МОДУЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ С МАГНИТНЫМИ ВЗАИМОСВЯЗЯМИ И СПОСОБЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ Российский патент 2019 года по МПК H01R12/00 H01R13/00 A63H33/08 

Родственные заявки

В этой заявке выдвигаются притязания на приоритет и преимущества согласно предварительной заявке № 61/728103 на патент США под названием “Modular Electronic Building Systems with Magnetic Interconnections and Methods of Using the Same” («Модульные электронные строительные системы с магнитными взаимосвязями и способы их применения»), поданной 19 ноября 2012 г., и она является частично продолжающей заявку № 3/593891 на патент США под названием “Modular Electronic Building Systems with Magnetic Interconnections and Methods of Using the Same”, поданную 24 августа 2012, в которой выдвигаются притязания на приоритет согласно предварительной заявке № 61/527860, поданной 26 августа, 2011, а описание каждой из них во всей его полноте включено сюда посредством ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к области электроники, а более конкретно - к электронным строительным блокам и игрушечным строительным наборам.

Предпосылки создания изобретения

В настоящее время люди тратят много часов в день на технологические устройства, но в большинстве своем не знают, как они работают, или как сделать их самостоятельно. При всей интерактивности этих устройств, люди обречены на пассивное потребление. Кроме того, игры с электроникой, ее создание или встраивание в проекты, игрушки и изделия смущают, обуславливают затраты времени, требуют квалификации специалиста, а также наличия базовых аппаратных и/или программных средств. Люди боятся неправильно соединить электронные объекты или подвергнуться поражению электрическим током. Это очень затрудняет построение объектов с лампочками, звуковыми средствами, кнопками и другими электронными компонентами и делает это невозможным для детей, студентов младших курсов, дизайнеров, не инженеров и других людей, не обладающих необходимым опытом. Но по мере развития миниатюризации технологии, электроника должна становиться более доступной неспециалистам, а этот доступ - экономичнее.

Поэтому становится ясно, что существует возможность создания простых, легких в использовании, доступных базовых электронных строительных блочных средств, которые могут позволить создание сложных взаимозависимых систем. Такие базовые средства могут улучшить обучение, позволить проведение экспериментов 21-го века и способствовать инновации. Необходима также система, которая действует подобно дополнительному материалу в творческом процессе и позволяет детям и взрослым сочетать систему или ее части с другими традиционными материалами, такими, как бумага, картон и крепежные изделия, или встраивать в них систему или ее части.

Нижеследующие первоисточники предоставляют информацию об уровне техники и поэтому во всей их полноте включены сюда посредством ссылки: Ayah Bdeir, (2009), Electronics as material: littleBits, In Proceedings of the 3rd International Conference on Tangible and Embedded Interaction («Электроника как материал: подробности» - в сборнике «Труды 3-ей Международной конференции по материальному и встраиваемому взаимодействию») (TEI ‘09), ACM, New York, NY, USA, 397-400, DOI=10.1145/1517664.1517743, at http://doi.acm.org/10.1145/1517664.1517743; and Ayah Bdeir and Ted Ullrich, (2010), Electronics as material: littleBits, In Proceedings of the fifth international conference on Tangible, embedded, and embodied interaction («Электроника как материал: подробности» - в сборнике «Труды 5-ой Международной конференции по материальному, встраиваемому и воплощаемому взаимодействию») (TEI ‘11), ACM, New York, NY, USA, 341-344, DOI=10.1145/1935701.1935781, at http://doi.acm.org/10.1145/1935701.1935781.

Краткое изложение существа изобретения

В некоторых возможных аспектах, предложена электронная образовательная игрушечная или строительная система, которая обучает логике программирования и построению схем, не требуя профессиональных знаний и опыта ни в том, ни в другом. Модульная блочная строительная система состоит из предварительно собранных печатных плат (ПП), взаимосвязанных посредством малых магнитов. Каждый блок выполняет одну или несколько дискретных функций (например, светоизлучающего диода (СИДа), нажимной кнопки, светового датчика с некоторым порогом, и т.д.), и блоки можно объединять, создавая схемы большего размера. Некоторые блоки реагируют на внешние события, такие, как механические силы, прикосновение, приближение, радиочастотные сигналы, условия окружающей среды, и т.д. Другие блоки, такие, как синтезаторы, генераторы колебаний, и т.д., запрограммированы заранее. Еще одни блоки просто пропускают ток подобно проводным блокам. Еще одни блоки, такие, как, блоки или модули питания, подают ток.

В некоторых аспектах, система включает в себя модули, имеющие многочисленные разные режимы взаимодействия между собой. Взаимодействие между модулями, а не сами модули, может приводить к образованию строительных блоков креативных базовых средств. В электронных наборах, соответствующих известному уровню техники, в центре манипуляции может находиться электронный компонент: резисторы, конденсаторы, аккумуляторы, и т.д. Манипулируя модулями в тех наборах, дети изучают, как течет электричество, как сконструировать схему, или как идентифицировать компоненты. Однако эти знания носят прикладной характер и позволяют обучиться особенностям лишь одной-единственной схемы. Они несут мало или вообще не несут информации, например, о том, как работает сенсорное колесико iPod™, или как работает ночник, или как вибрирует сотовый телефон, или как телефон может обнаруживать поворот и автоматически поворачивать изображения на экране в ответ на этот поворот, или как самостоятельно создавать объекты, обладающие такой интерактивностью. Хотя мы живем в обществе, помешанном на электронных устройствах, сложность которых постоянно нарастает (например, таких, как например, DVD плееры, MP3 плееры, сотовые телефоны, дымовые пожарные извещатели), современные обучающие средства, имеющиеся в продаже, обучают только самым азам электроники и электричества, таким, как способность включить свет или заметить протекание тока. Существует расширяющийся разрыв между тем, чему учат среднего американца и тем, что этот американец использует и потребляет. Вот почему также невелик срок службы большинства электронных наборов и игрушек - эти наборы и игрушки не отвечают требованиям жизни, изменяющейся день ото дня. Сегодня у детей и взрослых нет способа создания своих собственных интерактивных объектов с заказным интерактивным поведением без необходимости программировать или изучать многочисленные сложности, которые влечет за собой развивающаяся электроника. При наличии предлагаемой модульной системы, люди смогут программировать интерактивность интуитивно и осязаемо.

Приводимые здесь описание и чертежи предназначены для иллюстрации одного или нескольких возможных вариантов осуществления изобретения, но их не следует считать ограничивающими или ограничительными. Как таковые, они представляют собой некоторое количество способов модификации в рамках существа и объема притязаний изобретения. В нижеследующем тексте, слова «блок» и «модуль» могут употребляться взаимозаменяемо, подчеркивая важность модульных схемных плат.

Модули можно подразделить на категории в соответствии с их функцией. Примеры категорий включают в себя - но не в ограничительном смысле - модули питания, модули ввода, модули вывода, проводные модули, и т.д. Модули питания, например, получают ток от аккумулятора, блока питания в виде вилки, втыкаемой в розетку, или другого источника питания, и преобразуют его в ток, питающий другие компоненты системы. В любой рабочей конфигурации модулей может присутствовать, по меньшей мере, один модуль питания. Модули ввода включают в себя - но не в ограничительном смысле - кнопки, переключатели, датчики, логические блоки, и т.д. Модули вывода включают в себя - но не в ограничительном смысле - СИДы, дисплеи, звуковые модули, и т.д. Проводные модули не выполняют конкретную функцию, а действуют как проводные удлинители, средства изменения конфигурации и в некоторых случаях - логические модули и модули состояния.

В одном возможном варианте осуществления, предложены автономные блоки, которые могут дать пользователям, имеющим незначительный опыт в электронике и программировании или не имеющим его вовсе, возможность сконструировать базовые и сложные аналоговые и цифровые схемы датчиков, основанные на взаимодействии.

В другом возможном варианте осуществления, общая электрическая операция системы являются следующей. Все модули могут включать в себя стандартный интерфейс и при соединении осуществляют связь автоматически. Каждый модуль включает в себя три электрические шины, и такие шины взаимосвязаны между собой по всем модулям. Эти шины включают в себя шину питания, сигнальную шину и шину заземления. В модулях питания, напряжение на шинах питания и сигнальных шинах составляет 5 вольт, система является маломощной, а шины питания и заземления являются общими для всех модулей. В других возможных вариантах осуществления, напряжение на шине питания может несколько отличаться от 5 вольт, составляя, например, 3 В, 9 В, 12 В, 15 В переменного тока (ПеТ), и т.д. Модули ввода получают напряжение входящей сигнальной шины, манипулируют им в соответствии с функцией модуля и выдают модифицированное напряжение сигнальной шины. В случае, если с модулем питания, соединен, например, датчик давления, модуль датчика получает 5 вольт в сигнальную шину и выдает напряжение между 0 и 5 вольт в зависимости от величины давления, прикладываемого к датчику. Модули вывода реагируют на сигнальную шину, «визуализируя» напряжение в форме света, звука, отображения или в других формах.

Все модули предварительно собраны, предварительно запитаны и содержат логику и схемы, необходимые для того, чтобы сделать компонент готовым к применению. Например, модуль СИДа содержит резистор, соответствующий его номинальному току, операционный усилитель (ОА) в качестве буфера от остальной схемы, а модуль плоского круглого аккумулятора включает в себя схему защиты от разряда. В некоторых возможных вариантах осуществления, система не требует предварительного знания электроники и не требует базовых аппаратных или программных средств. В других возможных вариантах осуществления, система может включать в себя базовые аппаратные или программные средства. Кроме того, в некоторых возможных вариантах осуществления, поскольку модули не нужно программировать и они не требуют центральной схемы, управляющей ими, система автономна и не нуждается в компьютере или концентраторе. Вместе с тем, в соответствии с одним возможным вариантом осуществления, система может быть соединена с устройством, таким, как компьютер, концентратор, запоминающее устройство или персональное электронное мобильное устройство, такое, как сотовый телефон, и т.д., чтобы создать дополнительные функциональные возможности или осуществить выборку информации либо отбор мощности из устройства.

В некоторых аспектах, модули выполнены с возможностью соединения друг с другом и каскадирования друг за другом. Модули включают в себя магнитные соединители, которые гарантируют электрическую совместимость и могут быть разработаны и смонтированы на ПП. Магнитные соединители могут быть выполнены в охватываемой форме и охватывающей форме, а в некоторых примерах могут соответствовать северной и южной поверхностям магнитов. В случае стандартных блоков, каждый блок может иметь два смонтированных на нем магнитных соединителя, один - с северной поверхностью магнита (магнитов), обращенной наружу, а другой - с южной поверхностью магнита (магнитов), обращенной наружу. Обращенная на юг сторона магнитного соединителя одного модуля соединена с обращенной на север стороной магнитного соединителя на следующем модуле. Это гарантирует надлежащее соединение и подходящую полярность. Одноименные (отталкивающиеся) полярности препятствуют неправильному соединению магнитов, облегчая правильное соединение модулей.

В другом возможном варианте осуществления, магнитный соединитель включает в себя два магнита и три проводника, внедренные в пластмассовый корпус, полученный методом литьевого формования. Два магнита действуют как поляризующие и фиксирующие элементы, а проводники переносят сигнал от одной схемной платы к другой посредством сопряжения охватываемых и охватывающих соединителей. В охватываемой версии соединителя, три проводника являются подпружиненными электродами. На охватывающей версии соединителя, проводники могут быть либо подпружиненными электродами, либо малыми металлическими пластинами. В любом случае, подпружиненные электроды или металлические пластины вступают в контакт с подпружиненными электродами охватываемого соединителя и переносят электрические сигналы в схемную плату. Магнитный соединитель также выступает в роли системы блокировки как часть пластмассового корпуса в форме дополняющих друг друга охватываемого и охватывающего компонентов. В одном примере, на первом блоке имеется охватываемый выступ, а на втором блоке имеется охватывающая впадина. Эти выступ и впадина взаимодействуют, препятствуя скольжению блоков друг относительно друга. В другом примере, охватываемый выступ и охватывающая впадина имеются на каждом блоке, а охватываемые выступы и охватывающие впадины на сопрягаемых блоках взаимодействуют, препятствуя скольжению блоков друг относительно друга.

В соответствии с одним возможным вариантом осуществления, магнитный соединитель также выступает в роли системы блокировки как часть пластмассового корпуса, чтобы предотвратить скольжение модулей бок о бок друг относительно друга и гарантировать сборку модулей в правильной ориентации (т.е., воспрепятствовать соединению в перевернутой ориентации). Чтобы воспрепятствовать движению бок о бок, соединители могут включать в себя выступ на охватываемой или охватывающей стороне, который соответствует впадине на соответствующей охватывающей или охватываемой стороне. Как только модули соединяют, выступ попадает во впадину, и модули оказываются достаточно сблокированными воедино, вследствие чего движение бок о бок предотвращается. В еще одном варианте осуществления, соединители могут включать в себя выделенный конструктивный элемент для предотвращения движения бок о бок. Например, как показано на фиг. 12, участок соединителя, ближайший к схемной плате («основанию») включает в себя и закругленный язычок, который выступает вбок из соединителя, и закругленную впадину рядом с язычком. Соответствующий соединитель будет включать в себя закругленный язычок и закругленную впадину в такой конфигурации, что когда два соединителя смыкаются, закругленный язычок первого соединителя вставляется в закругленный выступ второго соединителя, а закругленный язычок второго соединителя вставляется в закругленный выступ первого соединителя, тем самым сблокировывая два соединители воедино, вследствие чего движение бок о бок предотвращается. Чтобы воспрепятствовать соединениям в перевернутой ориентации, соединители могут включать в себя один или несколько выступов. Например, как показано на фиг. 12, участок соединителя, наиболее удаленный от схемной платы («верхушка») включает в себя ряд горизонтальных выступов. Когда пользователь смыкает два модули, горизонтальные выступы на обоих модулях будут выравниваться надлежащим образом. Кроме того, благодаря закругленному язычку внизу соединителя, как показано, например, на фиг. 12, если бы второй соединитель смыкали в перевернутой ориентации, горизонтальные выступы второго соединителя ударялись бы о закругленный язычок первого соединителя и предотвращали бы надлежащее смыкание двух соединителей.

Помимо вышеописанных возможных соединителей, возможно внесение многочисленных модификаций в соединители, включая - но не в ограничительном смысле - корпус, тип используемых проводников, количество проводников, а также то, действуют ли магниты как проводники, количество магнитов, форму магнитов, полярность магнитов, способ соединения соединителей со схемной платой блока, и т.д.

Чтобы сделать систему выразительной и расширяющей творческие возможности, а не ограничивающей их, количество имеющихся модулей должно быть большим. Вообще говоря, наличие всего лишь нескольких гаек и болтов в процессе-прототипе не является очень полезным, а в альтернативном варианте может быть даже недопустимым. Данное изобретение обеспечивает добавление новых модулей в соответствии со стандартами взаимосвязи и напряжения. Например, начиная с набора численностью в сотню модулей, можно представить себе и спроектировать сотни или тысячи дополнительных модулей, которые можно состыковывать с данной системой и которые могут взаимодействовать с ней, расширяя функциональные возможности системы. Например, в принципе, можно строить модули, такие, как датчики кожно-гальванической реакции, детекторы мышьяка, микроконтроллерные модули, и т.д., а также платы адаптации к другим электронным блокам, составляющим системы, и интерфейсам.

По меньшей мере, один возможный вариант осуществления предназначен для обеспечения сложных поведений, программируемых посредством физического взаимодействия. Набор играет роль логических модулей и модулей состояния, которые вводят концепцию программирования для неопытных пользователей. Примерами таких модулей являются блоки И, ИЛИ и НЕ, а также блок порога. Они дают пользователю возможность программировать определенные поведения разрабатываемой им или ею системы, не прибегая к изучению языка программирования, написанию кода на компьютере, или программированию микроконтроллерной схемы. Программирование в данном случае осуществляется посредством использования логических модулей для создания деревьев принятия решений. Кроме того, модули играют роль таких средств управления, как переключатели, рукоятки и кнопки, которые позволяют выбирать режимы поведения. Почти так же, как в блендере, возможно наличие трех кнопок, каждая из которых соответствует конкретной скорости электродвигателя устройства, причем каждый модуль обеспечивает выбор режима его поведения или настройку последнего. Например, датчик приближения может содержать переключатель режима и потенциометр. Посредством манипулирования встроенным потенциометром, можно задавать пороговый уровень, определяя уровень входного напряжения, за пределами которого модуль должен выдавать сигнал высокого уровня. Кроме того, за счет переключения переключателя, модуль может переходить из состояния нормально высокого уровня сигнала в состояние нормально низкого уровня сигнала, в сущности, инвертируя свой отклик к желаемому порогу.

Все блоки могут быть выполнены с учетом пространственных ограничений и могут поддерживаться при минимальном возможном размере, чтобы сделать эти блоки легко встраиваемыми при наличии других материалов, например, таких, как картон, пластмасса, синельная проволока, и т.д. Блоки являются удобными для пользователя по их внешнему виду, а также по их размеру, и делают игру с ними и создание прототипов с их помощью привлекательными, как для детей, так и для взрослых, безотносительно цели.

Можно предложить модули в виде отдельных блоков или в виде наборов. Их ассортимент может простираться от компонентов стандартных блоков до специализированных наборов, таких, как наборы датчиков, механические наборы, биологические наборы, акустические наборы, и т.д. Кроме того, пользователи могут разработать и построить свои собственные модули или наборы для расширения библиотеки.

В некоторых аспектах, предложен электрический соединитель, который включает в себя корпус, ограничивающий боковую поверхность, электрический проводник, поддерживаемый корпусом и включающий в себя контактный участок вблизи боковой поверхности корпуса, причем контактный участок адаптирован к контакту с другим электрическим проводником другого электрического соединителя, магнит, поддерживаемый корпусом, вблизи боковой поверхности корпуса, выступ, выступающий из боковой поверхности корпуса, и гнездо, ограниченное в боковой поверхности корпуса.

В других аспектах, предложен электрический модуль, включающий в себя схемную плату и электрический соединитель. Электрический соединитель включает в себя корпус, ограничивающий боковую поверхность, электрический проводник, поддерживаемый корпусом и включающий в себя соединяющий участок и контактный участок, причем соединительный участок адаптирован к контакту и электрической связи со схемной платой, и при этом контактный участок находится вблизи боковой поверхности корпуса, магнит, поддерживаемый корпусом, вблизи боковой поверхности корпуса, выступ, выступающий из боковой поверхности корпуса, и гнездо, ограниченное в боковой поверхности корпуса.

В дополнительных аспектах, предложена система, включающая в себя множество электрических модулей, избирательно соединяемых друг с другом для передачи электрического тока от одного электрического модуля к другому электрическому модулю, причем каждый модуль обладает, по меньшей мере, одной функциональной возможностью, связанной с ним, и включает в себя электрический соединитель, адаптированный к соединению с электрическим соединителем еще одного из электрических модулей, при этом если электрические соединители соединены друг с другом, функциональная возможность, по меньшей мере, одного из множества электрических модулей зависит, по меньшей мере, от еще одного из множества электрических модулей.

В еще одних аспектах, предложена система, включающая в себя множество электрических модулей, адаптированных к электрическому соединению друг с другом, причем множество электрических модулей включают в себя, по меньшей мере, первый электрический модуль и второй электрический модуль, при этом первый электрический модуль включает в себя первую схемную плату, и первый электрический соединитель, включающий в себя первый корпус, первый электрический проводник, поддерживаемый первым корпусом и включающий в себя первый соединительный участок и первый контактный участок, причем первый соединительный участок адаптирован к контакту и электрической связи с первой схемной платой, первый магнит, поддерживаемый первым корпусом, первый выступ, выступающий из первого корпуса, и первое гнездо, ограниченное в первом корпусе. Второй электрический модуль включает в себя вторую схемную плату и второй электрический соединитель, включающий в себя второй корпус, второй электрический проводник, поддерживаемый вторым корпусом и включающий в себя второй соединительный участок и второй контактный участок, причем второй соединительный участок адаптирован к контакту и электрической связи со второй схемной платой, второй магнит, поддерживаемый вторым корпусом, второй выступ, выступающий из второго корпуса, и второе гнездо, ограниченное во втором корпусе, при этом, когда первый электрический модуль соединен со вторым электрическим модулем, первый магнит магнитно связан со вторым магнитом, первый контактный участок контактирует со вторым контактным участком, первый выступ, по меньшей мере, частично позиционирован внутри второго гнезда, а второй выступ, по меньшей мере, частично позиционирован внутри первого гнезда.

Данное изобретение создано с возможностью различных модификаций и альтернативных конструкций, некоторые из которых подробно изображены на нижеследующих чертежах. Вместе с тем, следует понять, что намерение состоит не в том, чтобы ограничить изобретение конкретным вариантом его осуществления или конкретной формой, а в том, чтобы показать, что данное изобретение следует считать охватывающим изменения, дополнения и модификации как часть объема его притязаний. Независимые конструктивные элементы и независимые преимущества данного изобретения станут очевидными для специалистов в данной области техники при рассмотрении подробного описания и чертежей.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлен вид сверху возможного модуля системы;

на фиг. 2 представлен вид сбоку модуля, показанного на фиг. 1;

на фиг. 3 представлен вид сверху набора из трех модулей перед соединением этих трех модулей;

на фиг. 4 представлен вид сверху трех модулей, показанных на фиг. 3, после соединения, чтобы проиллюстрировать, как соединяют модули друг с другом с помощью магнитных соединителей модулей;

на фиг. 5 представлено перспективное изображение возможного варианта осуществления магнитного соединителя модуля;

на фиг. 6 представлен вид сверху магнитного соединителя, показанного на фиг. 5;

на фиг. 7 представлена возможная конфигурация четырех модулей;

на фиг. 8 представлен вид сверху возможного модуля системы характерных средств управления системой;

на фиг. 9 представлено перспективное изображение возможного набора из трех модулей системы, включающего в себя один модуль, иллюстрирующий средства сквозного управления физическим программированием;

на фиг. 10 представлено перспективное изображение возможного упакованного комплекта, включающего в себя множество возможных модулей и возможную монтажную плату для монтажа модулей;

на фиг. 11 представлено перспективное изображение возможного проводного модуля системы;

на фиг. 12 представлено перспективное изображение сверху возможного модуля вывода системы;

на фиг. 13 представлено перспективное изображение сверху другого возможного модуля вывода системы;

на фиг. 14 представлено перспективное изображение сверху возможного модуля ввода системы;

на фиг. 15 представлено перспективное изображение сверху другого возможного модуля ввода системы;

на фиг. 16 представлено перспективное изображение сверху возможного модуля подачи питания системы;

на фиг. 17 представлено перспективное изображение сверху возможного многомодульного комплекта системы;

на фиг. 18 представлено перспективное изображение сверху других возможных модулей и другой возможной монтажной платы возможной системы, при этом каждый модуль включает в себя, по меньшей мере, один из других возможных соединителей для соединения модулей друг с другом;

на фиг. 19 представлено перспективное изображение снизу двух соединенных друг с другом модулей, показанных на фиг. 18;

на фиг. 20 представлен вид сверху разобранного одного из модулей, показанных на фиг. 18;

на фиг. 21 представлен вид сверху разобранного одного из соединителей, показанных на фиг. 18;

на фиг. 22 представлено перспективное изображение снизу двух возможных модулей, соединенных друг с другом, и возможного несущего элемента, соединенного с двумя соединителями;

на фиг. 23 представлено перспективное изображение сверху несущего элемента, показанного на фиг. 22;

на фиг. 24 представлено перспективное изображение сверху возможной монтажной платы, подключенной к возможной конфигурации игрушечных строительных блоков;

на фиг. 25 представлено перспективное изображение снизу монтажной платы и возможных игрушечных строительных блоков, показанных на фиг. 24;

на каждой из фиг. 26A-26D представлено схематическое изображение вида сверху отличающегося варианта осуществления модуля; и

на каждой из фиг. 267A-27B представлено схематическое изображение вида сверху отличающегося варианта осуществления модуля.

Перед обращением к подробному пояснению любых независимых признаков и вариантов осуществления изобретения, следует понять, что изобретение не ограничивается в своем применении подробностями конструкции и расположения компонентов, излагаемыми в нижеследующем описании или иллюстрируемыми на чертежах. Изобретение предусматривает возможность других вариантов осуществления и практического воплощения или реализации различными способами. Также ясно, что употребляемая здесь фразеология и терминология имеют целью описание и не должны считаться ограничительными. Например, термины направления «верх», «низ», «над», «под», «спереди», «сзади», и т.д., не должны считаться ограничительными и употребляются здесь для описания возможных иллюстрируемых вариантов осуществления.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

Предложена возможная электронная строительная система 30. Электронная строительная система 30 не только предназначена для использования с предварительно сконструированными компонентами и модулями 34, но и может также предоставить пользователям возможность объединять эти модули 34 с другими традиционными элементами-прототипами и игровыми элементами в студии дизайна или дома. Такие материалы могут включать в себя, например, бумагу, картон, древесину, клей, синельную проволоку, пенопласт, и т.д., тем самым стимулируя личности к отработке электроники как материала в творческом процессе.

В некоторых возможных вариантах осуществления, система 30 может включать в себя, по меньшей мере, четыре модуля 34 разных типов: модуль питания, модуль ввода, модуль вывода и проводной модуль, хотя возможно и большее количество типов модулей 34. Модули 34 питания подают электричество в систему 30. Модули 34 ввода интерпретируют данные или их окружение и обеспечивают их ввод в систему 30. Модули 34 вывода вносят визуальные, физические или акустические изменения в их окружение на основе ввода (вводов) в систему 30. Проводные модули 34 маршрутизируют питание и связь между модулями 34 в системе 30.

В соответствии с одним возможным вариантом осуществления, когда первый модуль 34 соединяют со вторым модулем 34, сигнал питания передается из первого модуля 34 во второй модуль 34. Соответственно, второй модуль 34 питается полностью от первого модуля 34. Если где-то между первым модулем 34 и вторым модулем 34 размещен модуль 34 кнопок, модуль 34 датчиков или другой модуль 34, срабатывание модуля 34 кнопок или модуля 34 датчиков может повлиять на ток. Например, ток может не проходить (либо - в альтернативном варианте - может проходить непрерывно) из первого модуля 34 во второй модуль 34, если не нажата кнопка на модуле 34 кнопок, или не активирован датчик на модуле 34 датчиков. Аналогичным образом, если модуль 34 датчиков активирован лишь частично, то из первого модуля 34 во второй модуль 34 передается лишь частичный ток.

В каждой приводимой ниже категории возможны модули 34 многих разных типов, включая - но не в ограничительном смысле - следующие: (i) модули питания: настенные модули питания, батарейные модули питания, солнечные модули питания, схемы защиты от разряда; (ii) модули ввода: импульсные модули, модули датчиков давления, модули приближения, модули регистрации ввода, модули потенциометров, модули кнопок, модули температуры, модули акселерометров, модули памяти, модули таймеров; (iii) модули вывода: модули движения, модули вибрирующих электродвигателей, модули вентиляторов, модули СИДов цветовой системы RGB (красный - зеленый - синий), модули СИДов, модули гистограмм, модули динамиков; и (iv) проводные модули: проводные модули различной длины, модули удлинителей, модули разветвителей, и электролюминесцентные проводные модули. Схему или электронный компонент любого известного типа или комбинацию компонентов можно использовать для создания модуля 34 и формирования таким образом участка системы 30, выстраиваемой с помощью таких компонентов.

Описываемая здесь модульная система 30 является многократно используемой, наращиваемой из малых и простых схем до больших и сложных схем, а также достаточно тщательно продуманной для обеспечения сложного программирования поведения посредством манипулирования материальными объектами (с помощью логических модулей и модулей 34 состояния). Кроме того, точно так же, как программисты используют модули и библиотеки программного обеспечения и более сложные программы программного обеспечения, модули 34 преобразуются в библиотеку электронных компонентов, которые можно использовать для создания более крупных и более сложных компонентов или систем. В самом деле, пользователи могут расширять модуль почти до бесконечности, добавляя любой новый компонент, который они захотят использовать для своего банка модулей.

Пользователи могут даже создавать свои собственные модули 34 и вносить их в остальную библиотеку. Например, в соответствии с одним возможным вариантом осуществления, пользователей можно снабдить компонентами модуля 34 - такими, как охватываемые магнитные соединители 38A и охватывающие магнитные соединители 38B, которые можно пристегивать или иным образом подсоединять к схемной плате, датчику или электронному компоненту таким образом, что соединители 38A/38B передают ток из одного модуля 34 в другой, который пользователи могут использовать для создания своих собственных взаимосвязываемых модулей 34, которые строятся из схемной платы, датчиков, или механизмов вывода, которые пользователи получают из другого источника уже построенными или собранными.

В соответствии с другим возможным вариантом осуществления, систему 30, содержащую несколько модулей 34 можно запустить в серийное производство как одиночный комплект или набор. Этот набор может включать в себя один или несколько разных модулей 34 (модулей питания, модулей ввода, модулей вывода и/или проводных модулей), может содержать несколько типов каждого модуля 34, контейнер для хранения в нем модулей 34, монтажную плату или подложку, на которой размещают или соединяют модули, может включать в себя обучающие материалы, принадлежности, инструкции или совокупность других компонентов. Например, комплект может содержать несколько модулей 34, которые можно соединять в почти неограниченном количестве сочетаний для осуществления многочисленных разных функций ввода и вывода (см. фиг. 10 и 17). В других возможных вариантах осуществления, комплект может также содержать ограниченное количество модулей 34, которые предназначены для сборки в ограниченном количестве сочетаний, включая единственное сочетание, для выполнения ограниченного количества функций. Например, возможно наличие комплекта, который предназначен для встраивания в функциональную систему, при этом комплект может содержать десятки или сотни модулей 34 или более, или он может содержать лишь два модули 34 (модуль питания и модуль вывода). В альтернативном варианте, комплект может быть предназначен для наращивания существующей библиотеки модулей, и в этом случае он может предусматривать, например, лишь один тип модуля 34 или только модули 34 вывода. Комплекты также могут быть предназначены для определенной возрастной группы, при этом комплект для элементарного уровня содержит, например, меньше модулей 34 и/или менее сложные модулей 34, чем комплект, предназначенный для уровня старших классов средней школы. В одном возможном варианте осуществления, комплекты могут включать в себя инструкции, видеоматериалы или иные средства, которые информируют пользователя об одном или нескольких возможных сочетаниях модулей 34. Например, инструкции могут инструктировать пользователя о том, как собрать модули 34 в датчик движения, имеющий батарейное питание, который испускает звуковой сигнал тревоги при обнаружении движения.

Один потенциальный аспект возможных наборов, систем и модулей может заключаться в распространении концепции модульных базовых средств на более сложные компоненты. В соответствии с один возможным вариантом осуществления, система 30 адаптирована к получению доступа к усложненным устройствам, например, через простые трехфазные аналоговые интерфейсы. Возможные сложные устройства могут включать в себя - но не в ограничительном смысле - жидкокристаллические дисплеи (ЖК-дисплеи), экраны на органических светоизлучающих диодах (ОСИД-экраны), таймеры, акселерометры, логические элементы и многие другие. Это может быть достигнуто посредством предварительной инженерной проработки всех модулей 34 и обеспечения «точек входа» в устройства. Точками входа являются, например, рукоятки или переключатели, которые дают пользователю возможность - среди многих других операций - регулировать интенсивность или частоту пульсации, переключать режимы, задавать пороги, принимать решения, или запоминать конфигурацию. Их можно считать «точками входа», потому что они основаны на аналогичных устройствах, которые люди знают как использовать из опыта повседневной жизни. Возможные модульные системы, описываемые здесь, могут брать уроки и иллюстрации из потребительской электроники (например, такой, как блендеры, DVD плееры, будильники, игровые консоли) и применять их для этих полуфабрикатных электронных модулей 34. Таким образом, модульная система 30 может отрабатывать электронные компоненты, будто они являются электронными устройствами. Это значит, что обучающая кривая для использования и создания с ее помощью модульной системы 30 является очень низкой, и предварительно существующие знания пользователей, полученные в результате манипуляций со своей собственной потребительской электроникой, могут обеспечить преимущество, давая пользователям возможность программировать новые объекты посредством взаимодействия.

Возможная точка ввода может включать в себя модуль 34 ОСИД-экрана, которому требуется паз подключения карты памяти, в который пользователи могут вставлять карту памяти с заранее загруженными изображениями и видеоматериалами. Модуль 34 ОСИД-экрана может также включать в себя микроконтроллер на материнской плате, который запрограммирован фирменным программным обеспечением на доступ к изображениям и их отображение. В модуль 34 ОСИД-экрана также могут быть встроены тумблер и рукоятка, причем тумблер осуществляет выбор между неподвижными изображениями и видеоматериалами или организацию циклов, а рукоятка регулирует скорость циклов. В вышеупомянутом примере, даже несмотря на то, что схемная плата и само фирменное программное обеспечение могут быть сложными, конечный результат будет представлять собой простой в эксплуатации модуль ОСИД-экрана с подходящей иконографией, доступный как для детей, так и для неопытных пользователей. Возможная система 30 может обеспечивать и предусматривать предварительную инженерную проработку и проектирование других сложных модулей 34, аналогичных примеру ОСИД-экрана.

Обращаясь теперь к фиг. 1 и 2, отмечаем, что здесь изображен возможный модуль или блок 34 электронной строительной системы 30 (возможные системы 30 изображены на фиг. 3, 4, 7, 9 и 10). Изображенный блок 34 представляет собой модуль 34 тактовой кнопки или нажимную кнопку и показывает, как дискретные электронные компоненты превращаются в блоки 34. Компонент 32 нажимной кнопки соединен (например, припаян мягким припоем) с печатной платой 46, которая имеет два интерфейса - входной интерфейс и выходной интерфейс. В каждом из двух интерфейсов смонтирован магнитный соединитель. В некоторых возможных вариантах осуществления, магнитные соединители могут быть соединителями одного и того же типа. В других возможных вариантах осуществления, соединители могут включать в себя охватываемый соединитель 38A на стороне входного интерфейса и охватывающий соединитель 38B на стороне выходного интерфейса.

Входной интерфейс модуля 34 тактовой кнопки, изображенный на фиг. 1, предназначен для связи с выходным интерфейсом предыдущего модуля 34, а выходной интерфейс изображенного модуля 34 предназначен для связи с входным интерфейсом следующего модуля 34. Модуль 34 играет роль электрических связей, предназначенных для завершения соединений между двумя контактирующими интерфейсами для шины питания и шины заземления. Сигнальная шина идет через кнопку 42, которая замыкает или размыкает цепь, и поэтому обеспечивает перенос модифицированной сигнальной шины к выходному интерфейсу в соответствии с функцией модуля. В изображенном возможном варианте осуществления, магнитные соединители 38A/B соединены (например, припаяны мягким припоем) с ПП 46 посредством контактных площадок поверхностного монтажа. Вышеописанный чертеж также иллюстрирует модульную конструкцию системы 30, а также стандарты соединения и связи, на которых основана система 30.

Возможная конфигурация электронной строительной системы 30 изображена на фиг. 3 и 4 и включает в себя возможный модуль тактовой кнопки, показанный на фиг. 1 и 2. На этих и последующих чертежах различные модули будут обозначаться общей позицией «34» и буквой (например, 34C, 34D, 34E, и т.д.), связанной с каждым отличающимся модулем. Аналогичным образом, сходные компоненты между модулями будут обозначаться одинаковыми позициями и буквой, связанной с модулем (например, модуль 34F, соединитель 38F, схемная плата 46F, и т.д.).

На фиг. 3 и 4, возможный модуль 34A тактовой кнопки показан посредине между настенным модулем 34B питания и модулем 34C светоизлучающего диода (СИДа). Охватываемый соединитель 38A на модуле 34A тактовой кнопки притянут к охватывающему соединителю 38B на настенном модуле 34B питания посредством магнитных соединителей, подробно описываемых ниже. Тот же способ соединения применим к модулю 34А тактовой кнопки и модулю 34C СИДа, который содержит компонент 50 СИДа в корпусе с двухрядным расположением вводов, соединенный (например, припаянный мягким припоем) к ПП 46C. Когда магнитные соединители в трех изображенных модулях 34 соединены друг с другом, как на фиг. 4, а пользователь нажимает тактовую кнопку модуля 34A тактовой кнопки, цепь замыкается, и СИД 50 светится. Модуль 34B питания имеет адаптерный соединитель 54 питания, который подает напряжение постоянного тока в модуль 34В питания. Тогда заранее встроенная схема в модуле 34В питания понижает напряжение до требуемого напряжения, например, такого, как 5 вольт в данном примере. Отметим, что если модуль 34А тактовой кнопки удаляют из промежутка между двумя другими модулями, модуль 34C СИДа будет притягиваться к модулю 34В питания, а СИД 50 останется светящимся во всех случаях. В вышеупомянутом сценарии, имеется один блок питания (настенный блок питания), один блок ввода (переключатель) и один блок вывода (СИД). Следует понять, что возможные блоки 34 можно заменить другими блоками 34, имеющими другие функциональные возможности. Например, блок 34C СИДа можно заменить блоком зуммера, а при нажатии кнопки зуммер выдает слышимый звук. Возможны сотни других сочетаний с разными блоками, имеющими разные функциональные возможности, причем все они образуют разные схемы с немедленным откликом элементов и без какой-либо необходимости программирования, пайки мягким припоем или сборки схем.

Обращаясь теперь к фиг. 5 и 6, отмечаем, что здесь изображен возможный вариант осуществления магнитного соединителя. В изображенном возможном варианте осуществления, соединитель представляет собой охватываемый магнитный соединитель 38A. Охватывающие магнитные соединители могут быть аналогичными охватываемому соединителю, за исключением случаев, в которых охватываемые соединители могут иметь подпружиненные электроды 66, которые меньше выступают из соединителя. В некоторых возможных вариантах осуществления, пара магнитных соединителей 38A/B электрически соединены с ПП 46, чтобы обеспечить модуль 34. В альтернативном варианте, любое количество магнитных соединителей - включая один - может быть электрически соединено с ПП 46, и это будет в рамках существа и объема притязаний данного изобретения. Изображенный возможный магнитный соединитель 38A - в данном случае речь идет о версии охватываемого соединителя - включает в себя корпус 58, в котором два магнита 62 сформованы с раскрытыми поверхностными полюсами, которые действуют как поляризующие и крепящие элементы между модулями 34. В некоторых возможных вариантах осуществления, корпус 58 может быть выполнен из непроводящего материала, такого, как пластмасса. В корпус 58 внедрены три электрических проводника или подпружиненных электрода 66, которые реагируют, перенося ток из одного модуля 34 к следующему модулю 34. В дополнение к этому и для избыточной поддержки, магнитный соединитель 38A смонтирован на ПП 46 посредством монтажных язычков 70 на обеих сторонах соединителя 38A. Охватываемый соединитель, описанный выше, сопрягается с охватывающим соединителем, который выглядит аналогичным, однако подпружиненные электроды 66 в охватывающем соединителе можно заменить металлическими пластинами, а раскрытая поверхность магнита противоположна раскрытой поверхности магнита охватываемого соединителя. В других возможных вариантах осуществления, подпружиненные электроды 66 в охватывающем соединителе могут быть аналогичным и подпружиненным электродам 66 в охватываемом соединителе, за исключением того, что они могут выступать из корпуса 58 соединителя меньше, чем подпружиненные электроды 66 охватываемого соединителя. Также отметим, что каждый соединитель (и охватываемый, и охватывающий) включает в себя a выступ 71 и впадину или гнездо 72 в корпусе 58. Выступы 71 адаптированы к вставлению во впадины 72 в других соединителях и сопряжению с ними, когда соединители соединяют друг с другом. Этот контакт между выступами 71 и впадинами 72 препятствует скольжению блоков 34 друг относительно друга. Эта конструкция гарантирует соединение блоков 34 друг с другом, препятствуя скольжению между блоками 34, а также облегчая правильное соединение блоков 34. У пользователей бывают трудные времена, когда они допускают ошибки или создают опасные электрические соединения, что зачастую возможно при других электрических компонентах. Это делает предлагаемую электронную строительную систему 30 доступной для детей и рассчитанной на них.

Хотя соединитель 38A, показанный на фиг. 5 и 6, включает в себя три подпружиненных электрода 66, для согласования электрического тока и/или осуществления связи от одного модуля 34 к следующему модулю 34 можно использовать любое количество подпружиненных электродов 66, включая лишь один, или много большее количество, чем три. Например, соединитель 38A может включать в себя четыре, пять, шесть или более электрических шин. Кроме того, для передачи электрического тока и/или осуществления связи от одного модуля 34 к следующему модулю 34 можно использовать многие другие средства, отличающиеся от подпружиненных электродов, что очевидно специалисту в данной области техники. В каждой системе, охватывающий соединитель 38B может быть структурирован для подходящего приема подпружиненных электродов 66 или других средств передачи тока из охватываемого соединителя 38A, так что ток надлежащим образом передается между соединителями 38A/B и модулями 34. В других возможных вариантах осуществления, соединители могут не включать в себя охватывающий соединитель и охватываемый соединитель, а вместо этого могут включать в себя два аналогично структурированных соединителя, которые сопрягаются и облегчают передачу электрического тока и/или электрическую связь от одного модуля 34 к другому модулю 34.

Обращаясь к фиг. 7, отмечаем, что здесь изображена возможная конфигурация модулей или блоков 34, и эта возможная конфигурация обеспечивает модуль 34D датчика давления. В иллюстрируемом возможном варианте осуществления, модуль питания представляет собой блок 34E аккумулятора, например, такой, как блок плоского круглого аккумулятора. В этом блоке 34E, плоский круглый аккумулятор 82 подает напряжение, немного превышающее 3 вольт, ступеньками до 5 вольт посредством изображенной возможной электронной схемы. Эта схема также включает в себя схему защиты от разряда, которая демонстрирует пример того, как можно спроектировать электронную строительную систему 30, чтобы сделать эту систему проще и безопаснее для пользователей. Схема может также включать в себя встроенный переключатель, который дает пользователю возможность включать и выключать блок 34E аккумулятора, чтобы не терять мощность аккумулятора. Следующий блок, соединенный с блоком 34Е аккумулятора, - это модуль 34D датчика давления, который считывает величину давления, прикладываемого к компоненту 86 датчика давления, и выдает напряжение в диапазоне от 0 до 5 вольт в зависимости от величины прикладываемого давления. Когда к компоненту 86 датчика давления прикладывается большее давление, в следующие модули передается более высокое напряжение. В этом примере, следующие модули включают в себя блок 34F вибрирующего электродвигателя и блок 34G СИДа, причем оба они соответственно вибрируют больше и светят ярче по мере увеличения прикладываемого напряжения. Фиг. 3, 4 и 7 - среди прочих - показывают, как электронная строительная система 30 может быть автономной и не требовать подсоединения базовых аппаратных средств или компьютера. Вышеописанную возможную систему можно использовать, например, при желании ребенка создать свою версию карнавального силомера. Когда давление прикладывается с большей силой посредством пальца или молотка, игрушка больше вибрирует, а СИД 98 ярче светится.

В некоторых возможных вариантах осуществления, каждый модуль 34 может включать в себя схемы управления и защиты для осуществления безопасной и необременительной работы модуля 34. Кроме того, каждый модуль 34 может включать в себя компонент операционного усилителя, используемый в буферной конфигурации, чтобы уменьшить величину общего потребления тока в комплексной системе 30 соединенных модулей 34. Это способствует осуществлению каскадирования нескольких модулей 34 без значительной потери мощности, а также наращиванию системы 30, которое может оказаться желательным. В других возможных вариантах осуществления, система 30 может включать в себя вольтодобавочный модуль в комплексной системе соединенных модулей 34, чтобы усиливать ток и/или мощность, проходящий и/или проходящую по шине питания, и гарантировать надлежащее функционирование всех модулей 34 в системе 30.

Помимо способности разрабатывать дискретные поведения путем каскадирования модулей 34, электронная строительная система 30 обеспечивает программирование определенного поведения и эстетики модулей 34 с помощью средств управления. На фиг. 8 показан возможный блок 34H СИДа цветовой системы «красный - зеленый - синий» (RGB). В этом модуле 34H, управление выходным цветом СИДа 102 цветовой системы RGB осуществляется по значениям сочетания трех потенциометров или рукояток 106, обеспечиваемым в модуле 34H. Изменяя значение каждого потенциометра (одно - для красного цвета, одно - для зеленого цвета, одно - для синего цвета) с помощью отвертки 110 или другого инструмента, пользователь способен регулировать СИД 102, достигая желаемого цвета. В других возможных вариантах осуществления, потенциометры 106 этого блока 34H могут быть предусмотрены вне самóй схемной платы, и цвет СИДа 102 цветовой системы RGB можно изменять извне. В дополнительных возможных вариантах осуществления, потенциометры могут включать в себя рукоятки или другие вручную регулируемые органы, тем самым исключая потребность в инструментах для осуществления регулирования.

Еще один пример программирования поведения в электронной строительной системе 30 с помощью средств управления показан на фиг. 9. И опять, пользователь способен программировать поведение схемы посредством манипулирования физическими элементами и без записи каких-либо кодов. В изображенном возможном варианте осуществления показаны аккумулятор 114 напряжением 9 вольт и часть модуля 34I питания, которая соединена с модулем 34J датчика температуры, включающим в себя пороговый компонент, за которым следует аудиомодуль 34K. В этом примере, модуль 34J датчика температуры может быть более совершенным, чем традиционный модуль датчика. Блок 34J играет роль потенциометра 118, который можно регулировать, задавая порог температуры. Если температура, обнаруживаемая датчиком 122 температуры, выше заданного порога температуры, модуль 34J выдает показание высокого уровня. Это пример встраиваемой логики с упрощенными аналоговыми блоками, допускающей сложные конфигурации схемы. В этом примере, выходной сигнал показания высокого уровня из модуля 34J датчика температуры вызовет активацию аудиомодуля 34K и воспроизведение динамиком 126 заранее записанного сообщения, связанного с показанием высокого уровня. Например, эту возможную схему может использовать человек, желающий иметь тревожный сигнал для включения кондиционирования воздуха. Когда температура превышает заранее заданную пороговую температуру, аудиомодуль 34K может воспроизводить сообщение «время включать переменный ток!». Вместо этого, аудиомодуль 34K можно также заменить модулем вентилятора, который можно активировать при получении сигнала показания высокой температуры из модуля 34J датчика температуры.

В некоторых возможных вариантах осуществления, модуль датчика температуры может включать в себя переключатель 130 режимов, который может переключать поведение блока 34J с «нормально низкого уровня сигнала» на «нормально высокий уровень сигнала». В отличие от первой поясненной конфигурации (которая соответствовала нормально низкому уровню сигнала), задание «нормально высокого уровня сигнала» заставило бы модуль 34J выдать показание высокого уровня сигнала, за исключением случая, когда температура превышает порог. Это значит, что аудиомодуль 34K осуществлял бы рекуррентное воспроизведение до тех пор, пока в помещении не становится теплее, и в этот момент аудиомодуль 34K прекращал бы выдачу аудиосигнала. Эти средства управления - в дополнение к заранее программируемым блокам, логическим блокам и блокам состояния - позволят системе 30 создавать сложные прототипы и схемы без знания программирования или электроники.

Обращаясь теперь к фиг. 10, отмечаем, что здесь изображен возможный комплект 132. В изображенном возможном варианте осуществления, комплект 132 может включать в себя множество модулей или блоков 34 и подложку или монтажную плату 134, на которой можно размещать, поддерживать и соединять модули 34. Монтажная плата 134 может иметь любые размеры и может быть выполнена из любого материала. В некоторых возможных вариантах осуществления, монтажная плата 134 выполнена из непроводящего материала. Кроме того, комплект 132 может включать в себя контейнер 138, в котором можно хранить модули 34, когда ими не пользуются. Множество блоков 34 и подложку 134 могут служить началом комплекта или библиотеки, который или которую пользователь пополняет, создавая или приобретая новые модули и комплекты, причем все они согласуются друг с другом как часть электронной строительной системы 30. Упомянутые ранее описания и чертежи служат примерами конфигураций и модулей, допускаемых системой. Эти примеры ни в коем случае не являются ограничительными или ограничивающими, и специалисты в данной области техники поймут и признáют реальность изменений, сочетаний и эквивалентов упоминаемых здесь вариантов осуществления, способов и примеров.

Обращаясь к фиг. 11-16, отмечаем, что модулям 34L, 34M, 34N, 34P, 34Q и 34R можно придать особую конфигурацию, обеспечивающую быструю визуальную индикацию функции каждого модуля для пользователя. Придавать модулям особую конфигурацию можно любым способом, и они могут иметь любую характеристику для идентификации функциональных возможностей модулей. Кроме того, особую конфигурацию можно придавать любому участку модуля 34, и упомянутый участок может иметь любую характеристику для отображения признака особой конфигурации. Например, модули могут иметь характеристику, которая особым образом идентифицирует модули посредством цветового кодирования, формирования рисунков, или может предусматривать особое структурирование по формам, корпусам, взаимосвязям или соединениям, и т.д. Изображенные возможные варианты осуществления демонстрируют цветовое кодирование соединителей 38 как возможный способ придания модулям особой конфигурации для обеспечения визуальных указателей функции модулей. Вместе с тем, следует понять, что этот изображенный возможный вариант осуществления цветового кодирования соединителей 38 не следует считать ограничительным, а особую конфигурацию модулям можно придавать любым способам, и она находится в рамках существа и объема притязаний данного изобретения. Функциональные возможности модулей идентифицируются посредством особых конфигураций и характеристик, могут относиться к любому типу или уровню функциональных возможностей. Например, особые конфигурации может указывать, что модули являются модулями ввода, модулями питания, проводными модулями, модулями вывода, и т.д. В других примерах, особые конфигурации модулей могут быть более специфичными, например - предусматривающими исполнение в виде модуля СИДа, модуля аккумулятора напряжением 9 вольт, модуля круглого плоского аккумулятора, модуля потенциометра, модуля переключателя, модуля датчика давления, импульсного модуля, модуля кнопки, модуля вибрирующего электродвигателя, проводного модуля, и т.д.

В изображенном возможном варианте осуществления, цветовое кодирование обеспечивает пользователю быстрое визуальное подтверждение типа модуля, функциональных возможностей модуля, а также позволяет пользователю изучить возможные сочетания цветов. Чтобы представить соединители 38, имеющие различные цвета, соединители 38 по-разному затенены на фиг. 11-16. Затенение соединителей 38 по-разному для иллюстрации различных цветов является возможным способом представления различных цветов, и его не следует считать ограничительным. Предполагаются и другие способы представления разных цветов, и все их следует считать находящимися в рамках существа и объема притязаний данного изобретения. Кроме того, соединители 38 могут иметь любой цвет, а не ограничиваются показанными возможными цветами, и на чертежах показано связанное с этими цветами затенение.

В соответствии с одним возможным вариантом осуществления, как показано на фиг. 11, проводные модули 34L могут включать в себя оранжевые соединители 38L. При чтении руководства по эксплуатации, получении команды по шине, работе методом проб и ошибок, пользователь узнает, что оранжевые соединители 38L можно соединять с другими оранжевыми соединителями 38L, с зелеными соединителями 38M, 38N модулей вывода (см. фиг. 12, где представлен модуль 34M гистограммы, и фиг. 13, где представлен вибрирующий электродвигатель 34N), и/или розовыми соединителями 38P, 38Q o модулей ввода (см. фиг. 14, где изображен импульсный модуль 34P, и фиг. 15, где изображен датчик 34Q давления), в зависимости от системы 30, которую пользователь пытается построить. Каждой системе 30, вероятно, потребуется модуль питания (см. фиг. 16, где изображен настенный модуль 34R питания), причем все они будут включать в себя соединители 38R, кодированные синим цветом, в соответствии с одним возможным вариантом осуществления. В этом изображенном возможном варианте осуществления, как можно отметить, обращаясь к фиг. 17, где изображен комплект 132, связанный с возможной системой, этот комплект 132 может включать в себя синий модуль 34R питания, один или несколько оранжевых проводных модулей 34L, множество розовых модулей 34P, 34Q, 34S, 34T ввода и множество зеленых модулей 34M, 34N, 34U, 34V вывода. Другие возможные комплекты могут включать в себя любое количество модулей 34, предусматривающих любые допустимые функциональные возможности и могут находиться в рамках предполагаемого существа и объема притязаний данного изобретения.

Обращаясь теперь к фиг. 18, отмечаем, что здесь изображена возможная система 30, включающая в себя множество возможных модулей 34W, 34X, и 34Y и монтажную плату или подложку 148, на которой соединяют и поддерживают модули. Система 30, изображенная на фиг. 18, может включать в себя модуль любого описываемого здесь типа или модуль любого другого типа, обладающий функциональными возможностями любого типа. Таким образом, возможные модули, изображенные и описываемые здесь в связи с фиг. 18, не следует считать ограничивающими существо и объем притязаний. Монтажная плата 148 может иметь любые размеры и может быть выполнена из любого материала. В некоторых возможных вариантах осуществления, монтажная плата 148 может иметь размеры 101,6 мм × 304,8 мм (4 дюйма × 12 дюймов). В других возможных вариантах осуществления, монтажная плата 148 может быть выполнена из любого непроводящего материала. В дополнительных возможных вариантах осуществления, монтажная плата 148 может быть разъединена или разделена на меньшие участки с достижением желаемых размеров для желаемого приложения. В таких вариантах осуществления, монтажная плата 148 может быть либо выполнена из некоторого материала и иметь некоторую конфигурацию, которые допускают разъединение или разделение монтажной платы 148 на меньшие участки, или монтажная плата 148 может предусматривать перфорационные участки, области уменьшенной толщины или другие структурные характеристики, которые обеспечивают заранее определяемые места для осуществления беспрепятственного разъединения или разделения монтажной платы 148 на меньшие участки.

Как указано выше, модули адаптированы к наличию множества разных типов функциональных возможностей и включают в себя подходящие соединители, схемные платы и связанные с ними электрические компоненты, соединенные со схемными платами для воплощения желаемых функциональных возможностей. Модули, показанные в изображенном возможном варианте осуществления, приводятся для иллюстрации возможностей и демонстрируемых назначений, и их не следует считать ограничительными. Возможные изображенные модули включают в себя настенный модуль 34W питания (модуль питания), модуль 34X гистограммы (модуль ввода) и модуль 34Y СИДа (модуль вывода).

Обращаясь теперь к фиг. 19-21, отмечаем, что здесь изображен каждый модуль 34X и 34Y, и каждый из них включает в себя пару соединителей 152 и схемную плату 156, подходящие для желаемых функциональных возможностей модуля. Модуль может включать в себя подходящие электрические компоненты для реализации желаемых функциональных возможностей модуля. Каждый соединитель 152 включает в себя корпус 160, состоящий из двух участков 160', 160'' (см. фиг. 21), соединенных друг с другом, пару магнитов 164, и множество электрических проводников 168. Два участка корпуса 160 можно соединять друг с другом множеством способов, например, таких, как тепловое обжатие, ультразвуковая сварка, адгезия, прессовая посадка, фрикционная посадка, посадка с натягом, посадка защелкиванием, или другой способ безусловной скрепления, и т.д., и можно выполнять из разных материалов, например, таких, как пластмасса (например, пластмасса на основе акрилонитрила, бутадиена и стирола), или других непроводящих материалов. Первый участок 160' корпуса ограничивает полость 172 для приема в ней второго участка 160'' корпуса. Полость 172 по форме является дополняющей для второго участка 160'', гарантируя, что верхняя поверхность 176 второго участка 160'' оказывается расположенной, по существу, вровень с верхней поверхностью 180 первого участка 160' (см. фиг. 20 и 21), а боковая поверхность 184 второго участка 160'' оказывается расположенной вровень с боковой поверхностью 188 первого участка 160', когда два участка 160', 160'' соединены друг с другом.

Первый участок 160' корпуса также ограничивает пару отверстий 192 под магниты (см. фиг. 21) в его боковой поверхности 196, в которых поддерживаются магниты 164. В изображенном варианте осуществления, магниты 164 являются цилиндрическими по форме, тем самым обеспечивая круглое поперечное сечение, получаемое в плоскости, перпендикулярной продольному протяжению магнита 164. Таким, образом, отверстия 192 под магниты, ограниченные на первом участке 160' корпуса, являются круглыми по форме. Следует понять, что магниты 164 могут иметь любую форму, и отверстия 192 под магниты - аналогичным образом - могут иметь любую форму, являющуюся дополняющей для формы магнитов 164. Например, если форма поперечного сечения магнитов является квадратной, то отверстия под магниты на первом участке корпуса могут быть квадратными. В других возможных вариантах осуществления, отверстия под магниты могут иметь формы, которые не являются дополняющими по отношению к форме магнита. В таких вариантах осуществления, отверстие под магнит может иметь любую форму, которая препятствует прохождению магнита сквозь отверстие под магнит и выпадению из корпуса 160 соединителя. Например, магнит может быть цилиндрическим по форме, тем самым обеспечивая круглое поперечное сечение, а отверстие под магнит может быть квадратным, так что размеры квадрата оказываются достаточно малыми, чтобы воспрепятствовать прохождению магнита сквозь отверстие.

Кроме того, первый участок 160' корпуса ограничивает отверстия 200 под электрические проводники в его боковой поверхности 196 для приема и поддержания части электрических проводников 168 (подробнее описываемого ниже). В изображенном возможном варианте осуществления, отверстия 200 под электрические проводники являются круглыми по форме, дополняющей форму части принимаемых в них электрических проводников 168. Аналогично отверстиям 192 под магниты, отверстия 200 под электрические проводники могут иметь любую форму, которая может быть дополняющей по отношению к форме части принимаемых в них электрических проводников 168.

Первый участок 160' корпуса также ограничивает множество пазов 204 под проводники (см. фиг. 21) в своей нижней поверхности 208, предназначенных для приема в них проводников 168 при сборке корпуса 160. Каждый паз 204 под проводник включает в себя верхний конец 212, имеющий первый размер, нижний конец 216, имеющий второй размер, меньший чем первый размер, и скошенные боковые поверхности 220, скос которых от верхнего конца 212 к нижнему концу 216 меняется от большого к малому. Форма пазов 204 под проводники является дополняющей по отношению к форме электрических проводников 168, чтобы обеспечить достаточную поддержку электрическим проводникам 168 при сборке корпуса 160.

Кроме того, первый участок 160' корпуса включает в себя пару выступов 224, выступающих вниз из его нижней поверхности 208, для соединения соединителя 152 со схемной платой 156 модуля 34. В изображенном возможном варианте осуществления, выступы 224 являются цилиндрическими по форме и могут быть вставлены в отверстия 228 (см. фиг. 20), ограниченными в схемной плате 156. После вставления выступов 224 в отверстия 228 схемной платы, выступы 224 можно деформировать, препятствуя их извлечению из отверстий 228 в схемной плате 156. Выступы 224 можно деформировать множеством способов, например, таких, как расплавление или нагревание выступов 224, гибка, нажим, или любой другой способ, который обеспечивает деформацию выступов 224, достаточную, чтобы воспрепятствовать их извлечению из отверстий 228 в схемной плате 156.

Корпус 160 также ограничивает гнездо 232 в своей боковой поверхности и включает в себя выступ 236, выступающий из боковой поверхности и расположенный рядом с гнездом 232. Такое гнездо 232 и выступ 236 входят в состав каждого соединителя корпуса 160 и способствуют надлежащему выравниванию и соединению друг с другом модулей 34. Гнездо 232 имеет форму, являющуюся дополняющей по отношению к форме выступа 236, так что когда выступ 236 принимается в гнезде 232, этот выступ 236, по существу, заполняет гнездо 232. Когда соединяют друг с другом два модуля 34, такие, как модули 34X и 34Y, соединители 152 выравниваются, при этом выступ 236 на каждом соединителе 152, по существу, выравнивается с гнездом 232 на другом соединителе 152, а модули 34X и 34Y движутся вместе до тех пор, пока магнитная сила четырех магнитов 164, действующая на два соединителя 152, не окажется достаточной для подтягивания соединителей 152 друг к другу, вызывая тем самым вставление выступов 236 в гнезда 232. При соединении, выступы 236 и гнезда 232 соединителей 152 взаимодействуют, предотвращая существенное поперечное и вертикальное движение модулей 34X и 34Y друг относительно друга.

Продолжая обращаться к фиг. 19-21, отмечаем, что первый участок 160’ корпуса включает в себя пару монтажных элементов 240, выступающих внутрь корпуса и адаптированных к контакту с имеющими дополняющую форму гнездами 244, ограниченными в монтажной плате 148 (см. фиг. 18). Конфигурации монтажных элементов 240 и гнезд 244 обеспечивает предоставление адекватной опоры модулям 34 при монтаже на монтажной плате 148. В изображенном возможном варианте осуществления, монтажные элементы 240 имеют форму, заключаемую в четверти круга, а гнезда 244 на монтажной плате 148 являются круглыми по форме (касательно монтажных элементов 240 - см., например, фиг. 19). Когда два соединителя 152 на соседних модулях 34 соединены друг с другом, два монтажных элемента 240 на двух соединителях 152 образуют полукруг, который можно сажать по фрикционной посадке в гнезда 244 в монтажной плате 148. Схемная плата 156 может иметь различные длины и ширины, конфигурация которых позволяет обеспечить подходящий промежуток между модулями 34 и монтажной платой 148. Например, как показано на фиг. 18, схемная плата 156, входящая в состав модуля 34Y, имеет такую длину, что при соединителях 152, расположенных на каждом конце схемной платы 156, монтажные элементы 240 на одном конце схемной платы 156 расположены внутри гнезд 244, которые на четыре гнезда отстоят от гнезд 244, в которых расположены монтажные элементы 240 на противоположном конце схемной платы 156. Иными словами, между соединителями 152 на противоположных концах схемной платы 156 модуля 34Y имеются три гнезда 244. В другом примере, схемная плата 156, входящая в состав модуля 34X, показанного на фиг. 18, имеет длину, которая больше, чем длина схемной платы модуля 34Y. В случае модуля 34X, соединители 152, расположенные на каждом конце схемной платы 156, располагаются в гнездах 244, которые на пять гнезд отстоят от гнезд 244, в которых располагаются монтажные элементы 240 на противоположном конце схемной платы 156 модуля 34X. В этом примере, между соединителями 152 на противоположных концах схемной платы 156 модуля 34Y имеются четыре гнезда 244. Таким образом, можно предусматривать схемную плату 156 с различными длинами, а также наличие надлежащего промежутка между гнездами 244 на монтажной плате 148.

Кроме того, когда два соединители 152 соединены друг с другом, как показано на фиг. 19, поверхность 157 внешнего края схемной платы 156 может располагаться, по существу, вровень с внешней поверхностью 151 соединителей 152. В альтернативном варианте, поверхность внешнего края схемной платы может располагаться изнутри или снаружи от внешней поверхности соединителей. Иными словами, в таких альтернативных вариантах, поверхность внешнего края не располагается вровень с внешней поверхностью соединителей.

Продолжая обращаться к фиг. 19-21, отмечаем, что электрические проводники 168 имеют характеристику упругости, позволяющую проводникам 168 двигаться в результате приложения к ним сил. Эта характеристика упругости, которая облегчает движение проводников 168, способствует поддержанию контакта с электрическими проводниками 168 на соседнем модуле 34, соединенном с данным модулем 34, во время манипулирования модулями 34. Такое манипулирование может приводить к приложению к модулям 34 сил, вызывающих движение модулей 34 друг относительно друга. В некоторых вариантах осуществления, электрические проводники 168 на соседних модулях могут иметь разные длины, так что электрические проводники 168 выступают из корпуса 160 на разные расстояния. Например, электрические проводники 168, показанные на фиг. 19, имеют длину, которая больше, чем длина электрических проводников 168, показанных на фиг. 20. В таких вариантах осуществления, соединитель 152, имеющий такие электрические проводники 168, как показанные на фиг. 19, можно соединять с соединителем 152, имеющим такие электрические проводники 168, как показанные на фиг. 20, и соответствующие электрические проводники 168 могут прикладывать друг к другу силу упругости (или смещающую силу), по существу, поддерживая позиционирование соединенных наборов электрических проводников 168 в то время, когда два соединителя 152 соединены друг с другом. Иными словами, как описано выше для предыдущих вариантов осуществления, соединитель 152 может быть охватываемым соединителем или охватывающим соединителем, которые могут быть сопряжены при соединении с соединителем другого типа (например, охватывающим соединителем или охватывающим соединителем, соответственно). В изображенном возможном варианте осуществления, каждый электрический проводник 168 включает в себя контактный участок 248 (см. фиг. 21), располагающийся внутри соответствующего отверстия 200 под электрический проводник, a соединяющий участок 252, выступающий вниз и адаптированный к электрической связи со схемной платой 156, и средний участок 256 (см. фиг. 21), простирающийся между контактным участком 248 и соединяющим участком 252. Контактный участок 248 адаптирован к контакту с электрическим проводником 168 соседнего модуля 34, соединенного с данным модуль 34. Благодаря выполнению электрического проводника 168 из проводящего материала, электрический ток проходит по электрическому проводнику 168 данного модуля 34 в его схемную плату 156. Каждый электрический проводник 168 включает в себя укрупненный участок 260 (см. фиг. 21), располагающийся между концами проводника 168 который посажен в соответствующий паз 204 под проводник. Укрупненный участок 260 имеет форму, дополняющую по отношению к пазу 204 под проводник, обеспечивая вертикальную и горизонтальную опору электрическому проводнику 168 при сборке корпуса 160. В изображенном возможном варианте осуществления, укрупненный участок 260 включает в себя скошенный участок 264 (см. фиг. 21), который по форме дополняет скошенные поверхности 220 паза 204 под проводник.

Обращаясь теперь к фиг. 22 и 23, отмечаем, что с двумя соединенными друг с другом модулями 34 соединен несущий элемент 268, придавая соединенным модулям 34 дополнительную опору. В некоторых возможных вариантах осуществления, несущий элемент 268 используется вместо монтажной платы 148 для придания дополнительной опоры модулям 34. В других возможных вариантах осуществления, конфигурация несущего элемента 268 может обуславливать придание двум соединенным друг с другом модулям 34 дополнительной опоры и посредством несущего элемента 268, и посредством монтажной платы 148. В изображенном возможном варианте осуществления, несущий элемент 268 включает в себя пару гнезд 280, ограниченных в его верхней поверхности 276, для приема монтажных элементов 240 соединенных друг с другом модулем 34. Гнезда 280 в несущих элементах 268 имеют такие же размеры, формы и промежутки, как гнезда 244 в монтажной плате 148. Несущий элемент 268 также имеет высоту H, которая, когда два модуля 34 соединены друг с другом и с несущим элементом 268, обуславливает расположение верхней поверхности 276 несущего элемента 268, по существу, вровень с нижней поверхностью 288 корпуса 160 и сопряжение или контакт с ней. Также в изображенном возможных варианте осуществления, несущий элемент 268 имеет ширину W1, которая, по существу, равна ширине W2 двух соединенных друг с другом соединителей 152, и длину L1, которая, по существу, равна длине L2 двух соединенных друг с другом модулей 34. В альтернативном варианте, несущий элемент 268 может иметь конфигурации, отличающиеся от присущей изображенным возможным вариантам осуществления, при условии, что несущий элемент 268 придает соединенным друг с другом модулям 34 опору. Когда друг с другом соединены несколько модулей 34 в системе 30, несущий элемент 268 может быть соединен с каждой парой соединенных друг с другом соединителей 152 в системе 30. Таким образом, система 30 может включать в себя любое количество несущих элементов, и это будет в рамках существа и объема притязаний данного изобретения.

Возможные системы 30, описываемые здесь, адаптированы к взаимодействию с системами других типов, чтобы придать функциональные возможности и признаки возможных систем 30 упомянутым системам других типов. Возможные системы 30 могут взаимодействовать с системой любого другого типа, и это будет в рамках существа и объема притязаний данного изобретения. Обращаясь к фиг. 24 и 25, отмечаем, что возможная монтажная плата 148 возможной системы 30 согласно данному изобретению показана взаимодействующей с системой 292 игрушечных строительных блоков, например, такой, как система 292 строительных блоков LEGO^®. Изображенные возможные системы не следует считать ограничивающими, они упомянуты как возможные в демонстрационных целях. В изображенном возможном варианте осуществления, конфигурация монтажной платы 148 обеспечивает взаимодействие с возможной системой 292 строительных блоков LEGO^®, а в частности, упомянутая конфигурация обеспечивает соединение с системой 292 строительных блоков LEGO^®. Первая сторона 296 монтажной платы 148 (например, верхняя сторона) включает в себя множество гнезд 244, разнесенных надлежащим образом для приема соединителей 152 модулей 34. Вторая сторона 298 монтажной платы 148 (например, нижняя сторона) включает в себя множество выступов 300, имеющих ограниченные в них полости 304, которые разнесены надлежащим образом друг от друга для облегчения соединения с системой 292 строительных блоков LEGO^®. Как указано выше, системы 30 согласно данному изобретению можно соединять с другими системами любого типа, и поэтому второй стороне 298 монтажной платы 148 можно любым образом соответственно придать конфигурацию, обеспечивающую согласование с другой системой любого типа, с которой намереваются соединить монтажную плату 148.

Следует понять, что описанные здесь и проиллюстрированные на фиг. 1-25 структуры, признаки, функциональные возможности и другие характеристики различных возможных вариантов осуществления систем можно объединять друг с другом любым способом и в любом сочетании, а все такие способы и сочетания считаются находящимися в рамках существа и объема притязаний данного изобретение. Например, адаптер(ы) или несущие элементы могут предусматривать регулирование высоты соединителя, так что оказывается возможным соединение соединителей в разных вариантах осуществления с общей схемной платой, или соединение друг с другом схемных плат и соединителей в разных сочетаниях. Например, адаптер можно соединять с нижним участком соединителя 38A (см. фиг. 5), чтобы увеличить длину или высоту соединителя 38A таким образом, что соединитель 38A можно будет соединять со схемной платой 156 наряду с соединителем 152. В другом примере, адаптер можно соединять с нижним участком соединителя 38M (см. фиг. 12), чтобы увеличить длину или высоту соединителя 38M относительно схемной платы таким образом, что соединитель 38M можно будет соединять с другой схемной платой 156, имеющей соединитель 152. Такие адаптеры можно, например, приклеивать к нижнему участку соединителя 38A или соединителя 38M. В некоторых вариантах осуществления, адаптер может включать в себя монтажный элемент или участок, аналогичный вышеописанным монтажным элементам 240, так что этот адаптер сможет контактировать с имеющими дополняющую форму гнездами (например, вышеописанными гнездами 244), ограниченными в монтажной плате (например, монтажной плате 148, показанной на фиг. 18).

Хотя варианты осуществления модулей 34 показаны и описаны как имеющие соединитель (например, соединители 38 и 152), соединенный с одним концом или двумя противоположными концами или краями схемной платы (например, схемных плат 46 и 156), в других вариантах осуществления модуль 34 может включать в себя соединители, соединенные с более чем двумя концами или краями схемной платы. Например, на каждой из фиг. 26A-26D показано схематическое изображение вида сверху модуля, включающего в себя схемную плату и один или несколько соединителей. Модули согласно фиг. 26A-26D могут включать в себя различные отличающиеся варианты осуществления соединителя и/или схемной платы, описание которых приводится здесь.

На фиг. 26A изображен модуль 334A, включающий в себя схемную плату 356A и один соединитель 352A, соединенный с одним краем или концевым участком схемной платы 356A. На фиг. 26B изображен модуль 334B, включающий в себя схемную плату 356B и два соединителя 352B, соединенные с одним краем или концевым участком схемной платы 356B. На фиг. 26C изображен модуль 334C, включающий в себя схемную плату 356C и три соединителя 352C, соединенные с тремя разными краями или концевыми участками схемной платы 356C. На фиг. 26D изображен модуль 334D, включающий в себя схемную плату 356D, и четыре соединители 352D, соединенные с четырьмя разными краями или концевыми участками схемной платы 356D.

На фиг. 27A и 27B представлены схематические изображения вариантов осуществления модуля, демонстрирующие боковые края схемной платы по отношению к боковому краю или поверхности соединителя. На фиг. 27A изображен модуль 434A, имеющий схемную плату 456A и два соединители 452A, соединенные со схемной платой 456A. В этом варианте осуществления, когда соединители 452A, соединены со схемной платой 456A, боковые края 457A схемной платы 456A располагаются изнутри от боковых краев или поверхностей 451A соединителей 452A. Хотя это и не показано, в других вариантов осуществления боковые края схемной платы могут располагаться снаружи от боковых краев или поверхностей соединителей. На фиг. 27B изображен модуль 434B, имеющий схемную плату 456B и два соединители 452B, соединенные со схемной платой 456B. В этом варианте осуществления, когда соединители 452B соединены со схемной платой 456B, боковые края 457B схемной платы 456B располагаются, по существу, вровень с боковыми краями или поверхностями 451B соединителей 452B.

Как описано выше во многих примерах модулей и систем, для достижения различных функциональных возможностей систем, можно соединять друг с другом несколько модулей. Возможно каскадное соединение модулей, и в этом случае введение одного модуля в систему может оказать первое влияние на функциональные возможности находящихся дальше в цепи модулей, а введение другого модуля в систему может оказать другое влияние, отличающееся от первого влияния, на функцию находящихся дальше в цепи модулей. То есть, модули, соединенные друг с другом в системе, могут иметь зависимости друг от друга, влияющие на функциональные возможности модулей и всей системы в целом. Простой пример демонстрации этой концепции, не носящий ограничительный характер, представляет собой систему, включающую в себя три модуля: модуль питания, модуль кнопки и модуль СИДа. Модуль кнопки и модуль СИДа зависят от модуля питания, а модуль СИДа зависит от модуля кнопки. Чтобы продемонстрировать зависимость модуля кнопки и модуля СИДа от модуля питания, нужно учесть следующее: если модуль питания не подает никакую мощность, то ни модуль кнопки, ни модуль СИДа не смогут работать так, как должны. Аналогичным образом, чтобы продемонстрировать зависимость модуля СИДа от модуля кнопки, нужно учесть, что если кнопка не нажата или не активирована иным образом для замыкания цепи, модуль СИДа светиться не будет, а если кнопка нажата, модуль СИДа будет светиться. Иными словами, каскадирование модулей в системе влияет на работу и функциональные возможности находящихся дальше в цепочке модулей.

Вышеизложенное описание представлено в целях иллюстрации и характеристики, и его не следует считать носящим исключительный характер или ограничивающим изобретение описанной точной формой реализации. Представленные описания выбраны для пояснения принципов изобретения и их практического применения, чтобы дать другим специалистам в данной области техники возможность воспользоваться изобретением в различных вариантах осуществления и различных модификациях, подходящих для конкретного предусматриваемого приложения. Хотя показаны и описаны конкретные конструкции данного изобретения, специалистам в данной области техники будут ясны другие альтернативные конструкции, тоже находящиеся в рамках предполагаемого объема притязаний данного изобретения.

Группа изобретений относится к области электроники, а более конкретно - к электронным строительным блокам и игрушечным строительным наборам, в частности к обучающему конструктору в виде электронных модулей. Предложены электрические соединители, электрические модули и системы. В одном аспекте, электрический соединитель включает в себя корпус, ограничивающий боковую поверхность, электрический проводник, поддерживаемый корпусом и включающий в себя контактный участок вблизи боковой поверхности корпуса. Контактный участок адаптирован к контакту с другим электрическим проводником другого электрического соединителя. Соединитель также включает в себя магнит, поддерживаемый корпусом, вблизи боковой поверхности корпуса. В других аспектах, электрический модуль включает в себя, по меньшей мере, один из этих электрических соединителей. В дополнительных аспектах система включает в себя множество этих модулей, а модули являются избирательно соединяемыми друг с другом. Технический результат заключается в расширении технических возможностей интерактивных обучающих электронных конструкторов. 6 н. и 25 з.п. ф-лы. 27 ил.

1. Модульная электронная система, содержащее:

первую схемную плату, имеющую первую боковую поверхность, вторую боковую поверхность, противоположную первой боковой поверхности, первую концевую поверхность и вторую концевую поверхность, противоположную первой концевой поверхности, причем каждая первая боковая поверхность и вторая боковая поверхность отличны как от первой концевой поверхности, так и от второй концевой поверхности, при этом первая схемная плата задает ширину между первой боковой поверхностью и второй боковой поверхностью, при этом первая схемная плата задает длину между первой концевой поверхностью и второй концевой поверхностью;

первый соединитель, смонтированный на схемную плату так, что внешняя поверхность первого соединителя по существу выровнена c одной из первой боковой поверхности и второй боковой поверхностью первой схемной платы; и

второй соединитель, смонтированный на схемную плату так, что внешняя поверхность второго соединителя по существу выровнена c одной из первой концевой поверхностью и второй концевой поверхностью первой схемной платы,

при этом первый соединитель включает в себя, по меньшей мере, один первый проводник, конфигурация которого обеспечивает контакт со вторым проводником на соединителе, соединенном со второй схемной платой, второй соединитель включает в себя, по меньшей мере, один третий проводник, конфигурация которого обеспечивает контакт четвертым проводником на четвертом соединителе, соединенном с третьей схемной платой.

2. Система по п.1, в которой первый соединитель включает в себя первый монтажный участок, конфигурация которого обеспечивает его прием внутри первого отверстия из множества отверстий, ограниченных в монтажной плате, и второй монтажный участок, конфигурация которого обеспечивает его прием внутри второго отверстия из множества отверстий, ограниченных в монтажной плате, при этом второй соединитель включает в себя первый монтажный участок, конфигурация которого обеспечивает его прием внутри третьего отверстия из множества отверстий,

ограниченных в монтажной плате, и второй монтажный участок, конфигурация которого обеспечивает его прием внутри четвертого отверстия из множества отверстий, ограниченных в монтажной плате.

3. Система по п.1, дополнительно содержащая:

монтажную плату, имеющую первую сторону, ограничивающую множество отверстий, и вторую сторону, включающую в себя множество выступов;

первый соединитель и второй соединитель, конфигурация каждого из которых обеспечивает соединение с возможностью разъединения с первой стороной монтажной платы,

при этом конфигурация второй стороны монтажной платы обеспечивает соединение с возможностью разъединения по меньшей мере с одним блоком, имеющим выступ и являющимся одним из блоковой системы соединения.

4. Система по п.1, в которой первый соединитель имеет первую высоту и включает в себя первый монтажный участок и второй монтажный участок, конфигурация каждого из которых обеспечивает его прием внутри отличающегося отверстия, ограниченного в монтажной плате, при этом устройство дополнительно содержит:

первый адаптер, конфигурация которого обеспечивает соединение с нижней поверхностью первого монтажного участка; и

второй адаптер, конфигурация которого обеспечивает соединение с нижней поверхностью второго монтажного участка,

при этом первый соединитель имеет вторую высоту, когда первый адаптер и второй адаптер соединены с первым соединителем, причем вторая высота больше, чем первая высота.

5. Система по п.1, в которой схемная плата является первой схемной платой, при этом второй соединитель включает в себя первый монтажный элемент и второй монтажный элемент, а устройство дополнительно содержит:

вторую схемную плату; и

третий соединитель, смонтированный на второй схемной плате так, что внешняя поверхность третьего соединителя по существу выровнена с концевой поверхностью второй схемной платы, причем третий соединитель второй схемной платы включает в себя первый монтажный участок и второй монтажный участок,

при этом конфигурация первого монтажного участка второго соединителя обеспечивает его прием внутри первого отверстия из множества отверстий, ограниченных в монтажной плате, а конфигурация второго монтажного участка второго электрического соединителя обеспечивает его прием внутри второго отверстия из множества отверстий для соединения с возможностью разъединения первой схемной платы с монтажной платой,

при этом конфигурация первого монтажного участка соединителя, смонтированного на вторую схемную плату, обеспечивает его прием внутри первого отверстия, а конфигурация второго монтажного участка соединителя, смонтированного на вторую схемную плату, обеспечивает его прием внутри второго отверстия для соединения с возможностью разъединения второй схемной платы с монтажной платой.

6. Система по п.1, в которой упомянутый, по меньшей мере, один первый проводник первого соединителя имеет контактный участок, конфигурация которого обеспечивает контакт со вторым проводником на третьем соединителе второй схемной платы, и имеет соединительный участок, выполненный как единое целое с контактным участком.

7. Система по п.1, в которой первый соединитель смонтирован на первую схемную плату, и второй соединитель - смонтирован на первую схемную плату.

8. Система по п.1, в которой первая схемная плата имеет верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, каждая из верхней поверхности и нижней поверхности отличны как от первой боковой поверхности, так и от второй боковой поверхности, и как от первой концевой поверхности, так и от второй концевой поверхности.

9. Система по п.1, в которой первый соединитель, смонтирован непосредственно на первую схемную плату, и второй соединитель смонтирован непосредственно на первую схемную плату.

10. Модульная электронная система, содержащая

первую схемную плату, имеющую длину, первую внешнюю боковую поверхность вдоль длины и вторую внешнюю боковую поверхность вдоль длины на противоположной стороне первой схемной платы;

первый соединитель, включающий в себя внешнюю боковую поверхность и внешнюю концевую поверхность, причем внешняя концевая поверхность отлична от внешней боковой поверхности первого соединителя, смонтированного на первую схемную плату так, что одна из первой внешней боковой поверхности и второй внешней боковой поверхности первой схемной платы по существу выровнены в той же плоскости с участком первого проводника, проходящего от внешней боковой поверхности первого соединителя;

второй соединитель, имеющий внешнюю боковую поверхность и внешнюю концевую поверхность, причем внешняя концевая поверхность отлична от внешней боковой поверхности второго соединителя, причем второй соединитель смонтирован на второй схемной плате так, что одна из первой внешней боковой поверхности и второй внешней боковой поверхности второй схемной платы по существу выровнена в той же самой плоскости с внешней боковой поверхностью второго соединителя, причем второй соединитель имеет второй проводник, участок второго проводника проходит от внешней боковой поверхности второго соединителя и конфигурация которого обеспечивает контакт с первым проводником на первом соединителе.

11. Система по п.10, в которой внешняя концевая поверхность каждый из первого соединителя и внешней концевой поверхности второго соединителя имеют первый удлиненный участок, проходящий в вертикальном направлении, и второй удлиненный участок, проходящий в горизонтальном направлении, при этом конфигурация первого удлиненного участка первого соединителя обеспечивает контакт с первым удлиненным участком второго соединителя, при этом конфигурация второго удлиненного участка первого соединителя обеспечивает контакт со вторым удлиненным участком второго соединителя, когда первый соединитель соединен со вторым соединителем.

12. Система по п.10, дополнительно содержащая:

монтажную плату, имеющую первую сторону, ограничивающую множество отверстий, и вторую сторону, включающую в себя множество выступов,при этом конфигурация каждого из первого соединителя и второго соединителя обеспечивает соединение с возможностью разъединения с первой стороной монтажной платы, при этом конфигурация второй стороны монтажной платы обеспечивает соединение с возможностью разъединения по меньшей мере с одним блоком, имеющим выступ и являющимся одним из блоковой системы соединения.

13. Система по п.10, в которой первый соединитель включает в себя первый монтажный участок, конфигурация которого обеспечивает его прием внутри первого отверстия из множества отверстий, ограниченных в монтажной плате, и второй монтажный участок, конфигурация которого обеспечивает его прием внутри второго отверстия из множества отверстий, ограниченных в монтажной плате, для соединения с возможностью разъединения первой схемной платы с монтажной платой,

второй соединитель включает в себя первый монтажный участок, конфигурация которого обеспечивает его прием внутри первого отверстия в монтажной плате, и второй монтажный участок, конфигурация которого обеспечивает его прием внутри второго отверстия в монтажной плате для соединения с возможностью разъединения второй схемной платы с монтажной платой.

14. Система по п.10, в которой первый соединитель имеет первую высоту и включает в себя первый монтажный участок и второй монтажный участок, конфигурация каждого из которых обеспечивает его прием внутри отличающегося отверстия, ограниченного в монтажной плате, при этом устройство дополнительно содержит:

первый адаптер, конфигурация которого обеспечивает соединение с нижней поверхностью первого монтажного участка; и

второй адаптер, конфигурация которого обеспечивает соединение с нижней поверхностью второго монтажного участка,

при этом первый соединитель имеет вторую высоту, когда первый адаптер и второй адаптер соединены с первым соединителем, причем вторая высота больше, чем первая высота.

15. Система по п.10, в которой:

первый соединитель включает в себя первый монтажныйучасток, конфигурация которого обеспечивает его прием внутри первого отверстия, ограниченного в несущем элементе, и второй монтажный элемент, конфигурация которого обеспечивает его прием внутри второго отверстия, ограниченного в несущем элементе,

второй соединитель включает в себя первый монтажный участок, конфигурация которого обеспечивает его прием внутри первого отверстия несущего элемента, и второй монтажный участок, конфигурация которого обеспечивает его прием внутри второго отверстия несущего элемента,

при этом конфигурация несущего элемента обеспечивает поддержание первого соединителя соединенным со вторым соединителем.

16. Модульная электронная система, содержащая:

первую схемную плату, имеющую первую концевую поверхность и вторую концевую поверхность, первую боковую поверхность и вторую боковую поверхность, причем каждая первая боковая поверхность и вторая боковая поверхность отличны как от первой концевой поверхности, так и второй концевой поверхности, при этом первая схемная плата имеет длину, заданную между первой концевой поверхностью и второй концевой поверхностью, и ширину, заданную между первой боковой поверхностью и второй боковой поверхностью,

первый соединитель, имеющий первый корпус, причем первый корпус смонтирован на схемную плату вблизи с первой боковой поверхностью первой схемной платы; и

второй соединитель, имеющий второй корпус, отдельный от первого корпуса, причем второй корпус смонтирован на первую схемную плату вблизи с второй боковой поверхностью первой схемной платы;

первый соединитель включает в себя по меньшей мере один первый проводник, участок по меньшей мере одного первого проводника проходит наружу от внешней поверхности первого корпуса и сконфигурирован с возможностью контакта с вторым проводником на третьем соединителе, соединенным со второй схемной платой,

причем первый соединитель включает в себя первый монтажный участок, сконфигурированный с возможностью соединения первого соединителя с монтажной платой, и второй монтажный участок, причем конфигурация которого обеспечивает соединение первого соединителя с монтажной платой, при этом второй соединитель включает в себя первый монтажный участок конфигурация которого обеспечивает соединение второго соединителя с монтажной платой, и второй монтажный участок, конфигурация которого обеспечивает возможность соединения второго соединителя с монтажной платой.

17. Система по п.16, в которой

второй соединитель включает в себя, третий проводник, конфигурация которого обеспечивает контакт с четвертым проводником на четвертом соединителе, соединенном с третьей схемной платой.

18. Модульная электронная система, содержащая:

схемную плату, имеющую верхнюю поверхность и нижнюю поверхность напротив верхней поверхности, первую концевую поверхность и вторую концевую поверхность напротив первой концевой поверхности, верхнюю поверхность и нижнюю поверхность каждая из которых отлична от и исключает каждую из первой концевой поверхности и второй концевой поверхности;

первый соединитель, имеющий первый корпус, первый монтажный участок и второй монтажный участок, первый корпус смонтирован на схемную плату вблизи с первой концевой поверхностью схемной платы так, что каждый первый монтажный участок и второй монтажный участок проходит под нижней поверхностью схемной платы, причем каждый первый монтажный участок и второй монтажный участок сконфигурированы с возможностью соединения с монтажной платой; и

второй соединитель, имеющий второй корпус, третий монтажный участок и четвертый монтажный участок, второй корпус смонтирован на схемную плату вблизи со второй концевой поверхностью схемной платы так, что каждый третий монтажный участок и четвертый монтажный участок проходит под нижней поверхностью схемной платы, причем каждый третий монтажный участок и четвертый монтажный участок сконфигурированы с возможностью соединения с монтажной платой.

19. Система по п.18, дополнительно содержащая:

по меньшей мере один электрический компонент, расположенный на верхней поверхности первой схемной платы между

первым соединителем и вторым соединителем так, что электрический компонент является видимым и физически доступным пользователю.

20. Система по п.18, в которой первый монтажный участок и второй монтажный участок первого соединителя дополнительно сопрягается с первым участком монтажной платы и вторым участком монтажной платы, соответственно, третий монтажный участок и четвертый монтажный участок второго соединителя дополнительно сопрягается с третьим участком монтажной платы и четвертым участком монтажной платы, соответственно.

21. Система по п.18, в которой первая схемная плата имеет первую боковую поверхность и вторую боковую поверхность, каждая из первой боковой поверхности и второй боковой поверхности отличны как от первой концевой поверхности и второй концевой поверхности,

первый монтажный участок первого соединителя расположен в первом углу первой схемной платы между первой боковой поверхностью и первой концевой поверхностью первой схемной платы, второй монтажный участок расположен во втором углу первой схемной платы между второй боковой поверхностью и первой концевой поверхностью первой схемной платы,

третий монтажный участок первого соединителя расположен в третьем углу первой схемной платы между первой боковой поверхностью и второй концевой поверхностью первой схемной платы, четвертый монтажный участок расположен в четвертом углу первой схемной платы между второй боковой поверхностью и второй концевой поверхностью первой схемной платы.

22. Система по п.18, в которой первая схемная плата имеет первую боковую поверхность и вторую боковую поверхность, каждая из первой боковой поверхности и второй боковой поверхности отлична как от первой концевой поверхности, так и от второй концевой поверхности,

первая схемная плата имеет первый вырезанный участок в первом углу между первой боковой поверхностью и первой концевой поверхностью первой схемной платы, второй вырезанный участок во втором углу между второй боковой поверхностью и первой концевой поверхностью первой схемной платы, третий вырезанный участок в третьем углу между первой боковой поверхностью и второй концевой поверхностью первой схемной платы, и четвертый вырезанный участок в четвертом углу между второй боковой поверхностью и второй концевой поверхностью первой схемной платы,

первая монтажная плата расположена по меньшей мере частично в первом вырезанном участке, вторая монтажная плата расположена по меньшей мере частично во втором вырезанном участке, третья монтажная плата расположена по меньшей мере частично в третьем вырезанном участке, четвертая монтажная плата расположена по меньшей мере частично в четвертом вырезанном участке.

23. Модульная электронная система, содержащая:

первую схемную плату, имеющую первую концевую поверхность и вторую концевую поверхность, первую боковую поверхность и вторую боковую поверхность, причем каждая первая боковая поверхность и вторая боковая поверхность отличны как от первой концевой поверхности, так и от второй концевой поверхности;

первый соединитель, имеющий первый корпус, смонтированный на первую схемную плату вблизи с первой концевой поверхностью первой схемной платы; и

второй соединитель, имеющий второй корпус, отдельный от первого корпуса, второй корпус смонтирован на первую схемную плату вблизи со второй концевой поверхностью первой схемной платы;

причем первый соединитель включает в себя, по меньшей мере, один первый проводник, участок по меньшей мере одного первого проводника, проходящего от внешней поверхности первого корпуса и сконфигурированного с возможностью контакта со вторым проводником на третьем соединителе, смонтированном на второй схемной плате,

при этом первый соединитель включает в себя первый монтажный участок, конфигурация которого обеспечивает разъемное соединение первого соединителя с монтажной платой и второй монтажный участок, конфигурация которого обеспечивает разъемное соединение первого соединителя с монтажной платой, причем второй соединитель включает в себя первый монтажный участок, конфигурация которого обеспечивает разъемное соединение второго соединителя с монтажной платой, и второй монтажный участок, конфигурация которого обеспечивает разъемное соединение второго соединителя с монтажной платой,

каждый первый монтажный участок и второй монтажный участок первого соединителя сконфигурирован с возможностью разъемного соединения первого соединителя с монтажной платой так, что первый соединитель перекрывает три монтажные участка монтажной платы, причем первый монтажный участок, соединен с первым монтажным участком монтажной платы, второй монтажный участок соединен со вторым монтажным участком монтажной платы, третий монтажный участок расположен между первым участком и вторым монтажным участком и не контактирует с первым соединителем.

24. Система по п.23, в которой первый монтажный участок и второй монтажный участок первого соединителя дополнительно сопрягается с первым участком монтажной платы и вторым участком монтажной платы, соответственно, первый монтажный участок и второй монтажный участок второго соединителя дополнительно сопрягается с третьим участком монтажной платы и четвертым участком монтажной платы, соответственно.

25. Система по п.23, в которой первый монтажный участок первого соединителя расположен в первом углу первой схемной платы между первой боковой поверхностью и первой концевой поверхностью первой схемной платы, и второй монтажный участок первого соединителя расположен во втором углу первой схемной платы между второй боковой поверхностью и первой концевой поверхностью первой схемной платы,

первый монтажный участок второго соединителя расположен в третьем углу первой схемной платы между первой боковой поверхностью и второй концевой поверхностью первой схемной платы, и второй монтажный участок второго соединителя расположен в четвертом углу первой схемной платы между второй боковой поверхностью и второй концевой поверхностью первой схемной платы.

26. Система по п.23, в которой первая схемная плата содержит первый вырезанный участок в первом углу, второй вырезанный участок во втором углу, третий вырезанный участок в третьем углу, и четвертый вырезанный участок в четвертом углу,

первый монтажный участок первого соединителя расположен по меньшей мере частично в первом вырезанном участке, второй монтажный участок первого соединителя расположена по меньшей мере частично во втором вырезанном участке, первый монтажный участок второго соединителя расположен по меньшей мере частично в третьем вырезанном участке, второй монтажный участок второго соединителя расположен по меньшей мере частично в четвертом вырезанном участке.

27. Система по п.23, в которой каждый первый монтажный участок и второй монтажный участок первого соединителя сконфигурирован с возможностью разъемного соединения второго соединителя с монтажной платой так, что второй соединитель перекрывает три монтажные участка монтажной платы, отличные от трех монтажных участков монтажной платы, к которым подходит первый соединитель.

28. Модульная электронная система, содержащая:

первую схемную плату, имеющую первую концевую поверхность и вторую концевую поверхность, первую боковую поверхность и вторую боковую поверхность, причем каждая первая боковая поверхность и вторая боковая поверхность отличны как от первой концевой поверхности, так и второй концевой поверхности, при этом первая схемная плата имеет длину, заданную между первой концевой поверхностью и второй концевой поверхностью и ширину, заданную между первой боковой поверхностью и второй боковой поверхностью,

первый соединитель, имеющий первый корпус, смонтированный с первой схемной платой вблизи с первой боковой поверхностью первой схемной платы; и

второй соединитель, имеющий второй корпус, отдельный от первого корпуса, причем второй корпус смонтирован на первую схемную плату вблизи со второй концевой поверхностью первой схемной платы;

первый соединитель включает в себя по меньшей мере один первый проводник, участок по меньшей мере одного первого проводника проходит от внешней части первого корпуса и сконфигурирован с возможностью контакта со вторым проводником на третьем соединителе, соединенным со второй схемной платой,

причем первый соединитель включает в себя первый монтажный участок, расположенный в первом углу первой схемной платы между первой боковой поверхностью и первой концевой поверхностью первой схемной платы, и второй монтажный участок, расположенный во втором углу первой схемной платы между второй боковой поверхностью и первой концевой поверхностью первой схемной платы, каждый первый монтажный участок и второй монтажный участок сконфигурированы с возможностью соединения первого соединителя с монтажной платой,

второй соединитель, имеющий третий монтажный участок, расположенный в третьем углу первой схемной платы между первой боковой поверхностью и второй концевой поверхностью первой схемной платы, и четвертый монтажный участок, расположенные в четвертом углу первой схемной платы между второй боковой поверхности и второй боковой поверхности первой схемной платы, каждый третий монтажный участок и четвертый монтажный участок сконфигурированы с возможностью соединения первого соединителя с монтажной платой.

29. Система по п.28, в которой первая схемная плата содержит первый вырезанный участок в первом углу, второй вырезанный участок во втором углу, третий вырезанный участок в третьем углу и четвертый вырезанный участок в четвертом углу,

первый монтажный участок, расположенный по меньшей мере частично в первом вырезанном участке, второй монтажный участок, расположенный по меньшей мере частично во втором вырезанном участке, третий монтажный участок, расположенный по меньшей мере частично в первом вырезанном участке, четвертый монтажный участок, расположенный по меньшей мере частично в четвертом вырезанном участке.

30. Система по п.28, в которой первый монтажный участок и второй монтажный участок первого соединителя сконфигурированы с возможностью разъемного соединения первого соединителя с монтажной платой;

третий монтажный участок и четвертый монтажный участок второго соединителя сконфигурированы с возможностью разъемного соединения второго соединителя с монтажной платой так, что второй соединитель перекрывает три монтажные участка монтажной платы, отличные от трех монтажных участков монтажной платы, к которым подходит первый соединитель.

31. Система по п.28, в которой первый монтажный участок первого соединителя дополнительно сопрягается с первым участком монтажной платы и вторым участком монтажной платы, соответственно, третий монтажный участок и четвертый монтажный участок второго соединителя дополнительно сопрягается с третьим участком монтажной платы и четвертым участком монтажной платы, соответственно.