单片机的引脚连接，所述输入STM8S003F3单片机IIC的SCL端和所述可编程主控模块接口的SCL端通过所述IIC通讯总线相连，所述输入STM8S003F3单片机IIC的SDA端和所述可编程主控模块接口的SDA端通过所述IIC通讯总线相连；所述驱动电机为TMC2100-L微型电机驱动芯片；

所述输出功能组件为迷你风扇组件，所述迷你风扇组件的数据传输接口和所述输出STM8S003F3单片机的引脚连接，所述输出STM8S003F3单片机IIC的SCL端和所述可编程主控模块接口的SCL端通过所述IIC通讯总线相连，所述输出STM8S003F3单片机IIC的SDA端和所述可编程主控模块接口的SDA端通过所述IIC通讯总线相连。

4.如权利要求1所述的一种基于IIC通讯的儿童可编程电子积木套件，其特征在于，所述输入模块及输出模块的电源接口和控制接口相连。

5.如权利要求1所述的一种基于IIC通讯的儿童可编程电子积木套件，其特征在于，所述可编程主控模块中的电源为N个所述输入模块和M个所述输出模块提供电能。

6.如权利要求1所述的一种基于IIC通讯的儿童可编程电子积木套件，其特征在于，每个所述输入模块包括输入功能组件和输入次级单片机，所述输入功能组件为信号采集组件，包括传感器或驱动电机，每个所述输出模块包括输出功能组件和输出次级单片机，所述输出功能组件为执行组件。

7.如权利要求1所述的一种基于IIC通讯的儿童可编程电子积木套件，其特征在于，所述主芯片为STM32F030C8T6芯片，所述输入次级单片机为输入STM8S003F3单片机，所述输出次级单片机为输出STM8S003F3单片机。

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