CN110570727A - 一种无屏幕编程学习系统及其编程方法 - Google Patents

Abstract

一种无屏幕的编程学习系统，利用在地图不同位置“亮灯”的形式设置编程任务，然后利用编程卡为编程机器人进行编程，最后编程机器人根据所编写的程序在地图上移动，完成“灭灯”任务。以不接触电脑和手机的形式进行编程学习，即可以保护使用者的视力，又可以锻炼使用者的编程能力和逻辑思维。一种无屏幕编程学习系统包括编程机器人（1）、地图道具（2）和编程卡（3），所述编程机器人（1）包含点读模块（4）、动力模块（5）、机器人通讯模块（6）、传感器模块（7）、机器人声音模块（8）、机器人按键模块（9）、机器人主控模块（10）以及机器人电源模块（11），所述地图道具（2）包含地图主模块（12）和地图子模块（13），所述编程卡包括开始卡（26）、设计卡（27）和结束卡（28）。

Description

一种无屏幕编程学习系统及其编程方法

所属技术领域

本发明公开一种无屏幕编程学习系统及其编程方法，能够用于幼教和中小学编程教育，为幼儿园和中小学生提供一种编程学习的新形式，具有一定的应用价值。

背景技术

伴随着国家对中小学编程教育的重视，该市场增长迅速，编程教育重心在于培养孩子的逻辑思维和创新能力。然而当今市场上的中小学编程教育产品大多采用了电脑或者手机编程的形式，幼儿和小学低年级的学生过早接触电脑对于其视力发育十分不利，因此，去屏幕化的编程教育产品的研制具有重要意义。

发明内容

为了解决上述背景中的问题，本发明公开了一种无屏幕编程学习系统及其编程方法，并且提出了一种无屏幕编程方法。

本发明的实例是这样实施的：

所述一种无屏幕编程学习系统及其编程方法包括编程机器人、编程卡和地图道具三部分，地图道具包含多个内嵌灯光的模块，可以拼装成一个可供编程机器人在上面行驶的地图，地图的某些区域会“亮灯”，用户通过编程卡对编程机器人进行编程，规划行动路径和“灭灯”动作，以移动和“灭灯”的方式完成任务。

优选的，所述编程机器人包含点读模块、动力模块、机器人通讯模块、传感器模块、机器人声音模块、机器人按键模块、机器人主控模块以及机器人电源模块；所述编程卡包括开始卡、设计卡和结束卡；所述地图道具包含一个地图主模块和多个地图子模块，用于搭建成承载所述编程机器人运动的地图；所述地图主模块包含地图存储模块、切换按键模块、地图控制模块、地图通讯模块、地图声音模块、导线连接模块和地图供电模块；所述地图子模块包含灯光模块、导线连接模块和隐形OID码模块。

进一步，所述点读模块为点读笔头及其必要外围电路，用于采集印刷在地图子模块上的隐形OID码信息；所述动力模块完成编程机器人的移动和旋转；所述机器人通讯模块包括wifi、蓝牙、ZigBee中的一种或几种的组合；用于完成编程机器人与地图主模块之间的信息交互；所述传感器模块包括陀螺仪和加速度传感器中的一种或两种的组合，用于完成编程机器人方向和加速度信息采集，辅助编程机器人完成更精确的运动；所述机器人声音模块用于机器人播放提示音；所述机器人按键模块用于完成用户与编程机器人之间必要的交互；所述机器人主控模块与以上所述点读模块、动力模块、机器人通讯模块、传感器模块、机器人声音模块、机器人按键模块相连接，用于处理点读数据、按键信息、运动信息、通讯信息、传感器信息，运行复杂逻辑运算；所述机器人电源模块完成充电管理和机器人系统供电。

进一步，所述编程卡为多张印刷有不同隐形OID码的普通卡片；所述开始卡用于启动机器人编程功能；所述结束卡用于结束机器人编程功能；所述设计卡包括：前进卡、后退卡、左转卡、右转卡、循环卡、判断卡、数字卡、开灯卡、灭灯卡，用于用户对编程机器人行为的编程。

进一步，所述地图存储模块用于存放不同编程任务的地图数据；地图切换按键模块用于完成切换不同编程任务；所述地图通讯模块包括wifi、蓝牙、ZigBee中的一种或几种的组合；用于完成地图主模块与编程机器人之间的信息交互；所述地图声音模块用于播放地图提示音；所述地图主控模块与上述地图存储模块、地图切换按键模块、地图控制模块、地图通讯模块、地图声音模块相连接，用于运行复杂逻辑运算，处理按键信息、通讯信息、以及对所述地图子模块的控制信息；所述主导线连接模块包括插针、触点、接插头、磁性吸附中的一种或几种的组合，完成与地图子模块的导线连接，完成对子模块的电源输出和数据通讯；所述地图电源模块完成充电管理和地图系统供电。

进一步，所述灯光模块为总线形式的LED灯，用于接收所述地图控制模块的控制信息，进行不同颜色以及亮和灭的状态切换，完成信息提示；所述子导线连接模块用于完成各个地图子模块之间以及子模块与母模块之间的便捷导线连接，包括插针、触点、接插头、磁性吸附中的一种或几种的组合；所述隐形OID模块印刷有与自身编号相对应的隐形OID码。

本发明还提供一种无屏幕编程方法，包括以下步骤：

步骤S1：通过编程卡对编程机器人进行编程；

步骤S2：所述编程机器人根据所编程序在编程道具组成的地图上通过移动和“灭灯”完成任务。

优选的，所述步骤S1包括：

步骤S1-1：用编程道具搭建好地图，选择任务，地图上不同区域亮灯；

步骤S1-2：用编程机器人点读模块读取开始卡，开始编程；

步骤S1-2：用编程机器人点读模块读取相应设计卡，规划设计机器人行走路径，确定机器人在什么位置执行“灭灯”指令；

步骤S2-3：用编程机器人点读模块读取结束卡，完成编程。

优选的，所述步骤S2包括：

步骤S2-1：将编程机器人放置到地图起始位置，按下编程机器人上的开始按键，编程机器人读取地图当前位置的隐形OID码，获取编程机器人当前所在位置，并将“开始”请求和位置信息发送给地图主模块；

步骤S2-2：地图主模块收到编程机器人发来的“开始”请求和位置信息后，判断位置信息是否为一号地图子模块的对应位置信息，正确则返回“允许”信号给编程机器人，否则给出相应错误提示音；

步骤S2-3：编程机器人收到“允许”信号，则按照所述S1编写的程序进行移动；

步骤S2-4：机器人移动到程序指定的“灭灯”位置，读取当前位置地图子模块的隐形OID码，获取编程机器人当前所在位置，并将“灭灯”指令和位置信息发送给地图主模块；

步骤S2-5：地图主模块根据收到的编程机器人发来的位置信息与所述S1-1任务中“亮灯”位置信息进行对比，如果相同则给出代表“成功”的语音提示，同时将该位置的地图子模块“灭灯”，否则给出代表“失败”的语音提示；

步骤S2-6：重复执行所述步骤S2-3和S2-4，直到编程机器人所有“灭灯”指令全部执行完毕，编程机器人发送结束指令给地图主模块；

步骤S2-7：地图主模块收到编程机器人发来的结束指令，根据现有地图子模块“亮灯”情况播放对应语音提示信息，如果所述S1-1任务产生的 “亮灯”位置全部被“灭灯”，则播放代表“全部成功”的语音提示，如果仍有地图子模块“亮灯”，则播放代表“继续努力”的语音提示。

本发明通过采用以上技术方案，具有以下有益效果：

本发明实现了一种无屏幕的编程学习系统，利用在地图不同位置“亮灯”的形式设置编程任务，然后利用编程卡为编程机器人进行编程，最后编程机器人根据所编写的程序在地图上移动，完成“灭灯”任务。以不接触电脑和手机的形式进行编程学习，即可以保护使用者的视力，又可以锻炼使用者的编程能力和逻辑思维。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图做进一步介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

附图说明

图1是本发明的整体示意图。

图2是本发明的编程机器人系统示意图。

图3是本发明的地图道具系统示意图。

图4是本发明的地图主模块系统示意图。

图5是本发明的地图子模块系统示意图。

图6是本发明的编程卡系统示意图。

图7是本发明的无屏幕编程方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种无屏幕编程学习系统及其编程方法，包括编程机器人（1）、地图道具（2）和编程卡（3）三部分。

如图2所示，所述编程机器人（1）包含点读模块（4）、动力模块（5）、机器人通讯模块（6）、传感器模块（7）、机器人声音模块（8）、机器人按键模块（9）、机器人主控模块（10）以及机器人电源模块（11）；所述点读模块（4）点读笔头及其必要外围电路，用于采集隐形OID码信息；所述动力模块（5）完成编程机器人（1）的移动和旋转；所述机器人通讯模块（6）采用蓝牙，设置为主模式，用于完成编程机器人（1）与地图道具（2）的无线通讯；所述传感器模块（7）包括陀螺仪和加速度传感器，用于完成编程机器人（1）方向和加速度信息采集，辅助编程机器人（1）完成更精确的运动；所述机器人声音模块（8）用于编程机器人（1）播放提示音；所述机器人按键模块（9）包含电源键、开始键和暂停键，所述电源键控制电源开关，所述开始键被按下时，启动执行已经编写完成的程序，所述暂停键按下时，暂停正在执行的程序；所述机器人主控模块（10）为单片机及基本外围电路，与以上所述点读模块（4）、动力模块（5）、机器人通讯模块（6）、传感器模块（7）、机器人声音模块（8）、机器人按键模块（9）相连接，用于处理点读数据、按键信息、运动信息、通讯信息、传感器信息，运行复杂逻辑运算；所述机器人电源模块（11）包含稳压模块和一块2600毫安7.4V锂电池及其充电和安全管理电路，完成编程机器人（1）的供电。

如图3所示，所述地图道具（2）包含地图主模块（12）和地图子模块（13）；所述地图主模块（12）和地图子模块（13）的尺寸均与图1所述编程机器人（1）尺寸相当；所述地图主模块（12）为1个，所述地图子模块（13）为64个，所述地图主模块（12）与第一个地图子模块（13）相连接，所述地图子模块（13）按照顺序逐个级联，最大组成8×8方阵的地图（38）；所述与地图主模块（12）相连的地图子模块（13）被定义为地图起始位置。

进一步，如图4所示，所述地图主模块包含地图存储模块（14）、地图切换按键模块（15）、地图控制模块（16）、地图通讯模块（17）、地图声音模块（18）、主导线连接模块（19）和地图供电模块（20）；所述地图存储模块（14）为存储芯片，用于存放不同难度的任务地图数据；所述地图切换按键模块（15）用于用户选择切换不同难度的地图；所述地图控制模块（16）为单片机及基本外围电路，与所述地图存储模块（14）、地图切换按键模块（15）、地图控制模块（16）、地图通讯模块（17）、地图声音模块（18）、主导线连接模块（19）相连接，用于运行复杂逻辑运算，处理按键信息、通讯信息、以及对所述地图子模块的控制信息；所述地图通讯模块（17）采用蓝牙，设置为从模式，完成与图2所述机器人通讯模块（6）之间的配对和无线通讯；所述地图声音模块（18）用于播放必要的提示音，所述主导线连接模块（19）为一个磁吸触点接头，包含两个磁片和一个三路接触点，用于连接图3所述地图子模块（13），完成对图3所述地图子模块（13）的供电和数据通讯功能；地图供电模块（20）包含稳压模块、外置直流电源和一块2600毫安7.4V锂电池及其充电和安全管理电路，用于图1所述地图道具（2）的供电。

进一步，如图5所示，所述地图子模块包含灯光模块（21）、子导线连接模块（22）和隐形OID码模块（23）；所述灯光模块（21）为一种单总线串行LED光源，实施例选用WS2812；所述子导线连接模块（22）为两个磁吸触点接头，各包含两个磁片（24）和一个三路接触点（25），分布在地图子模块的对侧或相邻两侧，其中两个三路接触点（25）与灯光模块（21）分别连接，组成串联电路，多个地图子模块通过所述子导线连接模块（22）以磁性吸附的方式相互串联，最大可形成如图3所示的8×8方阵的地图（38），其中一号地图子模块的子导线连接模块（22）通过与图4所述主导线连接模块（19）相连接，将整个地图（38）连接到地图主模块（12），完成整个地图（38）的供电以及与地图主模块（12）之间的数据通讯，；所述隐形OID码模块（23）为地图子模块的外壳，采用透明亚克力材质，其上表面印刷了与其本身编号相对应的隐形OID码，图1所述编程机器人（1）在其上表面行驶的时候可以读取隐形OID码而获取到编程机器人（1）当前所在位置。

如图6所示，所述编程卡包括开始卡（26）、设计卡（27）和结束卡（28），均为表面印刷有隐形OID码的硬质卡片。

进一步，所述开始卡（26）的刷卡设置功能为开始编写程序。

进一步，所述结束卡（28）的刷卡设置功能为结束编程。

进一步，所述设计卡（27）包含前进卡（29）、后退卡（30）、左转卡（31）、右转卡（32）、循环卡（33）、判断卡（34）、数字卡（35）、开灯卡（36）、灭灯卡（37）；所述前进卡（29）的刷卡设置功能为让图1所述编程机器人（1）前进一个身位；所述后退卡（30）的刷卡设置功能为让图1所述编程机器人（1）后退一个身位；所述左转卡（31）的刷卡设置功能为让图1所述编程机器人（1）原地左转90度；所述右转卡（32）的刷卡设置功能为让图1所述编程机器人（1）原地右转90度；所述循环卡（33）与所述设计卡（27）中的其他卡片配合使用，完成循环功能；所述判断卡（34）与所述设计卡（27）中的其他卡片配合使用，完成判断功能；所述数字卡（35）为0—9的数字卡片，完成数字和次数方面的功能；所述开灯卡（36）的功能设置是打开图1所述编程机器人（1）当前所处位置的地图子模块的灯光；所述灭灯卡（37）的功能设置是关闭图1所述编程机器人（1）当前所处位置的地图子模块的灯光。

为了便于描述本实施例，本发明对于“刷卡”操作只是进行了简单描述，应当理解，本发明所述“刷卡”操作既可以是手动拿取编程卡到编程机器人点读模块读取，也可以是将编程卡按照顺序在平整地面铺开，让编程机器人从上面行走读取，两种形式都应该属于本发明所公开的内容，受到应有保护。

如图7所示，本发明还提供一种无屏幕编程方法，包括以下步骤：

步骤S1：通过编程卡（3）对编程机器人（1）进行编程；

步骤S2：所述编程机器人（1）根据所编程序在编程道具（2）组成的地图（38）上通过移动和“灭灯”完成任务。

进一步，所述步骤S1包括：

步骤S1-1：用编程道具（2）搭建好地图（38），通过地图切换按键模块（9）选择不同任务，地图主控模块（16）从地图存储模块（14）读取对应地图数据，通过主导线模块（19）控制级联的对应地图子模块（13）“亮灯”；

步骤S1-2：用编程机器人（1）的点读模块（4）读取开始卡（26），开始编程；

步骤S1-3：用编程机器人（1）的点读模块（4）读取相应设计卡（28），规划设计编程机器人（1）的行走路径，确定机器人在什么位置执行“灭灯”指令；

步骤S1-4：用编程机器人（1）的点读模块（4）读取结束卡（27），完成编程。

进一步，所述步骤S2包括：

步骤S2-1：将编程机器人（1）放置到地图（38）起始位置，按下编程机器人（1）上的开始按键，编程机器人（1）读取地图当前位置的隐形OID码，获取编程机器人（1）当前所在位置，并将“开始”请求和位置信息发送给地图主模块（12）；

步骤S2-2：地图主模块（12）收到编程机器人发来的“开始”请求和位置信息后，判断位置信息是否为一号地图子模块的对应位置信息，正确则返回“允许”信号给编程机器人（1），否则给出相应错误提示音；编程机器人（1）按照所述S1编写的程序进行移动；

步骤S2-3：编程机器人（1）收到“允许”信号，则按照所述S1编写的程序进行移动；

步骤S2-4：编程机器人（1）移动到S1编写的程序指定“灭灯”位置，读取当前位置地图子模块（13）的隐形OID码并识别，得到编程机器人（1）当前所在位置，并将“灭灯”指令和位置信息发送给地图主模块（12）；

步骤S2-5：地图主模块（12）根据收到的编程机器人（1）发来的位置信息与所述S1-1任务中“亮灯”位置信息进行对比，如果相同则给出代表“成功”的语音提示，同时将该位置的地图子模块（13）“灭灯”，否则给出代表“失败”的语音提示；

步骤S2-6：重复执行所述步骤S2-3和S2-4，直到编程机器人（1）所有“灭灯”指令全部执行完毕，编程机器人发送结束指令给地图主模块（12）；

步骤S2-7：地图主模块（12）收到编程机器人（1）发来的结束指令，根据现有地图子模块（13）“亮灯”情况播放对应语音提示信息，如果所述S1-1任务中产生的 “亮灯”位置全部被“灭灯”，则播放代表“全部成功”的语音提示，如果仍有地图子模块（13）“亮灯”，则播放代表“继续努力”的语音提示。

本发明在符合本领域技术人员的知识和能力水平范围内，本文实施例提及的各种实施例或者技术特征在不冲突的情况下，可以相互组合而作为另外一些可选实施例，这些并未被一一罗列出来的、由有限数量的技术特征组合形成的有限数量的可选实施例，仍属于本发明揭露的技术范围内，亦是本领域技术人员结合附图和上文所能理解或推断而得出的。

最后需要指出的是，上文所列举的实施例，为本发明较为典型的、较佳实施例，仅用于详细说明、解释本发明的技术方案，以便于读者理解，并不用以限制本发明的保护范围或者应用。因此，在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等而获得的技术方案，都应被涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种无屏幕编程学习系统，其特征在于所述一种无屏幕编程学习系统包括编程机器人（1）、地图道具（2）和编程卡（3），所述编程机器人（1）包含点读模块（4）、动力模块（5）、机器人通讯模块（6）、传感器模块（7）、机器人声音模块（8）、机器人按键模块（9）、机器人主控模块（10）以及机器人电源模块（11），所述地图道具（2）包含地图主模块（12）和地图子模块（13），所述编程卡包括开始卡（26）、设计卡（27）和结束卡（28）。

2.根据权利要求1所述的一种无屏幕编程学习系统，其特征在于，所述编程机器人（1）包含点读模块（4）、动力模块（5）、机器人通讯模块（6）、传感器模块（7）、机器人声音模块（8）、机器人按键模块（9）、机器人主控模块（10）以及机器人电源模块（11），所述点读模块（4）用于采集隐形OID码信息。

3.根据权利要求1所述的一种无屏幕编程学习系统，其特征在于，所述地图主模块（12）为1个，所述地图子模块（13）为64个，所述地图主模块（12）与第一个地图子模块（13）相连接，所述地图子模块（13）按照顺序逐个级联，最大组成8×8方阵的地图（38）。

4.根据权利要求1所述的一种无屏幕编程学习系统，其特征在于，所述编程卡为表面印刷有隐形OID码的硬质卡片。

5.一种无屏幕编程方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：通过编程卡（3）对编程机器人（1）进行编程；

步骤S2：所述编程机器人（1）根据所编程序在编程道具（2）组成的地图（38）上通过移动和“灭灯”完成任务。

6.根据权利要求5所述的无屏幕编程方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

步骤S1-1：用编程道具（2）搭建好地图（38），通过地图切换按键模块（9）选择不同任务，地图主控模块（16）从地图存储模块（14）读取对应地图数据，通过主导线模块（19）控制级联的对应地图子模块（13）“亮灯”；

步骤S1-2：用编程机器人（1）的点读模块（4）读取开始卡（26），开始编程；

步骤S1-3：用编程机器人（1）的点读模块（4）读取相应设计卡（28），规划设计编程机器人（1）的行走路径，确定机器人在什么位置执行“灭灯”指令；

步骤S1-4：用编程机器人（1）的点读模块（4）读取结束卡（27），完成编程。

7.根据权利要求5所述的无屏幕编程方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

步骤S2-1：将编程机器人（1）放置到地图（38）起始位置，按下编程机器人（1）上的开始按键，编程机器人（1）读取地图当前位置的隐形OID码，获取编程机器人（1）当前所在位置，并将“开始”请求和位置信息发送给地图主模块（12）；

步骤S2-2：地图主模块（12）收到编程机器人发来的“开始”请求和位置信息后，判断位置信息是否为一号地图子模块的对应位置信息，正确则返回“允许”信号给编程机器人（1），否则给出相应错误提示音；编程机器人（1）按照所述S1编写的程序进行移动；

步骤S2-3：编程机器人（1）收到“允许”信号，则按照所述S1编写的程序进行移动；

步骤S2-4：编程机器人（1）移动到S1编写的程序指定“灭灯”位置，读取当前位置地图子模块（13）的隐形OID码并识别，得到编程机器人（1）当前所在位置，并将“灭灯”指令和位置信息发送给地图主模块（12）；

步骤S2-5：地图主模块（12）根据收到的编程机器人（1）发来的位置信息与所述S1-1任务中“亮灯”位置信息进行对比，如果相同则给出代表“成功”的语音提示，同时将该位置的地图子模块（13）“灭灯”，否则给出代表“失败”的语音提示；

步骤S2-6：重复执行所述步骤S2-3和S2-4，直到编程机器人（1）所有“灭灯”指令全部执行完毕，编程机器人发送结束指令给地图主模块（12）；

步骤S2-7：地图主模块（12）收到编程机器人（1）发来的结束指令，根据现有地图子模块（13）“亮灯”情况播放对应语音提示信息，如果所述S1-1任务中产生的 “亮灯”位置全部被“灭灯”，则播放代表“全部成功”的语音提示，如果仍有地图子模块（13）“亮灯”，则播放代表“继续努力”的语音提示。