CN111710219A - 一种示教算盘及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及教学教具技术领域，具体涉及一种示教算盘及其控制方法，所述示教算盘包括：算盘主体、主控模块、和所述主控模块电连接的矩阵键盘、转换模块和语音模块和语音模块；所述算盘主体的算柱为空心圆柱，所述算盘主体的横梁将空心圆柱分为上部和下部，当拨动算珠进行运算时，每根空心圆柱的上部和下部均只露出一个光敏电阻；转换模块根据光敏电阻的阻值生成的二进制数据，主控模块将所述二进制数据转换为操作数字，并根据所述矩阵键盘检测的计算式生成示教指令，将所述操作数字与当前示教指令进行比对，语音模块播报所述示教指令对应的运算步骤或操作错误的语音，本发明提供的示教算盘及其控制方法具有良好的互动性、实时性。

Description

一种示教算盘及其控制方法
技术领域
本发明涉及教学教具技术领域，具体涉及一种示教算盘及其控制方法。
背景技术
传统的算盘使用起来枯燥乏味，珠算口诀难以记住，学习效率和教学质量欠佳；一些教学辅助的算盘也仅仅提供结果核对功能，不能对使用者提供实时的操作指导，也不能实时的对操作者进行操作规范，互动性、实时性较差。
发明内容
本发明目的在于提供一种示教算盘及其控制方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种示教算盘，包括：算盘主体、主控模块、矩阵键盘、转换模块和语音模块，所述主控模块分别与矩阵键盘、转换模块和语音模块电连接；
所述算盘主体的算柱为空心圆柱，所述算盘主体的横梁将空心圆柱分为上部和下部，每根空心圆柱的上部等间距设有2个方形孔，并穿有1颗算珠，每根空心圆柱的下部等间距设有5个方形孔，并穿有4颗算珠，每个所述方形孔均设有1个光敏电阻，每根空心圆柱上的7个光敏电阻和1个参考电阻形成一个光敏电阻队列，全部空心圆柱上的光敏电阻队列形成光敏电阻阵列，当拨动算珠进行运算时，每根空心圆柱的上部和下部均只露出1个光敏电阻；
所述转换模块，用于根据所述光敏电阻阵列中电阻值的变化生成二进制数据；
所述矩阵键盘，作为用户输入的元件，用于检测用户输入的计算式，所述计算式为四则运算的算术式子；
所述主控模块，用于将所述计算式按顺序分解为多条示教指令，并计算每条示教指令的计算结果，其中，每条所述示教指令对应所述计算式的一个运算步骤，所述运算步骤由一个数字和该数字前面的运算符组成；
用于按顺序依次从多条示教指令中选取一条示教指令作为当前示教指令，并发送所述当前示教指令给语音模块；
用于获取所述转换模块生成的二进制数据，将所述二进制数据转换为操作数字；
以及用于判断所述操作数字与当前示教指令的计算结果是否一致，当所述操作数字与当前示教指令的计算结果不一致时，发送告警指令给所述语音模块；
所述语音模块，用于响应主控模块发送的当前示教指令，播报所述当前示教指令对应的运算步骤；以及响应主控模块发送的告警指令，播报操作错误的语音。
进一步，所述示教算盘还包括显示模块，所述显示模块与主控模块电连接，所述显示模块用于实时显示所述当前示教指令对应的运算步骤。
进一步，所述主控模块还存储有示教指令对应的口诀表，所述语音模块还用于响应主控模块发送的当前示教指令，在播报所述当前示教指令对应的数字或运算符之后，播报所述当前示教指令对应的口诀表。
进一步，所述转换模块包括：选择器、多个移位寄存器和多个比较电路，每个所述比较电路的输入端各自连接一路光敏电阻队列，输出端各自连接一个所述移位寄存器，每个所述移位寄存器的输出端均连接所述主控模块，所述选择器的输入端与主控模块的使能端连接，输出端分别与多个所述移位寄存器连接；
所述比较电路，用于将光敏电阻队列中7个光敏电阻的电压分别和参考电阻的电压进行比较，生成所述光敏电阻队列的电平信号；
所述移位寄存器，用于将所述光敏电阻队列的电平信号转换成二进制数据；
所述选择器，用于响应主控模块的轮询指令，从多个所述移位寄存器中选择一个移位寄存器向所述主控模块输出二进制数据。
进一步，所述比较电路由2个四路差动比较器LM339串联组成，所述移位寄存器采用74HC151DR，所述选择器采用74HC151DR。
进一步，所述主控模块的型号为合泰HT32F1765。
一种示教算盘的控制方法，应用于上述任一所述的示教算盘，包括以下步骤：
步骤S100、检测用户输入的计算式，所述计算式为四则运算的算术式子；
步骤S200、将所述计算式按顺序分解为多条示教指令，并计算每条示教指令的计算结果，其中，每条所述示教指令对应所述计算式的一个运算步骤，所述运算步骤由一个数字和该数字前面的运算符组成；
步骤S300、对多条示教指令排序，选取第一条示教指令作为当前示教指令；
步骤S400、触发语音模块播报当前示教指令对应的运算步骤；
步骤S500、实时获取转换模块生成的二进制数据，将所述二进制数据转换为操作数字；
步骤S600、判断所述操作数字与当前示教指令的计算结果是否一致，若否，则触发语音模块播报操作错误的语音，并跳转到步骤S400，若是，则执行步骤S700；
步骤S700、判断全部所述示教指令是否播报完毕，若否，则按顺序选取下一条示教指令作为当前示教指令，并跳转到步骤S400，若是，则结束。
进一步，所述步骤S300之后还包括：实时显示所述当前示教指令对应的运算步骤。
进一步，所述步骤S400之后还包括：触发语音模块播报所述当前示教指令对应的口诀表。
本发明的有益效果是：本发明提供一种示教算盘及其控制方法，本发明通过提供矩阵键盘输入计算式，根据所述计算式生成示教指令，通过语音模块播报所述示教指令对应的运算步骤，指导操作者按示教指令进行操作；并将所述操作数字与当前示教指令进行比对，通过语音模块播报操作错误的语音，对操作者的错误操作进行规范，相比现有技术，本发明提供的示教算盘操作简单，能对操作者进行实时指导和规范，具有良好的互动性、实时性。
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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一种示教算盘的电路结构框图；
图2是本发明实施例一种示教算盘的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
参考图1，如图1所示为本发明实施例提供的一种示教算盘，包括：算盘主体、主控模块、矩阵键盘、转换模块和语音模块，所述主控模块分别与矩阵键盘、转换模块和语音模块电连接；
所述算盘主体的算柱为空心圆柱，所述算盘主体的横梁将空心圆柱分为上部和下部，每根空心圆柱的上部等间距设有2个方形孔，并穿有1颗算珠，每根空心圆柱的下部等间距设有5个方形孔，并穿有4颗算珠，每个所述方形孔均设有1个光敏电阻，将每根空心圆柱上的7个光敏电阻和1个参考电阻作为一个光敏电阻队列，全部空心圆柱上的光敏电阻队列形成光敏电阻阵列，当拨动算珠进行运算时，每根空心圆柱的上部和下部均只露出1个光敏电阻；
所述转换模块，用于根据所述光敏电阻阵列中电阻值的变化生成二进制数据；
所述矩阵键盘，作为用户输入的元件，用于检测用户输入的计算式，所述计算式为四则运算的算术式子；
所述主控模块，用于将所述计算式按顺序分解为多条示教指令，并计算每条示教指令的计算结果，其中，每条所述示教指令对应所述计算式的一个运算步骤，所述运算步骤由一个数字和该数字前面的运算符组成；
用于按顺序依次从多条示教指令中选取一条示教指令作为当前示教指令，并发送所述当前示教指令给语音模块；
用于获取所述转换模块生成的二进制数据，将所述二进制数据转换为操作数字；
以及用于判断所述操作数字与当前示教指令的计算结果是否一致，当所述操作数字与当前示教指令的计算结果不一致时，发送告警指令给所述语音模块；
所述语音模块，用于响应主控模块发送的当前示教指令，播报所述当前示教指令对应的运算步骤；以及响应主控模块发送的告警指令，播报操作错误的语音。
本实施例中，将光敏电阻设置方形孔中，光敏电阻的引线从空心圆柱中穿出，光敏电阻的工作原理是基于内光电效应，光照愈强，阻值就愈低；当拨动算珠进行运算时，若光敏电阻漏出，则光敏电阻的阻值较小，若算珠将光敏电阻遮挡，则光敏电阻的阻值较大，光敏电阻的阻值大小导致输入转换模块的电平不同，每根空心圆柱上生成7个高低电平，转换模块将每根空心圆柱上的7个高低电平生成一个8位二进制数据，主控模块将所述二进制数据转换为操作数字，所述操作数字即为用户拨动算珠进行运算后的结果；本实施例通过提供矩阵键盘输入计算式，根据所述计算式生成示教指令，通过语音模块播报所述示教指令对应的运算步骤，指导操作者按示教指令进行操作；并将所述操作数字与当前示教指令进行比对，通过语音模块播报操作错误的语音，对操作者的错误操作进行规范，相比现有技术，本发明提供的示教算盘操作简单，能对操作者进行实时指导和规范，具有良好的互动性、实时性。
作为上述技术方案的进一步改进，所述示教算盘还包括显示模块，所述显示模块与主控模块电连接，所述显示模块用于实时显示所述当前示教指令对应的运算步骤。
作为上述技术方案的进一步改进，所述主控模块还存储有示教指令对应的口诀表，所述语音模块还用于响应主控模块发送的当前示教指令，在播报所述当前示教指令对应的数字或运算符之后，播报所述当前示教指令对应的口诀表。
作为上述技术方案的进一步改进，所述转换模块包括：选择器、多个移位寄存器和多个比较电路，每个所述比较电路的输入端各自连接一路光敏电阻队列，输出端各自连接一个所述移位寄存器，每个所述移位寄存器的输出端均连接所述主控模块，所述选择器的输入端与主控模块的使能端连接，输出端分别与多个所述移位寄存器连接；
所述比较电路，用于将光敏电阻队列中7个光敏电阻的电压分别和参考电阻的电压进行比较，生成所述光敏电阻队列的电平信号；
所述移位寄存器，用于将所述光敏电阻队列的电平信号转换成二进制数据；
所述选择器，用于响应主控模块的轮询指令，触发所述轮询指令对应的移位寄存器向主控模块输出二进制数据。
本实施例中，所述比较电路由2个四路差动比较器LM339串联组成，所述移位寄存器采用74HC151DR，所述选择器采用74HC151DR。
作为上述技术方案的进一步改进，所述主控模块的型号为合泰HT32F1765。
本实施例中，所述矩阵键盘为4×4的四则运算键盘，所述显示模块的型号为LCD1602，所述语音模块的型号为JQ8400FL-10P，所述主控模块的型号为合泰HT32F1765。
参考图2，本发明实施例还提供一种示教算盘的控制方法，应用于上述任一实施例所述的示教算盘，包括以下步骤：
步骤S100、检测用户输入的计算式；
其中，所述计算式为四则运算的算术式子；
步骤S200、将所述计算式按顺序分解为多条示教指令，并计算每条示教指令的计算结果；
其中，每条所述示教指令对应所述计算式的一个运算步骤，所述运算步骤由一个数字和该数字前面的运算符组成；
步骤S300、对多条示教指令排序，选取第一条示教指令作为当前示教指令；
步骤S400、触发语音模块播报当前示教指令对应的运算步骤；
步骤S500、实时获取转换模块生成的二进制数据，将所述二进制数据转换为操作数字；
步骤S600、判断所述操作数字与当前示教指令的计算结果是否一致，若否，则触发语音模块播报操作错误的语音，并跳转到步骤S400，若是，则执行步骤S700；
步骤S700、判断全部所述示教指令是否播报完毕，若否，则按顺序选取下一条示教指令作为当前示教指令，并跳转到步骤S400，若是，则结束。
在一个具体示例中，假设检测到用户输入的计算式为2*3+5，则首先将所述计算式按顺序分解为+2、*3、+5三个运算步骤，三个运算步骤的结果分别为2、6、11，接着触发语音模块播报+2，用户拨动算珠进行操作后，实时获取操作数字，判断该操作数字是否为2，若否，则再次触发语音模块播报+2，并实时获取操作数字，当判断该操作数字为2时，触发语音模块播报*3，直至操作者正确完成2*3+5的操作步骤。
作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤S300之后还包括：实时显示所述当前示教指令对应的运算步骤。
作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤S400之后还包括：触发语音模块播报所述当前示教指令对应的口诀表。
与现有技术相比，本发明实施例中提供的一种示教算盘的控制方法的有益效果与实施例中提供的一种示教算盘的有益效果相同，在此不做赘述。
尽管本发明的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求，考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本发明的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本发明进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本发明的非实质性改动仍可代表本发明的等效改动。

Claims (9)

1.一种示教算盘，其特征在于，包括：算盘主体、主控模块、矩阵键盘、转换模块和语音模块，所述主控模块分别与矩阵键盘、转换模块和语音模块电连接；
所述算盘主体的算柱为空心圆柱，所述算盘主体的横梁将空心圆柱分为上部和下部，每根空心圆柱的上部等间距设有2个方形孔，并穿有1颗算珠，每根空心圆柱的下部等间距设有5个方形孔，并穿有4颗算珠，每个所述方形孔均设有1个光敏电阻，每根空心圆柱上的7个光敏电阻和1个参考电阻形成一个光敏电阻队列，全部空心圆柱上的光敏电阻队列形成光敏电阻阵列，当拨动算珠进行运算时，每根空心圆柱的上部和下部均只露出1个光敏电阻；
所述转换模块，用于根据所述光敏电阻阵列中电阻值的变化生成二进制数据；
所述矩阵键盘，作为用户输入的元件，用于检测用户输入的计算式，所述计算式为四则运算的算术式子；
所述主控模块，用于将所述计算式按顺序分解为多条示教指令，并计算每条示教指令的计算结果，其中，每条所述示教指令对应所述计算式的一个运算步骤，所述运算步骤由一个数字和该数字前面的运算符组成；
用于按顺序依次从多条示教指令中选取一条示教指令作为当前示教指令，并发送所述当前示教指令给语音模块；
用于获取所述转换模块生成的二进制数据，将所述二进制数据转换为操作数字；
以及用于判断所述操作数字与当前示教指令的计算结果是否一致，当所述操作数字与当前示教指令的计算结果不一致时，发送告警指令给所述语音模块；
所述语音模块，用于响应主控模块发送的当前示教指令，播报所述当前示教指令对应的运算步骤；以及响应主控模块发送的告警指令，播报操作错误的语音。
2.根据权利要求1所述的一种示教算盘，其特征在于，还包括显示模块，所述显示模块与主控模块电连接，所述显示模块用于实时显示所述当前示教指令对应的运算步骤。
3.根据权利要求1所述的一种示教算盘，其特征在于，所述主控模块还存储有示教指令对应的口诀表，所述语音模块还用于响应主控模块发送的当前示教指令，在播报所述当前示教指令对应的数字或运算符之后，播报所述当前示教指令对应的口诀表。
4.根据权利要求1所述的一种示教算盘，其特征在于，所述转换模块包括：选择器、多个移位寄存器和多个比较电路，每个所述比较电路的输入端各自连接一路光敏电阻队列，输出端各自连接一个所述移位寄存器，每个所述移位寄存器的输出端均连接所述主控模块，所述选择器的输入端与主控模块的使能端连接，输出端分别与多个所述移位寄存器连接；
所述比较电路，用于将光敏电阻队列中7个光敏电阻的电压分别和参考电阻的电压进行比较，生成所述光敏电阻队列的电平信号；
所述移位寄存器，用于将所述光敏电阻队列的电平信号转换成二进制数据；
所述选择器，用于响应主控模块的轮询指令，从多个所述移位寄存器中选择一个移位寄存器向所述主控模块输出二进制数据。
5.根据权利要求4所述的一种示教算盘，其特征在于，所述比较电路由2个四路差动比较器LM339串联组成，所述移位寄存器采用74HC151DR，所述选择器采用74HC151DR。
6.根据权利要求1所述的一种示教算盘，其特征在于，所述主控模块的型号为合泰HT32F1765。
7.一种示教算盘的控制方法，其特征在于，应用于权利要求1至6任一所述的示教算盘，包括以下步骤：
步骤S100、检测用户输入的计算式，所述计算式为四则运算的算术式子；
步骤S200、将所述计算式按顺序分解为多条示教指令，并计算每条示教指令的计算结果，其中，每条所述示教指令对应所述计算式的一个运算步骤，所述运算步骤由一个数字和该数字前面的运算符组成；
步骤S300、对多条示教指令排序，选取第一条示教指令作为当前示教指令；
步骤S400、触发语音模块播报当前示教指令对应的运算步骤；
步骤S500、实时获取转换模块生成的二进制数据，将所述二进制数据转换为操作数字；
步骤S600、判断所述操作数字与当前示教指令的计算结果是否一致，若否，则触发语音模块播报操作错误的语音，并跳转到步骤S400，若是，则执行步骤S700；
步骤S700、判断全部所述示教指令是否播报完毕，若否，则按顺序选取下一条示教指令作为当前示教指令，并跳转到步骤S400，若是，则结束。
8.根据权利要求7所述的一种示教算盘的控制方法，其特征在于，所述步骤S300之后还包括：实时显示所述当前示教指令对应的运算步骤。
9.根据权利要求7所述的一种示教算盘的控制方法，其特征在于，所述步骤S400之后还包括：触发语音模块播报所述当前示教指令对应的口诀表。
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