CN108319457A - 积木式硬件编程套件 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种积木式硬件编程套件，涉及教育产品。套件包括呈分离状的编程器部件和执行器部件。编程器部件配置成组合包含程序信息的单元完成编写程序并对其进行逻辑检查，在没有逻辑错误时，以无线形式发送编写程序。执行器部件配置成与编程器部件建立无线连接，接收、解析和执行编写程序。执行器部件用于搭载在各种模型上，以运行编写程序。本申请通过上述结构使得本申请能够完全脱离开电脑和专业的程序编译环境，不但便于小学生操作，而且更能引起小学生对程序编写的兴趣，避免了编程过程中的枯燥，从而达到引起小学生对编程的兴趣并初步培养他们的逻辑思维，从而达到从小培养编程人才的目的。

Description

积木式硬件编程套件

技术领域

本申请涉及一种教育产品，特别是涉及一种积木式硬件编程套件。

背景技术

随着我国逐步走入物联网时代，对新型物联网人才的培养已经迫在眉睫。新型人才的培养方式应该从小开始，而非之后的填鸭式培养。

目前的程序编写主要是依靠电脑，通过特定的程序编译软件用英语进行编程。这对于还不太了解电脑、不会使用程序编译软件的小学生来说是相当困难、相当枯燥的。因此对小学生来说，现有的编程方式不仅不能引起兴趣，反而会成为小学生学习编程的一种阻力。

因此，急需提供一种能够培养小学生的编程逻辑思维，引起其对编程的兴趣、让孩子们在玩乐中学习程序编写的产品。

发明内容

本申请的目的在于克服上述问题或者至少部分地解决或缓减解决上述问题。

根据本申请提供了一种积木式硬件编程套件，包括：呈分离状的

编程器部件，其配置成组合包含程序信息的单元完成编写程序，并对所述编写程序进行逻辑检查，在所述编写程序没有逻辑错误时，以无线形式发送所述编写程序；和

执行器部件，其配置成与所述编程器部件建立无线连接，接收、解析和执行所述编写程序；

其中，所述执行器部件用于搭载在各种模型上，以运行所述编写程序。

可选地，所述编程器部件包括：

多个程序控制单元，每一程序控制单元为逻辑单元，所述每一程序控制单元配置成含有对应的条件控制信息的单元；

多个输入输出单元，每一输入输出单元配置成含有对应的输出控制处理结果信息的单元；

编程器，通过连接座连接组合的程序控制单元及输入输出单元，所述编程器配置成为连接在其处的程序控制单元及输入输出单元供电，接收来自连接在其处的程序控制单元及输入输出单元的编程信息，以完成编写程序，并对所述编写程序进行逻辑检查；和

编程器的无线通讯模块，其配置成在所述编写程序没有逻辑错误时，以无线形式发送所述编写程序。

可选地，所述连接座为磁吸连接座。

可选地，所述输入输出单元配置成旋钮形式，依据不同的旋钮位置，可以定义所述执行器的同一端口识别不同的传感器。

可选地，所述编程器部件还包括蜂鸣器，其配置成根据所述编写程序的逻辑检查结果发出对应的声音警报。

可选地，所述编程器部件还包括编程器的数码管显示器，其配置成根据所述编写程序的逻辑检查结果发出对应的代码报警。

可选地，所述编程器的数码管显示器配置成在所述蜂鸣器发出所述对应的声音警报的同时发出所述对应的代码报警。

可选地，所述执行器部件包括：

执行器的无线通讯模块，其配置成与所述编程器的无线通讯模块连接，接收所述编程器部件发送的所述编写程序；

执行器，其配置成控制所述执行器的无线通讯模块主动搜索和连接所述编程器的无线通讯模块，接收并解析所述编写程序并转为内部控制指令；

各种传感器及多个执行器模块，每种传感器及每一执行器模块均通过对应的连接座与所述执行器相连，并配置成按照所述内部控制指令动作。

可选地，所述编程器的无线通讯模块为蓝牙通讯模块、WIFI通讯模块或ZIGBEE通讯模块中的一种，相应的所述执行器的无线通讯模块为与所述编程器的无线通讯模块具有相同网络协议的蓝牙通讯模块、WIFI通讯模块或ZIGBEE通讯模块中的一种。

可选地，所述执行器部件还包括执行器的显示器，其配置成显示所述执行器的无线通讯模块与所述编程器的无线通讯模块的连接状态，还配置成显示所述执行器的内部控制指令的数量。

可选地，所述套件还包括扩展板，其配置成扩展所述编程器组件的编程程序的数量。

本申请的积木式硬件编程套件包括由硬件组成的编程器部件和执行器部件，因此本申请能够完全脱离开电脑和专业的程序编译环境。通过组合编程部件中包含程序信息的单元完成编写程序，从而便于小学生操作，通过将执行器部件搭载于各种模型上实现程序运行，更能引起小学生对程序编写的兴趣，避免了编程过程中的枯燥，从而达到引起小学生对编程的兴趣并初步培养他们的逻辑思维，从而达到从小培养编程人才的目的。可见本申请积木式硬件编程套件是一种基于兴趣开发为目的的灵活、简单实用的编程方案。

根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本申请一个实施例的积木式硬件编程套件的示意性结构图；

图2是根据本申请一个实施例的编程器部件的示意性结构图；

图3是根据本申请另一个实施例的编程器部件的示意性结构图；

图4是根据本申请另一个实施例的积木式硬件编程套件的示意性结构图；

图5是根据本申请另一个实施例的积木式硬件编程套件的示意性结构图；

图6是根据本申请另一个实施例的积木式硬件编程套件的示意性结构图。

图中个符号表示含义如下：

100积木式硬件编程套件，

10编程器部件，

11程序控制单元，12输入输出单元，13编程器，14编程器的无线通讯模块，15编程器的数码管显示器，

20执行器部件，

21执行器的无线通讯模块，22执行器，23传感器，24执行器模块，25执行器的显示器，

30扩展板。

具体实施方式

发明人发现，传统的程序编写方式不仅离不开电脑，而且要使用专业程序编译环境，即传统的程序编写方式无法脱离开电脑和编译软件。对于小学生来说，不熟悉电脑和程序编译软件将成为培养程序编写逻辑思维的主要阻碍。如果让小学生使用传统的编程方式编程，还需要配备对程序编译环境特别熟悉的老师指导，实际操作起来相当不方便，增加了学习成本。而通常培养小学生编程主要目的是培养其兴趣，往往难度不大，只是实现很简单的功能，因此如果能发明一种能够脱离传统的程序编写环境的产品，则能很好的解决上述问题。

图1是根据本申请一个实施例的积木式硬件编程套件的示意性结构图。本实施例提供了一种积木式硬件编程套件100，一般性可包括：呈分离状的编程器部件10和执行器部件20。编程器部件10可配置成组合包含程序信息的单元完成编写程序，并对所述编写程序进行逻辑检查，在所述编写程序没有逻辑错误时，以无线形式发送所述编写程序。执行器部件20可配置成与所述编程器部件10建立无线连接，接收、解析和执行所述编写程序。所述执行器部件20用于搭载在各种模型上，以运行所述编写程序。

本申请的积木式硬件编程套件100包括由硬件组成的编程器部件10和执行器部件20，因此本申请能够完全脱离开电脑和专业的程序编译环境。通过组合编程部件中包含程序信息的单元完成编写程序，从而便于小学生操作。通过将执行器部件20搭载于各种模型上实现程序运行，例如，将执行器部件20搭载在机器人上，通过它实现机器人眼睛发光等功能，因此更能引起小学生对程序编写的兴趣，避免了编程过程中的枯燥，从而达到引起小学生对编程的兴趣并初步培养他们的逻辑思维，从而达到从小培养编程人才的目的。可见本申请积木式硬件编程套件100是一种基于兴趣开发为目的的灵活、简单实用的硬件编程方案。

此外，由于本申请能够完全脱离开电脑和专业的程序编译环境，由此降低了小学生的学习成本，方便为新兴的物联网时代培养下一代优秀的软件人才。

图2是根据本申请一个实施例的编程器部件的示意性结构图。本实施例中，所述编程器部件10可包括：多个程序控制单元11、多个输入输出单元12、编程器13及编程器的无线通讯模块14。多个程序控制单元11中的每一程序控制单元11为逻辑单元，程序控制单元11为可实现if或else语句的逻辑单元，所述每一程序控制单元11可配置成含有对应的条件控制信息的单元。多个输入输出单元12中的每一输入输出单元12可配置成含有对应的输出控制处理结果信息的单元。编程器13通过连接座连接组合的程序控制单元11及输入输出单元12，所述编程器13配置成为连接在其处的程序控制单元11及输入输出单元12供电，接收来自连接在其处的程序控制单元11及输入输出单元12的编程信息，以完成编写程序，并对所述编写程序进行逻辑检查。编程器的无线通讯模块14配置成在所述编写程序没有逻辑错误时，以无线形式发送所述编写程序。

具体实施时，多个程序控制单元11可制作成包含对应的编程信息的程序控制旋钮，通过旋转程序控制旋钮，体现不同的编程信息。多个输入输出单元12也可制作成包含对应的编程信息的输入输出旋钮，通过旋转输入输出旋钮，体现不同的编程信息。所述输入输出单元12依据不同的旋钮位置，可以定义所述执行器22的同一端口识别不同的传感器。编程器13可包括串行芯片(如74HC165芯片)及主控芯片。其中，程序控制单元11和输入输出单元12的工作原理相似。以程序控制单元11为例：每一个程序控制单元11都会产生一个字节的数据。字节数据的含义：第0-2位为左侧旋钮数据，第3-5位是右侧旋钮数据，第6位代表单元(程序控制单元11、输入输出单元12)类型，第7位为检查该单元之后是否还有其他单元。因此通过旋转程序控制旋钮以及旋转输入输出旋钮，使得程序控制单元11和输入输出单元12将本单元的数据通过并行转串行芯片(74HC165)按位进行串行传输至主控芯片，进而得到编写程序。编程器13处上可设编译按键，在编写程序完成后，按下编译按键，实现编程器13对编写程序的逻辑检查。在编程器13检查所述编写程序没有逻辑错误时，通过编程器的无线通讯模块14以无线形式发送所述编写程序至所述执行器部件20。

本实施例中，所述连接座可为磁吸连接座。其中，磁吸连接座为市售产品，本实施例中针对磁吸连接座的结构不再赘述。多个程序控制单元11和多个输入输出单元12通过磁吸连接座与编程器13连接。该磁吸连接座相比于传统的插针式连接座优点如下：其一，连接时只需将所需要用到的程序控制单元11和输入输出单元12轻轻的放在指定的位置，磁吸连接座便会自动找准位置连接、固定。即使需要人工调整，也只需微小的移动，磁吸连接座便会重新对齐并连接。其二，当不需要该程序控制单元11和输入输出单元12时，只需用手克服磁吸力，相比于传统的插针式机械连接座要容易的多，特别适合于手劲小的小学生们使用。其三，此外，该磁吸连接座在感官上给人以美观、大方的感觉。

本实施例中，所述编程器部件10还包括蜂鸣器，蜂鸣器可配置成根据所述编写程序的逻辑检查结果发出对应的声音警报。具体实施时，在编写程序完成后，按下编译按键，编程器13对编写程序的逻辑检查，如果编写程序出现逻辑错误，那么编程器13可通过蜂鸣器发出“滴滴滴”三声报警，此时请使用者检查所编写的程序并修改正确。如果编写的程序没有逻辑错误时，蜂鸣器可发出“滴”的一声。当然，在其他实施例中，蜂鸣器还可以根据所述编写程序的逻辑检查结果发出其他声效或长短不同的声音警报。

图3是根据本申请另一个实施例的编程器部件的示意性结构图。本实施例中，所述编程器部件10还包括编程器的数码管显示器15，其配置成根据所述编写程序的逻辑检查结果发出对应的代码报警。具体实施时，在编写程序完成后，按下编译按键，编程器13对编写程序的逻辑检查，如果编写程序出现逻辑错误，编程器的数码管显示器15以代码的形式显示出逻辑错误信息，编程器的数码管显示器15的数码管可显示逻辑错误代码例如E02，此时请检查所编写的程序并修改正确。如果编写的程序没有逻辑错误时，编程器的数码管显示器15显示逻辑正确代码例如E01。编程器的数码管显示器15还可可显示程序控制单元11和输入输出单元12的总数量。当然，在其他实施例中，编程器的数码管显示器15还可以根据所述编写程序的逻辑检查结果发出其他类型的代码报警。

更具体地，本实施例中，所述编程器的数码管显示器15可配置成在所述蜂鸣器发出所述对应的声音警报的同时发出所述对应的代码报警，以增加使用者的视觉和听觉效果。

图4是根据本申请另一个实施例的积木式硬件编程套件的示意性结构图。本实施例中，所述执行器部件20包括：执行器的无线通讯模块21、执行器、22各种传感器23及多个执行器模块24。执行器的无线通讯模块21配置成与所述编程器的无线通讯模块14连接，接收所述编程器部件10发送的所述编写程序。执行器22配置成控制所述执行器的无线通讯模块21主动搜索和连接所述编程器的无线通讯模块14，接收并解析所述编写程序并转为内部控制指令。各种传感器23及多个执行器模块24中的每种传感器23及每一执行器模块24均通过对应的连接座与所述执行器22相连，并配置成按照所述内部控制指令动作。

其中，各种传感器23可以是声音传感器、红外传感器、温度传感器等各种传感器23。执行器模块24可以是两侧的LED灯、两色LED灯、三色LED灯等可执行器件。

本实施例中，各种传感器23、执行器模块24通过RJ25连接插座与执行器22连接。直流电机则通过PJ325耳机插孔连接至执行器22，该连接方式具有容易插拔、连接方便以及防错的特点。

如图4所示，本实施例中，所述编程器的无线通讯模块14为蓝牙通讯模块、WIFI通讯模块或ZIGBEE通讯模块中的一种，相应的所述执行器的无线通讯模块21为与所述编程器的无线通讯模块14具有相同网络协议的蓝牙通讯模块、WIFI通讯模块或ZIGBEE通讯模块中的一种。更具体地，本实施例优选编程器的无线通讯模块14及执行器的无线通讯模块21为蓝牙通讯模块。

图5是根据本申请另一个实施例的积木式硬件编程套件的示意性结构图。本实施例中，所述执行器部件20还包括执行器的显示器25，其配置成可显示所述执行器的无线通讯模块21与所述编程器的无线通讯模块14的连接状态，还配置成可显示所述执行器22的内部控制指令的数量。本实施例中，通过执行器的显示器25显示“蓝牙连接成功”字样，代表蓝牙连接成功。否则重新启动执行器重新连接蓝牙通讯模块。当然，在其他实施例中，还可以通过蓝牙通讯模块上指示灯由闪烁变为常亮，代表蓝牙连接成功。

如图5所示，积木式硬件编程套件100的使用过程：

断开编程器13和执行器22的电源，将包含有编程信息的指定模块，即程序控制单元11和输入输出单元12，按照合法的编程语法规则放在编程器13的指定位置，旋转程序控制旋钮和输入输出旋钮，完成编写程序。检查是否有逻辑错误，如果没有逻辑错误，按照所编写的程序将各种传感器23、执行器模块24通过RJ25连接座连接在执行器22的指定端口。确认无误后，先对编程器13上电，然后对执行器上电，此时执行器控制执行器的无线通讯模块21自动搜索、配对和连接。待执行器的无线通讯模块21上指示灯由闪烁变为常亮，或者通过执行器的显示器25显示“无线通讯连接成功”字样，代表无线通讯连接成功。否则重新启动执行器22重新连接执行器的无线通讯模块21及编程器的无线通讯模块14。

当无线通讯连接成功之后，此时可以按下编程器13上的编译按键，对程序进行编译。如果没有错误，编程器13上的蜂鸣器“滴”的一声，同时将程序下载至执行器22，执行器22将按照程序执行。如果出现逻辑错误，编程器13上的蜂鸣器将“滴滴滴”报警三声，同时编程器的数码管显示器15将显示错误代码信息，程序不会下载至执行器22。

积木式硬件编程套件100采用编程器部件10和执行器部件20分离，通过无线通讯模块进行数据传输交互，做到了使用不受线缆限制。而积木式方案是指用到什么模块连接什么模块，即以积木连接的形式连接不同的程序控制单元11、输入输出单元12、传感器23和执行器模块24。执行器22处有限的端口可以为较多的传感器23、执行器模块24分时复用，达到了灵活多变的编程方式。多种传感器23、多个执行器模块24又可以搭载在多个模型之上，例如，执行器为两侧LED灯，它既可以搭载在机器人的两个肩部，还可以搭载在其他玩偶或玩具处，从而可以实现更多的产品方案。

图6是根据本申请另一个实施例的积木式硬件编程套件的示意性结构图。可选地，所述套件还包括扩展板30，其配置成扩展所述编程器部件10的编程程序的数量。具体地，扩展板30的主要作用是扩展编程器13连接的程序控制单元11、输入输出单元12的数量，扩展了编程语句的数量。

根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、获取其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令处理器完成，所述的程序可以存储于计算机可读存储介质中，所述存储介质是非短暂性(英文：non-transitory)介质，例如随机存取存储器，只读存储器，快闪存储器，硬盘，固态硬盘，磁带(英文：magnetic tape)，软盘(英文：floppy disk)，光盘(英文：optical disc)及其任意组合。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种积木式硬件编程套件，其特征在于，包括：呈分离状的

编程器部件，其配置成组合包含程序信息的单元完成编写程序，并对所述编写程序进行逻辑检查，在所述编写程序没有逻辑错误时，以无线形式发送所述编写程序；和

执行器部件，其配置成与所述编程器部件建立无线连接，接收、解析和执行所述编写程序；

其中，所述执行器部件用于搭载在各种模型上，以运行所述编写程序。

2.根据权利要求1所述的套件，其特征在于，所述编程器部件包括：

多个程序控制单元，每一程序控制单元为逻辑单元，所述每一程序控制单元配置成含有对应的条件控制信息的单元；

多个输入输出单元，每一输入输出单元配置成含有对应的输出控制处理结果信息的单元；

编程器，通过连接座连接组合的程序控制单元及输入输出单元，所述编程器配置成为连接在其处的程序控制单元及输入输出单元供电，接收来自连接在其处的程序控制单元及输入输出单元的编程信息，以完成编写程序，并对所述编写程序进行逻辑检查；和

编程器的无线通讯模块，其配置成在所述编写程序没有逻辑错误时，以无线形式发送所述编写程序。

3.根据权利要求2所述的套件，其特征在于，所述连接座为磁吸连接座。

4.根据权利要求2所述的套件，其特征在于，所述输入输出单元配置成旋钮形式，依据不同的旋钮位置，可以定义所述执行器的同一端口识别不同的传感器。

5.根据权利要求2所述的套件，其特征在于，所述编程器部件还包括蜂鸣器，其配置成根据所述编写程序的逻辑检查结果发出对应的声音警报。

6.根据权利要求5所述的套件，其特征在于，所述编程器部件还包括编程器的数码管显示器，其配置成根据所述编写程序的逻辑检查结果发出对应的代码报警。

7.根据权利要求6所述的套件，其特征在于，所述编程器的数码管显示器配置成在所述蜂鸣器发出所述对应的声音警报的同时发出所述对应的代码报警。

8.根据权利要求2所述的套件，其特征在于，所述执行器部件包括：

执行器的无线通讯模块，其配置成与所述编程器的无线通讯模块连接，接收所述编程器部件发送的所述编写程序；

执行器，其配置成控制所述执行器的无线通讯模块主动搜索和连接所述编程器的无线通讯模块，接收并解析所述编写程序并转为内部控制指令；

各种传感器及多个执行器模块，每种传感器及每一执行器模块均通过对应的连接座与所述执行器相连，并配置成按照所述内部控制指令动作。

9.根据权利要求8所述的套件，其特征在于，所述执行器部件还包括执行器的显示器，其配置成显示所述执行器的无线通讯模块与所述编程器的无线通讯模块的连接状态，还配置成显示所述执行器的内部控制指令的数量。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的套件，其特征在于，所述套件还包括扩展板，其配置成扩展所述编程器组件的编程程序的数量。