CN108305529A - 一种实体化编程系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种实体化编程系统，其包括：编程工作台，编程工作台上设有上层板和下层板，上层板上设有至少一个凹槽；至少一个积木块，积木块可以拼入凹槽内，积木块上设有可编译为程序语句的程序信息；识别设备，识别设备设置在下层板上，识别设备用于识别拼入凹槽内的积木块上的程序信息；控制设备，识别设备与控制设备相连以将程序信息发送给控制设备，控制装置用于编译程序信息以得到程序语句，并将程序语句写入控制程序以生成控制命令；以及可控设备，控制设备可控制可控设备执行控制命令。本发明提供的实体化编程系统，其采用极易理解的游戏方式，兼具教育性、趣味性，且可灵活定制，易于普及和应用。

Description

一种实体化编程系统

技术领域

本发明涉及一种实体化编程系统。

背景技术

在创客教育中，面向儿童、青少年的初级编程教育方面，有系统学习、图形化编程这些教育方式。系统学习即从基础知识学起，系统构建编程思想，对于低龄群体显然不友好；图形化编程可直观地表示程序流程，易于理解，但趣味性相对缺乏。对于低龄群体，实物化和形象化的编程方式兼顾趣味性和教育意义，能帮助他们构建起基本的编程概念。因此，研发一种面向创客教育的实体化编程系统对编程启蒙很有意义。

发明内容

为至少解决现有技术中存在的问题之一，本发明的目的在于提供一种实体化编程系统，其采用实体化积木块，通过极易理解的游戏方式，兼具教育性、趣味性，且可灵活定制，易于普及和应用。

具体的，为实现上述目的，本发明提供一种实体化编程系统，其包括：编程工作台，所述编程工作台上设有上层板和下层板，所述上层板上设有至少一个凹槽；至少一个积木块，所述积木块可以拼入所述凹槽内，所述积木块上设有可编译为程序语句的程序信息；识别设备，所述识别设备设置在所述下层板上，所述识别设备用于识别拼入所述凹槽内的所述积木块上的所述程序信息；控制设备，所述识别设备与所述控制设备相连以将所述程序信息发送给所述控制设备，所述控制装置用于编译所述程序信息以得到所述程序语句，并将所述程序语句写入控制程序以生成控制命令；以及可控设备，所述控制设备可控制所述可控设备执行所述控制命令。

进一步的，所述控制设备中设有通信模块，所述控制设备通过所述通信模块与所述可控设备连接以控制所述可控设备执行所述控制命令。

进一步的，所述积木块包括逻辑类积木块、执行类积木块、以及参数类积木块。

进一步的，所述程序信息为二维码，所述识别设备为图像采集装置。

进一步的，还包括照明补光装置，所述照明补光装置设置在所述下层板上，所述图像采集装置为摄像头。

进一步的，所述程序信息为NFC贴纸，所述识别设备为NFC识别模组。

进一步的，所述控制设备为微型电脑。

进一步的，所述可控设备为小车、飞行器、声控灯、VR虚拟小车或AR虚拟飞行器等。

进一步的，所述凹槽的内壁上设有状态指示灯。

进一步的，所述上层板上设有运行提示灯和错误提示灯。

根据本发明提供的实体化编程系统，其通过在上层板拼入带有程序信息的实体化的积木块，识别设备以及控制设备识别并编译出积木块上所带有的程序信息，并生成控制命令，进而控制可控设备执行所述控制命令，其编程过程直观易懂，拼入积木块犹如玩游戏一般，具有很高的趣味性，适合编程启蒙教育使用。而且，本系统的成本低、系统稳定、可灵活定制、易于普及、应用范围广。

附图说明

图1为本发明一个实施例的实体化编程系统的结构框架示意图；

图2为本发明一个实施例的实体化编程系统的编程工作台的结构示意图；

图3是本发明另一个实施例的实体化编程系统的结构框架示意图；以及

图4是图2中A部分的放大示意图。

具体实施方式

为了更好的说明本发明，下面结合具体实施例及附图对本发明做进一步说明。可以理解的是，这些具体实施例及附图均为示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明及简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造及操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，本发明中的“第一”、“第二”等术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定及限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定及限定，第一特征在第二特征“之上”、“上方”及“上面”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”及“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参照图1-2所示，本发明提供一种实体化编程系统，其包括编程工作台100，至少一个积木块，识别设备，控制设备以及可控设备。

具体的，如图2所示，编程工作台100上设有上层板10和下层板20，上层板上10设有至少一个凹槽12；识别设备22设置在下层板20上，积木块(图中未示出)可以被拼入凹槽12内，而且，积木块上设有可编译为程序语句的程序信息；识别设备22用于识别拼入凹槽12内的积木块上的程序信息；识别设备22与控制设备(图中未示出)连接，进而，在识别拼入凹槽12内的积木块上的程序信息后，识别设备22可以将该程序信息发送给控制设备。控制设备用于编译程序信息以得到程序语句，并将程序语句写入控制程序以生成控制命令，控制设备可控制可控设备(图中未示出)执行控制命令。

可以理解的是，识别设备可以通过本领域各种常用的方式与控制设备相连，如有线或无线的方式，本发明对此没有特殊限制，只要识别设备在识别积木块上的程序信息后可以将其传送给控制设备即可。

同样可以理解的是，控制设备可以安装在编程工作台上，也可以以单独的部件出现，本发明对此没有特殊限制，只要其能够接收识别设备传送的程序信息即可。例如，在本发明的一些实施例中，控制设备安装在编程工作台100的下板上，进而，在此实施例中，实体化编程系统的结构紧凑、简洁。

在本发明提供的实体化编程系统中，控制设备具有编译积木块上的程序信息的能力，其能够读取程序信息，进行程序编写，生成控制程序并控制可控设备执行控制程序中的控制命令。可以理解的是，控制设备可以采用各种常用的控制装置，只要能实现上述功能即可。例如，在本发明的一个实施例中，控制设备为微型电脑，如Raspberry Pi微型电脑。

为丰富积木块的种类以及实现编程程序的多样性，在本发明的一些实施例中，积木块可以包括逻辑类积木块、执行类积木块、以及参数类积木块，也就是说，积木块上的程序信息可以编译为逻辑类、执行类、以及参数类的程序语句。

可以理解的是，各种类的积木块可以根据实际需求进行任意扩展和定制，本发明对此没有特殊限定。例如，逻辑类可以包含：“如果”、“结束如果”、“循环”、“结束循环”、“有障碍”、“无障碍”等；执行类可以包含：“前进1秒”、“前进2秒”、“前进5秒”、“后退1秒”、“后退2秒”、“后退5秒”、“延时1秒”、“延时2秒”、“延时5秒”、“左转”、“右转”、“亮红灯”、“亮绿灯”、“亮蓝灯”、“关灯”等；参数类包含：“前进()秒”、“后退()秒”、“延时()秒”、“1”、“2”、“5”、“10”等。当然，以上所述的积木块的种类不作为硬性限制，用户可根据可编程控制设备的功能，定制相应的编程积木块。

本发明提供的实体化编程系统通过识别设备对设置在积木块上的程序信息进行识别，以获取积木块上的程序信息。

具体而言，在本发明的某些实施例中，程序信息为二维码，所述上层板由透明材料制成，识别设备为图像采集装置。可以理解的是，在此实施例中，积木块的表面贴有二维码，其可以被控制设备编译以得到程序语句，图像采集装置采集积木块的图像以获得积木块上的程序信息。可以理解的是，图像采集装置可以为各种常用图像采集装置，在本发明的一个具体的实施例中，图像采集装置为摄像头。即，在此实施例中，各积木块上贴有二维码，在用户将各种积木块拼入凹槽后，设置在下层板上的摄像头通过拍照获取上层板下表面的图像，并将该图像传送给控制设备。由于上层板由透明材料制成，因此，摄像头所得到的图像中含有积木块上的二维码图案，然后，控制设备(如Raspberry Pi微型电脑)提取图像中的各二维码，然后将二维码编译成程序语句写入控制程序中。

可以理解的是，上层板上可以设置多个凹槽，本发明对此没有特殊限定，其可以根据具体的需求进行设计或定制，同样的，用户也可以在上层板上拼入多个积木块。

可以理解的是，控制设备可以采用各种方法提取图像采集装置获取的图像中的各二维码并对二维码进行编译，本发明对此没有特殊限定。

以在上层板上设有30个凹槽为例，用户在上层板上依次拼入“前进1秒”、“左转”、“后退1秒”、“右转”四个积木块为例，控制设备提取二维码的方法可以为：图像采集装置首先获取图像，例如，摄像头拍照，然后图像采集装置将图像发送给控制设备，然后控制设备把图像分割成30份，此时，前4份分割后的图像中均含有二维码，控制设备对30份图片进行二维码识别，无二维码则不做任何操作，有二维码则根据二维码信息把相应语句写入控制程序。进而，代表“前进1秒”、“左转”、“后退1秒”、“右转”的语句被写入控制程序。

可以理解的是，在二维码中赋予程序语句的信息或者将程序语句转换为二维码，以及将二维码编译成具体的程序语句的技术可以采用各种常用的技术，本发明对此不再进行赘述。

进一步的，为降低环境光照的影响，提高二维码的识别成功率，在本发明的一些实施例中，如图3所示，实体化编程系统还包括照明补光装置，照明补光装置设置在下层板上，进而，在图像采集模块进行图像采集时，照明补光装置可以提供照明，对光线进行补充，以提高图像的清晰度。可以理解的是，可以采用各种常用的照明补光装置，本发明对此没有特殊限制。

在本发明的另一个具体的实施例中，程序信息为NFC贴纸，识别设备为NFC识别模组。即，在此实施例中，在积木块上贴有NFC贴纸，识别设备获取积木块上的程序信息是通过NFC识别技术实现的，进而，可以进一步避免环境光照对二维码识别所产生的影响，提高识别率。具体的，在此实施例中，当用户往实体编程工作台拼入若干积木块，例如，用户依次拼入“前进1秒”、“左转”、“后退1秒”、“右转”，NFC识别模块工作，识别积木块背面的NFC贴纸信息，若有信息，控制设备则向控制程序写入相应代码，若没有识别到NFC贴纸，则不做任何操作。进而，代表“前进1秒”、“左转”、“后退1秒”、“右转”的语句已被写入控制程序。

可以理解的是，对于二维码识别技术以及NFC识别技术为本领域技术人员所公知，本发明对此不再进行详细赘述。

同样的，本发明对于上层板10和下层板20之间的距离没有特殊限制，其可以根据实际需求进行设置。例如，当采用二维码识别时，即，采用图像采集装置为识别设备时，上层板10和下层板20之间的距离可根据上层板的大小、凹槽的数量以及光线的强弱进行合理设置，以便获得清晰的图像。同样的，当采用NFC识别时，即采用NFC识别模块为识别设备时，上层板10和下层板20之间的距离一般非常近，甚至上层板10和下层板20可以为一体。

可以理解的是，本发明对于积木块的形状没有特殊限定，其可以为各种形状，如立方体、梯形、半球形等；相应的，凹槽也可以为各种形状。

在本发明的一个实施例中，积木块为立方体。在此实施例中，可以在积木块的各个表面均设有程序信息，例如，可以在积木块的各个表面均贴有二维码或者NFC贴纸。进一步的，也可以在积木块的某一面贴有二维码或者NFC贴纸，在二维码或者NFC贴纸相对的面上设置生动易于理解的图形和/或附有简短的文字说明，以对积木块的种类或程序语句进行标明。

可以理解的是，控制设备可以采用各种常用的方式控制可控设备执行控制程序，本发明对此没有特殊限制。在本发明的一些实施例中，如图3所示，控制设备中设有通信模块，控制设备通过通信模块与可控设备连接以控制可控设备执行控制命令。可以理解的是，通信模块可以为各种常用的通信装置，本发明对此没有特殊限制。例如，当控制设备为微型电脑时，通信模块可以为串口通信模块。

同样的，可控设备可以为实体类设备或者虚拟类设备，例如，实体类设备可以为遥控小车、遥控飞行器、遥控声控灯等，即遥控小车、遥控飞行器、遥控声控灯等实体设备可以被控制设备遥控控制。虚拟类设备可以为VR虚拟小车或AR虚拟飞行器等。

在本发明的一些实施例中，如图4所示，在上层板10的凹槽12的内壁上设有状态指示灯13，进而，在用户拼入积木块、控制设备编译程序并运行后，控制可控设备，如遥控小车，执行每一个积木块上带有的控制命令，每执行一步，上层板中相应的积木块的凹槽12内的状态指示灯13亮起。

进一步的，在本发明的一些实施例中，如图2所示，上层板10上设有运行提示灯16和错误提示灯18。即，本实施例中，当用户拼入的程序含逻辑错误或超出执行范围错误及其他可能错误时，系统不予执行用户所拼入的程序，并返回错误提示，亮起错误提示灯，继而提醒使用者修改程序；反之，运行指示灯则亮起。

本发明提供的实体化编程系统的基本原理可以简单描述为：用户往编程工作台上层板中拼入若干个积木块，下层板的识别设备对积木块上的程序信息进行识别。每个程序信息对应一个程序语句，即每个积木块对应一个程序语句。然后控制设备将程序语句写入可控设备的控制程序中，并编译运行。控制程序运行中，会把相应的动作命令发送至可控设备。可控设备接收到动作命令，执行相应的动作。

根据本发明提供的实体化编程系统，其直观且易于理解，趣味性高，适合编程启蒙教育使用；其该系统易于搭建，系统响应速度快；不依赖任何移动客户端。本系统识别积木块构造的程序，不依赖程序构建积木块的排布逻辑，逻辑由积木块的逻辑类积木块构造，避免机器生成逻辑的逻辑歧义，系统稳定性高。而且，本系统易于维护，编程积木块丢失易于制作，维护成本低。本系统的识别方式多样，可灵活定制，可控设备多样化并可虚拟化，应用前景广泛，具有很强的实际应用意义。

以上尽管已经对本发明做了示例性的描述，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下，可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种实体化编程系统，其特征在于，包括：

编程工作台，所述编程工作台上设有上层板和下层板，所述上层板上设有至少一个凹槽；

至少一个积木块，所述积木块可以拼入所述凹槽内，所述积木块上设有可编译为程序语句的程序信息；

识别设备，所述识别设备设置在所述下层板上，所述识别设备用于识别拼入所述凹槽内的所述积木块上的所述程序信息；

控制设备，所述识别设备与所述控制设备相连以将所述程序信息发送给所述控制设备，所述控制装置用于编译所述程序信息以得到所述程序语句，并将所述程序语句写入控制程序以生成控制命令；以及

可控设备，所述控制设备可控制所述可控设备执行所述控制命令。

2.如权利要求1所述的实体化编程系统，其特征在于，所述控制设备中设有通信模块，所述控制设备通过所述通信模块与所述可控设备连接以控制所述可控设备执行所述控制命令。

3.如权利要求1所述的实体化编程系统，其特征在于，所述积木块包括逻辑类积木块、执行类积木块、以及参数类积木块。

4.如权利要求1所述的实体化编程系统，其特征在于，所述程序信息为二维码，所述上层板由透明材料制成，所述识别设备为图像采集装置。

5.如权利要求4所述的实体化编程系统，其特征在于，还包括照明补光装置，所述照明补光装置设置在所述下层板上，所述图像采集装置为摄像头。

6.如权利要求1所述的实体化编程系统，其特征在于，所述程序信息为NFC贴纸，所述识别设备为NFC识别模组。

7.如权利要求1所述的实体化编程系统，其特征在于，所述控制设备为微型电脑。

8.如权利要求1所述的实体化编程系统，其特征在于，所述可控设备为小车、飞行器、声控灯、VR虚拟小车或AR虚拟飞行器。

9.如权利要求1所述的实体化编程系统，其特征在于，所述凹槽的内壁上设有状态指示灯。

10.如权利要求1所述的实体化编程系统，其特征在于，所述上层板上设有运行提示灯和错误提示灯。