CN205680078U - 一种图形化编程系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种图形化编程系统，包括识别板和两个以上不同图形的卡片；识别板内设有图形传感器、图形矩阵传感器和控制器；图形传感器和图形矩阵传感器分别与控制器连接；控制器用于预设不同图形的卡片分别对应不同类别下不同的执行任务；建立形状、类别以及执行任务的关联关系；依据各卡片的图形和所述关联关系获取对应的类别和执行任务；依据各卡片对应的类别、执行任务和位置，获取识别板上所述卡片对应的流程连接关系；依据所述流程连接关系生成对应的数据结构；图形传感器用于各卡片的图形；图形矩阵传感器用于获取各卡片的位置。编程过程操作简单、易于上手、维护简单，同时趣味性高，特别适用于儿童编程入门学习。

Description

一种图形化编程系统

技术领域

本实用新型涉及程序编程领域，具体说的是一种图形化编程系统。

背景技术

智能机电技术在工农业生产、国防军事、智能办公、智能家居等领域得到普遍的应用，编程技能即将成为未来社会人的一项必备能力。编程启蒙教育日益得到社会各界的重视。目前，儿童积木式电脑机器人玩具、编程学习软件等日益得到推广和普及。但是，上述儿童图形化编程都需要在PC、平板、手机等可视化终端上运行软件上才能实现。仅仅为学习编程，更多的儿童不大可能人手一部电脑只用一套软件来学习编程；同时，还存在电脑游戏等诸多的负面影响，长期面对电脑，将对儿童的视力造成影响，不利于儿童的成长；再者，基于终端的编程过程不够生动、趣味性不高，很难吸引儿童参与，同时也无法开发儿童的动手能力。

专利公开号为CN 105511860 A的中国专利申请，公开在线图形化编程系统，包括：图形元素库，该元素库存储有支持拖拽操作的多种类型颜色的逻辑图形块；代码存储单元，该单元存储有所述的多种逻辑块对应的代码；提供所述的逻辑图形块排列组合区域的操作界面单元以及代码组合单元和预览单元；工作时，使用者将不同的逻辑图形块按顺序拖拽至所述的操作界面单元，该界面单元识别当前拖拽的逻辑图形块；所述的代码组合单元根据识别结果，调取所述代码存储单元中存储的当前逻辑图形块对应的代码，与之前的逻辑图形块代码组合，生成程序，该程序由所述的输出，完成图形化编程。

上述方案以及现有的基于可视化终端的图形化编程过程中，都需要事先在各个逻辑图形块内部，打包设定对应的函数代码，在拖拽逻辑图形块在界面上排布完成后，通过识别逻辑图形块获取对应的函数代码，从数据库中调用相应的函数代码，然后组合之前代码生成程序。这种图形化编程方式成本和系统配置要求都很高，且还是无法解决上述提出的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种图形化编程系统，基于图形实物的拼接实现编程，结构简单、配置低、成本低、且趣味性高、易于普及推广。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种图形化编程系统，包括识别板和两个以上不同图形的卡片；所述识别板内设有图形传感器、图形矩阵传感器和控制器；所述图形传感器和图形矩阵传感器分别与所述控制器连接。

其中，还包括机器人，所述机器人包括相互连接的主控制器和执行模块；所述识别板还包括发送单元，所述发送单元与所述机器人通信连接。

其中，所述识别板还包括检测电路和提示电路，所述检测电路和提示电路分别与所述控制器连接。

其中，所述控制器，用于预设不同图形的卡片分别对应不同类别下不同的执行任务；所述类别包括控制流程模块、驱动模块、传感器模块以及变量运算复合模块；

所述控制流程模块包括顺序结构、循环结构、判断结构、中断结构和等待结构；

所述驱动模块包括电机驱动和声光驱动；所述传感器模块包括温度检测、方向检测、音量检测和湿度检测；

所述变量运算复合模块包括加法运算、减法运算、乘法运算和除法运算。

其中，所述卡片为纸质卡片或塑料卡片或金属卡片。

本实用新型的有益效果在于：相比现有技术需要依赖媒体设备，需要对应不同图形的逻辑块预先打包函数，在拼接过程中从函数库中调用相应函数完成编程。本实用新型的图形化编程系统基于硬件实体结构，脱离基于媒体设备的虚拟化操控，更易于操作，能够充分调动实践积极性；同时，本实用新型的卡片实体化，且无需配置任何电路结构或感应器件，只需通过设置有图形传感器和图形矩阵传感器的识别板扫描识别不同图形的卡片对应的执行任务，以及拼 接关系，获取所有卡片对应的流程连接关系，生成数据结构，便可完成编程。本实用新型的图形化编程过程操作简单、易于上手、维护简单，同时趣味性高，特别适用于儿童编程入门学习；进一步的，本实用新型结构简单、成本低，实用性高，更新简单、有利于推广普及，适用于各种非专业编程场景。

附图说明

图1为本实用新型一种图形化编程系统的结构组成示意图；

图2为本实用新型实施例三一种图形化编程系统的结构组成示意图；

图3为本实用新型一种图形化编程方法的流程示意图；

图4为本实用新型实施例四一种图形化编程方法的流程示意图。

标号说明：

1、识别板；2、不同图形的卡片；3、图形传感器；4、图形矩阵传感器；

5、控制器；6、发送单元；7、机器人；8、主控制器；9、执行模块；

10、检测电路；11、提示电路。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本实用新型最关键的构思在于：将虚拟化的图形化编程过程实体化，通过识别板扫描识别不同图形的卡片的位置部署以及对应的执行任务，获取流程连接关系，生成对应的数据结构，完成简易编程。

请参照图1，本实用新型提供一种图形化编程系统，包括识别板和两个以上不同图形的卡片2；所述识别板1内设有图形传感器3、图形矩阵传感器4和控制器5；所述图形传感器3和图形矩阵传感器4分别与所述控制器5连接；

所述控制器5，用于预设不同图形的卡片分别对应不同类别下不同的执行任务；还用于建立形状、类别以及执行任务的关联关系；还用于依据各卡片的图形和所述关联关系获取对应的类别和执行任务；还用于依据各卡片对应的类别、执行任务和位置，获取识别板1上所述卡片对应的流程连接关系；还用于依据 所述流程连接关系生成对应的数据结构；

所述图形传感器3，用于对识别板1上摆放的两个以上不同图形的卡片2进行扫描，获取各卡片的图形；

所述图形矩阵传感器4，用于对识别板1上摆放的两个以上不同图形的卡片进行扫描，获取各卡片的位置。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：本实用新型的图形化编程系统为实体硬件结构，卡片内无需设置任何起区分功能或者用于存储逻辑块信息的电路结构或感应装置，而是将传感功能集成在识别板1中；通过事先建立不同图形的卡片对应不同类别下不同执行任务的关联关系，便可在识别板1扫描识别出卡片的位置和图形后，依据关联关系获取卡片对应的类别、执行任务，然后结合卡片之间的拼接关系，获取流程连接关系。本实用新型结构简单、成本低、趣味性高、维护简单，非常适合作为非专业编程的入门学习，将其运用在儿童智力开发领域，能够使儿童避开电脑操作界面和文字符号的学习，将精力集中于逻辑思维的启蒙学习上，适合儿童认知发展规律，有助于儿童早期逻辑思维的培养；能够充分调动儿童实践积极性，明确编程启蒙学习目标，用儿童熟知的拼图方式引导他们学习编程，寓教于乐，易于推广普及。

如图2所示，

进一步的，还包括机器人7，所述机器人7包括相互连接的主控制器8和执行模块9；所述识别板1还包括发送单元6，所述发送单元6与所述机器人7通信连接；

所述发送单元6，用于发送所述数据结构至机器人7；

所述主控制器8，用于依据所述数据结构生成相应的控制指令；

所述执行模块9，用于执行所述控制指令。

进一步的，所述识别板1的发送单元6与所述机器人7之间无线通信连接，或者通过总线连接。

由上述描述可知，能够将生成的数据结构发送至机器人7，转变为机器控制指令，用于根据自己编排的程序思路，操控机器人7执行预期动作，结合与机器人7的互动性，进一步增强趣味性，增加编程乐趣，吸引更多人参与学习编 程，有利于培养操作者的逻辑思维能力。

进一步的，所述识别板1还包括检测电路10和提示电路11，所述检测电路10和提示电路11分别与所述控制器5连接；

所述检测电路10，用于依据所述位置，检测对应的卡片摆放的位置是否有效，得到第一检测结果；还用于检测所述流程连接关系是否有效，得到第二检测结果；

所述提示电路11，用于若第一检测结果或第二检测结果为无效，则进行提示。

由上述描述可知，还能自动检测卡片摆放位置是否有效，拼接方法是否正确，并配合声光进行提示的差错功能，能够提高编程的互动性和准确性。

进一步的，所述控制器，用于预设不同图形的卡片分别对应不同类别下不同的执行任务；所述类别包括控制流程模块、驱动模块、传感器模块以及变量运算复合模块；

所述控制流程模块包括顺序结构、循环结构、判断结构、中断结构和等待结构；

所述驱动模块包括电机驱动和声光驱动；所述传感器模块包括温度检测、方向检测、音量检测和湿度检测；

所述变量运算复合模块包括加法运算、减法运算、乘法运算和除法运算。

由上述描述可知，结合编程基础，配置对应编程语言的四大类别模块，不同的图形分别对应四大类别模块下具体的逻辑执行任务，从而在扫描识别后能够依据顺序连接关系以及对应的逻辑执行任务获取对应的编程数据结构，实现图形化编程过程。

进一步的，所述卡片为纸质卡片或塑料卡片或金属卡片。

由上述描述可知，本实用新型可直接采用纯纸质或者纯塑料等其他常规材质制作卡片，将卡片的图形作为唯一的标示属性，其成本低，易于更换，也不易损坏，可有效避免由于卡片损坏而导致无法进行编程的问题，特别适用于儿童的编程学习。

请参阅图3和图4，本实用新型提供的另一个技术方案为：

一种图形化编程方法，包括：

预设不同图形的卡片2分别对应不同类别下不同的执行任务；

建立形状、类别以及执行任务的关联关系；

对识别板1上摆放的两个以上不同图形的卡片进行扫描，获取各卡片的位置，以及依据各卡片的图形和所述关联关系获取对应的类别和执行任务；

依据各卡片对应的类别、执行任务和位置，获取识别板1上所述卡片对应的流程连接关系；

依据所述流程连接关系生成对应的数据结构。

进一步的，所述“依据所述流程连接关系生成对应的数据结构”之后，进一步包括：

发送所述数据结构至机器人7；

所述机器人7的主控制器8依据所述数据结构生成相应的控制指令；

执行所述控制指令。

由上述描述可知，本实用新型使儿童避开电脑操作界面和文字符号的学习，将精力集中于逻辑思维的启蒙学习上，适合儿童认知发展规律，有助于儿童早期逻辑思维的培养，了解计算机编程的基本控制流程和方法，结合积木式机器人7的互动性，一定会受到广大少年儿童和家长的欢迎，对培养未来社会新型人才创造有利条件。

进一步的，所述“依据所述流程连接关系生成对应的数据结构”之前，还包括：

依据所述位置，检测对应的卡片摆放的位置是否有效，得到第一检测结果；

检测所述流程连接关系是否有效，得到第二检测结果；

若第一检测结果或第二检测结果为无效，则进行提示。

进一步的，所述类别包括控制流程模块、驱动模块、传感器模块以及变量运算复合模块；

所述控制流程模块包括顺序结构、循环结构、判断结构、中断结构和等待结构；

所述驱动模块包括电机驱动和声光驱动；所述传感器模块包括温度检测、 方向检测、音量检测和湿度检测；

所述变量运算复合模块包括加法运算、减法运算、乘法运算和除法运算。

进一步的，所述卡片为纸质卡片或塑料卡片或金属卡片。

实施例一

请参照图1，本实施例提供一种图形化编程系统，包括识别板1和两个以上不同图形的卡片2；所述卡片上不包含任何电路结构或者起标识、存储作用的电子元件，优选为纸质卡片或塑料卡片或金属卡片，最优为纸质印刷卡片，方便更新换代，也不易损坏；所述识别板1内设有图形传感器3、图形矩阵传感器4和控制器5；所述图形传感器3和图形矩阵传感器4分别与所述控制器5连接。

具体的，所述图形传感器3，用于对识别板1上摆放的两个以上不同图形的卡片2进行扫描，获取各卡片的图形；然后发送至控制器5的获取单元；

所述图形矩阵传感器4，用于对识别板1上摆放的两个以上不同图形的卡片2进行扫描，获取各卡片的位置；然后发送至控制器5的识别单元；

所述控制器5优选为单片机，可以包括：

预设单元，用于预设不同图形的卡片2分别对应不同类别下不同的执行任务；具体的，依据编程的基本逻辑结构，可以预设包括控制流程模块、驱动模块、传感器模块以及变量运算复合模块四大类别；

所述控制流程模块包括顺序结构、循环结构、判断结构、中断结构和等待结构等的基础逻辑流程结构；如所述循序结构包括起点、终止；所述判断结构包括真、假；

所述驱动模块包括电机和声光驱动，用于驱动执行编程数据结构的设备；

所述传感器模块可以包括温度传感器、声波传感器、湿度传感器、角度传感器等，用于控制执行设备依据外界环境执行相应的动作，通过识别对应图形的卡片，便可生成包含环境温度检测、依据温度启动散热器等的逻辑执行任务；

所述变量运算复合模块，包括加法运算、减法运算、乘法运算和除法运算，能够实现简单的变量运算任务，将运算结果作为动作执行的依据。

所述控制器5还包括：

关联单元，用于建立形状、类别以及执行任务的关联关系；

获取单元，用于依据各卡片的图形和所述关联关系获取对应的类别和执行任务；

识别单元，用于依据各卡片对应的类别、执行任务和位置，获取识别板1上所述卡片对应的流程连接关系；

生成单元，用于依据所述流程连接关系生成对应的数据结构。所述数据结构为计算机存储、组织数据的方式，本实施例中，所述数据结构即由程序设计语言编写的程序代码。

上述图形化编程系统采用无任何元器件构成的卡片，基于图形识别技术，实现将能够实现编程控制的模块和单元配置到识别板1的控制器5中，只要编程者能够按照正确的图形化编程规则和方法进行卡片的摆放，便能编排出自己的程序思路，生成对应的数据结构，存储在识别板1中；可将自己编程的数据结构转变为相应的控制指令，用于控制如机器人7或者其他设备执行预期动作。

实施例二

请参阅图2，本实施例在实施例一的基础上进一步的延伸，所述图形化编程系统还可以包括机器人7，所述机器人7与识别板1的控制器5之间可以建立有线连接或者无线通信连接；

所述识别板1还包括发送单元6，用于将操作者编程的所述数据结构发送至机器人7；

所述机器人7的主控制器8在接收到所述数据结构后，能够依据所述数据结构生成相应的控制指令，即可执行的机器指令；然后，机器人7的执行模块9便能依据所述控制指令完成特定的任务或功能。

优选的，识别板1还可以与其他设备连接，如智能风扇、空调、智能电饭煲等智能家居用品，通过其他设备同样能够将所述数据结构编译成控制指令，并执行，只要设备内设有如单片机的主控制器8，都能实现编译。

实施例三

本实施例为实施例一和二基础上的进一步延伸，相同之处不再累述，区别在于，增加自动差错功能。

所述识别板1内还配置有检测电路10和提示电路11，所述检测电路10和 提示电路11分别与所述控制器5连接；

所述检测电路10，用于依据卡片在识别板1中的位置，以及卡片对应的类别以及执行任务，检测卡片摆放的位置是否有效，得到第一检测结果；还用于检测识别板1上所有卡片对应的执行任务形成的流程连接关系是否有效，即生成的编程代码是否能够被执行，而不发生冲突，得到第二检测结果；

所述提示电路11，用于若第一检测结果或第二检测结果其中的一个为无效，或者两个都为无效是，进行提示；所述提示方式可以是灯光闪烁配合语音播报的方式。

本实施例的图形化编程系统具有自动差错功能，能够在卡片的摆放过程中自动查验，确保操作者编写出符合编程规则的数据结构，提高编程结果准确度。

实施例四

请参阅图4，本实施例基于上述实施例的图形化编译系统，提供一种图形化编程方法，可以包括：

S1：预设不同图形的卡片分别对应不同类别下不同的执行任务；所述类别包括控制流程模块、驱动模块、传感器模块以及变量运算复合模块；所述控制流程模块包括顺序结构、循环结构、判断结构、中断结构和等待结构；所述驱动模块包括电机驱动和声光驱动；所述传感器模块包括温度检测、方向检测、音量检测和湿度检测；所述变量运算复合模块包括加法运算、减法运算、乘法运算和除法运算。

S2：建立形状、类别以及执行任务的关联关系；如三角形对应控制流行模块这一类别下的顺序流程结构中的开始；圆形卡片对应驱动模块类别下的启动散热器；

S3：对识别板1上摆放的两个以上不同图形的卡片进行扫描，获取各卡片的位置，以及依据各卡片的图形和所述关联关系获取对应的类别和执行任务；

S4：依据所述位置，检测对应的卡片摆放的位置是否有效，得到第一检测结果；若第一检测结果为无效，则进行提示，然后返回S3；若第一检测结果为有效，则继续执行S5；

S5：依据各卡片对应的类别、执行任务和位置，获取识别板1上所述卡片 对应的流程连接关系；如开始-行走-等待-弯腰-结束；开始-检测环境温度-判断是否超过预设温度-若是则启动散热器-返回执行检测环境温度-若低于预设温度-关闭散热器-返回执行检测环境温度-结束。

S6：检测所述流程连接关系是否有效，得到第二检测结果；若第二检测结果为无效，则进行提示，然后返回S3；若第二检测结果为有效，则继续执行S7；

S7：依据所述流程连接关系生成对应的数据结构；

S8：发送所述数据结构至机器人7或其他被控制设备；如智能电饭煲等智能家居用品，以实现自定义编程操控；

S9：所述机器人7或其他被控制设备的主控制器8依据所述数据结构生成相应的控制指令；

S10：所述机器人7或其他被控制设备执行所述控制指令。

上述实施例的工作原理为：

编程者按照自己的编程思路，在不同类别模块中挑选合适的图形化编程语言图案卡片，即依据不同类别下具体的执行任务对应的图形，选取合适的卡片摆放在识别板1中，并按照编程者自己预想的控制流程和传感器、驱动器的设计关系延伸拼接，最后使用代表结束语句的图形卡片传递终止编译的指令；

识别板1的单片机控制器通过识别板1上的传感器扫描识别卡片的位置，获取卡片对应的类别以及执行任务，然后依据卡片的位置关系以及对应的执行任务形成流程连接关系；同时，带有检测卡片位置是否有效、拼图方法是否正确并有对应声光提示的查错功能，符合编程方法和规则就会继续编译成积木式机器人7控制器可以识别的程序语言；

编译的方法是根据上述方法获取的图形化编程语言卡片之间的关系信息，即拼接关系，识别程序结束的卡片和终止位置，自动形成对应于程序流程控制和功能模块的数据结构，并通过总线或无线通信方式将这组数据结构传递到积木式机器人或者其他被控设备的主控制器芯片中，主控器芯片将自动分析编程板传递过来的数据结构形成可执行的机器指令，然后编程者就可以启动运行积木式机器人或者被控设备主控制器中自己编排下载的程序完成特定的任务或功能。

本实用新型关键是应用图形矩阵传感器4以及图形传感器3准确识别编程模块卡片，应用单片机技术处理图形化编程模块的程序语言功能，使编程学习更为简洁，互动性强、趣味性高，非常适合儿童集中精力学习编程的方法和思想；进一步的，由于将所有的功能模块都集成在识别板1中，脱离图形卡片；因此，可直接通过升级识别板，便可实现图形化编程系统整体的更新升级，及时需要对卡片升级，也只需更换或者增加卡片即可，便于系统升级，且升级成本低。

综上所述，本实用新型提供的一种图形化编程系统，特别适用于非专业编程人员，尤其是儿童的编程启蒙学习，避开了电脑操作界面和文字符号的学习，将精力集中于逻辑思维的启蒙学习上，适合儿童认知发展规律，有助于儿童早期逻辑思维的培养，了解计算机编程的基本控制流程和方法，结合积木式机器人的互动性；进一步的，本实用新型结构简单、成本低，实用性高，更新简单、有利于推广普及，适用于各种非专业编程场景。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种图形化编程系统，其特征在于，包括识别板和两个以上不同图形的卡片；所述识别板内设有图形传感器、图形矩阵传感器和控制器；所述图形传感器和图形矩阵传感器分别与所述控制器连接。

2.如权利要求1所述的一种图形化编程系统，其特征在于，还包括机器人，所述机器人包括相互连接的主控制器和执行模块；所述识别板还包括发送单元，所述发送单元与所述机器人通信连接。

3.如权利要求1所述的一种图形化编程系统，其特征在于，所述识别板还包括检测电路和提示电路，所述检测电路和提示电路分别与所述控制器连接。

4.如权利要求1-3任意一项所述的一种图形化编程系统，其特征在于，所述控制器，用于预设不同图形的卡片分别对应不同类别下不同的执行任务；

所述类别包括控制流程模块、驱动模块、传感器模块以及变量运算复合模块；

所述控制流程模块包括顺序结构、循环结构、判断结构、中断结构和等待结构；

所述驱动模块包括电机驱动和声光驱动；所述传感器模块包括温度检测、方向检测、音量检测和湿度检测；

所述变量运算复合模块包括加法运算、减法运算、乘法运算和除法运算。

5.如权利要求1-3任意一项所述的一种图形化编程系统，其特征在于，所述卡片为纸质卡片或塑料卡片或金属卡片。