CN218458637U - 电子几何积木及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电子几何积木及其控制系统，控制系统包括控制器、LED阵列、关卡切换单元；控制器连接LED阵列，通过控制LED阵列中其中一组或多组LED灯的工作状态来显示对应关卡题，其中每组LED灯由一个或多个相邻的LED灯组成，其中各LED为进入工作状态的LED；关卡题切换单元连接控制器，用于触发控制器通过控制LED阵列来切换关卡题。本实用新型几何积木能够大幅度拓展几何积木的拼装类型，使得几何积木能够适合各种年龄段小孩甚至是大人进行娱乐玩耍。

Description

电子几何积木及其控制系统

技术领域

本实用新型涉及益智玩具，特别涉及一种电子几何积木及其控制系统。

背景技术

随着科技进步，目前市场上玩具种类也越来越多，而益智类玩具由于能够起到协调身体机能的作用，尤其受到广大家长的欢迎，例如一些益智类的几何积木拼图等，小孩除了要用脑之外还需要手的配合，基于此能够训练并逐渐建立起孩子的手脑协调、手眼配合等身体机能。另外，这种类型益智类玩具，也适合孩子与亲人、同伴之间进行玩耍，培养亲子关系的同时也能够发展社会关系，使得较为容易的融入到学校等集体生活和学习中。

但是目前益智类几何积木、拼图等玩具能够拼装的类型都是比较固定，且很少可以做到拓展，而重复的拼装，小孩就会很容易失去兴趣。并且现有的几何积木、拼图玩具针对不同年龄段的小孩，必需专门设计为相应类型，即一款玩具通常只适合相应年龄段小孩玩耍，很少能做到适应多个年龄段小孩玩耍，因此小孩经过相应年龄段后，就不会再继续玩，无形中增加了一些浪费。

实用新型内容

本实用新型的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种电子几何积木控制系统，通过该控制系统能够大幅度拓展几何积木的拼装类型，使得几何积木能够适合各种年龄段小孩甚至是大人进行娱乐玩耍。

本实用新型的第二目的在于提供一种电子几何积木。

本实用新型的第一目的通过下述技术方案实现：一种电子几何积木控制系统，包括控制器、LED阵列、关卡切换单元；

所述控制器连接LED阵列，通过控制LED阵列中其中一组或多组LED灯的工作状态来显示对应关卡题，其中每组LED灯由一个或多个相邻的进入工作状态的LED灯组成；

所述关卡题切换单元连接控制器，用于触发控制器通过控制LED阵列来切换关卡题。

优选的，其特征在于，所述LED阵列中各LED灯为三色LED灯；其中每组 LED灯中各LED灯显示的颜色相同。

优选的，还包括模式切换单元，所述模式切换单元连接控制器，用于发送模式切换指令至控制器，以触发控制器通过控制LED阵列切换关卡题模式；其中，各模式下分别有对应积木拼装的通关规则，每种模式下包括多个关卡题，每个关卡题下对应有一组或多组LED灯被控制进入工作状态。

更进一步的，还包括显示单元，所述显示单元连接控制器，用于显示LED 阵列当前所显示关卡题的级别以及当前关卡题模式。

优选的，还包括提示单元；

所述提示单元连接控制器，用于发送提示信号至控制器，触发控制器控制其中一组LED灯进入工作状态以提示解答关卡题的下一步操作。

优选的，所述LED阵列为m×n矩形阵列，m为行数，n为列数；

所述LED阵列为型号WS2812的LED光源，其数据输入端连接控制器的IO端口，获取控制器发送的控制信号，根据控制器发送的控制信号控制阵列中各像素点对应LED灯的工作状态。

优选的，所述关卡切换单元为与控制器IO端口连接的第一开关单元，所述控制器根据第一开关单元发送的触发信号控制LED阵列显示下一级或上一级的关卡题。

本实用新型的第二目的通过下述技术方案实现，一种电子几何积木，其特征在于，包括壳体以及设置在壳体上的本发明第一目的所述的控制系统，所述壳体上设置有用于放置LED阵列的放置区域。

优选的，所述壳体包括相互拼装的下壳体和上壳体，所述LED阵列位于下壳体所设置的放置区；所述LED阵列上方设置有保护件，所述保护件在各LED 灯位置处分别对应设置有透光且凸起的保护罩；所述上壳体位于保护件上方，并且上壳体对应保护件各保护罩位置处镂空使得保护罩突出上壳体。

更进一步的，还包括用于拼装在保护件各保护罩上的积木块，每个积木块对应拼装到一个或多个相邻保护罩；

所述积木块包括多种形状。

本实用新型的第二目的通过下述技术方案实现：

所述积木块包括多种形状。

本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本实用新型电子几何积木控制系统，包括控制器、LED阵列、关卡切换单元；控制器连接LED阵列，通过控制LED阵列中其中一组或多组LED灯的工作状态来显示对应关卡题，其中每组LED灯由一个或多个相邻的LED灯组成，其中各LED为进入工作状态的LED；关卡题切换单元连接控制器，用于触发控制器通过控制LED阵列来切换关卡题。本实用新型中，控制器通过控制LED 阵列中各LED灯的工作状态出题，操作者根据当前关卡题，基于相应的解题规则即通关规则拼装配套积木块以实现解题通关。通过本实用新型控制系统能够控制几何积木出题数量大幅度增加，因此该控制系统下的几何积木，能够大幅度拓展几何积木的拼装类型，并且可以控制拼装难度，使得几何积木能够适合各种年龄段小孩甚至是大人进行娱乐玩耍。

(2)本实用新型电子几何积木控制系统中，还包括模式切换单元，模式切换单元连接控制器用于发送模式切换指令至控制器，以触发控制器通过控制 LED阵列切换关卡题模式，不同关卡题模式下，解题规则不同，即通关的规则不同；本实用新型中，基于模式切换单元具体可以是一个按键，能够切换关卡题模式，使得当前模式下的各关卡题专门适合于对应年龄段的小孩拼装，进一步增强娱乐性。

(3)本实用新型电子几何积木控制系统中，还包括提示单元，提示单元连接控制器用于发送提示信号至控制器，触发控制器控制其中一组LED灯进入工作状态以提示下一步操作；其中同一关卡题下，每次提示用的各组LED灯与用于显示该关卡题的各组LED灯组合即为LED阵列中所有LED灯。基于提示单元，可以使得操作者在无法想到下一步拼装方式，通过提示单元进行提醒，避免长期无法拼装成功失去对拼装的兴趣。

(4)本实用新型电子几何积木控制系统中，LED阵列中各LED灯可以为三色LED灯；其中各关卡题中每组LED灯的各LED灯显示的颜色相同，即构成同一组的LED灯显示颜色相同，以能够使得关卡题出题更明显，也一定程度上增强趣味性。另外，在本实用新型中，LED阵列可以直接使用型号WS2812的LED光源，其数据输入端连接控制器的IO端口，获取控制器发送的控制信号，根据控制器发送的控制信号控制阵列中各像素点对应LED灯的工作状态，基于此，本实用新型控制LED阵列仅仅需要使用到控制器的一个IO端口，有效减少了控制器IO端口数量需求，因此能够使用成本更低的控制芯片。

(5)本实用新型电子几何积木，包括壳体以及设置在壳体上的上述控制系统，其中壳体设置有用于放置LED阵列的放置区，由此可见，本实用新型电子几何积木结构简单，方便外出携带，能够从一定程度上避免小孩沉迷于手机玩耍娱乐。另外，电子几何积木LED阵列中各LED灯通过透光保护罩以及壳体拼装成体，有效减少了光污染，避免伤害眼睛。

附图说明

图1是本实用新型电子几何积木控制系统结构框图。

图2是本实用新型电子几何积木控制系统中LED阵列电路原路图。

图3、3a是电子几何积木所出关卡题示意图。

图4是本实用新型电子几何积木控制系统中控制器电路原理图。

图4a是本实用新型电子几何积木控制系统中控制器电路外围按键电路原理图。

图4b是本实用新型电子几何积木控制系统中控制器电路外围显示单元电路原理图。

图4c是本实用新型电子几何积木控制系统中电源电路原理图。

图5a是本实用新型电子几何积木控制系统中A模式下所出关卡题效果图。

图5b和5c是A模式下所出关卡题的通关效果图。

图6a是本实用新型电子几何积木控制系统中B模式下所出关卡题效果图。

图6b是B模式下所出关卡题的通关效果图。

图7a是本实用新型电子几何积木控制系统中C模式下所出关卡题效果图。

图7b是C模式下所出关卡题的通关效果图。

图8是本实用新型电子几何积木结构示意图。

图9是本实用新型电子几何积木结构爆炸图。

图10是本实用新型电子几何积木主视效果图。

图11是本实用新型电子几何积木配套积木块效果图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

目前一些益智类几何积木、拼图等玩具能够拼装的类型都是比较固定，且很少可以做到拓展，不能够同时适用于各个年龄段小孩。

基于现有益智类几何积木存在的问题，本实施例提供了一种电子几何积木控制系统，如图1所示包括控制器以及与控制器连接的LED阵列、关卡切换单元、模式切换单元、提示单元、显示单元、电源单元、喇叭(蜂鸣器)和音量调节单元。在本实施例中，控制器可以使用单片机等控制芯片。

本实施例中，控制器连接LED阵列，通过控制LED阵列中其中一组或多组 LED灯的工作状态来显示对应关卡题，其中每组LED灯由一个或多个相邻的LED 灯组成，每组的各LED灯均进入工作状态，具体可以是控制各LED灯变亮或者是以一定频率闪烁，以能够起到提醒作用。

在本实施例中，如图2所示，LED阵列可以为m×n矩形阵列，m为行数，n为列数，如图2中所示，m为4，n为6；在本实施例中，LED阵列可以使用型号为 WS2812的LED光源，一个元件对应一个像素点，LED阵列中第一行第一个元件的数据输入端DIN端连接控制器的IO端口，获取控制器发送的控制信号，根据控制器发送的控制信号控制阵列中各像素点对应LED灯的工作状态。如图3所示为本实施例中通过LED阵列所出的关卡题，该关卡题中包括3组LED灯，其中阴影部分即为被控制器控制进入工作状态的LED灯，相同阴影部分所代表的各LED灯为同一组LED灯。操作者基于该关卡题，基于相应的解题规则即通关规则拼装配套积木块以实现解题即通关。

在本实施例中，关卡题切换单元连接控制器，用于触发控制器通过控制LED 阵列来切换关卡题。在本实施例中，如图4和4a中所示，关卡题切换单元可以是与控制器IO端口连接的按键K1和按键K2，具体可以是导电硅胶按键，按键K1 的一端通过电阻R2接直流电源正极，并且该端连接到控制器IO端口例如PB2端，另一端接地；按键K1每被按下一次，控制器IO端口PB2端就会接收到一个低电平；按键K2的一端通过电阻R3接直流电源正极，并且该端连接到控制器IO端口例如PB3端，另一端接地；按键K3每被按下一次，控制器IO端口PB3端就会接收到一个低电平。本实施例中，控制器可以根据PB2端口和PB3端口所接收到低电平信号控制切换关卡题，其中按键K2被按下时，即PB2端口接收到低电平信号时，控制关卡题增加一个级别，即显示下一级更难的关卡题，键K3被按下时，即PB3端口接收到低电平信号时，控制关卡题降低一个级别，即显示上一级更简单的关卡题，级别可以用数字1、2、3...来表示，数值越大，级别越高，难度也会相应增加。

本实施例中，模式切换单元连接控制器用于发送模式切换指令至控制器，以触发控制器通过控制LED阵列切换关卡题模式。其中，各模式下分别有对应积木拼装的解题规则即通关规则，每个关卡题模式下包括多个关卡题，每个关卡题下对应有一组或多组LED灯被控制进入工作状态，操作者关卡题，根据通关规则进行积木的拼装通关。如图4和4a中所示，模式切换单元可以是与控制器 IO端口连接的按键K4，具体可以是导电硅胶按键，按键K4的一端通过电阻R5接直流电源正极，并且该端连接到控制器IO端口例如PB5端，另一端接地；按键 K4每被按下一次，控制器IO端口PB5端就会接收到一个低电平；本实施例中，控制器可以根据PB5端口所接收到低电平信号控制切换关卡题模式，每按下一次按键K3，切换一种模式。本实施例中，针对于如图3中所示的4×6的LED阵列，基于如图7中所示的配套使用的积木块，可以设置3个模式，分别是A、B、C。

其中：

A模式下通关规则为：关卡题是控制由一组或多组进入工作状态的LED灯，如图5a中所示；基于所出的关卡题，操作者先采用配套积木块将题中进入工作状态的LED灯进行拼装覆盖，如图5b中所示，然后基于剩下配套的积木块将LED 阵列填满，填满后则算是通关成功，如图5c中所示；基于本实施例上述所述的 4×6的LED阵列，A模式下总共有205个关卡题。

B模式下通关规则如下：关卡题是控制由一组或多组进入工作状态的LED灯显示对应图形，如图6a所示；操作者通过配套的积木块将上述图形填满，则算是通关，如图6b；基于本实施例上述所述的4×6的LED阵列，B模式下总共有35 个关卡题。

C模式下通关规则如下：关卡题是控制由一组或多组进入工作状态的LED灯显示，如图7a所示，在关卡题显示一定时间后停止显示，此时操作者基于记忆通过配套的积木块正确还原关卡题中所显示的一组或多组LED灯，如图7b中所示；基于本实施例上述所述的4×6的LED阵列，C模式下总共有25个关卡题。

上述三个模式可以适合不同年龄段小孩，本实施例中，具体关卡题模式以及每个等级下关卡题的数量、关卡题出题模式可以基于不同的LED阵列、不同的规则等进行设置，此处不做限制。

在本实施例中，提示单元连接控制器，用于发送提示信号至控制器，触发控制器控制其中一组LED灯进入工作状态以提示下一步操作；其中同一关卡题下，每次提示用的各组LED灯与用于显示该关卡题的各组LED灯组合即为LED 阵列中所有LED灯。如图4和4a中所示，提示单元可以是与控制器IO端口连接的按键K3，具体可以是导电硅胶按键，按键K3的一端通过电阻R4接直流电源正极，并且该端连接到控制器IO端口例如PB4端，另一端接地；按键K3每被按下一次，控制器IO端口PB4端就会接收到一个低电平，本实施例中，控制器可以根据PB4 端口所接收到低电平信号控制提示下一步操作；例如在如图3所示的关卡题下，当按下按键K3后，控制器控制其中一组LED灯进入工作状态，如图3a中黑色填充所示的一组LED灯开始闪烁或变亮，以此来提示操作者采用积木块拼装该位置。

在本实施例中，显示单元连接控制器，用于显示LED阵列当前所显示关卡题的级别以及当前关卡题难度等级。例如当前关卡题为A模式下的第205级，则可以通过显示单元显示A、205，以使得操作者知晓当前关卡题所处模式以及难度情况。在本实施例中，显示单元可以直接使用段码屏，如图4b中所示。

本实施例中，LED阵列中各LED灯可以设置为三色LED灯；例如，在A模式和C模式下，可以控制进入工作状态的同一组LED灯中各LED灯显示的颜色相同，方便操作者观察出，而在B模式下，进入工作状态的LED灯显示的颜色相同；当然也可以根据实际需求以及关卡题模式、通关规则等对LED灯显示的颜色进行相应控制。

在本实施例中，如图4c中所示，电源单元直流电源、稳压单元U4以及一个 mos管搭建的长按按键开关机的电路，直流电源通过稳压单元后输出一个稳定的 3.3V电压，其中如图4a中所示的按键K5作为长按按键，通过长按按键K5的方式可以使得控制系统开机，即控制器及其外围电路上电。具体的，按键K5的一端 KEY端反接二极管D1后连接到控制器的IO端口例如PA11端，同时通过电阻R7连接稳压单元的输出端，按键K5的另一端接地；在开关机电路中包括mos管Q2和三极管Q4，直流电源的正极端连接Q2的源极S极，Q2的源极S极通过电阻R9连接到栅极G极，Q2的漏极D极连接到稳压单元的输入端；Q2的G极连接到Q4的集电极C极，同时通过二极管D3连接到按键K5的KEY端，Q4的基极B极通过电阻连接到控制器的IO端口例如POWER端，同时Q4的基极B极通过电阻连接到Q4的发射极并且接地。在本实施例中，当长按下按键K5后，KEY端接地，此时mos 管Q2导通，因此稳压单元输出3.3V电压到控制器电源端，控制器上电，检测PA11 端口输出是否为低电平，并且在延时一定时间后，继续检测该端口是否为低电平，若是，控制器控制POWER端输出高电平，使得三极管Q4导通，此时松开按键K5后，控制系统可正常工作。同样的，当需要关机时，长按K5键一定时间后，控制POWER端输出低电平，使得Q4截止，此时松开按键K5，则Q2截止，使得整个控制系统断电。当然，在本实施例中，也可以采用其他结构的电源电路对控制系统进行供电控制，在此不做限制。

在本实施例中，控制器还可以连接喇叭和音量调节单元，通过喇叭播放关卡题级别、配置相应开关机声音等，可以根据实际需求控制喇叭锁播放内容。另外控制器还可以连接有音量调节单元，通过音量调节单元控制喇叭的声音。在本实施例中，音量调节单元可以直接使用按键K5，基于此，控制器在检测到按键K5被短按时可以进行喇叭音量的调节，当然也可以设置其他的音量调节按键，此处不做限定。

实施例2

本实施例公开了一种电子几何积木，包括壳体以及实施例1所示的控制系统，其他控制系统设置在壳体上；具体的，在壳体上设置有用于放置LED阵列的放置区。

如图8和9中所示，壳体包括相互拼装的下壳体1和上壳体2，LED阵列12位于下壳体1所设置的放置区11；LED阵列12的各LED灯上方分别设置灯罩，另外灯罩上方设置有保护件3，保护件3在各LED灯位置处分别对应设置有透光且凸起的保护罩31；上壳体2位于保护件上方，并且上壳体2对应保护件各保护罩位置处镂空使得保护罩31突出上壳体2。

本实施例中，电子几何积木上壳体表面的结构示意图如图10中所示，包括 LED阵列布置区域，以及在上壳体上设置的关卡切换单元例如按键K1和K2、模式切换单元例如按键K4、提示单元例如按键K3、显示单元4例如段码屏、开关按键K5分别设置为露出上壳体2。

本实施例电子几何积木还配套有积木块，各积木块通过布置在保护件保护罩上的方式来拼装积木5，每个积木块对应拼装到一个或多个相邻保护罩；在本实施例中，积木块包括多种形状。例如针对于如图2所示的LED阵列，本实施例可以设置积木块为7块，分别为短直积木J1、短拐角积木J2、梯形积木J3、长直积木J4、长拐角积木(A类)J5、长拐角积木(B类)J6、T形积木J7，具体如图 11中所示。当然在本实施例中，基于不同的关卡题、不同规则的通关方式，也可以设置其他形状以及数量的积木块，本实施例不做限制。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电子几何积木控制系统，其特征在于，包括控制器、LED阵列、关卡切换单元；

所述控制器连接LED阵列，通过控制LED阵列中其中一组或多组LED灯的工作状态来显示对应关卡题，其中每组LED灯由一个或多个相邻的进入工作状态的LED灯组成；

所述关卡题切换单元连接控制器，用于触发控制器通过控制LED阵列来切换关卡题。

2.根据权利要求1所述的电子几何积木控制系统，其特征在于，还包括模式切换单元，所述模式切换单元连接控制器，用于发送模式切换指令至控制器，以触发控制器通过控制LED阵列切换关卡题模式；其中，各模式下分别有对应积木拼装的通关规则，每种模式下包括多个关卡题，每个关卡题下对应有一组或多组LED灯被控制进入工作状态。

3.根据权利要求2所述的电子几何积木控制系统，其特征在于，还包括显示单元，所述显示单元连接控制器，用于显示LED阵列当前所显示关卡题的级别以及当前关卡题模式。

4.根据权利要求1所述的电子几何积木控制系统，其特征在于，还包括提示单元；

所述提示单元连接控制器，用于发送提示信号至控制器，触发控制器控制其中一组LED灯进入工作状态以提示解答关卡题的下一步操作。

5.根据权利要求1所述的电子几何积木控制系统，其特征在于，所述LED阵列为m×n矩形阵列，m为行数，n为列数；

所述LED阵列为型号WS2812的LED光源，其数据输入端连接控制器的IO端口，获取控制器发送的控制信号，根据控制器发送的控制信号控制阵列中各像素点对应LED灯的工作状态。

6.根据权利要求1所述的电子几何积木控制系统，其特征在于，所述关卡切换单元为与控制器IO端口连接的第一开关单元，所述控制器根据第一开关单元发送的触发信号控制LED阵列显示下一级或上一级的关卡题。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的电子几何积木控制系统，其特征在于，所述LED阵列中各LED灯为三色LED灯。

8.一种电子几何积木，其特征在于，包括壳体以及设置在壳体上的权利要求1～7中任一项所述的控制系统，所述壳体上设置有用于放置LED阵列的放置区域。

9.根据权利要求8所述的电子几何积木，其特征在于，所述壳体包括相互拼装的下壳体和上壳体，所述LED阵列位于下壳体所设置的放置区；所述LED阵列上方设置有保护件，所述保护件在各LED灯位置处分别对应设置有透光且凸起的保护罩；所述上壳体位于保护件上方，并且上壳体对应保护件各保护罩位置处镂空使得保护罩突出上壳体。

10.根据权利要求9所述的电子几何积木，其特征在于，还包括用于拼装在保护件各保护罩上的积木块，每个积木块对应拼装到一个或多个相邻保护罩；

所述积木块包括多种形状。

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