本發(fā)明涉及智能玩具技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及用于智能電子積木的信號(hào)產(chǎn)生和調(diào)節(jié)方法及其硬件模塊。

背景技術(shù)：

前的很多電路類實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品都是以一種獨(dú)立形式存在的，無法與機(jī)械結(jié)構(gòu)類的產(chǎn)品一起使用，其拼接、電路連接都存在各種限制，使用者難以根據(jù)自己的需求和想法自由拼接，難以調(diào)動(dòng)青少年兒童對于搭建結(jié)構(gòu)以及電路原理的認(rèn)知。因此，可自由組合、根據(jù)用戶想法自由拼接的智能、模塊化積木來解決上述問題。而為了實(shí)現(xiàn)用戶根據(jù)電路原理自由設(shè)計(jì)各種電路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)積木系統(tǒng)的智能控制和物理量表達(dá)和顯示，系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于智能電子積木的物理量表達(dá)方法及其硬件模塊，滿足用戶在進(jìn)行積木拼接的過程中，感受電子控制電路帶來的樂趣并學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，本發(fā)明的涉及的智能積木系統(tǒng)由多個(gè)智能積木模塊（簡稱積木模塊）構(gòu)成。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了實(shí)現(xiàn)用戶根據(jù)電路原理自由設(shè)計(jì)各種電路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)積木系統(tǒng)的智能控制和物理量表達(dá)和顯示，提出了用于智能電子積木的物理量表達(dá)方法，通過接收來自上位智能積木模塊的電壓信號(hào)，在轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)之后，經(jīng)過處理器的運(yùn)算和變換，將處理得到的數(shù)字信號(hào)傳遞給驅(qū)動(dòng)器，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)，通過顯示模塊以某種物理量（例如 聲音、強(qiáng)度可變的LED燈、LED燈條等）進(jìn)行表達(dá)顯示；同時(shí)處理器產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器變換為電壓信號(hào)，通過信號(hào)輸出端向下位積木模塊輸出。用于智能電子積木的物理量表達(dá)的硬件模塊，提供了驅(qū)動(dòng)器和顯示部件、電路板的封裝部件，提供積木模塊的安裝結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)智能積木模塊的標(biāo)準(zhǔn)安裝結(jié)構(gòu)，便于積木模塊之間的自由拼接。

本發(fā)明的目的至少通過如下技術(shù)方案之一實(shí)現(xiàn)。

用于智能電子積木的物理量表達(dá)方法，該方法中，信號(hào)輸入端接收來自上位智能積木模塊的電壓信號(hào)，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)之后，經(jīng)過處理器的運(yùn)算，將處理得到的數(shù)字信號(hào)傳遞給驅(qū)動(dòng)器，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)，通過顯示模塊以物理量進(jìn)行表達(dá)顯示，物理量包括聲音、LED燈光中的一種以上；同時(shí)處理器產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器變換為電壓信號(hào)，通過信號(hào)輸出端向下位積木模塊輸出； 具體包括如下步驟：

1）智能積木系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器通過數(shù)據(jù)總線對處理器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，設(shè)置處理器的運(yùn)算規(guī)則，運(yùn)算規(guī)則包括比例放大、邏輯非運(yùn)算、相反數(shù)運(yùn)算中的一種以上，所設(shè)置的參數(shù)保存在處理器中；

2）模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)時(shí)讀取來自信號(hào)輸入端的電壓信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；

3）處理器根據(jù)步驟1）中所設(shè)定的運(yùn)算規(guī)則，對數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果，運(yùn)算結(jié)果是數(shù)字信號(hào)；

4）驅(qū)動(dòng)器獲得來自處理器的數(shù)字信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)作為結(jié)果顯示模塊的驅(qū)動(dòng)電壓；顯示部件根據(jù)驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對物理量的表達(dá)；

5）處理器同時(shí)將輸出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器變換為電壓信號(hào)，并通過信號(hào)輸出端對外輸出；數(shù)據(jù)總線實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)，并與處理器的運(yùn)算值進(jìn)行比較，如果輸出信號(hào)與運(yùn)算值不一致則反饋給處理器；所述的輸出信號(hào)與運(yùn)算值不一致情況，如果輸出信號(hào)與運(yùn)算值的偏差大于允許的設(shè)定偏差值，則確定為出錯(cuò)，進(jìn)而反饋給處理器。

實(shí)現(xiàn)所述用于智能電子積木的物理量表達(dá)方法的硬件模塊，包括：輸入端、輸出端、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動(dòng)器、顯示部件、電路板、上殼體和下殼體；

所述輸入端包括高電平輸入端、數(shù)據(jù)總線輸入端、信號(hào)輸入端和低電平輸入端；所述輸出端包括高電平輸出端、數(shù)據(jù)總線輸出端、信號(hào)輸出端和低電平輸出端；數(shù)據(jù)總線輸入端和數(shù)據(jù)總線輸出端所連接的數(shù)據(jù)總線，是整個(gè)智能積木系統(tǒng)的共同通訊總線；數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)由調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)控制；數(shù)據(jù)總線輸入端與上位智能積木模塊連接，獲得上位智能積木傳遞的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)總線輸出端與下位智能積木模塊連接，向下傳遞數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)總線與處理器連接，處理器通過數(shù)據(jù)總線與調(diào)節(jié)器雙向通訊；調(diào)節(jié)器通過數(shù)據(jù)總線對處理器的運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行設(shè)置；模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)時(shí)接收來自信號(hào)輸入端的電壓信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)傳遞給處理器；處理器根據(jù)調(diào)節(jié)器對處理器運(yùn)算規(guī)則的設(shè)定，對數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算得到運(yùn)算結(jié)果，運(yùn)算結(jié)果信號(hào)傳送給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)，電壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)顯示模塊，得到物理量顯示；處理器還將運(yùn)算結(jié)果的數(shù)字信號(hào)傳送給數(shù)模轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字信號(hào)變換為電壓信號(hào)，從信號(hào)輸出端輸出給下位積木模塊；高電平輸入端和高電平輸出端及它們之間的連線構(gòu)成了高電平供電線路；低電平輸入端和低電平輸出端及它們之間的連線構(gòu)成了低電平供電線路；高電平和低電平供電線路形成了電壓差回路，為模數(shù)轉(zhuǎn)換器、處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動(dòng)器、顯示部件提供電力；

所述處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動(dòng)器和顯示部件封裝在電路板上；輸入端和輸出端與電路板連通；電路板連接固定并封裝在下殼體和上殼體中間，僅有輸入端和輸出端總共8個(gè)接頭露出在殼體外部，用于與其他積木模塊連接；

下殼體在靠近輸出端接頭的部位設(shè)置了接頭凸臺(tái)，在靠近輸入端接頭的部位設(shè)置了接頭凹槽；一個(gè)積木模塊的接頭凸臺(tái)能與另一個(gè)積木模塊的接頭凹槽組裝配合；下殼體在底面設(shè)置了安裝凹槽；上殼體在頂面設(shè)置了安裝凸臺(tái)；一個(gè)積木模塊的安裝凸臺(tái)能與另一個(gè)積木模塊的安裝凹槽組裝配合。

進(jìn)一步地，所述調(diào)節(jié)器自身包括處理器、LCD顯示屏、按鍵輸入、通訊接口和供電接口；調(diào)節(jié)器的通訊接口包括數(shù)據(jù)總線輸出端和信號(hào)輸出端，這兩個(gè)接口能將調(diào)節(jié)器的處理器的輸出信號(hào)傳遞到智能積木中的數(shù)據(jù)總線和信號(hào)線；調(diào)節(jié)器的供電接口包括了低電平輸入端和高電平輸入端，這兩個(gè)輸入端分別與智能積木系統(tǒng)的低電平導(dǎo)線和高電平導(dǎo)線連通，獲得供電模塊的供電；用戶通過調(diào)節(jié)器設(shè)有的按鍵作為信息輸入端，通過調(diào)節(jié)器進(jìn)行信息的編碼，并通過通訊接口輸出以及對智能積木模塊進(jìn)行設(shè)定；調(diào)節(jié)器的LCD顯示屏是調(diào)節(jié)器的顯示端。

進(jìn)一步地，智能電子積木模塊所設(shè)置的顯示部件為蜂鳴器、高亮LED燈、彩色LED燈、LED燈條中的一種以上。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果：

本發(fā)明提出了用于智能電子積木的物理量表達(dá)方法及其硬件模塊，通過接收來自上位智能積木模塊的電壓信號(hào)，在轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)之后，經(jīng)過處理器的運(yùn)算和變換，將處理得到的數(shù)字信號(hào)傳遞給驅(qū)動(dòng)器，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)，通過顯示模塊以某種物理量（例如 聲音、強(qiáng)度可變的LED燈、LED燈條等）進(jìn)行表達(dá)顯示；同時(shí)處理器產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器變換為電壓信號(hào)，通過信號(hào)輸出端向下位積木模塊輸出。用于智能電子積木的物理量表達(dá)的硬件模塊，提供了驅(qū)動(dòng)器和顯示部件、電路板的封裝部件，提供積木模塊的安裝結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)智能積木模塊的標(biāo)準(zhǔn)安裝結(jié)構(gòu)，便于積木模塊之間的自由拼接。本發(fā)明的智能積木模塊，搭接結(jié)構(gòu)簡潔，使用方便。

附圖說明

圖1是實(shí)例中用于智能電子積木的物理量表達(dá)方法的原理圖。

圖2是實(shí)例中用于智能電子積木的物理量表達(dá)方法的流程圖。

圖3是實(shí)例中應(yīng)用于聲音表達(dá)方式的積木模塊結(jié)構(gòu)一側(cè)示意圖。

圖4是實(shí)例中應(yīng)用于聲音表達(dá)方式的積木模塊結(jié)構(gòu)的另一側(cè)示意圖。

圖5是實(shí)例中應(yīng)用于聲音表達(dá)方式的積木模塊結(jié)構(gòu)示意圖（移除上殼體）。

圖6是實(shí)例中應(yīng)用于高亮LED燈表達(dá)方式的積木模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是實(shí)例中應(yīng)用于LED燈條表達(dá)方式的積木模塊結(jié)構(gòu)示意圖（移除上殼體）。

圖8是實(shí)例中物理量表達(dá)方法模塊與其他積木模塊連接的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-輸入端；2-輸出端；3-模數(shù)轉(zhuǎn)換器；4-處理器；5-數(shù)模轉(zhuǎn)換器；6-驅(qū)動(dòng)器；7-顯示部件；8-下殼體；9-上殼體；10-接頭凸臺(tái)； 11-安裝凸臺(tái)；12-接頭凹槽；13-安裝凹槽；14-電路板。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的實(shí)施和保護(hù)不限于此，以下若有未特別詳細(xì)說明之過程，均是本領(lǐng)域技術(shù)人員可參照現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。

如圖1～圖8所示，用于智能電子積木的物理量表達(dá)方法及其硬件模塊主要包括：輸入端1、輸出端2、模數(shù)轉(zhuǎn)換器3、處理器4、數(shù)模轉(zhuǎn)換器5、驅(qū)動(dòng)器6和顯示部件7等。

所述輸入端1包括高電平輸入端A1、數(shù)據(jù)總線輸入端B1、信號(hào)輸入端C1和低電平輸入端D1；所述輸出端2包括高電平輸出端A2、數(shù)據(jù)總線輸出端B2、信號(hào)輸出端C2和低電平輸出端D2。數(shù)據(jù)總線輸入端B1和數(shù)據(jù)總線輸出端B2所連接的數(shù)據(jù)總線，是整個(gè)積木系統(tǒng)的共同通訊總線；數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)由調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)控制；數(shù)據(jù)總線輸入端B1與上位智能積木模塊連接，獲得上位智能積木傳遞的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)總線輸出端B2與下位智能積木模塊連接，向下傳遞數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)總線與處理器4連接，處理器4通過數(shù)據(jù)總線與調(diào)節(jié)器雙向通訊。調(diào)節(jié)器通過數(shù)據(jù)總線對處理器的運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行設(shè)置（例如，設(shè)定為邏輯非運(yùn)算、相反數(shù)運(yùn)算等）。模數(shù)轉(zhuǎn)換器3實(shí)時(shí)接收來自信號(hào)輸入端C1的電壓信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)傳遞給處理器4；處理器4根據(jù)調(diào)節(jié)器對處理器運(yùn)算規(guī)則的設(shè)定，對數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算得到運(yùn)算結(jié)果，運(yùn)算結(jié)果信號(hào)傳送給驅(qū)動(dòng)器6，驅(qū)動(dòng)器6將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)，電壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)顯示模塊7，得到物理量顯示。處理器4同時(shí)將運(yùn)算結(jié)果的數(shù)字信號(hào)傳送給數(shù)模轉(zhuǎn)換器5，將數(shù)字信號(hào)變換為電壓信號(hào)，從信號(hào)輸出端C2輸出給下位積木模塊。高電平輸入端A1和高電平輸出端A2及必要的連線構(gòu)成了高電平導(dǎo)線；低電平輸入端D1和低電平輸出端D2及必要的連線構(gòu)成了低電平導(dǎo)線；高電平導(dǎo)線和低電平導(dǎo)線形成了電壓差回路，為信號(hào)產(chǎn)生和調(diào)節(jié)的各電子電路提供電力。

所述調(diào)節(jié)器自身包括處理器、LCD顯示屏、按鍵輸入、通訊接口和供電接口；調(diào)節(jié)器的通訊接口包括數(shù)據(jù)總線輸出端和信號(hào)輸出端，這兩個(gè)接口可以將調(diào)節(jié)器的處理器的輸出信號(hào)傳遞到智能積木中的數(shù)據(jù)總線和信號(hào)線；調(diào)節(jié)器的供電接口包括了低電平輸入端和高電平輸入端，這兩個(gè)輸入端分別與智能積木系統(tǒng)的低電平導(dǎo)線和高電平導(dǎo)線連通，獲得供電模塊的供電。調(diào)節(jié)器的處理器內(nèi)嵌了處理程序，用戶可通過調(diào)節(jié)器設(shè)有的按鍵作為信息輸入端，通過調(diào)節(jié)器進(jìn)行信息的編碼，并通過通訊接口輸出以及對智能積木模塊進(jìn)行設(shè)定。調(diào)節(jié)器的LCD顯示屏是調(diào)節(jié)器的顯示端。

用于智能電子積木的物理量表達(dá)方法，信號(hào)輸入端C1通過接收來自上位智能積木模塊的電壓信號(hào)，在轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)之后，經(jīng)過處理器的運(yùn)算和變換，將處理得到的數(shù)字信號(hào)傳遞給驅(qū)動(dòng)器，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)，通過顯示模塊以某種物理量（例如 聲音、強(qiáng)度可變的LED燈、LED燈條等）進(jìn)行表達(dá)顯示；同時(shí)處理器產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器變換為電壓信號(hào)，通過信號(hào)輸出端向下位積木模塊輸出。對于第一塊或者最上位的智能積木模塊，通常其本身擁有可以產(chǎn)生信號(hào)的傳感器單元。

如圖2，用于智能電子積木的物理量表達(dá)方法，主要步驟如下：

1）智能積木系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器通過數(shù)據(jù)總線對處理器4進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，設(shè)置處理器的運(yùn)算規(guī)則，例如比例放大、邏輯非運(yùn)算、相反數(shù)運(yùn)算等，所設(shè)置的參數(shù)保存在處理器中。

2模數(shù)轉(zhuǎn)換器3實(shí)時(shí)讀取來自信號(hào)輸入端C1的電壓信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

3處理器4根據(jù)1中所設(shè)定的運(yùn)算規(guī)則，對數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果，運(yùn)算結(jié)果是數(shù)字信號(hào)；

4驅(qū)動(dòng)器6獲得來自處理器4的數(shù)字信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)作為結(jié)果顯示模塊的驅(qū)動(dòng)電壓，顯示部件7根據(jù)驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對物理量的表達(dá)；

5處理器4同時(shí)將輸出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器5變換為電壓信號(hào)，并通過信號(hào)輸出端C2對外輸出；數(shù)據(jù)總線實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)，并與處理器的運(yùn)算值進(jìn)行比較，如果輸出信號(hào)與運(yùn)算值不一致則反饋給處理器4；所述的輸出信號(hào)與運(yùn)算值不一致情況，如果輸出信號(hào)與運(yùn)算值的偏差大于允許的設(shè)定偏差值，則確定為出錯(cuò)，進(jìn)而反饋給處理器。

6處理器4同時(shí)將輸出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器5變換為電壓信號(hào)，并通過信號(hào)輸出端C2對外輸出。

7數(shù)據(jù)總線實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)，并與處理器的運(yùn)算值進(jìn)行比較，如果出錯(cuò)則反饋給處理器4。

如圖7，用于智能電子積木的物理量表達(dá)方法的硬件模塊還包括了電路板14、上殼體9和下殼體8等主要部件。所述處理器4、模數(shù)轉(zhuǎn)換器3、數(shù)模轉(zhuǎn)換器4、驅(qū)動(dòng)器5和顯示部件7等組件封裝在電路板14上；輸入端1和輸出端2與電路板14連通。電路板14連接固定并封裝在下殼體8和上殼體9中間，僅有輸入端和輸出端總共8個(gè)接頭露出在殼體外部與其他積木模塊連接。

下殼體8在靠近輸出端接頭的部位設(shè)置了接頭凸臺(tái)10，在靠近輸入端接頭的部位設(shè)置了接頭凹槽12；一個(gè)積木模塊的接頭凸臺(tái)10可與另一個(gè)積木模塊的接頭凹槽12組裝配合。下殼體8在底面設(shè)置了安裝凹槽13；上殼體9在頂面設(shè)置了安裝凸臺(tái)11；一個(gè)積木模塊的安裝凸臺(tái)11可與另一個(gè)積木模塊的安裝凹槽13組裝配合。

如圖5、圖6，智能電子積木模塊所設(shè)置的顯示部件7，可以是蜂鳴器、高亮LED燈、彩色LED燈、LED燈條等；所述驅(qū)動(dòng)器6的驅(qū)動(dòng)電路需要與顯示部件7的類型一致。

作為實(shí)例，圖3~5給出了本發(fā)明應(yīng)用于聲音表達(dá)方式的積木模塊結(jié)構(gòu)示意圖。圖6給出了本發(fā)明應(yīng)用于高亮LED燈表達(dá)方式的積木模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7給出了本發(fā)明應(yīng)用于LED燈條表達(dá)方式的積木模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是實(shí)例中用于智能電子積木的物理量表達(dá)硬件模塊801與其他積木模塊如調(diào)機(jī)器802（帶調(diào)機(jī)器接頭8021）、顯示模塊803、電壓控制器804和電池805連接的結(jié)構(gòu)示意圖。

根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對上述實(shí)施方式進(jìn)行變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實(shí)施方式，對本發(fā)明的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。