CN113805866A - 一种面向物联网应用的编程教育方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向物联网应用的编程教育方法及系统，系统包括传感终端、网关、服务器和人机交互设备，传感终端支持信息的感知和对继电器模块的控制；网关汇聚传感终端的信息后上报服务器，同时接收服务器的控制信息，转换为传感终端的控制指令，实现对继电器模块的控制；服务器提供应用服务功能，接收各网关上报的数据，转发给人机交互设备显示，并根据人机交互设备编辑的程序进行逻辑控制，形成反馈控制信息，下发到对应的网关设备，用于控制网关下辖的各传感终端；人机交互设备根据图形组合形成程序逻辑，并下发给服务器，同时接收服务器反馈的信息，进行显示。借助此系统，可灵活便捷的实现物联网设备的连接、控制，物联网应用程序的开发。

Description

一种面向物联网应用的编程教育方法及系统

技术领域

本发明涉及一种面向物联网应用的编程教育方法及系统，属于网络教育技术领域。

背景技术

近几年，随着全世界开始将编程列为中小学必修内容，我国也意识到编程教育的重要性。为了缩小与世界其他国家之间的教育差距，国家相继出台了多个鼓励和发展编程教育低龄化的文件。进而解决我国高素质人才稀缺的困窘，帮助我国实现“弯道超车”，更是为了将来我国能在世界人工智能领域占有一席之地。

物联网即“万物相连的互联网”，是信息科技产业的第三次革命。物联网是指通过信息传感设备，按约定的协议，将任何物体与网络相连接，物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能，物联网的应用设计信息采集、处理、反馈等流程，与大数据、人工智能等技术融会贯通，需要清晰完整的编程思维支撑起实现，对于少儿逻辑运算能力的培养有较大帮助，但现在市场上，对少儿的编程培训还停留在线下阶段，没有充分利用互联网与物联网的优势。

综上，亟需设计一种易于上手、实用的、面向物联网应用的少儿编程教育工具。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于物联网应用编程教育的系统，能够提高对编程教育培训的效果。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种面向物联网应用的编程教育方法，基于编程教育系统，所述编程教育系统包括传感终端、网关、服务器和人机交互设备；包括以下步骤：

所述传感终端向所述网关发送采集的信息、控制指令响应的反馈信息、自身设备的状态信息；

所述网关向传感终端发送设备运行控制指令，同时，网关周期性地向服务器发送汇聚的多个传感终端采集的信息、控制反馈信息、各设备状态信息；

所述服务器向网关发送控制信息，并向人机交互设备发送采集信息、控制反馈信息、各设备状态信息；

所述人机交互设备向服务器发送程序逻辑。

第二方面，本发明提供一种面向物联网应用的编程教育系统，包括传感终端、网关、服务器和人机交互设备；

所述传感终端用于支持对温度、湿度、光照、声音、人体信息的感知和对继电器模块的控制；

所述网关用于汇聚传感终端的信息后上报服务器，同时接收服务器的控制信息，转换为传感终端的控制指令，实现对传感终端的继电器模块的控制；

服务器用于提供应用服务功能，接收各网关上报的数据，转发给人机交互设备显示，并根据人机交互设备编辑的程序进行逻辑控制，形成反馈控制信息，下发到对应的网关设备，用于控制网关下辖的各传感终端；

所述人机交互设备用于提供图形化编程的交互界面，根据图形组合形成程序逻辑，并下发给服务器，同时接收服务器反馈的信息，进行显示。

进一步的，所述系统运行包括以下步骤：

操作人机交互界面，形成程序逻辑，并下发给服务器

传感终端采集信息；

传感终端将采集的信息发送给网关；

网关汇聚信息后转发给服务器；

服务器根据程序逻辑，发送显示信息给人机交互设备，发送控制信息给网关；

网关接收服务器控制信息，形成控制指令下发到对应的传感终端；

传感终端控制继电器，实现设备控制。

进一步的，所述网关和服务器之间的通信接口基于以太网实现，支持有线和无线两种方式。

进一步的，所述人机交互设备、网关和服务器之间的信息交互基于订阅/发布机制实现，各类设备将要发送的信息按主题分类发布在服务器上，人机交互设备、网关、服务器定期查询有无属于自己主题的信息，并下载属于自己主题的信息。

进一步的，所述人机交互设备为安装人机交互软件的设备，所述人机交互软件基于图形集成方式提供编程操作交互接口，在本地形成程序逻辑后，上报给服务器。

进一步的，服务器根据人机交互设备编辑的程序进行逻辑控制，形成反馈控制信息的方法包括：

服务器接收程序逻辑后，通过预制模型和Python源码集合将程序逻辑解码，形成基于Python的实际处理程序。

进一步的，通过预制模型和Python源码集合将程序逻辑解码，形成基于Python的实际处理程序的方法包括：

将程序逻辑按分块进行组合，形成逻辑块，各逻辑块基于关键字形成编码序号，预制模型解码时，通过计算序号和Python源码集合中各代码块编号间的相似度选择代码块，并按序排列组合输出，形成程序逻辑对应的Python源码。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

1、本发明的用于少儿物联网应用编程教育方法，通过系统内的传感终端、网关、服务器和人机交互设备相互连接作用，所述传感终端向所述网关发送采集的信息、控制指令响应的反馈信息、自身设备的状态信息，少儿可以通过图形的操作将自身的思路转化成逻辑运算的步骤，并根据自身思路灵活便捷的实现物联网设备的连接、控制，并根据图形化的展示手段观察和验证思路的正确性。

2、本发明的用于少儿物联网应用编程教育系统，包括传感终端、网关、服务器和人机交互设备，人机交互设备提供图形化编程的交互界面，根据图形组合形成程序逻辑，并下发给服务器，同时接收服务器反馈的信息，进行显示，通过此工具，少儿可以通过图形的操作将自身的思路转化成逻辑运算的步骤，并根据自身思路灵活便捷的实现物联网设备的连接、控制，并根据图形化的展示手段观察和验证思路的正确性。

附图说明

图1为本发明一种用于物联网应用编程教育的系统的架构示意图；

图2 为本发明一种用于物联网应用编程教育的系统的工作流程示意图；

图3为本发明一种用于物联网应用编程教育的系统的信息交互关系示意图；

图4为本发明一种用于物联网应用编程教育的系统的信息接口示意图；

图5为本发明一种用于物联网应用编程教育的系统的程序逻辑翻译示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

本实施例提供了一种面向物联网应用的编程教育方法，基于编程教育系统，所述编程教育系统包括传感终端、网关、服务器和人机交互设备；包括以下步骤：

所述传感终端向所述网关发送采集的信息、控制指令响应的反馈信息、自身设备的状态信息；

所述网关向传感终端发送设备运行控制指令，同时，网关周期性地向服务器发送汇聚的多个传感终端采集的信息、控制反馈信息、各设备状态信息；

所述服务器向网关发送控制信息，并向人机交互设备发送采集信息、控制反馈信息、各设备状态信息；

所述人机交互设备向服务器发送程序逻辑。

基于系统的运行，编程教育方法包括以下步骤：

步骤1：操作人机交互界面，形成程序逻辑，并下发给服务器

步骤2：传感终端采集信息；

步骤3：传感终端将采集的信息发送给网关；

步骤4：网关汇聚信息后转发给服务器；

步骤5：服务器根据程序逻辑，发送显示信息给人机交互界面，发送控制信息给网关；

步骤6：网关接收服务器控制信息，形成控制指令下发到对应的传感终端；

步骤7：传感终端控制继电器，实现设备控制。

其中网关、服务器和人机交互软件之间基于订阅/发布机制实现信息的端到端交互，在相同主题下实现信息互传，从而实现不同人机交互软件和对应编程实验设备之间的交互。

本实施例用于少儿物联网应用编程教育方法，通过系统内的传感终端、网关、服务器和人机交互设备相互连接作用，所述传感终端向所述网关发送采集的信息、控制指令响应的反馈信息、自身设备的状态信息，少儿可以通过图形的操作将自身的思路转化成逻辑运算的步骤，并根据自身思路灵活便捷的实现物联网设备的连接、控制，并根据图形化的展示手段观察和验证思路的正确性。

实施例二：

如图1所示，本实施例公开一种用于物联网应用编程教育系统，包括以下模块：传感终端、网关、服务器和人机交互设备，传感终端支持对温度、湿度、光照、声音、人体等信息的感知和对继电器模块的控制；网关汇聚传感终端的信息后上报服务器，同时接收服务器的控制信息，转换为传感终端的控制指令，实现对继电器模块的控制；服务器提供应用服务功能，接收各网关上报的数据，转发给人机交互设备显示，并根据人机交互设备编辑的程序进行逻辑控制，形成反馈控制信息，下发到对应的网关设备，用于控制网关下辖的各传感终端；人机交互设备提供图形化编程的交互界面，根据图形组合形成程序逻辑，并下发给服务器，同时接收服务器反馈的信息，进行显示。

如图2所示，本实施例公开的一种用于物联网应用编程教育的系统，系统运行包括以下步骤：

步骤1：操作人机交互界面，形成程序逻辑，并下发给服务器

步骤2：传感终端采集信息；

步骤3：传感终端将采集的信息发送给网关；

步骤4：网关汇聚信息后转发给服务器；

步骤5：服务器根据程序逻辑，发送显示信息给人机交互界面，发送控制信息给网关；

步骤6：网关接收服务器控制信息，形成控制指令下发到对应的传感终端；

步骤7：传感终端控制继电器，实现设备控制。

如图3所示，系统的信息交互关系如下：传感终端向网关发送采集的信息、控制指令响应的反馈信息、自身设备的状态信息；网关向传感终端发送设备运行控制指令，同时，网关周期性地向服务器发送汇聚的多个传感终端采集的信息、控制反馈信息、各设备状态信息；服务器向网关发送控制信息，服务器向人机交互设备发送采集信息、控制反馈信息、各设备状态信息；人机交互设备向服务器发送程序逻辑。

如图4所示，本实施例公开一种用于物联网应用编程教育的系统，其信息接口如下：网关、服务器和人机交互设备之间基于订阅/发布机制实现信息的端到端交互，在相同主题下实现信息互传，从而实现不同人机交互设备和对应编程实验设备之间的交互。

如图5所示，本实施例公开一种用于物联网应用编程教育的系统，其程序逻辑译码形成Python源代码的过程如下：人机界面形成的程序逻辑和Python源码集合的样本一起作为预制模型的输入；预制模型基于逻辑块的关键字序号组号和源码集合的编码，计算逻辑块与源码集合样本的相似性；基于相似性的值，选取样本中分值最高的代码块作为程序逻辑块对应的输出；将选择的代码块按顺序排列输出，形成最后的代码。

本实施例提供一种用于物联网应用编程教育的系统，包括传感终端、网关、服务器和人机交互设备，传感终端支持对温度、湿度、光照、声音、人体等信息的感知和对继电器模块的控制；网关汇聚传感终端的信息后上报服务器，同时接收服务器的控制信息，转换为传感终端的控制指令，实现对继电器模块的控制；服务器提供应用服务功能，接收各网关上报的数据，转发给人机交互设备显示，并根据人机交互设备编辑的程序进行逻辑控制，形成反馈控制信息，下发到对应的网关设备，用于控制网关下辖的各传感终端；人机交互设备提供图形化编程的交互界面，根据图形组合形成程序逻辑，并下发给服务器，同时接收服务器反馈的信息，进行显示。本实施例提供的一种用于物联网应用编程教育的系统，提供了一套物联网应用少儿编程教育的工具，通过此工具，少儿可以通过图形的操作将自身的思路转化成逻辑运算的步骤，并根据自身思路灵活便捷的实现物联网设备的连接、控制，并根据图形化的展示手段观察和验证思路的正确性。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种面向物联网应用的编程教育方法，其特征在于，基于编程教育系统，所述编程教育系统包括传感终端、网关、服务器和人机交互设备；所述方法包括以下步骤：

所述传感终端向所述网关发送采集的信息、控制指令响应的反馈信息、自身设备的状态信息；

所述网关向传感终端发送设备运行控制指令，同时，网关周期性地向服务器发送汇聚的多个传感终端采集的信息、控制反馈信息、各设备状态信息；

所述服务器向网关发送控制信息，并向人机交互设备发送采集信息、控制反馈信息、各设备状态信息；

所述人机交互设备向服务器发送程序逻辑。

2.一种面向物联网应用的编程教育系统，其特征在于，包括传感终端、网关、服务器和人机交互设备；

所述传感终端用于支持对温度、湿度、光照、声音、人体信息的感知和对继电器模块的控制；

所述网关用于汇聚传感终端的信息后上报服务器，同时接收服务器的控制信息，转换为传感终端的控制指令，实现对传感终端的继电器模块的控制；

服务器用于提供应用服务功能，接收各网关上报的数据，转发给人机交互设备显示，并根据人机交互设备编辑的程序进行逻辑控制，形成反馈控制信息，下发到对应的网关设备，用于控制网关下辖的各传感终端；

所述人机交互设备用于提供图形化编程的交互界面，根据图形组合形成程序逻辑，并下发给服务器，同时接收服务器反馈的信息，进行显示。

3.根据权利要求2所述的面向物联网应用的编程教育系统，其特征在于，所述系统运行包括以下步骤：

操作人机交互界面，形成程序逻辑，并发送给服务器

传感终端采集信息；

传感终端将采集的信息发送给网关；

网关汇聚信息后转发给服务器；

服务器根据程序逻辑，发送显示信息给人机交互设备，发送控制信息给网关；

网关接收服务器控制信息，形成控制指令下发到对应的传感终端；

传感终端控制继电器，实现设备控制。

4.根据权利要求2所述的面向物联网应用的编程教育系统，其特征在于，所述网关和服务器之间的通信接口基于以太网实现，支持有线和无线两种方式。

5.根据权利要求2所述的面向物联网应用的编程教育系统，其特征在于，所述人机交互设备、网关和服务器之间的信息交互基于订阅/发布机制实现，各类设备将要发送的信息按主题分类发布在服务器上，人机交互设备、网关、服务器定期查询有无属于自己主题的信息，并下载属于自己主题的信息。

6.根据权利要求2所述的面向物联网应用的编程教育系统，其特征在于，所述人机交互设备为安装人机交互软件的设备，所述人机交互软件基于图形集成方式提供编程操作交互接口，在本地形成程序逻辑后，上报给服务器。

7.据权利要求2或6所述的面向物联网应用的编程教育系统，其特征在于，服务器根据人机交互设备编辑的程序进行逻辑控制，形成反馈控制信息的方法包括：

服务器接收程序逻辑后，通过预制模型和Python源码集合将程序逻辑解码，形成基于Python的实际处理程序。

8.根据权利要求7所述的面向物联网应用的编程教育系统，其特征在于，通过预制模型和Python源码集合将程序逻辑解码，形成基于Python的实际处理程序的方法包括：

将程序逻辑按分块进行组合，形成逻辑块，各逻辑块基于关键字形成编码序号，预制模型解码时，通过计算序号和Python源码集合中各代码块编号间的相似度选择代码块，并按序排列组合输出，形成程序逻辑对应的Python源码。

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