CN114333448A - 一种面向儿童的模块化可自由拼接智能编程系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及儿童智能编程控制技术领域，具体公开了一种面向儿童的模块化可自由拼接智能编程系统，包括电子拼图单元组合、红外感应模块、主控模块、RFID模块、LED阵列模块、电机模块和音乐模块；所述电子拼图单元组合包括多个电子拼图单元，相邻两个电子拼图单元的连接处以弹簧金属机构来实现铰链式的电气与结构的同时连接；完成各个电子拼图单元拼接后，形成所述的电子拼图单元组合，在电子拼图单元的安装口上安装主控模块、RFID感应模块、电机模块、LED阵列模块、红外感应模块和音乐模块。本发明改变了传统编程学习方式，做到实时返馈，直观易学，从而提高儿童编程学习的趣味性和创造性思维，帮助其发展早期的逻辑思维能力。

Description

一种面向儿童的模块化可自由拼接智能编程系统

技术领域

本发明实施例涉及儿童智能编程控制技术领域，具体是一种面向儿童的模块化可自由拼接智能编程系统。

背景技术

随着科技的不断发展，尤其是人工智能的不断地进步，从小培养儿童如何懂得跟”机器”沟通变成了越来越重要的课题，于是很多面向儿童编程学习的产品应运而生。

市面上大部份面向儿童的编程教育产品普遍都要求儿童有一定的硬件和软件知识。在硬件方面，往往需要利用较多的电线来对电路板进行连接，有时甚至需要对一部份的零件进行焊接才使用。在这种情况下，硬件的搭建和学习变得较为复习，对于年龄较小的儿童来说，而且往往需要成人的协助下才能完成。

在编程软件方面，在面向儿童的图形化编程领域，虽有由谷歌开发的Blockly和由MIT多媒体实验室开发的Scratch等比较有代表性的平台，尽管其相对于C++和Python编程语言来说虽然已经简化了很多，但其面向的儿童年龄群依然是8到16岁的用户，对较年幼的儿童来说并不是很友好。在此之上，其图形化的形状本身在使用起来时，儿童往往只能以文字的描述来理解编程块的功能。其系统的复杂性和编程块的数量较多，并不利于较年小和没有编程经验的儿童来进行学习。

目前市面上的编程教育产品的结构组装比较复杂，硬件连接较为繁琐，而且在软件编程上往往需要儿童对编程有一定的基础。

另外，目前大多数编程教育产品都需要使用到电脑、手机、平板等可视化终端上才能执行。由于儿童的眼睛正处于发育阶段，长期的使用以上可视化终端将対儿童视力造成不良影响。再者，由于编程过程较为枯燥，往往需要花较长时间完成编成后才能看到效果，不利于引起儿童的学习兴趣。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种面向儿童的模块化可自由拼接智能编程系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种面向儿童的模块化可自由拼接智能编程系统，包括电子拼图单元组合、红外感应模块、主控模块、RFID模块、LED阵列模块、电机模块和音乐模块；

所述电子拼图单元组合、红外感应模块、主控模块、RFID模块、LED阵列模块、电机模块和音乐模块均内置处理器来处理各模块的本地工作和通信；

所述电子拼图单元组合包括多个电子拼图单元，相邻两个电子拼图单元的连接处以弹簧金属机构来实现铰链式的电气与结构的同时连接；

完成各个电子拼图单元拼接后，形成所述的电子拼图单元组合，在电子拼图单元的安装口上安装主控模块、RFID感应模块、电机模块、LED阵列模块、红外感应模块和音乐模块。

作为本发明实施例技术方案进一步的限定，通过所述的弹簧金属机构在相邻两个电子拼图单元的连接点可自由旋转，实现从平面到立体的连接方式。

作为本发明实施例技术方案进一步的限定，在所述电子拼图单元的表面上设有金属接触点，当模块安装到位后，其金属接触点为模块上设有的金属弹簧针提供了导电的接触面，实现了电路上的导通。

作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述电子拼图单元设置有防呆结构，模块上的防呆结构匹配，实现了保证安装方向的正确性。

作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述红外感应模块、主控模块、RFID模块、LED阵列模块、电机模块和音乐模块与所述的电子拼图单元之间设置有磁力吸附结构。

作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述电子拼图单元拼接成一个四方形的立体魔方，拼接的立体魔方是由铰链连接的六个平面组成，通过四路导电金属实现各模块之间的供电和通讯。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明改变了传统编程学习方式，实现RFID卡片编程，从复杂的可视化终端如电脑、手机和平板等设备来进行编程操作的环境里解放出来，透过在游戏中学习编程概念，做到实时返馈，直观易学，从而提高儿童编程学习的趣味性和创造性思维，实现对于儿童的编程启蒙，帮助其发展早期的逻辑思维能力。

2、本发明通过磁力和铰链连接设计实现了免接线供电通讯，真正做到免除烦琐的电线安装连接，加上图形化的RFID卡片编程方式，让儿童在对编程零基础的情况下専心享受编程所带来的纯粹的快乐。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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。

图1为本发明实施例面向儿童的模块化可自由拼接智能编程系统的架构图。

图中：100-电子拼图单元组合，200-红外感应模块，300-主控模块，400-RFID模块，500-LED阵列模块，600-电机模块，700-音乐模块。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，在本发明提供的实施例中，一种面向儿童的模块化可自由拼接智能编程系统，包括电子拼图单元组合100、红外感应模块200、主控模块300、RFID模块400、LED阵列模块500、电机模块600和音乐模块700，电子拼图单元组合100、红外感应模块200、主控模块300、RFID模块400、LED阵列模块500、电机模块600和音乐模块700都内置一颗微处理器来处理各模块的本地工作和通信，整个系统在供电和通讯上以串口总线的方式来进行，每个模块共有4个连接点，分别为VCC、GND、485A和485B。实现以最少的连接方式来实现多点连接；

所述电子拼图单元组合100包括多个电子拼图单元，电子拼图单元上设计了独特的结构和电路上，其连接处以弹簧金属机构来实现铰链式的电气与结构的同时连接。

进一步的，通过所述的弹簧金属机构可以在其连接点可自由旋转，实现从平面到立体的连接方式，故在完成电子拼图单元拼接后等同于同时完成了结构和电路上的连接。

进一步的，在电子拼图单元的表面上设有金属接触点，当模块安装到位后，其金属接触点为模块上设有的金属弹簧针提供了导电的接触面，实现了电路上的导通。

进一步的，电子拼图单元设计了防呆结构，模块上的防呆结构匹配，实现了保证安装方向的正确性。

进一步的，在本发明提供的实施例中，在编程上，以RFID编程卡片来进行，程序代码预先储存在RFID卡片里，在卡片上以图形化方式标示各程序功能，通过RFID模块400识别到不同卡片的程序代码编译合成具有完整逻辑的程序，系统会通过主控模块300、电机模块600、LED阵列模块500和红外感知模块200、音乐模块700等，在以电子拼图单元拼接好形态上的自由组合协作实现编程动作。

更进一步的，在本发明提供的优选实施方式中，本编程系统为开放式自由拼接系统，首先以电子拼图单元组合100中的多个电子拼图单元拼接成不同形状的造型。

更进一步的，完成电子拼图单元拼接后，在电子拼图单元的安装口上安装主控模块300后、可以安装RFID感应模块400、电机模块600、LED阵列模块500、红外感应模块200、音乐模块700等。

其中，各模块与电子拼图单元之间设计了磁力吸附结构；具体的，在本发明实施例中，在电子拼图单元内部设置了若干磁铁，同时在模块里也设置了相対应的若干磁铁，当安装模块到电子拼图单元时，双方之间将会根据其接触面上对应磁铁进行吸附，实现磁力结构连接的功能。

成功安装电子拼图单元和各个模块后，系统将自动实现由主控模块300对其他模块的供电和EIA485的通讯连接。针对EIA485的通讯地址的设置部份，本发明在每个电子拼图单元上设置了4颗不同极性排列的磁铁，当任意模块被安装到其中一块电子拼图单元上时，该模块会首先以其内部电路的霍尔传感器对电子拼图单元上的磁力极性进行编码读取，进一步的把该读取到的磁力地址编码设置成其自身当下的EIA485通讯地址，免除了为每一个模块设定固定通讯地址可能导致的地址冲突问题。

在完成以电子拼图单元完成不同的连接形成造型后，以RFID卡片来对其功能模式来进行切换。每一种功能模式对应一个场景，而每一场景配以若干的RFID指令卡片来进行编程。每次场景切换后，主控模块会主动轮寻在线的模块设备，如果该场景所需要的模块有缺失则系统会以声光方式来进行警报提醒，直到所需模块都被正确安装成功后解除警报。

连接后主控模块300会实时的不断监控系统上所连接的模块，如主控发现有新增模块加入或移除，主控会主动更新其内部的设备管理表来实现全自动的模块识别和系统设备更新。在操控过程中以数据轮寻方式来住各个在线模块的状况进行读取，和对其发送指令进行控制。

在此之上，本发明的特点在于电子拼图单元设计成可以拼接成一个四方形的立体魔方。拼接魔方是由铰链连接的六个平面组成，可平铺可组合，通过四路导电金属实现各模块之间的供电和通讯，无需另外接线，各模块可以在任意位置安装组合。实现了一种开放式的自由组合，无限延展的产品生态。

1、本发明改变了传统编程学习方式，实现RFID卡片编程，从复杂的可视化终端如电脑、手机和平板等设备来进行编程操作的环境里解放出来。透过在游戏中学习编程概念，做到实时返馈，直观易学，从而提高儿童编程学习的趣味性和创造性思维。实现对于儿童的编程启蒙，帮助其发展早期的逻辑思维能力。进一步的，得益于系统的开放性，透过加入新的模块可以更进一步的扩展产品功来来丰富其可编程的内容。

2、本发明通过磁力和铰链连接设计实现了免接线供电通讯，真正做到免除烦琐的电线安装连接，加上图形化的RFID卡片编程方式，让儿童在对编程零基础的情况下専心享受编程所带来的纯粹的快乐。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种面向儿童的模块化可自由拼接智能编程系统，其特征在于，包括电子拼图单元组合（100）、红外感应模块（200）、主控模块（300）、RFID模块（400）、LED阵列模块（500）、电机模块（600）和音乐模块（700）；所述电子拼图单元组合（100）、红外感应模块（200）、主控模块（300）、RFID模块（400）、LED阵列模块（500）、电机模块（600）和音乐模块（700）均内置处理器来处理各模块的本地工作和通信；所述电子拼图单元组合（100）包括多个电子拼图单元，相邻两个电子拼图单元的连接处以弹簧金属机构来实现铰链式的电气与结构的同时连接；各个电子拼图单元拼接后，形成所述的电子拼图单元组合（100），在电子拼图单元的安装口上安装主控模块（300）、RFID感应模块（400）、电机模块（600）、LED阵列模块（500）、红外感应模块（200）和音乐模块（700）。

2.根据权利要求1所述的面向儿童的模块化可自由拼接智能编程系统，其特征在于，通过所述的弹簧金属机构在相邻两个电子拼图单元的连接点可自由旋转。

3.根据权利要求2所述的面向儿童的模块化可自由拼接智能编程系统，其特征在于，所述电子拼图单元的表面上设有金属接触点。

4.根据权利要求3所述的面向儿童的模块化可自由拼接智能编程系统，其特征在于，所述电子拼图单元设置有防呆结构。

5.根据权利要求2-4任一所述的面向儿童的模块化可自由拼接智能编程系统，其特征在于，所述红外感应模块（200）、主控模块（300）、RFID模块（400）、LED阵列模块（500）、电机模块（600）和音乐模块（700）与所述的电子拼图单元之间设置有磁力吸附结构。

6.根据权利要求5所述的面向儿童的模块化可自由拼接智能编程系统，其特征在于，所述电子拼图单元拼接成一个四方形的立体魔方，拼接的立体魔方是由铰链连接的六个平面组成，通过四路导电金属实现各模块之间的供电和通讯。

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