KR102078692B1 - 학습용 회로 블록 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 블록 결합을 통해서 회로를 소프트웨어적으로 구성한 후 결과를 피드백하는 학습용 회로 블록 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 블록 연결관계를 이용하여 회로도를 소프트웨어적으로 구성하고 결과를 피드백하는 학습용 회로 블록 시스템은, 복수의 센서가 2차원 매트릭스 형태로 배치되는 센싱 보드; 센싱 보드에 복수의 블록들이 안착되면, 2차원 매트릭스 좌표에서 각각의 블록들이 안착되는 영역을 식별하고 블록별 식별코드를 식별하는 인식 모듈; 상기 블록별 식별코드를 토대로 각 블록의 특성값을 확인하고, 각각의 블록들이 안착된 영역을 따라 연결하여 소프트웨어 기반의 회로도를 구성하고, 상기 회로도에 상기 확인한 블록의 특성값을 적용한 후, 상기 회로도에서 출력되는 출력값을 계산하는 회로 분석 모듈; 및 상기 인식 모듈에서 식별한 블록들 중에서, 출력 기능을 가지는 블록을 확인한 후, 상기 출력 기능을 가지는 블록으로 상기 출력값에 대응되는 피드백 신호를 전달하여, 해당 블록에서 출력값에 대응되는 액션을 진행시키는 피드백 모듈을 포함한다.

Description

학습용 회로 블록 시스템{Circuit block system for learning}

본 발명은 학습용 회로 블록 시스템에 관한 것으로서, 블록 결합을 통해서 회로를 소프트웨어적으로 구성한 후 결과를 피드백하는 학습용 회로 블록 시스템에 관한 것이다.

블록 세트의 사용자는 블록 세트에 포함되어 있는 블록들을 서로 조합하거나 끼워 맞추는 과정을 통해 공간 지각력을 향상시킬 수 있다. 특히, 알파벳이나 한글 자모를 형상화한 블록 세트인 경우, 블록들을 서로 조합하는 과정을 통해 기초적인 문자, 단어 또는 문장을 습득할 수 있다. 아래의 특허문헌은 블록완구에 대해서 개시한다.

이에 더 나아가, 회로를 어린이들이 직접 구성할 수 있는 전자 블록이 개발되어 시중에 유통되고 있다. 이러한 전자 블록은, 실제 다이오드를 포함하는 블록, 실제 건전지를 포함하는 블록, 실제 스위치를 포함하는 블록, 실제 저항을 포함하는 블록 등을 구비하고, 사용자가 전선 연결을 통하여 각 블록을 연결하여 회로도를 직접 구성하는 형태이다.

그런데 이러한 형태는 실제적인 회로도를 구성하는 것이기 때문에 어린이들 관점에서는 회로 구성이 어려울 뿐 아니라, 회로가 잘못 구성된 경우 역극성 전류로 인하여 회로도에 포함되는 내부 부품이 손상되거나 화재가 발생할 수 있는 문제점이 있다. 또한, 전선을 통하여 블록 간의 연결이 진행되기 때문에 전선의 구부림, 전선의 단락 등이 발생될 수 있는 문제점이 있다.

한국공개특허공보 제1995-0013548호 (공개일 1995. 06. 15.)

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 사용하기 편리할 뿐만 아니라 전류의 흐름을 최소화하여 안정성과 흥미도를 향상시킨 학습용 회로 블록 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, 블록 연결관계를 이용하여 회로도를 소프트웨어적으로 구성하고 결과를 피드백하는 학습용 회로 블록 시스템은, 복수의 센서가 2차원 매트릭스 형태로 배치되는 센싱 보드; 센싱 보드에 복수의 블록들이 안착되면, 2차원 매트릭스 좌표에서 각각의 블록들이 안착되는 영역을 식별하고 블록별 식별코드를 식별하는 인식 모듈; 상기 블록별 식별코드를 토대로 각 블록의 특성값을 확인하고, 각각의 블록들이 안착된 영역을 따라 연결하여 소프트웨어 기반의 회로도를 구성하고, 상기 회로도에 상기 확인한 블록의 특성값을 적용한 후, 상기 회로도에서 출력되는 출력값을 계산하는 회로 분석 모듈; 및 상기 인식 모듈에서 식별한 블록들 중에서, 출력 기능을 가지는 블록을 확인한 후, 상기 출력 기능을 가지는 블록으로 상기 출력값에 대응되는 피드백 신호를 전달하여, 해당 블록에서 출력값에 대응되는 액션을 진행시키는 피드백 모듈을 포함한다.

상기 학습용 회로 블록 시스템은, 상기 센싱 보드에 안착되며, 통신을 수행할 수 있는 베이스 블록; 및 상기 베이스 블록의 상면에 안착되고 출력 기능 또는 입력 기능을 수행하는 액션 블록을 더 포함한다.

상기 피드백 모듈은, 상기 출력 기능을 가지는 액션 블록이 안착된 베이스 블록으로 상기 피드백 신호를 전달하여, 상기 출력값에 대응되는 액션을 상기 베이스 블록에 안착된 액션 블록을 통해 진행시킬 수 있다.

상기 베이스 블록과 상기 액션 블록은 전원 포트를 통해서 서로 결합되고, 상기 액션 블록은 상기 베이스 블록으로부터 전원을 공급받을 수 있다.

상기 액션 블록과 상기 베이스 블록은 시그널 포트를 통해서 서로 결합하고, 상기 베이스 블록은, 통신을 통해서 상기 피드백 모듈로부터 상기 피드백 신호를 수신하고, 이 피드백 신호에 대응되는 출력값을 시그널 포트를 통해서 상기 액션 블록으로 인가할 수 있다.

상기 베이스 블록은 서로 다른 규격의 시그널 통신을 지원하는 복수의 시그널 포트를 구비하고, 상기 액션 블록은, 단일의 시그널 포트를 구비하며. 이 단일의 시그널 포트가 상기 베이스 블록에 구비된 복수의 시그널 포트 중에서 어느 하나와 결합될 수 있다.

상기 베이스 블록은 상기 액션 블록의 저항값을 측정하고, 상기 회로 분석 모듈은, 상기 액션 블록의 저항값을 상기 회로도에 적용하여 상기 회로도에서 출력되는 출력값을 계산할 수 있다.

상기 회로 분석 모듈은, 입력 기능을 수행하는 액션 블록이 상기 베이스 블록에 안착되어 있으면, 상기 액션 블록에 구비된 센서에서 측정한 가변하는 저항값을 상기 회로도에 적용하여, 상기 회로도에서 변화되는 출력값을 지속적으로 계산할 수 있다. 이 경우 상기 피드백 모듈은, 변화되는 출력값에 대응하는 피드백 신호를 상기 출력 기능을 가지는 액션 블록이 안착된 베이스 블록으로 전달한다.

본 발명은 내부에 도체를 포함하지 않은 전선 블록과 회로 블록을 연결하여 회로도가 구성되게 하고, 회로 분석 알고리즘을 통하여 소프트웨어 기반으로 회로도를 분석하여 분석된 결과에 따른 최종적인 출력을 피드백함으로써, 전선 연결 없이 손쉽게 회로도를 구성하게 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 최소화의 전류가 회로도에 흐르도록 구현함으로써, 회로 설계를 잘못할 때에 발생되는 시스템 고장과 화재를 방지할 수 있는 장점이 있다.

게다가, 본 발명은 액션 블록과 베이스 블록 간의 연결을 통해서, 회로도의 다양한 입력 또는 출력이 설정되게 함으로써, 시스템 확장성을 향상시키는 장점이 있다.

더불어, 본 발명은 액션 블록의 저항값을 측정하고, 이 저항값을 토대로 보다 정확한 출력값을 계산하여 피드백할 수 있는 장점이 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 센싱 보드를 구비한 학습용 회로 블록 시스템의 외관을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 학습용 회로 블록 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 회로 블록을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 회로 블록의 하면을 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 베이스 블록의 외관을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 베이스 블록의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 액션 블록을 나타내는 도면이다.
도 8은 베이스 블록과 액션 블록의 결합 과정을 나타내는 측면도이다.
도 9a는 액션 블록이 안착되기 전에 구성된 회로 블록을 나타내는 도면이다.
도 9b와 9c는 액션 블록이 안착된 회로 블록을 나타내는 도면이다.
도 10a는 복수의 액션 블록이 안착되기 전에 구성된 회로 블록을 나타내는 도면이다.
도 10b는 복수의 액션 블록이 안착된 회로 블록을 나타내는 도면이다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 센싱 보드를 구비한 학습용 회로 블록 시스템의 외관을 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 학습용 회로 블록 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 학습용 회로 블록 시스템(100)은 센싱 보드(110), 출력 모듈(120), 저장 모듈(130), 입력 모듈(140) 및 제어 모듈(150)을 포함하고, 이러한 구성요소는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 조합을 통해서 구현될 수 있다.

또한, 학습용 회로 블록 시스템(100)은 이러한 구성요소 이외에도, 복수의 블록을 포함한다. 게다가, 학습용 회로 블록 시스템(100)은 하나 이상의 프로세서와 메모리를 포함할 수 있으며, 후술하는 인식 모듈(151), 회로 분석 모듈(152) 및 피드백 모듈(153)은 상기 프로세서에 의해서 실행되는 프로그램 형태로 상기 메모리에 탑재될 수도 있다.

출력 모듈(120)은 스피커를 포함하고, 회로 학습과 관련된 사운드를 출력할 수 있다. 또한, 출력 모듈(120)은 디스플레이 수단을 포함할 수 있다.

입력 모듈(140)은 방향 버튼(142) 및 실행 버튼(141)을 포함하고, 사용자가 입력한 입력신호를 제어 모듈(150)로 전달한다. 상기 방향 버튼(142)은 사운드 세기를 조절하거나 메뉴 또는 모드를 변경할 때 이용될 수 있다. 또한, 실행 버튼(141)은 블록을 통해 구성된 회로에 대한 결과물을 얻기 위한 입력수단이다. 즉, 제어 모듈(150)은 복수의 블록이 센싱 보드(110)에 안착된 상태에서 상기 실행 버트(141)이 입력되는 회로 분석을 개시하여, 회로 분석에 따른 결과물을 출력할 수 있다.

센싱 보드(110)는 복수의 적외선 센서(111)가 매트릭스 형태로 구성된 보드로서, 블록 각각의 안착 여부를 센싱하는 기능을 수행한다.

상기 센싱 보드(110)는 복수의 적외선 센서(111)가 매트릭스 형태로 구성된 인쇄회로기판 및 상기 인쇄회로기판 상부에 장착되는 프레임을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 센싱 보드(110)의 상면에는 적외선 통신을 위해서, 일정 크기의 복수의 관통홀이 형성된다. 상기 센싱 보드(110)에 형성된 적외선 센서(111)는 발광 센서와 수광 센서를 포함하고, 발광 센서는 적외선을 조사하고, 수광 센서는 센싱 보드에 안착된 블록을 통해서 반사되어 돌아오는 빛(적외선)을 센싱한다.

한편, 센싱 보드(110)는 적외선 센서(111)를 통해서, 베이스 블록(도 5 참조)과 데이터를 송수신할 수 있다. 구체적으로 적외선 센서(110)에 포함된 발광 센서는 적외선 통신을 통해서 피드백 신호를 베이스 블록으로 전송할 수 있으며, 적외선 센서(110)의 수광 센서는 적외선 통신을 통해서 베이스 블록으로부터 입력신호(예컨대, 센싱 신호)를 수신할 수 있다. 이때, 진폭 변조 또는 주파수 변조를 통해서 데이터를 송수신할 수 있고, 또는 적외선의 발광 주기를 이용하여 데이터를 송수신할 수 있다. 상기 센싱 보드(110)의 프레임에는 안착된 블록이 이동되지 않도록 고정시키는 돌출부재가 형성될 수도 있다. 상기 센싱 보드(110)에는 적외선 센서(111)가 이용되었지만, 다양한 적외선 센서 대신에 다른 형태의 센서(예컨대, 근접 센서, 자기장 센서)가 이용되어 매트릭스를 구성할 수도 있다. 또한, 센싱 보드(110)에 형성된 복수의 적외선 센서(111)는 2차원 좌표를 형성하고, 이 좌표를 통해서 센싱 보드에 블록이 안착되면, 이 블록이 안착된 좌표 영역을 인식할 수 있다.

본 발명에 따른 블록은 기능에 따라 회로 블록, 베이스 블록 및 액션 블록으로 구분된다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 회로 블록을 나타내는 도면이다.

도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 회로 블록은 전선 블록(31a, 32a, 33a, 34a), 저항 블록(31b, 32b), 전원 블록(31c, 32c) 등과 같이 회로를 구성하는 부품을 나타내는 블록을 포함한다. 이외에도 회로 블록은 다이오드 블록, 트랜지스터 블록 등과 같은 다양한 형태의 블록을 포함할 수도 있다.

도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 전선 블록(31a, 32a, 33a, 34a)은 길이가 상이한 다양한 형태의 복수의 블록으로 구현될 수 있다. 또한, 저항 블록(31b, 32b)은 그 저항값이 상이하게 설정될 수 있으며, 마찬가지로 전원 블록(31c, 32c)도 전압이 상이하게 설정될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 회로 블록의 하면을 예시하는 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 회로 블록 중에서 저항 특성값 또는 전압 특성값을 포함하는 블록(31b, 32b, 31c, 32c)의 하면에는 블록 식별코드(41)가 바코드 형태로 인쇄될 수 있다.

상기 블록 식별코드(41)는 전압, 전류, 저항 등과 같은 고유의 특성값을 가지는 회로 블록의 하면에 인쇄된다. 도 3b 및 3c를 예를 들어 설명하면, 블록 식별코드(41)는 저항 블록(31b, 32b)과 전압 블록(31c, 32c)의 하면에 서로 상이하게 인쇄된다. 한편, 블록 식별코드(41)는 전선 블록(31a, 32a, 33a, 34a)에는 인쇄되지 않을 수도 있으며, 이 경우 블록 식별코드가 파악되지 않은 블록은 제어 모듈(150)에 전선 블록인 것으로 처리할 수 있다.

블록 식별코드(41)가 인쇄된 회로 블록의 하면이 센싱 보드(110)에 안착되면, 센싱 보드(110)의 적외선 센서를 통해서 조사된 적외선은, 블록 식별코드(41)의 흑색 마크에서는 흡수되고 블록 식별코드(41)의 백색 마크에서는 반사된다. 이러한 원리에 의해, 센싱 보드(110)에 회로 블록이 안착되면, 센싱 보드(110)는 블록 식별코드(41)의 백색 마크와 흑색 마크에서 반사되어 수신되는 빛에 따라, 회로 블록의 식별코드를 센싱하고, 이 센싱한 식별코드가 제어 모듈(150)로 전달되어 블록 식별코드가 인식된다. 또한, 블록이 안착된 경우, 적외선 감지를 통해서 블록이 안착되는 영역(즉, 2차원 좌표)이 센싱 보드(110)에서 인식된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 베이스 블록의 외관을 나타내는 도면이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 베이스 블록의 구성을 나타내는 도면이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 액션 블록을 나타내는 도면이다.

도 8은 베이스 블록과 액션 블록의 결합 과정을 나타내는 측면도이다.

도 5 내지 도 8을 참조하면, 베이스 블록(50)은 액션 블록(71, 72, 73)과 상호 결합되는 인터페이스를 제공하고, 더불어 액션 블록(71, 72, 73)과 제어 모듈(150) 간의 통신을 중계하는 기능을 수행한다.

상기 베이스 블록(50)은 적외선 센서(51), 시그널 포트(52), 전원 포트(53), 배터리(54) 및 소형 프로세서(55)를 포함한다.

베이스 블록(50)의 상면에는 하나의 전원 포트(53)와 하나 이상의 시그널 포트(52)가 형성된다.

상기 베이스 블록(50)의 상면에 형성된 시그널 포트(52)는 디지털 I/O 포트, PWM(Pulse-Width Modulation) 포트, I2C(Inter-Integrated Circuit) 포트 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 디지털 I/O 포트는 디지털 기반의 신호를 액션 블록(71, 72, 73)과 입출력할 수 있는 포트를 나타내고, PWM 포트는 아날로그 기반으로 신호 입출력을 지원하는 포트를 나타낸다. 또한, I2C 포트는 I2C 기반의 통신 인터페이스를 지원한다.

상기 배터리(54)는 베이스 블록(50)의 구성 부품으로 전원을 공급하고, 더불어 전원 포트(53)와 결합된 액션 블록(71, 72, 73)으로 전원을 공급한다.

베이스 블록(50)의 하면에는 적외선 통신을 위한 적외선 센서(51)가 포함되고 적외선 통신을 위한 관통 공간이 형성된다. 상기 적외선 센서(51)는 수광부와 발광부를 포함하고, 센싱 보드(110)에 구비된 적외선 센서(111)와 적외선 통신을 수행하여, 이에 따라 제어 모듈(150)은 베이스 블록(50)으로부터 데이터(예컨대, 피드백 신호)를 수신하거나 베이스 블록(50)으로 데이터(예컨대, 센싱 데이터)를 전송할 수 있다. 베이스 블록(50)은 고유의 식별정보를 저장하고 있으며, 자신의 식별정보를 상기 적외선 통신을 통해서 제어 모듈(150)로 전달할 수 있다.

프로세서(55)는 MCU와 같은 소형 프로세서로서, 적외선 센서(51)를 이용하여, 센싱 보드(110)와 통신하고, 시그널 포트(52)를 통하여 액션 블록(71, 72, 73)과 신호를 송수신하는 기능을 수행한다. 상기 프로세서(55)는 적외선 피드백 신호별로 대응되는 서로 다른 세기의 출력값(예컨대, 전류값)을 저장하고 있으며, 센싱 보드(110)와의 적외선 통신을 통해서 적외선 기반의 피드백 신호를 수신하면 이 피드백 신호와 대응되는 세기의 출력값을 확인한다. 아울러, 프로세서(55)는 확인한 세기에 해당하는 출력값을 시그널 포트(52)를 통해서 액션 블록(71, 72, 73)으로 전달함으로써, 상기 출력값에 대응되는 액션(예컨대, 모터 회전, LED 출력, 사운드 출력 등)이 액션 블록(71, 72, 73)에서 실행되게 한다.

한편, 프로세서(55)는 베이스 블록(50) 상면에 액션 블록(71, 72, 73)이 안착되면, 프로세서(55)는 액션 블록(71, 72, 73)에서 흐르는 전류를 측정하고, 이 전류와 배터리(54)의 전압을 기초하여, 액션 블록(71, 72, 73)의 저항값을 측정할 수 있다. 상기 프로세서(55)는 전류 측정 센서(도면에 도시되지 않음)를 이용하여, 액션 블록(71, 72, 73)과 결합된 전원 포트(71a, 72a, 73a) 또는 시그널 포트(71b, 72b, 73b) 중에 어느 하나에서 흐르는 전류를 측정하고, 이 측정한 전류를 액션 블록(71, 72, 73)의 전류로서 확인할 수 있다. 프로세서(55)는 적외선 센서(51)를 이용한 적외선 통신을 통해, 상기 측정한 저항값을 제어 모듈(150)로 전달한다.

액션 블록(71, 72, 73)은 회로도에 대한 결과를 출력하거나, 입력값을 센싱하는 블록으로서, 센서와 같은 센싱 장치, 스피커, LED 등과 같은 출력 장치, 모터를 구비하는 회전 동력 장치 등 중에서 어느 하나를 포함하는 블록일 수 있다. 즉, 액션 블록(71, 72, 73)은 출력 기능을 수행하거나, 입력 기능을 수행하기 위한 장치를 포함하는 블록이다.

상기 액션 블록(71, 72, 73)의 하면에는, 베이스 블록(50)의 상면에 형성된 전원 포트(53)와 결합되는 전원 포트(71a, 72a, 73a)가 형성된다. 상기 액션 블록(71, 72, 73)의 하면에는 하나의 시그널 포트(71b, 72b, 73b)가 형성된다. 액션 블록(71, 72, 73)이 지원하는 입출력 인터페이스에 따라서, 액션 블록(71, 72, 73)의 하면에는 하나의 시그널 포트(71b, 72b, 73b)가 형성된다. 예를 들어, 액션 블록(71, 72, 73)이 디지털 통신을 지원하는 센서인 경우, 액션 블록(71, 72, 73)의 하면에는 디지털 포트가 형성되고, 액션 블록(71, 72, 73)이 PWM 신호에 따라 동작하는 모터를 포함하는 경우 액션 블록(71, 72, 73)의 하면에는 PWM 포트가 형성될 수 있다. 또한, 액션 블록(71, 72, 73)이 I2C 인터페이스를 지원하는 센서인 경우, 상기 액션 블록(71, 72, 73)의 하면에는 I2C 포트가 형성될 수 있다.

도 8에 예시한 바와 같이, 베이스 블록(50)의 상면에 형성된 전원 포트(53)는 액션 블록(71)의 하면에 형성된 전원 포트(71a)와 결합된다. 이에 따라, 베이스 블록(50)에 내장된 배터리(54)의 전원이 결합된 전원 포트(53, 71a)를 통해서 액션 블록(71)으로 유입되고, 이에 따라 액션 블록(71)에 포함된 전자 부품에 전원이 공급된다.

또한, 베이스 블록(50)의 상면에 형성된 시그널 포트(52) 중에서 어느 하나가 액션 블록(71)의 하면에 형성된 시그널 포트(71b)와 결합된다. 시그널 포트(52, 71b)의 결합에 따라, 베이스 블록(50)은 액션 블록(71)으로 의도하는 세기의 출력값을 전달할 수 있으며, 또한 베이스 블록(50)은 액션 블록(71)에서 센싱한 데이터를 전달받을 수 있다. 부연하면, 베이스 블록(50)의 상면에는 다양한 통신을 지원할 수 있는 복수의 시그널 포트가 구비되나, 액션 블록(71)의 하면에는 자신이 지원할 수 있는 하나의 시그널 포트만이 형성될 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 베이스 블록(50)의 상면에 형성된 전원 포트(53)와 액션 블록(71)의 하면에 형성된 전원 포트(71a)는 상호 간의 결합이 용이하도록 약속된 장소에 형성된다. 마찬가지로, 베이스 블록(50)의 상면에 형성된 시그널 포트(52)와 액션 블록(71)의 하면에 형성된 와 시그널 포트(71b)는 상호 간에 결합이 용이하도록, 약속된 장소에 형성된다.

한편, 액션 블록(71, 72, 73)은 자신만의 식별정보를 저장하고 있으며, 액션 블록(71, 72, 73)이 베이스 블록(50)의 상면에 안착되어, 액션 블록과 베이스 블록 간에 전원 포트와 시그널 포트가 상호 결합되면, 액션 블록(71, 72, 73)은 자신의 식별정보를 시그널 포트를 통해서 베이스 블록(50)으로 전달하고, 베이스 블록(50)은 센싱 보드(110)와 적외선 통신을 통해서 액션 블록(71, 72, 73)의 식별정보를 제어 모듈(150)로 전달한다.

다시 도 2를 참조하면, 저장 모듈(130)은 메모리, 디스크 장치 등과 같은 저장 수단으로서, 각 블록의 식별코드, 블록 유형 데이터 및 블록의 특성값이 매핑된 블록 정보를 저장한다. 상기 블록 유형 데이터에는, 회로 블록이 저항 블록, 전원 블록, 액션 블록 등 중에서 어느 유형에 속하는지 여부를 나타내는 데이터가 기록된다. 또한, 블록의 특성값에는 해당 블록의 유형에 따른 특성값이 기록된다. 부연하면, 회로 블록이 저항 블록인 경우, 이 블록의 특성값에는 저항값이 기록되고, 회로 블록이 전원 블록인 경우 상기 블록의 특성값에 전압값이 기록된다. 또한, 블록 유형 데이터가 액션 블록인 경우, 이 액션 블록이 출력 기능의 블록인지 또는 입력 기능의 블록인지 여부가 저장 모듈(130)에 저장된다. 한편, 저장 모듈(130)은 회로 분석에 기초가 되는 회로 분석 프로그램을 저장할 수도 있다.

제어 모듈(150)은 학습용 회로 블록 시스템(100)를 제어한다. 상기 제어 모듈(150)은 센싱 보드(110)에 안착된 블록들을 식별하고, 이 블록들을 연결 상태를 토대로 소프트웨어적으로 회로도를 구성한 후, 회로도의 구성에 맞는 동작을 수행한다.

상기 제어 모듈(150)은 인식 모듈(151), 회로 분석 모듈(152) 및 피드백 모듈(153)을 포함한다.

상기 인식 모듈(151)은 센싱 보드(110)를 이용하여, 센싱 보드(110)에 안착된 회로 블록을 식별하는 기능을 수행한다. 구체적으로, 센싱 보드(110)에 회로 블록과 베이스 블록이 안착되면, 센싱 보드(110)는 적외선 센서(111)를 이용하여 각 블록의 식별코드, 블록이 안착된 영역 등이 포함된 센싱 데이터를 인식 모듈(151)로 전달한다. 그러면, 인식 모듈(151)은 상기 센싱 데이터를 분석하여 회로 블록이 안착되는 영역, 베이스 블록이 안착되는 영역, 전선이 안착되는 영역을 식별한다. 상기 인식 모듈(151)은 센싱 보드(110)의 적외선 센서(111)를 이용하여, 전체 영역에서 블록이 안착되는 영역을 감지함으로써, 각각의 블록이 안착되는 영역을 식별할 수 있다. 또한, 인식 모듈(151)는 센싱 보드(110)의 적외선 센서(111)를 이용하여, 특성값을 가지는 회로 블록의 식별코드를 획득함으로써, 특성값을 가지는 회로 블록을 식별할 수 있다.

또한, 인식 모듈(151)은 베이스 블록과 적외선 통신하여, 베이스 블록의 상면에 안착된 액션 블록의 식별코드를 획득하고, 더불어 베이스 블록이 안착된 영역(좌표 영역)을 식별한다. 인식 모듈(151)은 블록 식별코드가 인식되지 않고 적외선 통신도 가능하지 않은 블록이 센싱 보드(110) 상에 안착되어 있으면, 해당 블록이 전선 블록인 것으로 인식할 수 있다.

한편, 회로 분석 모듈(152)은 인식 모듈(151)에서 인식한 정보를 토대로 소프트웨적인 회로도를 구성하고, 이 회로도를 분석하여 결과물(즉, 의도하는 세기의 출력값)을 산출하는 기능을 수행한다. 즉, 회로 분석 모듈(152)은 인식 모듈(151)을 통해서 각각의 전선 블록이 안착되는 영역을 식별하고, 더불어 전선 블록이 연결하는 저항 블록, 전원 블록, 액션 블록 등의 블록이 위치하는 영역을 식별한다. 그리고 회로 분석 모듈(152)는 상기 식별한 블록별 위치를 토대로, 소프트웨어적으로 회로도를 구성한다. 아울러, 회로 분석 모듈(152)은 블록 식별코드와 대응되는 특성값(예컨대, 저항값, 전압값 또는 전류값)을 저장 모듈(130)에서 확인하고, 상기 베이스 블록으로부터 수신한 액션 블록의 저항값을 확인한 후, 이 특성값과 저항값을 상기 구성한 회로도에 적용하여, 액션 블록에서 출력되는 특정 세기의 출력값을 계산한다. 상기 출력값은 액션 블록에 인가되는 전류값일 수 있다.

한편, 베이스 블록(50)에 안착된 액션 블록이 센서를 포함한 경우, 상기 액션 블록은 입력 장치로서 동작하여, 센서를 통해서 센싱한 데이터를 계속적으로 제어 모듈(150)로 전달할 수 있다. 이 경우, 액션 블록은 센싱값을 결합된 시그널 포트(52)를 통해서 베이스 블록(50)으로 전달하고, 베이스 블록(50)은 적외선 통신을 통해서 상기 센싱값을 제어 모듈(150)의 회로 분석 모듈(152)로 전달한다. 상기 센싱값은 저항값이 이용될 수 있으며, 이 경우 상기 저항값은 고정되지 않고 가변되어 지속적으로 회로 분석 모듈(152)로 전달된다. 이를 위해 액션 블록은 가변 저항을 포함할 수 있다. 상기 센싱값을 수신한 회로 분석 모듈(152)은 센싱값(즉, 저항값)이 변화됨에 따라, 이 변화된 센싱값(즉, 저장값)을 기초로 한 출력값(예컨대, 전류값)을 계속적으로 계산한다.

피드백 모듈(153)은 상기 회로 분석 모듈(152)에서 산출한 출력값(예컨대, 전류값)과 대응하는 적외선 기반의 피드백 신호를 생성하고, 적외선 통신을 통해서 상기 피드백 신호를 베이스 블록(50)으로 전달한다.

이하, 도 9 및 도 10을 참조하여, 다양한 형태의 회로 구성에 대해서 설명한다.

도 9a는 액션 블록이 안착되기 전에 구성된 회로 블록을 나타내는 도면이다.

도 9b와 9c는 액션 블록이 안착된 회로 블록을 나타내는 도면이다.

도 9a에 도시된 바와 같이, 복수의 전선 블록(91a ~ 91i)과 저항 블록(93), 전원 블록(92)이 센싱 보드(110)에 안착되고, 더불어 베이스 블록(94)이 센싱 보드(110)에 안착되며, 상기 전원 블록(92), 저항 블록(93) 및 베이스 블록(94)은 전선 블록(91a ~ 91i)을 통해서 연결되어 회로를 구성한다.

인식 모듈(151)은 센싱 보드(110)가 형성하는 2차원 매트릭스 좌표에서 각각의 전선 블록이 안착되는 영역을 확인하고, 더불어 각각의 전원 블록(92), 저항 블록(93)의 하면에 인쇄된 블록 식별코드를 인식한다. 또한, 인식 모듈(151)은 적외선 통신을 통해서 데이터 송수신이 가능한 블록이 존재하면, 이 블록이 베이스 블록(94)인 것으로 인식하여, 이 베이스 블록(94)이 안착되는 영역을 인지할 수 있다.

이렇게 센싱 보드(110)에 다양한 블록이 안착된 상태에서, 도 9b와 같이 베이스 블록(94) 위에 LED를 탑재한 액션 블록(95)이 안착되어, 이 LED 액션 블록(95)의 전원 포트와 시그널 포트가 베이스 블록(94)과 결합될 수 있다. 그러면, 베이스 블록(94)은 LED 액션 블록(95) 내부에 흐르는 전류를 측정하고, 이 전류와 배터리의 전원을 옴의 법칙을 적용하여 액션 블록(95)의 저항을 측정한 후, 상기 측정한 저항을 적외선 통신을 통해서 제어 모듈(150)로 전달한다. 또한, 베이스 블록(94)은 LED 액션 블록(95)의 식별정보를 획득하고, 액션 블록의 식별정보를 적외선 통신을 통해서 제어 모듈(150)로 전달한다.

그러면 제어 모듈(150)의 회로 분석 모듈(152)은 전원 블록(92)의 식별코드와 대응되는 특성값인 전압값 및 상기 저항 블록(93)의 식별코드와 대응되는 특성값인 저항값을 저장 모듈(130)에서 확인하고, 액션 블록(95)의 식별코드를 토대로 상기 액션 블록(95)이 출력 기능을 담당하는 LED 블록임을 인지한다. 또한, 회로 분석 모듈(152)은 인식 모듈(151)을 통해서 인식한 각 블록의 영역을 토대로, 소프트웨어적인 회로도를 구성한 후, 상기 전원 블록(92)의 전압값, 저항 블록(93)의 저항값 및 액션 블록(95)의 저항값을 토대로, LED 액션 블록에서 출력되어야 하는 세기의 출력값(즉, 전류값)을 계산한다.

피드백 모듈(153)은 회로 분석 모듈(152)에서 계산한 특정 세기의 출력값(즉, 전류값)과 대응되는 적외선 신호를 베이스 블록(94)으로 송신하고, 베이스 블록(94)은 상기 적외선 신호를 해당 세기의 출력값(즉, 전류값)으로 변환하여 이 세기의 출력값을 LED 액션 블록(95)으로 전송하여 상기 출력값과 대응되는 밝기로 해당 LED 점등되게 한다. 이때, 베이스 블록(94)는 LED 액션 블록(95)과 결합된 시그널 포트를 통해서, 상기 세기의 출력값을 LED 액션 블록(95)으로 인가할 수 있다.

사용자는 다른 전압을 가지는 전원 블록을 교체하거나 다른 저항을 가지는 저항 블록을 교체하여 회로 블록을 재구성할 수 있다. 이 경우, 상술한 프로세스를 통해서 LED 밝기가 기존과 상이하게 점등될 수 있다.

한편, 도 9c와 같이 모터를 구비한 액션 블록(96)이 베이스 블록(94)에 안착될 수도 있다. 이 경우, 회로 분석 모듈(152)에서 계산한 세기의 출력값이 상기 액션 블록(96)으로 인가되어. 이 세기의 출력값(즉, 전류값)과 대응되는 속도로 모터가 회전된다. 마찬가지로, 도 9c와 같은 회로 블록의 구성에서, 사용자는 다른 전압을 가지는 전원 블록을 교체하거나 다른 저항을 가지는 저항 블록을 교체하여 회로 블록을 재구성할 수 있다. 이 경우, 기존과 상이한 세기이 출력값이 액션 블록(96)으로 인가되어 모터 회전 속도가 기존과 상이하게 변경될 수 있다.

한편, 입력 기능을 수행하는 액션 블럭과 출력 기능을 수행하는 액션 블록이 혼합되어 회로 블록을 구성할 수 있다.

도 10a는 복수의 액션 블록이 안착되기 전에 구성된 회로 블록을 나타내는 도면이다.

도 10b는 복수의 액션 블록이 안착된 회로 블록을 나타내는 도면이다.

도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 복수의 전선 블록(91a ~ 91i)과 전원 블록(92)이 센싱 보드(110)에 안착되고, 더불어 복수의 베이스 블록(94-1, 94-2)이 센싱 블록에 안착되며, 상기 전원 블록(92)과 베이스 블록(94-1, 94-2)은 전선 블록(91a ~ 91i)을 통해서 연결되어 회로를 구성한다.

인식 모듈(151)은 센싱 보드(110)가 형성하는 2차원 매트릭스 좌표에서 각각의 전선 블록(91a ~ 91i)이 안착되는 영역을 확인하고, 더불어 전원 블록(92)의 하면에 인쇄된 블록 식별코드를 인식한다. 또한, 인식 모듈(151)은 적외선 통신을 통해서 데이터 송수신이 가능한 블록이 두 개인 것으로 파악하여 복수의 베이스 블록(94-1, 94-2)을 인식하고, 이 베이스 블록들(94-1, 94-2)이 안착되는 영역을 각각 인지할 수 있다.

이렇게 센싱 보드(110)에 다양한 블록이 안착된 상태에서, 도 10b와 같이 제1베이스 블록(94-1)에 LED를 탑재한 액션 블록(95)이 안착되고, 제2베이스 블록(94-2)에 소리측정 센서를 탑재한 액션 블록(96)이 안착될 수 있다. 그러면, 제1베이스 블록(94-1)은 LED 액션 블록(95) 내부에 흐르는 전류를 측정하고, 이 전류와 배터리의 전원을 옴의 법칙을 적용하여 액션 블록(95)의 저항을 측정하고, 이 측정한 저항을 적외선 통신을 통해서 제어 모듈(150)로 전달한다.

마찬가지로, 제2베이스 블록(94-2)은 소리측정 센서를 구비한 액션 블록(96)의 저항을 측정하고, 이 측정한 저항을 지속적으로 학습용 블록 기기(150)로 전달한다. 부연하면, 소리측정 센서를 구비한 액션 블록(96)은 소리 세기와 비례(또는 반비례)하여 저항값이 증가되는 가변저항을 탑재하고 있으며, 이에 따라 주변의 소리 크기에 따라 계속적으로 저항값이 변경된다. 이에 따라, 제2베이스 블록(94-2)은 가변되는 상기 액션 블록(96)의 저항을 적외선 통신을 통해서 계속적으로 제어 모듈(150)로 보고한다.

또한, 제1베이스 블록(94-1)은 LED 액션 블록(95)의 식별정보를 획득하여 제어 모듈(150)로 전달하고, 제2베이스 블록(94-2)도 소리측정 센서를 구비하는 액션 블록(96)의 식별정보를 획득하여 제어 모듈(150)로 전달한다.

제어 모듈(150)의 회로 분석 모듈(152)은 전원 블록(92)의 식별코드와 대응되는 특성값인 전압값을 저장 모듈(130)에서 확인하고, 각각 액션 블록(95, 96)의 식별코드를 토대로, 제1베이스 블록(94-1)에 안착된 액션 블록(95)이 출력 기능으로서 이용되는 LED 블록임을 인지하고, 더불어 제2베이스 블록(94-2) 안착된 액션 블록(96)이 입력 기능으로서 이용되는 센서 블록임을 인지한다.

또한, 회로 분석 모듈(152)은 인식 모듈(151)을 통해서 인식한 각 블록의 영역을 토대로, 회로도를 구성한 후, 상기 전원 블록(92)의 전압값, LED 액션 블록(95)의 저항값 및 현재의 측정된 센서 블록(96)의 저항값을 토대로, LED 액션 블록에서 출력되어야 하는 세기의 출력값(즉, 전류값)을 계속적으로 계산한다.

피드백 모듈(153)은 상기 세기의 출력값(즉, 전류값)과 대응되는 적외선 신호를 제1베이스 블록(94-1)으로 송신하고, 제1베이스 블록(94-1)은 상기 적외선 신호를 해당 세기의 출력값(즉, 전류값)으로 변환하여 이 세기의 출력값(즉, 전류값)을 LED 액션 블록(95)으로 전송함으로써, 상기 출력값과 대응되는 밝기로 해당 LED가 점등되게 한다. 도 10b와 같이 회로가 구성되면, 주변의 소리 크기에 따라 LED의 밝기가 계속적으로 변화된다.

한편, 도 10b의 회로 블록에서 소리측정 센서를 구비하는 액션 블록(96)이 조도측정 센서를 구비하는 액션 블록으로 교체될 수 있다. 이 경우, 주변의 밝기에 따라 액션 블록 내의 저항값이 변화되고, 결과적으로 LED의 밝기는 조도에 따라 변화된다.

또한, 도 10b의 회로 블록에서 LED 액션 블록이 모터를 구비한 액션 블록으로 대체될 수 있다. 이 경우, 주변의 소리 크기에 따라 모터의 회전 속도가 변경된다.

도면에 도시된 회로도 이외에도 회로 블록에 저항 블록을 추가하거나 전원을 블록을 추가함으로써, 출력 결과가 변화할 수 있음을 당업자는 충분히 인지할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 학습용 회로 블록 시스템(100)은 내부에 도체를 포함되지 않은 전선 블록과 회로 블록을 연결하여 회로도가 구성되게 하고, 회로 분석 알고리즘을 통하여 소프트웨어 기반으로 회로도를 분석하여 분석된 결과에 따른 최종적인 출력을 피드백함으로써, 전선 연결 없이 손쉽게 회로도를 구성하게 하는 이점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 학습용 회로 블록 시스템(100)은, 베이스 블록과 액션 블록 간에만 전류가 흐르도록 구현함으로써, 회로 설계를 잘못할 때에 발생되는 시스템 고장과 화재를 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 하나의 베이스 블록에 다양한 종류의 액션 블록을 결합하여 이용할 수 있으므로 블록 제조 비용을 줄이고 학습 목적에 따라 액션 블록만 추가로 구비하면 되기 때문에 확장성을 갖는다.

본 명세서는 많은 특징을 포함하는 반면, 그러한 특징은 본 발명의 범위 또는 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절히 결합되어 구현될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

100 : 학습용 회로 블록 시스템
110 : 센싱 보드
120 : 출력 모듈
130 : 저장 모듈
140 : 입력 모듈
150 : 제어 모듈
151 : 인식 모듈
152 : 회로 분석 모듈
153 : 피드백 모듈

Claims (9)

1. 블록 연결관계를 이용하여 회로도를 소프트웨어적으로 구성하고 결과를 피드백하는 학습용 회로 블록 시스템에 있어서,
   복수의 센서가 2차원 매트릭스 형태로 배치되는 센싱 보드;
   센싱 보드에 복수의 블록들이 안착되면, 2차원 매트릭스 좌표에서 각각의 블록들이 안착되는 영역을 식별하고 블록별 식별코드를 식별하는 인식 모듈;
   상기 블록별 식별코드를 토대로 각 블록의 특성값을 확인하고, 각각의 블록들이 안착된 영역을 따라 연결하여 소프트웨어 기반의 회로도를 구성하고, 상기 회로도에 상기 확인한 블록의 특성값을 적용한 후, 상기 회로도에서 출력되는 출력값을 계산하는 회로 분석 모듈; 및
   상기 인식 모듈에서 식별한 블록들 중에서, 출력 기능을 가지는 블록을 확인한 후, 상기 출력 기능을 가지는 블록으로 상기 출력값에 대응되는 피드백 신호를 전달하여, 해당 블록에서 출력값에 대응되는 액션을 진행시키는 피드백 모듈;
   상기 센싱 보드에 안착되며, 통신을 수행할 수 있는 베이스 블록; 및
   상기 베이스 블록의 상면에 안착되고 출력 기능 또는 입력 기능을 수행하는 액션 블록;을 포함하고,
   상기 피드백 모듈은, 상기 출력 기능을 가지는 액션 블록이 안착된 베이스 블록으로 상기 피드백 신호를 전달하여, 상기 출력값에 대응되는 액션을 상기 베이스 블록에 안착된 액션 블록을 통해 진행시키고,
   상기 회로 분석 모듈은, 입력 기능을 수행하는 액션 블록이 상기 베이스 블록에 안착되어 있으면, 상기 액션 블록에 구비된 센서에서 측정한 가변하는 저항값을 상기 회로도에 적용하여, 상기 회로도에서 변화되는 출력값을 지속적으로 계산하고,
   상기 피드백 모듈은, 변화되는 출력값에 대응하는 피드백 신호를 상기 출력 기능을 가지는 액션 블록이 안착된 베이스 블록으로 전달하고,
   상기 베이스 블록은, 적외선 통신을 통해서 상기 피드백 신호를 상기 피드백 모듈로부터 수신하거나, 액션 블록의 센서에서 측정한 센싱 데이터를 상기 회로 분석 모듈로 전달하는 것을 특징으로 하는 학습용 회로 블록 시스템.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 베이스 블록과 상기 액션 블록은 전원 포트를 통해서 서로 결합되고, 상기 액션 블록은 상기 베이스 블록으로부터 전원을 공급받는 것을 특징으로 하는 학습용 회로 블록 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 액션 블록과 상기 베이스 블록은 시그널 포트를 통해서 서로 결합하고,
   상기 베이스 블록은, 통신을 통해서 상기 피드백 모듈로부터 상기 피드백 신호를 수신하고, 이 피드백 신호에 대응되는 출력값을 시그널 포트를 통해서 상기 액션 블록으로 인가하는 것을 특징으로 하는 학습용 회로 블록 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 베이스 블록은 서로 다른 규격의 시그널 통신을 지원하는 복수의 시그널 포트를 구비하고,
   상기 액션 블록은, 단일의 시그널 포트를 구비하며. 이 단일의 시그널 포트가 상기 베이스 블록에 구비된 복수의 시그널 포트 중에서 어느 하나와 결합되는 것을 특징으로 하는 학습용 회로 블록 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 베이스 블록은 상기 액션 블록의 저항값을 측정하고,
   상기 회로 분석 모듈은, 상기 액션 블록의 저항값을 상기 회로도에 적용하여 상기 회로도에서 출력되는 출력값을 계산하는 것을 특징으로 하는 학습용 회로 블록 시스템.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 블록의 특성값은, 전류값, 전압값 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 학습용 회로 블록 시스템.
   

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