CN216934708U - 电子积木系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电子积木系统。所述系统的一具体实施方式包括：用于提供电能的电源模块和至少一个器件模块：电源模块、器件模块分别具有可释放性互连的连接器，相邻的模块之间通过连接器电性连接，连接器包括电压引脚、接地引脚、信号引脚；每个器件模块具有至少两个连接器，在两个连接器的信号引脚之间串联电子元器件，两个连接器的电压引脚、接地引脚分别电气连接；每个器件模块还具有LED电路，其通过并联的方式接入其连接器的电压引脚、接地引脚。该实施方式实现了级联于电源模块后的各个器件模块的LED电路相当于并联在电源模块的两端，当电源模块处于打开状态时，成功接入的器件模块其LED电路会发光，向用户清晰直观的展示电路的工作状态。

Description

电子积木系统

技术领域

本申请涉及电子领域，具体涉及电子积木系统。

背景技术

电子被普遍应用于各行各业。电子基础知识已成为义务教育阶段的重要内容和电子教育行业的必要内容。现有教学工具多为一个试验箱，试验箱中依次排列很多电子元器件，学生采用软性导线将需要的电子元器件连接成一个回路。现有技术中的另外一个技术方案为将每个元器件固定在一个塑料板上，塑料板上提供导电插接口，供相邻的电子元器件电性连接。

上述现有技术只有将所需要的每个电子元器件连接在一起，形成一个闭路后，才能判断电子元器件是否成功接入电路，不能直观的展现电子元器件的工作状态。

发明内容

本申请的目的在于提出一种改进的电子积木系统，来解决以上背景技术部分提到的技术问题。

本申请提供了一种电子积木系统，所述系统包括用于提供电能的电源模块和至少一个器件模块：所述电源模块、器件模块分别具有可释放性互连的连接器，电源模块与器件模块之间及相邻的器件模块之间通过连接器电性连接，其中，所述连接器包括电压引脚、接地引脚、信号引脚；每个器件模块具有至少两个连接器，在所述两个连接器的信号引脚之间串联电子元器件，所述两个连接器的电压引脚、接地引脚分别电气连接；每个器件模块还具有LED电路，其中，所述LED电路通过并联的方式接入其连接器的电压引脚、接地引脚。

在一些实施例中，所述器件模块的壳体上的连接器之间印刷有标识线，其中，所述标识线在所述LED电路中LED灯光的照射下发光。

在一些实施例中，电子元器件包括但不限于：开关、电阻、电容、电位器、二极管、三极管、MCU微控制单元、电声器件、机电器件、传感器。

在一些实施例中，为器件模块内的电子元器件串联一个自恢复保险丝，用于过流保护。

在一些实施例中，所述电源模块、器件模块的连接器还包括数据引脚，所述电源模块与器件模块间、器件模块之间通过数据引脚传输数据。

在一些实施例中，电子元器件还包括导线，其中，所述导线包括但不限于：直导线、90度弯曲导线、三通导线、十字交叉导线、十字不交叉导线。

在一些实施例中，所述电源模块为其连接器的信号引脚供应稳定的电压。

在一些实施例中，所述系统还包括用于接地的接地模块，在所述接地模块内部信号引脚与地引脚电气连接。

在一些实施例中，所述电源模块包括保护电路，用于当检测到器件模块短路或过流时，停止对外供电。

在一些实施例中，所述电源模块、器件模块的连接器包括但不限于：POGO连接器、排针与排母。

本申请的电子积木系统，包括电源模块和至少一个器件模块，各模块通过其本身的可释放性互连的连接器进行电性连接，其中，连接器包括电压引脚、接地引脚、信号引脚；每个器件模块具有至少两个连接器，在两个连接器的信号引脚之间串联电子元器件，所述两个连接器的电压引脚、接地引脚分别电性连接；每个器件模块还具有LED电路，LED电路通过并联的方式接入其连接器的电压引脚、接地引脚。实现了级联于电源模块后的各个器件模块的LED电路相当于并联在电源模块的两端，当电源模块处于打开状态时，成功接入一个器件模块，则该器件模块的LED电路会发光，向用户清晰直观的展示器件模块的工作状态。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本申请一实施例中器件模块的结构示意图；

图2是本申请一实施例中LED电路的电路图；

图3是本申请另一个实施例中LED电路的电路图；

图4是本申请一实施例中电源模块的原理框图；

图5A是是本申请一实施例中电源模块的部分电路图；

图5B是本申请一实施例中电源模块中稳压电路的电路图；

图6A是本申请一实施例中十字交叉导线的器件模块的电路图；

图6B是本申请一实施例中十字不交叉导线的器件模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1示出了本申请一实施例中器件模块的结构示意图。在本实施例中，如图1所示，器件模块左边具有一个连接器101、右边具有一个连接器102，其中，连接器101、102主要用于将上述器件模块与其它器件模块和/或电源模块进行可释放性的机械连接和电性连接。示例一，连接器101为排针，连接器102为排母。一个器件模块的排针可插入另一个器件模块的排母中。示例二，连接器101为POGO公座，连接器102为POGO母座，一个器件模块的POGO公座可插入另一个器件模块的POGO母座中。

另外，在本实施例中，连接器101、102都具有一个信号引脚。在这两个信号引脚之间串联一个电子元器件103。该电子元器件103可以为如下一种：开关、电阻、电容、电位器、二极管、三极管、MCU微控制单元、电声器件、机电器件、传感器。

继续参考图1，在本实施例中，连接器101、102还都具有5V的电压引脚和接地的GND引脚，在该器件模块的内部，连接器101的5V电压引脚串联连接器102的5V电压引脚，连接器101的GND接地引脚串联连接器102的GND接地引脚。如图1所示，LED电路104通过并联的方式一端接入5V电压引脚，另一端接入GND接地引脚。其中，LED电路104指包含LED灯的电路。

在本实施中，电源模块、器件模块的壳体的形状包括但限于：正方体、长方体、六边体、异形体等。在壳体上表面印刷器件的标识符号，便于用户拼搭电路。例如，在电源模块壳体上表面印刷电源标识符号，在电阻器件模块壳体上表面印刷电阻标识符号，在电感器件模块壳体上表面印刷电感标识符号，在三极管器件模块壳体上表面印刷三极管标识符号等。另外，电源模块、器件模块壳体材料包括但不限于塑料、橡胶等。

继续参考图2，该图是本申请一实施例中LED电路的电路图。图2中为D1发光二极管LED1，常被称作LED灯，R1为阻值为1000欧姆的电阻，可见，R1与LED1串联。5V表示接入连接器的5V电压引脚，GND表示接入连接器的GND接地引脚。

另外，继续参考图3，该图是本申请另一个实施例中LED电路的电路图。图3中，阻值为1000欧姆的电阻R3与发光二极管D3串联，阻值为1000欧姆的电阻R7与发光二极管D7串联，其中，D3、D7都为LED1，即LED灯，之后，上述两电路并联接入5V电压引脚和GND接地引脚。图2中的LED电路中只有一个LED灯，图3中的LED电路中有两个LED灯，LED灯被点亮后，可以提供更强的光线，视觉上更亮。器件模块的壳体可以为完全透明或半透明的塑料壳体。便于LED灯光线的射出。

继续参考图4，该图是本申请一实施例中电源模块的原理框图。如图4所示，电池401为可充电锂电池，电池401与第一自恢复保险丝402电性连接，第一自恢复保险丝402与升压电路403电性连接，其中，该升压电路403将电池401的输出电压升压到5V。之后，升压电路403与第二自恢复保险丝404电性连接，第二自恢复保险丝404与MOS场效应管电路405电性连接。微控制单元MCU的一个管脚电性连接OUT点，用于检测电源模块输出的电压，MCU的另一个管脚电性连接MOS场效应管电路405，另外，MCU的另一个管脚电性连接稳压电路406。MOS场效应管电路405的输出端与连接器408的5V及信号引脚电性连接，即在本实施例中，电源模块的连接器的信号引脚为5V供电管脚，另外，因接地GND引脚不是创新点，所以没有标注连接关系。在本实施例的其它可选的实现方式中，连接器408的信号引脚接MCU407，输出信号可以为PWM信号。

在本实施例中，电源模块通过连接器408外接器件模块，器件模块的负载会影响OUT点的电压，MCU407先检测OUT点的输出电压，再通过稳压电路406调节输出电压。如果电源模块后面级联的器件模块短路或过流，OUT点的输出电压会大幅下降，MCU407通过OUT点检测到输出电压大幅下降，则MCU407控制MOS场效应管电路405中的MOS场效应管关闭，停止对外输出电压。在本实施例的其它可选的实现方式中，电源模块还具有LED灯，MCU407在控制MOS场笑应管关闭后，向LED灯输出PWM信号，控制LED灯闪烁2秒，之后，控制电源模块自动关机。另外，电源模块具有至少一个连接器。

在本实施例中，当将器件模块级联到电源模块发生短路或过流时，电源模块的第一自恢复保险丝402和/或第二自恢复保险丝404会阻断电路，停止对外供电，保护了级联的器件模块。其中，第一自恢复保险丝402、第二自恢复保险丝404、MOS场效应管电路405、MCU微控制单元407一起组成电源模块的保护电路。

在本实施例的其他可选的实现方式中，电源模块比较简单，例如，仅包含图4中的电池401、第一自恢复保险丝402、升压电路403、连接器408，其中，电池401、第一自恢复保险丝402、升压电路403、连接器408依次串联组成电源模块。

在本实施例中，电源模块对外提供的电压为5V，在本实施例的其它可选的实现方式中，电源模块对外提供的电压包括但不限于如下一种：8V、10V、12V、15V、20V。

在上述实施例中，电源模块处于打开的状态，即其连接器的电压引脚、信号引脚都对外提供5V的电压，接地引脚也处于正常的工作状态，则当一个器件模块通过其连接器与电源模块级联后，则器件模块内部的LED电路一端电连接5V电压，另一端电连接接地，所以LED电路中的LED灯会发亮，指示该器件模块成功接入电路，给用户非常直观的感受。

继续参考图5A，该图是本申请一实施例中电源模块的部分电路图。从左到右的看图5A，BAT表示电池，F1表示第一自恢复保险丝，F2表示第二自恢复保险丝，F1、F2之间的电路为升压电路，如图所示，升压电路主要由功率电感L1、升压芯片U1以及电容C4、C5组成。该升压电路主要由型号为SY7063的同步整流升压芯片U1控制，升压芯片U1内置MOS管，升压芯片U1控制内部MOS开关频率和占空比，结合功率电感L1和电容C4、C5实现升压功能。电阻R8与电阻R9之间的引脚接SY7063芯片的LBI管脚，另外图中VBUS表示充电接口，通过MCU模数转换来检测是否有充电器插入，图中F2前面的5V-IN接稳压电路，OUT_Ctrl接微控制单元，5V引脚外接连接器的电压引脚和信号引脚，同时5V还经模数转换电路连接微控制单元MCU，MCU通过该5V检测对外输出电压，如果电源模块后面级联的器件模块发生短路，则该5V处的输出电压将不在是5V，而会大幅下降，此时MCU通过OUT_Ctrl控制MOS场效应管Q5断开，停止对外供电。其中，MOS场效应管Q5的芯片型号为NCE3407AY，微控制单元MCU的芯片型号为NM1120XCIAE。

继续参考图5B，该图是本申请一实施例中电源模块中稳压电路的电路图，该稳压电路主要由型号为SGM202-3.3的低功耗高压线性稳压器控制，可提供5V～12V固定输出电压，本实施例中SGM2202-3.3提供3.3V固定输出电压，用于给MCU供电。

在本实施例的其他可选的实现方式中，某些电子元器件比较脆弱敏感，遇到过流时会发生不可逆转的损坏，为保护该电子元器件，为该电子元器件串联一个自恢复保险丝，之后在接入连接器的信号管脚。其中，该电子元器件包括但不限于三极管、二极管。

现有技术方案中，采用软质导线连接各个电子元器件，整个电路显得复杂混乱，非常不直观。所以本申请在一些实施例中加入导线模块，即器件模块中的电子元器件为导线，所述导线包括但不限于：直导线、90度弯曲导线、三通导线、十字交叉导线、十字不交叉导线。在导线的末端连接连接器。如果将导线模块的外壳设计成正方体或长方体的形状，则90度弯曲导线的器件模块的两个连接器在上述正方体或长方体的两个相邻的面，则三通导线的器件模块的壳体上三个面具有连接器，则十字交叉导线和十字不交叉导线壳体上的四个面分别具有一个连接器。

参考图6A，该图是本申请一实施例中十字交叉导线的器件模块的电路原理图，图中上半部分是LED电路，下半部分是4个连接器与导线的连接关系，图中P26、P27、P28、P29表示连接器，连接器的1、3号管脚是接地管脚，4、6号管脚是5V电压管脚、5是信号管脚、2号Net-MCU表示数据引脚。连接器P27、P28信号引脚之间连接了一根导线，连接器P26、P29信号引脚之间连接了一根导线，上述两根导线连接在一起后接地。继续参考图6B，该图是本申请一实施例中十字不交叉导线的器件模块的电路原理图。与图6A不同的地方在于连接器P17、P18间的导线与连接器P10、P24间的导线不交叉。在电子积木系统中，加入导线模块，可使整个电路更直观，同时也增加了模块间连接的灵活度。

在本实施例的其他可选的实现方式中，为减少电路中导线模块的数量，为电子积木系统增加接地模块。在接地模块的内部将其连接器的信号引脚与接地引脚串联，即相当于将信号引脚接地。在本实施例中，接地模块的形状为长方体或正方体，在其多个面上都有连接器，便于将多路器件模块都接地。其中，接地模块上连接器的个数包括但不限：1个、2个、3个、4个、5个。

为便于用户更直观的观察到电路中的电流是如何流动的，在器件模块壳体的上表面印刷标志线，该标识线在其内部LED电路中LED灯光的照射下发光。上述标志线的位置不是随意印刷的，而是在信号引脚有连接关系的连接器之间印刷标志线，可真实的反映电路中电流的真实流动，从而更直观的给用户展示电路的工作原理和工作状态。

在本实施例的其他可选的实现方式中，电源模块、器件模块的连接器还具有数据引脚。电源模块内部的微控制单元MCU的一个管脚直接与其连接器的数据引脚电连接。类似电压引脚、接地引脚，器件模块内的数据引脚是连接在一起的，之后引出一条线与器件模块内的电子元器件进行连接或者不与电子元器件连接。拼在一起的电源模块和各个器件模块，就数据引脚来说，各个器件模块相当于并联在电源模块两端。即对于电源模块，各器件模块的信号引脚是串联于电源模块的，电压引脚、接地引脚、数据引脚是并联于电源模块的。

在其他实施例中，电子积木系统还包括控制模块，该控制模块是微控制单元、蓝牙芯片、连接器、LED电路的集成体。微控制单元的至少一个管脚与连接器的数据管脚电连接，此外，微控制单元的至少一个管脚与蓝牙芯片电连接，微控制单元通过蓝牙芯片与智能设备进行通信，接收智能设备发送的指令和/或数据，对上述指令和/或数据进行处理，将处理后的指令和/或数据通过连接器的数据管脚发送给其他模块，进而控制其他模块。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种电子积木系统，其特征在于，所述系统包括用于提供电能的电源模块和至少一个器件模块：

所述电源模块、器件模块分别具有可释放性互连的连接器，电源模块与器件模块之间及相邻的器件模块之间通过连接器电性连接，其中，所述连接器包括电压引脚、接地引脚、信号引脚；

每个器件模块具有至少两个连接器，在所述两个连接器的信号引脚之间串联电子元器件，所述两个连接器的电压引脚、接地引脚分别电气连接；

每个器件模块还具有LED电路，其中，所述LED电路通过并联的方式接入其连接器的电压引脚、接地引脚。

2.根据权利要求1所述的电子积木系统，其特征在于，所述器件模块的壳体上的连接器之间印刷有标识线，其中，所述标识线在所述LED电路中LED灯光的照射下发光。

3.根据权利要求1所述的电子积木系统，其特征在于，电子元器件包括：开关、电阻、电容、电位器、二极管、三极管、MCU微控制单元、电声器件、机电器件、传感器。

4.根据权利要求3所述的电子积木系统，其特征在于，为器件模块内的电子元器件串联一个自恢复保险丝，用于过流保护。

5.根据权利要求1-4任一所述的电子积木系统，其特征在于，所述电源模块、器件模块的连接器还包括数据引脚，所述电源模块与器件模块间、器件模块之间通过数据引脚传输数据。

6.根据权利要求1所述的电子积木系统，其特征在于，电子元器件还包括导线，其中，所述导线包括：直导线、90度弯曲导线、三通导线、十字交叉导线、十字不交叉导线。

7.根据权利要求1所述的电子积木系统，其特征在于，所述电源模块为其连接器的信号引脚供应稳定的电压。

8.根据权利要求7所述的电子积木系统，其特征在于，所述系统还包括用于接地的接地模块，在所述接地模块内部信号引脚与地引脚电气连接。

9.根据权利要求1-4任一所述的电子积木系统，其特征在于，所述电源模块包括保护电路，用于当检测到器件模块短路或过流时，停止对外供电。

10.根据权利要求9所述的电子积木系统，其特征在于，所述电源模块、器件模块的连接器包括：POGO连接器、排针与排母。

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