基于电阻阻值分类的积木式编程系统的制作方法

本发明提供了一种便于儿童和青少年理解、学习和掌握的积木式编程系统。

背景技术：

在青少年的机器人教育领域，一般使用文本式编程或图形化编程，但对于初学编程的青少年而言，使用文本编程或者图形编程都较难且缺少趣味和直观性，而且必须采用计算机、手机和平板电脑等客户端作为控制机器人的编程系统。为此出现的积木式编程用一种类似搭积木的方式，提高了青少年编程的兴趣，降低了机器人教育的难度。但目前存在的积木式编程方式仍存在着不足：

专利公开号为cn105396295a的发明专利公开了《一种面向儿童的空间编程机器人玩具》，通过在地面上进行贴有nfc标签积木块的排列，用条形码或者二维码对指令进行识别，完成积木式的编程。但该方案需要对应特殊的传感器，成本较高，而且标签进行自制也比较困难。

专利公开号为cn105363223a的发明专利公开了《基于nfc的智能可编程积木玩具》，该发明使用nfc天线阵列对积木块的nfc标签进行识别，整个系统较为复杂，容纳的积木块也非常有限。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供了一种积木式编程系统，系统的每条指令在实现形式上都是一块积木，不需要借助其他辅助工具，指令积木按顺序进行放置就是系统程序的实现。

一套完整的一种积木式编程系统由以下两个系统组成：

1.指令积木：每个指令积木内部都有一个不同阻值的电阻，通过判断电阻阻值实现对指令的区分和识别。

2.编程板：把指令积木按编程顺序放置在编程板上的指令槽中，即可实现编程。

图1为指令积木内部结构示意图。

图2为指令功能示意图。

图3为编程板结构示意图。

图4为指令积木电阻测量原理图。

图5为编程板系统流程图。

图6、图7、图8、图9、图10和图11均为指令积木编程例程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。

如图1所示，所述指令积木6通过磁铁4、磁铁5和编程板上的磁铁相吸产生引力，从而把触点1和触点3把电阻2接编程板的电路中，每种指令积木的电阻2都不相同。

如图2所示，每种指令积木6内部的电阻2均不相同，假设其值为rx，用阻值区分指令积木的类别和功能；所述指令积木7表示该指令积木的功能为前进；所述指令积木8表示该指令积木的功能为后退；所述指令积木9表示该指令积木的功能为左转；所述指令积木10表示该指令积木的功能为右转；所述指令积木11表示该指令积木的功能为速度快；所述指令积木12表示该指令积木的功能为速度慢；所述指令积木13表示该指令积木的功能为停止；所述指令积木14表示该指令积木的功能为时间1秒；所述指令积木15表示该指令积木的功能为时间2秒；所述指令积木16表示该指令积木的功能为数字1；所述指令积木17表示该指令积木的功能为数字2；所述指令积木18表示该指令积木的功能为数字3；所述指令积木19表示该指令积木的功能为数字4；所述指令积木20表示该指令积木的功能为角度；所述指令积木21表示该指令积木的功能为音乐；所述指令积木22表示该指令积木的功能为距离；所述指令积木23表示该指令积木的功能为复制1；所述指令积木24表示该指令积木的功能为复制2。

如图3所示，所述编程板33上共有12个积木槽29，每个积木槽均有一个积木槽序号28，按数字1至12表示；每个积木槽都有两个磁铁25和磁铁30，当指令积木6放置在积木槽附近时，磁铁4和磁铁25相吸，磁铁5和磁铁30相吸；上述两对磁铁产生的引力分别把弹簧针26和触点3相连，弹簧针27和触点1相连；每个指令槽的弹簧针26都和同一个电压vcc相连，另一个弹簧针27则和电阻31相连后接入模拟地；同时，每个指令槽的弹簧针27分别与核心处理板32的ad转换接口相连，核心处理板32通过ad转换即可知道每一个ad通道(ad1～ad12)的电压值。其中，序号为12积木槽34也可以用作复制功能，并在积木槽上标注“复制”对使用者进行提示。

结合图1、图2、图3和图4，对工作过程做进一步说明，每种指令积木6内部的电阻2均不相同，假设其值为rx；编程板33上的12个电阻31的阻值相同，其值为r0；当指令积木6放入到指令槽时，构成如图4所示的电路，此时接入到核心处理板32中ad转换接口的电压值ui＝(vcc×rx)÷(rx+r0)，指令槽放入不同的指令积木，得到不同的电压值ui；通过公式rx＝ui×r0÷(vcc-ui)可以得到指令积木的电阻值，进一步可知道放入指令槽的指令积木的类别和功能。

如图5所示，对核心处理板32的工作流程做进一步说明；把指令积木按编程的顺序放入到编程板32上的指令槽后，核心处理板32启动ad转换，依次得到接口ad1至ad12的电压值ui，并根据公式ui＝(vcc×rx)÷(rx+r0)得到每个指令槽中的指令积木的电阻值rx＝ui×r0÷(vcc-ui)，然后根据指令积木的电阻值和指令槽的序号进行指令编程规则判断，如果放入到指令槽中的指令积木不符合编程规则，则通过声音，光信号等提示使用者指令积木编程错误，找到错误后重新编程；如果放入到指令槽中的指令积木符合编程规则，进一步判断指令槽34中指令积木是否是复制指令；如果是复制指令，则把组合后指令积木编程代码写入到编程板中掉电不丢失存储器中，并把组合后指令积木编程代码和复制指令的阻值建立一一对应的映射关系；如果不是复制指令，则把指令积木编程代码发送到下一级系统去执行编程结果，并接收下一级系统发出的是否接收成功的指令，如果下一级系统表示接收成功，则该次编程结束，如果下一级系统表示接收不成功，则重新发送。

进一步地，对指令积木编程进行举例说明。

如图6所示，把前进指令积木、速度快指令积木和时间2秒指令积木分别按序号从小到大的顺序放到指令槽中，中间允许有空位指令槽，表示前进的速度快，前进持续的时间为2秒。如图6所示，速度快指令积木和时间2秒指令积木这两个指令积木的顺序可以互换。

如图7所示，把时间2秒指令积木、速度快指令积木和前进指令积木分别按序号从小到大的顺序放到指令槽中，因为时间2秒指令积木前面没有对象，则不符合编程规则，提示使用者指令编程错误。

如图8所示，在图6的基础上，把复制2指令积木放在第12个指令槽34中，表示把前进指令积木、速度快指令积木和时间2秒指令积木这三个指令积木按放置顺序复制到复制2指令积木中。

如图9所示，把复制2指令积木放置到序号为0～11的指令槽中，其编程内容和图6所示完全相同。

如图10所示，把复制2指令积木放置到序号为1的指令槽中，后面又放置音乐指令积木和数字2指令积木，表示前进的速度快，前进持续的时间为2秒；同时播放音乐曲目2。图10编程结果和图11所示完全相同。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种便于儿童和青少年理解、学习和掌握的积木式编程系统。系统由指令积木和编程板两个系统组成。使用者不需要操作辅助工具，按编程顺序把指令积木放置在编程板中的指令槽中就完成了系统程序的实现；使用简单方便，且增加了学习编程的趣味性和直观性。

技术研发人员：王威立;吕彤辉;徐鹏;宋第先;刘冰冰;邢无敌;王彦华;温宏远
受保护的技术使用者：河南矩特科技有限公司
技术研发日：2019.08.06
技术公布日：2019.11.08