CN110751243A - 一种基于rfid多标签识别的实物编程装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于RFID多标签识别的实物编程装置及方法，包括编程部分和执行部分，编程部分包括编程板、若干实物编程块、主控板，实物编程块包括基础功能底块和功能编程块，实物编程块内设有RFID电子标签，编程板上设有RFID阅读器和供实物编程块放置的按阵列分布的感应区，感应区下设有用于识别RFID电子标签的RFID天线，所述RFID阅读器装载有RFID多标签识别防冲突算法。本发明的有益效果是通过RFID多标签识别技术对同一感应区内的基础功能底块和功能编程块同时进行识别，通过基础功能底块和功能编程块的组合节约实物编程块的数量且无需对实物编程块进行ID信息设置，使实物编程装置更符合编程的逻辑。

Description

一种基于RFID多标签识别的实物编程装置及控制方法
技术领域
本发明涉及实物编程领域，特别涉及一种基于RFID多标签识别的实物编程装置及控制方法。
背景技术
电子积木即为当下逐渐时兴起来的一种新颖的儿童玩具。电子积木就是将导线、灯泡、二极管、电阻、电容、各种开关、电表、电机、喇叭、集成块等电子元器件(即功能组件)固定在塑料片(块)上，用独特的子母扣做成独立可拼装的配件，在产品配置的安装底板上像拼积木一样拼装电路组合。随着现有的电子积木产品日新月异地发展创新，电子积木的组合形式已经不限于上述定义所限定的范围。
专利CN201811119755.8公开了一种实物编程装置，包括编程子块、编程盘和功能组件。其中，编程子块为立体式模块；编程盘设有控制系统，编程盘的上表面为编程面，以编程面为基准面划分出多块与编程子块相匹配的编程母块。编程时，多块编程子块按照一定的编程逻辑关系和预设顺序放置于编程面，控制系统按照预设顺序读取每个编程子块的编码信息以形成能够执行的程序，并执行该程序以控制功能组件的工作状态。该装置的编程子块仅包含编码信息，功能组件以单独的个体方式存在，儿童在进行实物编程时，仅需根据任务选取合适的编程子块按照一定的逻辑关系进行排序。其中控制系统识别编码信息的方式包括通过光学非接触式识别色块的方式以及通过电路连接采用物理接触的方式。其中光学非接触式识别色块，成本较高，而且，当色块需要实现的功能较多时，存在以下问题：1.需要实现不同功能的色块数量较多，色块之间的颜色差异较小，对识别设备的硬件要求较高；2.色块的数量太多，成本较高、收纳麻烦、影响目标功能块的寻找效率；3.编程盘的尺寸有限，同时平铺可放置的色块数量有限；4.由于不同的动作指令需要设置不同的色块，因此色块种类增多，导致程序指令复杂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于RFID多标签识别技术的、节约成本、功能扩展丰富的实物编程装置及控制方法。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于RFID多标签识别的实物编程装置，包括主控板、编程部分和执行部分，所述主控板、编程部分和执行部分之间进行通信，所述主控板上设有通信模块；所述执行部分包括通信模块、控制电路和若干个执行指令的电子积木；所述编程部分包括编程板、若干实物编程块和单片机，所述实物编程块内设有RFID电子标签，所述编程板上设有至少一个供所述实物编程块放置的感应区，每个所述感应区下设有 RFID阅读器和RFID天线，用于配合RFID阅读器识别放置在所述感应区上的实物编程块上的RFID电子标签；所述单片机用于将识别得到的射频信号生成程序并将程序传输至主控板；所述主控板将程序传输至执行部分，所述控制电路控制电子积木进行工作；若干的所述实物编程块中包括至少一个的基础功能底块和至少一个的功能编程块，所述基础功能底块对应的为执行指令的电子积木，所述功能编程块对应为该电子积木的所执行的指令动作；至少一个所述基础功能底块和至少一个功能编程块同时放置在同一个感应区中时，所述RFID 阅读器对感应区中放置的基础功能底块和功能编程块上的RFID电子标签进行识别，并将识别到的射频信号发送至所述单片机进行处理；
所述RFID阅读器装载有RFID多标签识别防冲突算法。
进一步设置为：所述功能编程块包括功能选择块组、数值块组、逻辑比较块组，所述功能选择块组包括多个颜色不同的选择块，对应电子积木执行的指令；所述数值块组包括多个不同数值的数值块；所述逻辑比较块包括多个不同逻辑运算符的逻辑比较块。
进一步设置为：所述数值块组和逻辑比较块组的外表面分别设置为与所述功能选择块组不同的颜色。
进一步设置为：所述基础功能底块和所述功能编程块设置为不同的立体形状。
进一步设置为：所述基础功能底块上设有供所述功能编程块放置的凹槽。
进一步设置为：所述编程板上设有供用户启动和停止编程的操作按钮。
进一步设置为：所述主控板和执行部分之间采用蓝牙通信。
本发明还提供一种基于RFID多标签识别的实物编程装置的控制方法，包括以下步骤：
步骤一：根据待实现的程序任务，将实物编程块按照单片机对感应区进行射频信息扫描的顺序放置在感应区中，所述扫描的顺序预先进行设置；一个感应区中放置一个基础功能块和至少一个功能编程块；
步骤二：启动主控板、编程部分、执行部分，所述RFID阅读器对放置在其对应的感应区中的基础功编程块和功能编程块的RFID标签进行射频识别，所述RFID阅读器读取每个RFID标签的编码信息；
步骤三：RFID阅读器读取结束，将读取到的编码信号传输至所述单片机进行处理生成程序；
步骤四：单片机对基础功能底块和功能编程块组合关系进行判断，程序错误则提示用户修改基础功编程块和功能编程块的放置，程序正确则根据基础功能底块对应的电子积木和功能编程块对应的指令动作生成指令序列，直到所有的实物编程块都识别完成，编程结束；其中基础功能底块和功能编程块组合关系、基础功能底块和电子积木的对应关系、功能编程块和指令动作的对应关系都预先存储在单片机中；
步骤五：单片机将指令序列传输至主控板，主控板将指令传输至执行部分，执行部分运行过程中将执行信息反馈至主控板，主控板继续生成指令；
步骤六：执行部分的控制电路根据接收到的程序控制电子积木运行。
进一步设置为：步骤一中扫描方式采用循环扫描，步骤四中的判断方式采用能流方式。
本发明的有益效果为：
1.通过RFID多标签识别技术对同一感应区内的基础功能底块和功能编程块同时进行识别，无需将ID信息装载到实物编程块再对编程块进行识别，而是直接同时对基础功能底块和功能编程块一起进行识别，简化了RFID识别步骤，也使实物化编程操作更加简便，更利于儿童上手。
2.通过RFID多标签识别技术对同一感应区内的基础功能底块和功能编程块同时进行识别，由于无需在实物编程块上安装RFID阅读器，当某个实物编程块损坏时，更换实物编程块更加方便，成本也更低。
3.由于分别设置了基础功能底块和功能编程块，不同的基础功能底块和功能编程块可以进行多种组合，从而节约了实物编程块的数量，降低制造成本，而且提高实物编程的自由度。
4.通过无线通信将编程板上的实物编程块形成的程序发送至执行部分的主控板，主控板自动加载程序，由于实物编程块与电子积木的对应关系，儿童可以快速直观的通过执行部分上的电子积木运行的效果对应到实物编程块的功能，从而起到锻炼编程逻辑的作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为基于RFID多标签识别的实物编程装置的结构示意图；
图2为基于RFID多标签识别的实物编程装置的控制方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1，本发明提供一种基于RFID多标签识别的实物编程装置，一种基于RFID多标签识别的实物编程装置，包括主控板、编程部分和执行部分，所述主控板、编程部分和执行部分之间进行通信，此外还设有给主控板、编程部分和执行部分进行供电的电源。
所述主控板上和执行部分上均设有通信模块互相进行通信，具体的，采用蓝牙2.4G通信。所述执行部分还包括通信模块、控制电路和若干个执行指令的电子积木。
所述编程部分包括编程板、若干实物编程块、单片机，所述实物编程块内设有RFID电子标签，所述编程板上设有至少一个供所述实物编程块放置的感应区，每个所述感应区下设有RFID阅读器和RFID 天线，RFID天线用于配合RFID阅读器识别放置在所述感应区上的实物编程块上的RFID电子标签；所述单片机用于将识别得到的射频信号生成程序并将程序传输至主控板；所述主控板将程序传输至执行部分，所述控制电路控制电子积木进行工作；单片机采用STM32单片机，通过8通道模拟开关来实现切换连接到RFID阅读器。RFID电子标签采用标准RFID芯片，使用ISO 14443或ISO 15693协议。
若干的所述实物编程块中包括至少一个的基础功能底块和至少一个的功能编程块，所述基础功能底块对应的为执行指令的电子积木，所述功能编程块对应为该电子积木的所执行的指令动作；至少一个所述基础功能底块和至少一个功能编程块同时放置在同一个感应区中时，所述RFID阅读器对感应区中放置的基础功能底块和功能编程块上的RFID电子标签进行识别，并将识别到的射频信号发送至所述单片机进行处理；
所述RFID阅读器装载有RFID多标签识别防冲突算法。具体的，采用ISO 14443协议时防冲突算法可以选择为帧内的位检测防碰撞循环算法，采用ISO 15693协议时防冲突算法可以选择为16时隙方式和单时隙方式。
进一步设置为：所述功能编程块包括功能选择块组、数值块组、逻辑比较块组，所述功能选择块组包括多个颜色不同的选择块，对应电子积木执行的指令；所述数值块组包括多个不同数值的数值块；所述逻辑比较块包括多个不同逻辑运算符的逻辑比较块。优选的，所述基础功能底块包括电机块、摇杆块、滑杆块、红外传感器块、发声块、发光块、倾角块、响度块，其对应的为执行部分中的电子积木为电机、摇杆、滑杆、红外传感器、发声装置、发光装置、姿态模块、声音传感器；用户也可以增加更多功能的电动执行件、传感器等电子积木。所述功能编程块包括功能选择块组、数值块组、逻辑比较块组，分别对应电子积木的功能状态、数值、逻辑关系。具体的，功能选择块组包括红色块、蓝色块、黄色块、绿色块，预先赋予每个颜色的选择块不同的功能；数值块组包括0数值块、25数值块、50数值块、75数值块、100数值块；逻辑比较块组包括大于块、小于块、等于块，具体的数值和逻辑运算根据用户需求可以设置为更多选项。不同的种类的功能编程块外表设置为不同的颜色方便用户进行区分。具体的，当基础功能底块为摇杆时，与其放置一起的红色块表示方向朝上，蓝色块表示方向朝下，黄色块表示方向朝左，绿色块表示方向朝右，而当基础功能底块为电机时，则红色块表示第一个电机，蓝色块表示第二个电机，黄色表示左转，绿色表示右转。这些功能状态根据不同的基础功能底块预先进行匹配设置。当不同的基础功能底块和功能选择块放置一起时，单片机自动对功能选择块进行识别对应该基础功能底块的功能状态。
进一步设置为：所述功能选择块组、数值块组、逻辑比较块组的外表面分别设置为不同的颜色。具体的，将数值块组设为白色，逻辑比较块组设为黑色。
进一步设置为：所述基础功能底块和所述功能编程块设置为不同的立体形状。
进一步设置为：所述基础功能底块上设有供所述功能编程块放置的凹槽。不同的基础功能底块立体形状相同，当其中的凹槽根据基础功能底块上面放置的功能编程块进行设置，因此不同的基础功能底块表面有不同的丝印。
进一步设置为：所述编程板上设有供用户启动和停止编程的操作按钮。
优选的，基础功能底块设置为长方体，功能编程块设置为圆柱体，方便用户进行区分。
优选的，所述感应区设有16个，在编程板上形成4*4的阵列。
优选的，在编程板上设置供所述主控板进行插拔的卡槽。
优选的，同一感应区中的基础功能底块和功能编程块进行上下叠放，一个感应区的尺寸与一个基础功能底块和功能编程块的尺寸进行适配，进一步减小编程板的大小尺寸。
此外，执行部分上还设有显示屏，用于显示程序是否正确。
参考图2，本发明还提供一种基于RFID多标签识别的实物编程装置的控制方法，包括以下步骤：
步骤一：根据待实现的程序任务，将实物编程块按照单片机对感应区进行射频信息扫描的顺序放置在感应区中，所述扫描的顺序预先进行设置；一个感应区中放置一个基础功能块和至少一个功能编程块；
步骤二：启动主控板、编程部分、执行部分，所述RFID阅读器对放置在其对应的感应区中的基础功编程块和功能编程块的RFID标签进行射频识别，所述RFID阅读器读取每个RFID标签的编码信息；
步骤三：RFID阅读器读取结束，将读取到的编码信号传输至所述单片机进行处理生成程序；
步骤四：单片机对基础功能底块和功能编程块组合关系进行判断，程序错误则提示用户修改基础功编程块和功能编程块的放置，程序正确则根据基础功能底块对应的电子积木和功能编程块对应的指令动作生成指令序列，直到所有的实物编程块都识别完成，编程结束；其中基础功能底块和功能编程块组合关系、基础功能底块和电子积木的对应关系、功能编程块和指令动作的对应关系都预先存储在单片机中；
步骤五：单片机将指令序列传输至主控板，主控板将指令传输至执行部分，执行部分运行过程中将执行信息反馈至主控板，主控板继续生成指令；
步骤六：执行部分的控制电路根据接收到的程序控制电子积木运行。
进一步设置为：步骤一中扫描方式采用循环扫描，步骤四中的判断方式采用能流方式。
具体的，对编程板上4*4的感应区阵列按照从左到右、从上到下的次序进行扫描。能流判断是指程序执行时每一段指令都是由条件加上执行组成，每一个条件执行的结果是真或者假，如果为真就执行下去，为假就结束执行，程序可以有多段组成，中间可以加隔离块。
实施例：
设定编程目标为执行部分上的红外传感器监测到50cm内有障碍物时，则执行部分上的LED灯进行闪烁，蜂鸣器发出报警音乐，若 50cm内没有障碍物则LED灯不亮，蜂鸣器不叫。
步骤一：用户将表示红外传感器的红外传感器块放置在第一行第一列的感应区中，将表示逻辑关系的小于块、表示距离的50数值块依次叠放在红外传感器块上方，将表示LED灯的发光块放置在第一行第二列的感应区中，表示发红光的功能选择块中的红色块、表示亮度的100数值块依次叠放在发光块上方，将表示蜂鸣器的发声块放置在第一行第三列的感应区中，表示预设的第一段音乐的功能选择块中的红色块、表示响度的100数值块依次叠放在发声块上方。
步骤二：启动编程，单片机通过2个8通道模拟开关依次切换 RFID天线，RFID阅读器对放置在其对应的感应区中的基础功编程块和功能编程块的RFID标签进行射频识别，所述RFID阅读器读取每个RFID标签的编码信息；
步骤三：RFID阅读器读取结束，将读取到的编码信号传输至所述单片机进行处理生成程序；
步骤四：单片机对程序的编程逻辑进行判断，红外传感器块、数值块、逻辑比较块组合关系正确，发光块、数值块、逻辑比较块组合关系正确，发生块、数值块、逻辑比较块组合关系正确，则按照其在编程板上的放置顺序生成指令序列；
步骤五：单片机将指令序列通过串口传输至主控板，主控板将指令传输至执行部分，执行部分运行过程中将红外传感器感应到的与障碍物的距离反馈至主控板，主控板进行判断距离是否小于50cm，若小于50cm则向控制电路发送控制LED灯和蜂鸣器工作的指令，否则发送LED灯和蜂鸣器不工作的指令；
步骤六：执行部分的控制电路根据接收到的程序控制电子积木运行，当红外传感器监测到50cm内有障碍物时，执行部分的LED灯进行红灯闪烁，蜂鸣器发出报警音乐，50cm内没有障碍物时，LED灯不亮，蜂鸣器不叫。
以上实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围，因此本发明专利的保护范围应以权利要求为准。

Claims (9)

1.一种基于RFID多标签识别的实物编程装置，包括主控板、编程部分和执行部分，所述主控板、编程部分和执行部分之间进行通信，其特征在于：
所述主控板上设有通信模块；所述执行部分包括通信模块、控制电路和若干个执行指令的电子积木；
所述编程部分包括编程板、若干实物编程块和单片机，所述实物编程块内设有RFID电子标签，所述编程板上设有至少一个供所述实物编程块放置的感应区，每个所述感应区下设有RFID阅读器和RFID天线，用于配合RFID阅读器识别放置在所述感应区上的实物编程块上的RFID电子标签；所述单片机用于将识别得到的射频信号生成程序并将程序传输至主控板；所述主控板将程序传输至执行部分，所述控制电路控制电子积木进行工作；
若干的所述实物编程块中包括至少一个的基础功能底块和至少一个的功能编程块，所述基础功能底块对应的为执行指令的电子积木，所述功能编程块对应为该电子积木的所执行的指令动作；至少一个所述基础功能底块和至少一个功能编程块同时放置在同一个感应区中时，所述RFID阅读器对感应区中放置的基础功能底块和功能编程块上的RFID电子标签进行识别，并将识别到的射频信号发送至所述单片机进行处理；
所述RFID阅读器装载有RFID多标签识别防冲突算法。
2.根据权利要求1所述的一种基于RFID多标签识别的实物编程装置，其特征在于：所述功能编程块包括功能选择块组、数值块组、逻辑比较块组，所述功能选择块组包括多个颜色不同的选择块，对应电子积木执行的指令；所述数值块组包括多个不同数值的数值块；所述逻辑比较块包括多个不同逻辑运算符的逻辑比较块。
3.根据权利要求2所述的一种基于RFID多标签识别的实物编程装置，其特征在于：所述数值块组和逻辑比较块组的外表面分别设置为与所述功能选择块组不同的颜色。
4.根据权利要求1所述的一种基于RFID多标签识别的实物编程装置，其特征在于：所述基础功能底块和所述功能编程块设置为不同的立体形状。
5.根据权利要求1所述的一种基于RFID多标签识别的实物编程装置，其特征在于：所述基础功能底块上设有供所述功能编程块放置的凹槽。
6.根据权利要求1所述的一种基于RFID多标签识别的实物编程装置，其特征在于：所述编程板上设有供用户启动和停止编程的操作按钮。
7.根据权利要求1所述的一种基于RFID多标签识别的实物编程装置，其特征在于：所述主控板和执行部分之间采用蓝牙通信。
8.基于权利要求1-7任一项所述的基于RFID多标签识别的实物编程装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：根据待实现的程序任务，将实物编程块按照单片机对感应区进行射频信息扫描的顺序放置在感应区中，所述扫描的顺序预先进行设置；一个感应区中放置一个基础功能块和至少一个功能编程块；
步骤二：启动主控板、编程部分、执行部分，所述RFID阅读器对放置在其对应的感应区中的基础功编程块和功能编程块的RFID标签进行射频识别，所述RFID阅读器读取每个RFID标签的编码信息；
步骤三：RFID阅读器读取结束，将读取到的编码信号传输至所述单片机进行处理生成程序；
步骤四：单片机对基础功能底块和功能编程块组合关系进行判断，程序错误则提示用户修改基础功编程块和功能编程块的放置，程序正确则根据基础功能底块对应的电子积木和功能编程块对应的指令动作生成指令序列，直到所有的实物编程块都识别完成，编程结束；其中基础功能底块和功能编程块组合关系、基础功能底块和电子积木的对应关系、功能编程块和指令动作的对应关系都预先存储在单片机中；
步骤五：单片机将指令序列传输至主控板，主控板将指令传输至执行部分，执行部分运行过程中将执行信息反馈至主控板，主控板继续生成指令；
步骤六：执行部分的控制电路根据接收到的程序控制电子积木运行。
9.根据权利要求8所述的一种基于RFID多标签识别的实物编程装置的控制方法，其特征在于：步骤一中扫描方式采用循环扫描，步骤四中的判断方式采用能流方式。
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