CN107067836A - 一种基于智能终端的电子积木学习装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于智能终端的电子积木学习装置、系统及方法。所述装置包括电子积木本体，所述电子积木本体内设置有主处理模块、显示模块和通信模块；所述显示模块，用于显示学习内容的答案；所述通信模块，用于电子积木之间以及电子积木与智能终端之间的通信；所述主处理模块，用于协调显示模块和通信模块的工作，处理与智能终端之间以及与电子积木之间的信息交互。本申请提出一种基于智能终端的电子积木学习装置、系统及方法，通过积木和智能终端的联合应用，解决电子积木本身存储能力和处理能力弱的问题，作为一种教学工具，可用于语言学习中，例如中文及英文的短语、俚语、谚语、成语等的学习，可以提高学习者的学习兴趣，寓教于乐。

Description

一种基于智能终端的电子积木学习装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及电子玩具、益智领域，更具体地，涉及一种基于智能终端的电子积木学习装置、系统及方法。

背景技术

目前，市场上热卖的积木玩具多为木质、塑料材质制成，玩家可以用来搭建房屋和不同的形状，可以开发智力、培养创造力。但这种积木玩具所面向的目标人群主要是儿童，其所承载的知识内容也是有限的。

电子技术可以用到积木玩具中来，使积木玩具电子化。电子化的积木通过积木块的显示及之间的互动使玩具智能化，发挥教具的作用，如Sifteo Cubes电子积木。但受限于体积及存储能力，电子积木仅能存储、显示少量的内容，时间一长，容易造成使用者厌烦；并且单个电子积木甚至多个电子积木都无法对学习过程进行很好的统计和处理。

随着无线通信技术、感知技术等高新技术的发展，智能手机的普及，可以将电子积木与智能手机结合，实现实时地可视化的交互，可根据需要更新积木内容。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于智能终端的电子积木学习装置、方法及系统。

根据本发明的一个方面，提供一种基于智能终端的电子积木学习装置，包括电子积木主体，所述电子积木主体内设置有主处理模块、显示模块和通信模块；

所述显示模块，用于显示学习内容的答案；

所述通信模块，用于电子积木之间以及电子积木与智能终端之间的无线通信；

所述主处理模块，用于协调显示模块和通信模块的工作，处理与智能终端之间以及与电子积木之间的信息交互。

根据本发明的另一面，还提供一种基于智能终端的电子积木学习系统，包括智能终端和至少一个电子积木装置，所述电子积木装置通过通信模块与智能终端进行信息交互；所述系统包括：

终端发送模块，用于智能终端向电子积木发送显示内容；

积木处理模块，用于电子积木接收智能终端发送的显示内容后进行显示，并向智能终端发送路由序列；

终端接收模块，用于智能终端接收电子积木发送的路由序列并处理。

根据本发明的另一面，还提供一种基于智能终端的电子积木学习方法，包括：

S1，智能终端向电子积木发送显示内容；

S2，电子积木接收智能终端发送的显示内容后进行显示；识别相邻的电子积木，生成路由序列，并向智能终端发送路由序列；

S3，智能终端接收电子积木发送的路由序列并处理。

本申请提出一种基于智能终端的电子积木学习装置、方法和系统，通过积木和智能终端的联合应用，解决电子积木本身存储能力和处理能力弱的问题，作为一种教学工具，可用于语言学习中，例如中文及英文的短语、俚语、谚语、成语等的学习，可以提高学习者的学习兴趣，寓教于乐。

附图说明

图1为本发明一种基于智能终端的电子积木学习装置示意图；

图2为本发明一种基于智能终端的电子积木学习系统示意图；

图3为本发明一种基于智能终端的电子积木学习系统模块示意图；

图4为本发明一种基于智能终端的电子积木学习方法流程图；

图5为根据本发明第一实施例的示意图；

图6为根据本发明第二实施例的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，一种基于智能终端的电子积木学习装置，包括电子积木本体，所述电子积木本体内设置有主处理模块、显示模块和通信模块；

所述显示模块，用于显示学习内容的答案；

所述通信模块，用于电子积木之间以及电子积木与智能终端之间的无线通信；

所述主处理模块，用于协调显示模块和通信模块的工作，处理与智能终端之间以及与电子积木之间的信息交互。

所述主处理模块包括：

控制单元，用于根据预先编好的程序，依次执行指令，确定执行操作；通过操作控制器向显示模块和通信模块发出控制信号，实现协调工作。

逻辑运算单元，用于对电子积木之间排序信息及来自智能终端的显示信息进行处理。

以现有技术作为实施基础，本发明所述智能终端为智能手机、电脑、平板电脑和一体机中的任一种；所述通信模块为短距离通信元器件，可以是射频、蓝牙及红外处理器件中的任一种，因为本发明所应用的场景在有限的距离内，一般在一个房间或固定的活动空间，短距离通信器件可以满足本发明的应用需求。

如图2所示，一种基于智能终端的电子积木学习系统，包括至少一个电子积木装置，还包括智能终端，所述电子积木装置通过通信模块与智能终端进行信息交互。

本系统中，电子积木的个数不限，根据具体的学习内容而定。

比如根据学习英语单词，假设学习词库中一个单词的字母数不超过10个，则积木数可以为10个、11个、12个、13个、14个但并不限于此，假设为12个，如果一个单词有8个字母，则其中8个电子积木显示有效字母，其他的6个电子积木显示无效的字母。学习者需要选择8个有效的字母的电子积木，并按单词的正确顺序排列。

比如学习汉语成语，一般为四字成语，可设置积木为6个、7个、8个但并不限于此。假设为6个，其中4个显示成语的正确的中文字，剩余的2个显示相似的或错误的或不相关的中文字。学习者需要选择4个代表答案电子积木，并按成语的正确顺序排列。

如图3所示，一种基于智能终端的电子积木学习系统包括：

终端发送模块，用于智能终端向电子积木发送显示内容；

积木处理模块，用于电子积木接收智能终端发送的显示内容后进行显示，并向智能终端发送路由信息；

终端接收模块，用于智能终端接收电子积木发送的路由信息并处理。

所述终端发送模块包括：

随机发送单元，用于将学习内容的答案按单词或文本拆分后，随机发送给不同的电子积木；

记录答案单元，用于记录电子积木标识，生成以电子积木标识顺序表示的答案。

所述终端发送模块还包括随机生成单词或文本发送给不同的电子积木。

所述积木处理模块包括识别单元，用于识别相邻的电子积木，生成路由序列。

所述终端接收模块包括：

时间判断单元，用于判断时间消耗是否大于预定值；

接收判断单元，用于接收电子积木发送的路由序列，根据路由序列判断学习答案是否正确；

答案显示单元，用于显示学习内容的答案。

如图4所示，一种基于智能终端的电子积木学习方法，包括：

S1，智能终端向电子积木发送显示内容；

S2，电子积木接收智能终端发送的显示内容后进行显示；识别相邻的电子积木，生成路由序列并向智能终端发送路由序列；

S3，智能终端接收电子积木发送的路由序列并处理。

S1进一步包括：

S1.1，将学习内容的答案按单词或文本拆分后，随机发送给不同的电子积木；

S1.2，记录电子积木标识，生成以电子积木标识顺序表示的答案。

S1进一步还包括：

S1.3，随机生成单词或文本发送给不同的电子积木。

此步骤的条件是，当电子积木有6块，而答案被拆分成4个词条发送给其中的4个电子积木显示，则剩余的2个电子积木可以随机显示词条，用于混淆答案，制造学习难度。

S2进一步包括：

电子积木通过通信模块接收智能终端的显示内容，通信模块直接或通过主处理模块将显示内容发送给显示模块进行显示。通信模块与智能终端之间的通信方式与智能终端匹配。

学习者选择电子积木后，按答案顺序排列积木；电子积木上的通信模块通过射频或红外或蓝牙识别相邻的电子积木，各个电子积木依次识别，最终生成当前电子积木顺序的路由序列，未排列的电子积木不在路由序列中。

通过路由中的一个电子积木的主处理模块生成路由序列，并通过其通信模块发送给智能终端。

S3进一步包括：

S3.1，判断时间消耗是否大于预定值，若是，执行S3.3，否则执行S3.2；

S3.2，接收电子积木发送的路由序列，根据路由序列判断学习答案是否正确；若是，执行S3.3，否则执行S3.1；

S3.3，显示学习内容的答案。

学习者选择电子积木后，可以调整选择或者排列顺序，即调整答案，在预定时间内的每一次调整后的路由序列都会发送给智能终端进行判断，直到最终确定正确答案或错误答案。

如图5所示，为本发明第一实施例，具体描述本发明一种基于智能终端的电子积木学习系统，电子积木中主处理模块为MCU，显示模块为LED显示驱动模块。通信模块包括两部分，一部分用于与智能终端进行通信，为蓝牙模块；另一部分用于电子积木之间进行通信识别，为射频模块，也可以替换为红外模块或蓝牙模块。还包括给个电子器件供电的电源。

智能终端为手机，内置蓝牙模块，与电子积木进行通信交互。

所述电子积木发明基于Arduino Pro Mini Atmega328设计，所述Arduino开发板支持3.3V 8Mhz，外接基于TP4056设计的Lipo充电电池，所述Lipo电池支持USB进行充电。硬件电路采用MCP1253芯片作为电源转换芯片，实现稳压输出3.3V电压给电路。开发手机端应用，通过蓝牙通信模块，实现手机与电子积木块信息的传递与交互。

具体工作流程为:手机通过蓝牙通信系统向电子积木发送显示代码和控制指令内容，电子积木接收并执行控制指令处理显示代码后，将数据显示内容通过I/O口串行输出，最后由显示驱动电路进行电压和电流的处理以达到LED显示屏的显示电流电压要求,进而使各个积木块显示内容。人为操作电子积木块移动时,基于射频技术将交互信息通过蓝牙通信功能传输给客户端,最终客户端完成信息的处理和存储功能。

电子积木生成路由序列并向智能终端发送的主要过程为：

电子积木从左到右水平排列时，最左边即水平排列左起的第一个电子积木块为首节点，最右边即为水平排列的最后一个电子积木块为尾节点，首尾节点之间的电子积木为中间节点。

首节点通过自身的通信模块向水平排列在后面第二节点的电子积木块发送路由包，然后第二节点的电子积木块的通信模块接收路由包，所述路由包包含了发送电子积木的节点号，节点号采用二进制编码形式。

以第二节点开始的中间节点在收到的路由包中添加自身的节点号后形成新的路由包并向下一节点转发，直至尾节点；尾节点收到由首节点顺序传递下来的路由包后添加上自身的节点信息生成最终的路由序列，并发送给智能终端。

每个电子积木主处理模块以固定周期(如1秒)重复接收路由包并添加自己的节点信息转发，重复执行。

如图6所示。为本发明第二实施例，具体描述本发明一种基于智能终端的电子积木学习系统整体学习流程。以智能手机和6块电子积木组成系统，学习英语短语为例，假设智能终端题库设计如下：

表中，Mobile_Q、B1、B2、B3、B4、B5、B6字段分别显示在智能手机端和六块电子积木玩具端。电子积木所显示内容为被打乱的组成英语句子的单词或者词组，并设置干扰项单词。Answer为答案，即电子积木的组合顺序。

学习者选择电子积木块，按照智能手机所显示的汉语句子，完成英语单词的筛选和排序，组成与汉语意思一致的句子。智能手机控制每道题的答题时间，本实施例设置为60秒。

学习者对每一题进行学习，完成学习后，反馈本次学习结果，包括学习时长、学习题目数、以及总的学习进度。

系统流程包括:

步骤1：智能终端界面显示问题，并向电子积木发送问题答案；

步骤2：学习者根据问题从若干电子积木中选择代表答案的电子积木，并按顺序连接；此处电子积木自动生成路由，向智能终端发送；

步骤3：智能终端判断学习时间是否大于预定时间，若是，执行步骤5，否则执行步骤4；

步骤4：智能终端判断电子积木排列顺序是否正确，若是，执行步骤5，否则执行步骤1；

步骤5：智能终端显示问题答案；智能手机发出正确答题的提示音和读音；

步骤6：是进入下一题学习还是结束当前学习，若是执行步骤1，否则执行步骤7；步骤6由学习者决定，若学习者想结束学习，可翻转全部电子积木，使屏幕朝下放置，退出系统，该功能通过积木块中的重力传感器实现；或者通过智能手机端应用软件退出系统。

步骤7：结束学习。

以“英雄所见略同”为例，来说明整个学习过程：首先智能手机端呈现“英雄所见略同”并开始60秒倒计时，同时六块电子积木屏幕分别随机呈现“insight”“great”“think”“hero”“alike”“minds”6个英语单词；然后，学习者需要在60s内选出需要的积木块并按正确顺序左右连接，组成“great minds think alike”的句子，系统将提示正确，并进入下一题；若60秒内没能正确组合成功，智能手机会给出提示答案，学习者继续完成任务后，进入下一题。

本发明一种基于智能终端的电子积木学习装置、方法及系统具有如下：

1.寓教于乐，将积木玩具用到各种教学、学习中；

2.积木屏幕小、辐射小，并且目光在不同屏幕之间游走，避免长时间盯着屏幕而对视力造成影响；

3.只要智能手机存储足够大，该电子积木块学习内容就可以无限扩充，具有高可复用性；

4.与智能手机实现可视化交互，对学习者的任务完成情况有声音、答案提示和自动进入下一题等的智能化反馈，弥补传统积木的不足；

5.通过有限的电子积木个数重复利用，节约资源。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于智能终端的电子积木学习装置，其特征在于，包括电子积木本体，所述电子积木本体内设置有主处理模块、显示模块和通信模块；

所述显示模块，用于显示学习内容的答案；

所述通信模块，用于电子积木之间以及电子积木与智能终端之间的无线通信；

所述主处理模块，用于协调显示模块和通信模块的工作，处理与智能终端之间以及与电子积木之间的信息交互。

2.如权利要求1所述的电子积木学习装置，其特征在于，所述主处理模块包括：

控制单元，用于根据预先编好的程序，依次执行指令，确定执行操作；通过操作控制器向显示模块和通信模块发出控制信号，实现协调工作。

逻辑运算单元，用于对电子积木之间排序信息及来自智能终端的显示信息进行处理。

3.一种基于智能终端的电子积木学习系统，其特征在于，包括至少一个权利要求1或2所述的电子积木学习装置，还包括智能终端，所述电子积木装置通过通信模块与智能终端进行信息交互；

所述系统包括：

终端发送模块，用于智能终端向电子积木发送显示内容；

积木处理模块，用于电子积木接收智能终端发送的显示内容后进行显示，并向智能终端发送路由序列；

终端接收模块，用于智能终端接收电子积木发送的路由序列并处理。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述终端发送模块包括：

随机发送单元，用于将学习内容的答案按单词或文本拆分后，随机发送给不同的电子积木；

记录答案单元，用于记录电子积木标识，生成以电子积木标识顺序表示的答案。

5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述积木处理模块包括识别单元，用于识别相邻的电子积木，生成路由序列。

6.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述终端接收模块包括：

时间判断单元，用于判断时间消耗是否大于预定值；

接收判断单元，用于接收电子积木发送的路由序列，根据路由序列判断学习答案是否正确；

答案显示单元，用于显示学习内容的答案。

7.一种基于智能终端的电子积木学习方法，其特征在于，包括：

S1，智能终端向电子积木发送显示内容；

S2，电子积木接收智能终端发送的显示内容后进行显示；识别相邻的电子积木，生成路由序列，并向智能终端发送路由序列；

S3，智能终端接收电子积木发送的路由序列并处理。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，S1进一步包括：

S1.1，将学习内容的答案按单词或文本拆分后，随机发送给不同的电子积木；

S1.2，记录电子积木标识，生成以电子积木标识顺序表示的答案。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，S1进一步还包括：

S1.3，随机生成单词或文本发送给不同的电子积木。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，S3进一步包括：

S3.1，判断时间消耗是否大于预定值，若是，执行S3.3，否则执行S3.2；

S3.2，接收电子积木发送的路由序列，根据路由序列判断学习答案是否正确；若是，执行S3.3，否则执行S3.1；

S3.3，显示学习内容的答案。