CN209591134U - 一种可用于教学的兼容型硬件编程电子积木系统 - Google Patents

Abstract

一种可用于教学的兼容型硬件编程电子积木系统，其特征在于：包括编程语句模块、至少一个输入模块及至少一个输出模块，编程语句模块上设置印有程序语句代码的线路板，编程语句模块、输入模块和输出模块上分别设置有输入接口和输出接口中的一种或两种，相邻两个模块的输入接口和输出接口之间设有公头连接器和母头连接器，公头连接器和母头连接器上下两侧设有凸起和凹陷。本实用新型巧妙的将抽象的编程语句形象化，不需要在键盘上敲打代码，而是通过编程语句模块固化各种编程代码并且和电子积木模块一同展示相关编程语句的运行结构，通过改变输入和输出接口上拼装的电子积木模块，可以观察到不同的输入输出模块等硬件运行代码的结果。

Description

一种可用于教学的兼容型硬件编程电子积木系统

技术领域

本实用新型涉及电子积木技术领域，尤其涉及一种可用于教学的兼容型硬件编程电子积木系统。

背景技术

编程和创客教育目前越来越受关注，其对逻辑思维的提升，动手能力的培养，团队协作能力以及发现问题，解决问题的能力培养都得到了广泛的认可。目前的编程教育产品大多需要电脑、平板电脑或手机等触控设备，编程的方式也主要是基于文本代码和图形化编程。对于低年龄段的儿童来说，虽然编程对逻辑思维的提升很有帮助，然而无论是文本编程还是图形化编程，代码仍然晦涩难懂，太抽象化，不容易被理解和运用，在学习过程中容易产生挫败感，影响自主学习的积极性。

实用新型内容

为了解决背景技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种可用于教学的兼容型硬件编程电子积木系统，将基本编程语言通过电子积木搭建的形式来实现的教学组件，不需要电脑、平板电脑、手机等触控设备或磁卡，也不需要通过这些设备输入文本代码或拖拽图形化代码，完全靠电子积木的拼装实现对基本编程语句的学习和应用，特别适合低年龄段和零基础的编程教育和创客教育。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种可用于教学的兼容型硬件编程电子积木系统，包括编程语句模块、至少一个输入模块及至少一个输出模块，编程语句模块上设置印有程序语句代码的线路板，编程语句模块、输入模块和输出模块上分别设置有输入接口和输出接口中的一种或两种，相邻两个模块的输入接口和输出接口之间设有公头连接器和母头连接器，公头连接器和母头连接器上设有与输入接口和输出接口相适配的插槽，公头连接器一侧设有轴，母头连接器一侧设有与轴相匹配的孔，公头连接器和母头连接器上下两侧设有凸起和凹陷。将基本的编程代码印在模块的线路板上，在学习和拼装的过程中可以直观的了解该代码的基本结构，并将抽象的文本编程语言通过电子模块形象化，通过运行结果更容易理解这段代码的功能，含义和用法。

其中，公头连接器和母头连接器具有绝缘体外壳，其上的凸起和凹陷可以与乐高®积木等相兼容，可以和积木搭建成某个模型或某个场景，通过编程语句模块对输入模块从输入接口输入信号的采集并计算、运行、并输出到输出接口，控制输出接口上的电子积木模块，从而实现对所搭建的积木模型或场景的可编程控制。每个模块上的公头可以和其他模块的母头相互拼装，相应的，每个模块上的母头也可以和其他模块的公头相互拼装。通过公母头的设计保证了模块间相互连接的正确性，是一种防呆设计。特别地，并非每个模块必须具有公头和母头两种连接器，根据模块的功能，某些模块可能只有公头，某些模块可能只有母头。

作为优选，所述输入模块包括电源模块、信号终端模块、电位器模块、光敏传感器模块、压力传感器模块、温湿度感器模块、重力传感器模块及声敏传感器模块等，所述输出模块包括LED灯模块、蜂鸣器模块、电压指示模块、电机模块及显示屏模块等。系统的核心模块是编程语句模块，外围是输入、输出模块，通过输入模块将其上的各种开关、按钮、温湿度、光敏、压力、声音、重力感应等电子信号输入到编程语句模块，编程语句模块根据代码对输入信号进行各种运算，并将运算输出到各种输出模块，例如驱动LED灯，电机，蜂鸣器，显示屏等设备。输入、输出模块和编程语句模块可以完美的拼装在一起，这样用户可以非常方便和快速的构建一个具有逻辑运算等功能的电路组件，该组件可以和积木搭建的模型拼装起来，通过积木模型使该电路可以展现出不同的运行效果，实际的解决了通常编程教学中学生不知道某一段程序代码具体都能干什么的疑惑。

作为优选，电源模块为整个系统供电，供电方式包括但不限于USB，充电宝，干电池，锂聚合物电池等。

作为优选，所述的编程语句模块包含但不限于if语句、if-else语句、switch语句以及一些特定功能的函数语句。每一种编程语句模块完成一个典型的编程语句或是一个特定功能的函数语句，这样将晦涩难懂的编程语句和抽象的逻辑功能通过硬件拼装来完成，不需要输入代码，也不需要拖拽图框，像搭积木一样将这些编程语句和逻辑功能“搭”起来，非常直观，便于理解和灵活运用。运行时读取输入接口上拼装的电子积木模块信号，然后根据该模块上印的代码来计算并执行，将获得的计算结果输出到输出接口上拼装的电子积木模块上。这样整个系统实现了通过读取输入信号，运行代码计算，输出结果并执行的过程。

作为优选，所述编程语句模块上设有shift按键，属于功能按钮，用于编程语句中逻辑判断的切换选择。

作为优选，所述编程语句模块上还设有reset按键，属于另一种常见的功能按钮，用于编程语句中逻辑判断的重置。

作为优选，所述公头连接器的轴外端设有分叉。当公头插入母头时二者可以很好的靠弹性卡住不易脱落，当拔开两者时由于公头的轴上有分叉，因此稍微用力即可分开公母头，这种设计非常便于模块间的项目拼装。

作为优选，所述公头连接器上轴的数量为两个，相应的母头连接器上孔的数量为两个。

本实用新型的优点在于：系统按照编程语句代码运行，可以在输出接口拼装的电子积木上看到相应代码的运行结果，巧妙的将抽象的编程语句形象化，不需要在键盘上敲打代码，而是通过编程语句模块固化各种编程代码并且和电子积木模块一同展示相关编程语句的运行结构，通过改变输入和输出接口上拼装的电子积木模块，可以观察到不同的输入输出模块等硬件运行代码的结果。不依赖电脑、平板电脑或手机等触控设备即可快速的理解编程的概念、逻辑以及交互，非常适合于针对K12的编程和创客教育。特别地，系统与现有积木相兼容，通过形象具体的硬件实物来理解抽象空洞的代码编程，同时还可以快速实现模型的搭建，真正做到了在创客教育中软硬件快速结合，实用性强，教学目的明确清晰，可广泛应用与教玩具领域，便于大规模推广。

附图说明

图1是本实用新型的一种立体结构示意图；

图2是图1的主视图；

图3是本实用新型的一种局部爆炸结构示意图。

图中主要元件符号说明：1、电源模块；101、开关；2、信号终端模块；3、电位器模块；301、电位器；4、光敏传感器模块；401、光敏传感器；5、编程语句模块；501、线路板；502、shift按键；503、公头连接器；504、凸起和凹陷,；505、母头连接器；506、reset按键；507、轴；508、孔；509、分叉；6、LED灯模块；6.1、LED灯；7、蜂鸣器模块；701、蜂鸣器；8、压力传感器模块；9、电压指示模块。

具体实施方式

为了更清楚的表述本实用新型，下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

实施例一：如图1-2所示，一种可用于教学的兼容型硬件编程电子积木系统，包括编程语句模块5、电源模块1、信号终端模块2、电位器模块3、光敏传感器模块4、LED灯模块6及蜂鸣器模块7，其中，编程语句模块上设置印有程序语句代码的线路板501，电源模块上设有开关101，电位器模块上设有电位器301，光敏传感器模块上设有光敏传感器401，LED灯模块上设有LED灯601，蜂鸣器模块上设有蜂鸣器701。编程语句模块5具有两个输入接口I1和I2，两个输出接口01和02：输入接口I1上依次连接有公头连接器503、母头连接器505、光敏传感器模块、公头连接器、母头连接器和电源模块，输入接口I2上依次连接有公头连接器、母头连接器、电位器模块、公头连接器、母头连接器和信号终端模块，输出接口01上依次连接有母头连接器、公头连接器及LED灯模块，输出接口01上依次连接有母头连接器、公头连接器及蜂鸣器模块。此外，编程语句模块上还具有一些功能按钮，通过操作这些功能按钮可以配置该模块上代码的参数，如shift按键502和reset按键506。

结合图3所示，公头连接器和母头连接器上设有与输入接口和输出接口相适配的插槽，公头连接器一侧设有两个轴507，轴外端设有分叉509，母头连接器一侧设有与轴相匹配的两个孔508，公头连接器和母头连接器上下两侧设有可以与乐高®积木拼装的凸起和凹陷504。两个模块输入端和输出端的公头连接器和母头连接器通过轴和孔相互配合可以拼插在一起，分叉保证了在拼插和分拆时非常方便容易。

当输入、输出模块拼装在编程语句模块上后整个逻辑电路拼装就完成了，编程语句模块通过读取输入模块的信号，并根据该编程语句模块上的代码进行计算，通过输出接口将结果显示在输出模块上。在图1-2中，编程语句模块上的编程语句为if-else语句，可对两个输入模块的信号进行四种逻辑判断，分别是“>(大于)”、“>(小于)”、“==(等于)”和“！=(不等于)”，这四种逻辑判断通过shift按键切换选择，当大于被选中时，“>”符号右侧对应的LED灯亮起，这时编程语句模块读取光敏传感器和电位器两个输入信号的数值，并进行比对，如果输入信号I1（光敏信号）大于I2（电位器），那么输出口O1输出高电平“1”，输出口O2输出低电平“0”，这样，O1口的LED灯被点亮，蜂鸣器不发声。当用物体遮挡光敏传感器时，I1口的输入数值降低，当它降低到比I2口电位器模块的信号值还要小时，编程语句模块运行“else”中的代码，输出口O1输出低电平“0”，输出口O2输出高电平“1”，相应的，LED灯熄灭，蜂鸣器发出蜂鸣声。同样的，通过操作shift按钮可以切换if-else语句的逻辑判断条件，从而改变程序参数，得到不同的运行结果。以上所述描述了将环境光线强度和某一特定数值（电位器模块的输入值）进行比较，根据环境光线的强度来进行判断并驱动LED灯和蜂鸣器的实例，如果将I1口输入的光敏传感器模块改为声敏传感器模块，那么整个系统就变换为根据环境声音的大小进行判断并驱动LED灯和蜂鸣器的系统了。

实施例二：如图3所示，与实施例一的区别在于，输入模块为压力传感器模块8，输出模块为电压指示模块9，压力传感器模块上设有压力传感器，电压指示模块上设有若干个LED灯，根据压力传感器感应压力的大小控制点亮LED灯的数量。

通过上述实施例可以看到，一个具有复杂逻辑判断的编程语句被融入到简单的硬件编程电子积木系统中，并且通过改变输入输出电子积木模块能够快速的改变整个系统的运行状态。特别地，这些电子积木具有兼容乐高®的接口，可以将该硬件编程电子积木和乐高®积木非常容易的拼装起来，构建成一整套具有结构、电路以及软件的一整套系统，非常适应应用在教学演示中。

以上所述仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的结构特征并不局限于此，本实用新型可以用于类似的产品上，任何本领域的技术人员在本实用新型的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本实用新型的专利范围之中。

Claims (7)

1.一种可用于教学的兼容型硬件编程电子积木系统，其特征在于：包括编程语句模块、至少一个输入模块及至少一个输出模块，编程语句模块上设置印有程序语句代码的线路板，编程语句模块、输入模块和输出模块上分别设置有输入接口和输出接口中的一种或两种，相邻两个模块的输入接口和输出接口之间设有公头连接器和母头连接器，公头连接器和母头连接器上设有与输入接口和输出接口相适配的插槽，公头连接器一侧设有轴，母头连接器一侧设有与轴相匹配的孔，公头连接器和母头连接器上下两侧设有凸起和凹陷。

2.根据权利要求1所述的一种可用于教学的兼容型硬件编程电子积木系统，其特征在于：所述输入模块包括电源模块、信号终端模块、电位器模块、光敏传感器模块、压力传感器模块、温湿度感器模块、重力传感器模块及声敏传感器模块，所述输出模块包括LED灯模块、蜂鸣器模块、电压指示模块、电机模块及显示屏模块。

3.根据权利要求1所述的一种可用于教学的兼容型硬件编程电子积木系统，其特征在于：所述编程语句模块上的编程语句为if语句、if-else语句或switch语句。

4.根据权利要求1所述的一种可用于教学的兼容型硬件编程电子积木系统，其特征在于：所述编程语句模块上设有shift按键。

5.根据权利要求4所述的一种可用于教学的兼容型硬件编程电子积木系统，其特征在于：所述编程语句模块上还设有reset按键。

6.根据权利要求1所述的一种可用于教学的兼容型硬件编程电子积木系统，其特征在于：所述公头连接器的轴外端设有分叉。

7.根据权利要求6所述的一种可用于教学的兼容型硬件编程电子积木系统，其特征在于：所述公头连接器上轴的数量为两个，相应的母头连接器上孔的数量为两个。