CN112581828B - 一种基于运算符的实物编程控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于运算符的实物编程控制系统，包括主控板、若干个实物编程模块、扫描电路、识别模块、操作按键和存储模块；若干个实物编程模块与主控板匹配连接，实物编程模块用于搭载语义逻辑信息，主控板用于根据实物编程模块的语义逻辑信息进行排序并生成或选择相应的功能程序，扫描电路与主控板连接，扫描电路用于扫描实物编程模块是否安装在主控板上，识别模块与主控板连接，识别模块用于识别实物编程模块的语义信息，操作按键安装在主控板上；本发明在实物编程模块中加入各种运算符模块，完善运算符体系，使用户能更好的根据自己的意图进行逻辑程序的搭建，有助于儿童的逻辑思维学习，整体的编程方法简单实用，有利于儿童使用和学习。

Description

一种基于运算符的实物编程控制系统

技术领域

本发明涉及人机交互技术领域，尤其涉及一种基于运算符的实物编程控制系统。

背景技术

运算符是编程的基础概念之一，在实物化编程的场景里里，也需要同样的概念。本发明主要在实物编程中引入运算符，可运用于实物编程的运算中。目前实物编程由于符号体系不完善，还没有相对完整的运算符，造成了四则运算中如果出现负值以及小数等特殊值时，则无法进行运算或者影响程序正常运行，对儿童编程学习者的理解造成障碍。

例如，申请号为CN201710401894.9，申请日为2017年05月31日的中国专利申请公开了一种实物编程方法，包括S1制作或提供若干实物编程块，所述实物编程块设有识别标识；S2建立实物编程显示环境；S3根据所要实现的程序任务要求在所述实物编程显示环境中摆放所述实物编程块以编程生成实物编程块序列；S4使用搭载有实物编程应用程序的移动终端对所述实物编程显示环境中的所述实物 编程块序列信息进行识别，所述实物编程块序列信息包括各所述实物编程块的所述识别标 识及其逻辑关系；S5通过所述实物编程应用程序控制行走装置根据所述实物编程块序列信息在所述实 物编程显示环境中实施动作。该申请的实物编程方法引入运算符，在实际运算过程中容易出现故障。

发明内容

本发明主要解决现有的技术实物编程中没有完整的运算符体系的问题；提供一种基于运算符的实物编程控制系统，加入多种运算符模块，完善运算符体系，易实现，便于儿童编程学习者理解。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种基于运算符的实物编程控制系统，包括主控板、若干个实物编程模块、扫描电路、识别模块、操作按键和存储模块；若干个所述实物编程模块与所述主控板匹配连接，所述实物编程模块用于搭载语义逻辑信息，所述主控板用于根据实物编程模块的语义逻辑信息进行排序并生成或选择相应的功能程序，所述扫描电路与主控板连接，所述扫描电路用于扫描实物编程模块是否安装在主控板上，所述识别模块与主控板连接，所述识别模块用于识别实物编程模块的语义信息，所述操作按键安装在主控板上，所述操作按键用于启动功能程序的执行，所述存储模块与主控板连接，所述存储模块存储有若干个功能程序。将带有运算符的实物编程模块放置在主控板上，即可实现运算符的实物编程，完善运算符体系，易实现，便于儿童编程学习者理解。

作为优选，所述的实物编程模块包括绝对值模块、取整模块、四则运算模块、运算符集成化模块以及变量模块；所述绝对值模块包括绝对值起始模块和绝对值结束模块，用于对运算值进行绝对值运算，所述绝对值起始模块和绝对值结束模块设置有相匹配的连接接口；所述取整模块包括向上取整起始模块、向上取整结束模块、向下取整起始模块和向下取整结束模块，用于对运算值进行取整运算，所述向上取整起始模块和向上取整结束模块设置有相匹配的连接接口，所述向下取整起始模块和向下取整结束模块设置有相匹配的连接接口；所述四则运算模块包括加法模块、减法模块、乘法模块、除法模块、左括号模块和右括号模块，所述加法模块用于对运算值进行加法运算，所述减法模块用于对运算值进行减法运算，所述乘法模块用于对运算值进行乘法运算，所述除法模块用于对运算值进行除法运算，所述左括号模块和右括号模块用于对运算值进行优先级运算；所述运算符集成化模块包括运算符模块以及设置在运算符模块上的运算符可选开关，用于对实物编程模块进行合并、归类和扩展；所述变量模块包括若干个变量名模块和若干个数值模块，每个变量名模块对应匹配一个数值模块，用于变量设置。提供和设计各种运算符模块，各个运算符模块为积木的方块物，相对应的模块之间有特点的接口，使得儿童能更好的识别相同类型或同一类型的运算模块，便于儿童编程学习者理解。

作为优选，所述的主控板包括基体、MCU和供电模块，所述MCU和供电模块均设置在基体内，所述基体上设置有若干个连接触点，若干个所述连接触点成阵列分布，所述实物编程模块设有与所述连接触点相匹配的连接槽，所述实物编程模块通过连接触点和连接槽与MCU连接。通过连接触点实现实物编程模块与主控板之间的通电连接以及实物编程模块的逻辑代码关系被MCU识别并转换为相应的功能程序。

作为优选，所述的连接触点上为第一磁铁，所述连接槽内设有与所述第一磁铁相匹配的第二磁铁。使得实物编程模块与主控板之间的连接更加可靠，不会脱落。

作为优选，所述的基体上设置有若干个安装槽，所述安装槽底座设置有安装底座，在所述安装底座内安装有线圈，所述线圈通过一控制开关与供电模块连接，所述控制开关的控制端与MCU连接，所述第一磁铁为一磁球，所述磁球通过一连杆与基体连接，所述磁球安装在安装底座的上方。安装底座的制作材料为非磁性材料，正常情况下，线圈不通电，就不会产生磁性，安装底座不会吸附磁球，当MCU无法根据实物编程模块进行功能程序的生成或选择时，可通过一自检电路对实物编程模块的安装状态和安装顺序进行自检，判断实物编程模块是否与主控板进行稳定连接时，对每个通电线圈分别进行断电处理，判断哪个实物编程模块代表的语义逻辑无法在MCU中表达即可判断实物编程模块是否与主控板进行稳定连接。

作为优选，所述线圈通电产生的磁力大于第一磁铁与第二磁铁相互吸引的磁力。保证线圈通电时能将磁球吸附到安装底座上。

作为优选，所述的识别模块包括若干个RFID标签和RFID读写器，所述RFID读写器安装在主控板上，用于读取RFID标签的信息，所述RFID标签安装在实物编程模块上，用于存储语义逻辑信息和编号信息。虽然不同类型的实物编程模块具有不同的接口，但是接口种类是有限的，有可能存在两个类型的实物编程模块的接口相同或相似，导致其外表能正常对接，会误导儿童将两个不同类型的实物编程模块进行连接，在这种情况下，主控板是无法识别的，需要语音或指示灯进行错误提示，并进行纠正，同时，给每个实物编程模块进行相应的RFID编号，当放置在主控板上相邻位置的实物编程模块的RFID编号不相邻时，则判断两个实物编程模块的放置顺序出错，在基体上设置指示灯或设置语音模块，进行相应的语音或指示灯错误提示，并进行纠正，便于儿童编程学习者理解。

本发明的有益效果是：本发明在实物编程模块中加入各种运算符模块，完善运算符体系，使用户能更好的根据自己的意图进行逻辑程序的搭建，有助于儿童的逻辑思维学习，整体的编程方法简单实用，有利于儿童使用和学习。

附图说明

图1是本发明实施例的安装槽的结构示意图。

图中1、基体，2、安装槽，3、连杆，4、磁球，5、安装底座，6、线圈。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：一种基于运算符的实物编程控制系统，包括主控板、若干个实物编程模块、扫描电路、识别模块、操作按键和存储模块；若干个实物编程模块与主控板匹配连接，实物编程模块用于搭载语义逻辑信息，主控板用于根据实物编程模块的语义逻辑信息进行排序并生成或选择相应的功能程序，扫描电路与主控板连接，扫描电路用于扫描实物编程模块是否安装在主控板上，识别模块与主控板连接，识别模块用于识别实物编程模块的语义信息，操作按键安装在主控板上，操作按键用于启动功能程序的执行，存储模块与主控板连接，存储模块存储有若干个功能程序。

设置的实物编程模块可以定制也可以是临时制作，用户根据自己的喜好进行自定义形状的设计，只需要设计完成后，将带有身份识别和逻辑含义的RFID标识码贴上即可形成一个实物编程模块。

实物编程模块包括绝对值模块、取整模块、四则运算模块、运算符集成化模块以及变量模块；绝对值模块包括绝对值起始模块和绝对值结束模块，用于对运算值进行绝对值运算，绝对值起始模块和绝对值结束模块设置有相匹配的连接接口；取整模块包括向上取整起始模块、向上取整结束模块、向下取整起始模块和向下取整结束模块，用于对运算值进行取整运算，向上取整起始模块和向上取整结束模块设置有相匹配的连接接口，向下取整起始模块和向下取整结束模块设置有相匹配的连接接口；四则运算模块包括加法模块、减法模块、乘法模块、除法模块、左括号模块和右括号模块，加法模块用于对运算值进行加法运算，减法模块用于对运算值进行减法运算，乘法模块用于对运算值进行乘法运算，除法模块用于对运算值进行除法运算，左括号模块和右括号模块用于对运算值进行优先级运算；运算符集成化模块包括运算符模块以及设置在运算符模块上的运算符可选开关，用于对实物编程模块进行合并、归类和扩展；变量模块包括若干个变量名模块和若干个数值模块，每个变量名模块对应匹配一个数值模块，用于变量设置。

如图1所示，主控板包括基体1、MCU和供电模块，MCU和供电模块均设置在基体1内，基体1上设置有若干个连接触点，若干个连接触点成阵列分布，实物编程模块设有与连接触点相匹配的连接槽，实物编程模块通过连接触点和连接槽与MCU连接。

基体1上设置有若干个安装槽2，安装槽2底座设置有安装底座5，在安装底座5内安装有线圈6，线圈6通过一控制开关与供电模块连接，控制开关的控制端与MCU连接，连接触点为磁球4，磁球4通过连杆3与基体1连接，磁球4安装在安装底座5的上方，连接槽内设有与磁球4相匹配的第二磁铁，线圈6通电产生的磁力大于第一磁铁与第二磁铁相互吸引的磁力。

识别模块包括若干个RFID标签和RFID读写器，RFID读写器安装在主控板上，用于读取RFID标签的信息，RFID标签安装在实物编程模块上，用于存储语义逻辑信息和编号信息。

识别实物编程模块的方法为：在每个实物编程模块上设置RFID装置，通过检测RFID信息判断实物编程模块的身份信息或者设置不同实物编程模块的内阻大小，根据不同实物编程模块放置在主控板上通电后电流的大小判断实物编程模块的身份信息。

虽然不同类型的实物编程模块具有不同的接口，但是接口种类是有限的，有可能存在两个类型的实物编程模块的接口相同或相似，导致其外表能正常对接，会误导儿童将两个不同类型的实物编程模块进行连接，在这种情况下，主控板是无法识别的，需要语音或指示灯进行错误提示，并进行纠正，同时，给每个实物编程模块进行相应的RFID编号，当放置在主控板上相邻位置的实物编程模块的RFID编号不相邻时，则判断两个实物编程模块的放置顺序出错，在基体1上设置指示灯或设置语音模块，进行相应的语音或指示灯错误提示，并进行纠正，便于儿童编程学习者理解。

在主控板上设置有启动按键和关闭按键，将准备好的实物编程积木放置在主控板上后，主控板对每个编程积木进行扫描和识别，若识别过程中，发现放置在主控板上的积木没有相应的RFID标签，则表示该积木不是配套的编程积木，通过语音或指示灯进行提示；若识别过程中，发现编程积木没有按顺序放置，也需要通过语音或指示灯进行提示，正确放置后，即可通过启动按键，将实物编程模块代表的逻辑关系转换为对应的程序指令，进行相应的程序控制。

在编程体系中，进行逻辑设置往往需要相对完整的运算符，当通过绝对值模进行取绝对值时：先将绝对值起始模块放置在主控板上，再选取一个符合绝对值起始模块接口的数值模块按顺序放置，最后将绝对值结束模块按顺序放置，其中，绝对值起始模块和绝对值结束模块具有相邻的RFID编号，数值模块的RFID编号为空白状态或者设定为特殊编号，不参与实物编程模块的顺序判断。

本发明还提供另一种可以不按顺序放置的方法，即在主控板内设置有程序列表，程序列表显示在显示屏上，通过主控板上的按键进行选取，当选定某一个程序时，用户可拿起关于该程序的实物编程积木，将实物编程积木随意放置在主控板上，主控板根据设定的逻辑程序将编程积木进行自动排序，形成正确的逻辑程序，实现被控物体的控制。

本发明的运算符集成化模块还可以通过设置前置模块、数值型模块和后置模块进行实物编程模块的合并、归类和扩展，数值型模块设有与前置模块和后置模块相匹配的接口。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (3)

1.一种基于运算符的实物编程控制系统，其特征在于，包括：

主控板、若干个实物编程模块、扫描电路、识别模块、操作按键和存储模块；若干个所述实物编程模块与所述主控板匹配连接，所述实物编程模块用于搭载语义逻辑信息，所述主控板用于根据实物编程模块的语义逻辑信息进行排序并生成或选择相应的功能程序，所述扫描电路与主控板连接，所述扫描电路用于扫描实物编程模块是否安装在主控板上，所述识别模块与主控板连接，所述识别模块用于识别实物编程模块的语义信息，所述操作按键安装在主控板上，所述操作按键用于启动功能程序的执行，所述存储模块与主控板连接，所述存储模块存储有若干个功能程序；

所述主控板包括基体、MCU和供电模块，所述MCU和供电模块均设置在基体内，所述基体上设置有若干个连接触点，若干个所述连接触点成阵列分布，所述实物编程模块设有与所述连接触点相匹配的连接槽，所述实物编程模块通过连接触点和连接槽与MCU连接；

所述连接触点为第一磁铁，所述连接槽内设有与所述第一磁铁相匹配的第二磁铁；

所述基体上设置有若干个安装槽，所述安装槽底座设置有安装底座，在所述安装底座内安装有线圈，所述线圈通过一控制开关与供电模块连接，所述控制开关的控制端与MCU连接，所述第一磁铁为一磁球，所述磁球通过一连杆与基体连接，所述磁球安装在安装底座的上方；

所述线圈通电产生的磁力大于第一磁铁与第二磁铁相互吸引的磁力；

安装底座的制作材料为非磁性材料，正常情况下，线圈不通电，就不会产生磁性，安装底座不会吸附磁球，当MCU无法根据实物编程模块进行功能程序的生成或选择时，可通过一自检电路对实物编程模块的安装状态和安装顺序进行自检，判断实物编程模块是否与主控板进行稳定连接，对每个通电线圈分别进行断电处理，判断哪个实物编程模块代表的语义逻辑无法在MCU中表达即可判断实物编程模块是否与主控板进行稳定连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于运算符的实物编程控制系统，其特征在于，

所述实物编程模块包括绝对值模块、取整模块、四则运算模块、运算符集成化模块以及变量模块；

所述绝对值模块包括绝对值起始模块和绝对值结束模块，用于对运算值进行绝对值运算，所述绝对值起始模块和绝对值结束模块设置有相匹配的连接接口；

所述取整模块包括向上取整起始模块、向上取整结束模块、向下取整起始模块和向下取整结束模块，用于对运算值进行取整运算，所述向上取整起始模块和向上取整结束模块设置有相匹配的连接接口，所述向下取整起始模块和向下取整结束模块设置有相匹配的连接接口；

所述四则运算模块包括加法模块、减法模块、乘法模块、除法模块、左括号模块和右括号模块，所述加法模块用于对运算值进行加法运算，所述减法模块用于对运算值进行减法运算，所述乘法模块用于对运算值进行乘法运算，所述除法模块用于对运算值进行除法运算，所述左括号模块和右括号模块用于对运算值进行优先级运算；

所述运算符集成化模块包括运算符模块以及设置在运算符模块上的运算符可选开关，用于对实物编程模块进行合并、归类和扩展；

所述变量模块包括若干个变量名模块和若干个数值模块，每个变量名模块对应匹配一个数值模块，用于变量设置。

3.根据权利要求1所述的一种基于运算符的实物编程控制系统，其特征在于，

所述识别模块包括若干个RFID标签和RFID读写器，所述RFID读写器安装在主控板上，用于读取RFID标签的信息，所述RFID标签安装在实物编程模块上，用于存储语义逻辑信息和编号信息。

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