本發(fā)明涉及一種教學(xué)編程系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

本發(fā)明是關(guān)于基本套裝的，脫離了只使用編程教育或物理計(jì)算教育時(shí)使用的特定傳感器的固定附著型板。編程板上可自由組裝拆卸輸入設(shè)備(按鍵，輕觸開(kāi)關(guān)，傳感器)和輸出設(shè)備(馬達(dá)，led,lcd,蜂鳴器，擴(kuò)音器)還有其他配件。將各種傳感器和配件組件化，輸入設(shè)備，輸出設(shè)備和其他配件是可拆卸方式與編程板結(jié)合，使用跨接電纜可形成線路可擴(kuò)張。可使用scratch,entry傳感器板等模塊型編程工具和傳統(tǒng)方式的文本編程方式?？墒褂弥С謅rduino板的大部分工具，排出了配件排線或焊接等時(shí)間，可以將更多的時(shí)間投入到使用library集中到編程上。為了智能手機(jī)和收發(fā)無(wú)線數(shù)據(jù)采用使用藍(lán)牙結(jié)構(gòu)，增加了用無(wú)線通信的iot(物聯(lián)網(wǎng))要素。為了強(qiáng)調(diào)比起線路教育而是編程教育，將線路結(jié)構(gòu)部分最大限度的組件化的基本套裝。

現(xiàn)有的編程板有arduino板、junior軟件專(zhuān)業(yè)學(xué)院用板、entry傳感器板、pico板類(lèi)；電子的junior軟件學(xué)院板，以及以合并裝在arduino板使用的傳感器形態(tài)制作的套裝。

entry傳感器板的缺點(diǎn)：信用卡尺寸大小，附有固定傳感器。為了使用除了固定附著的傳感器以外的傳感器，要經(jīng)過(guò)在電路實(shí)驗(yàn)板上構(gòu)成線路等的復(fù)雜過(guò)程。entry傳感器板因固定附著的傳感器，可編程的端口被蠶食，對(duì)那些要用對(duì)應(yīng)端口的傳感器的使用產(chǎn)生了障礙。也會(huì)附著一些實(shí)際作業(yè)中并不需要的傳感器。

junior軟件學(xué)院用板的缺點(diǎn)：是根據(jù)scratchv1.6舊版本，s電子不升級(jí)固件，使用上會(huì)有很多限制。現(xiàn)，scratch升級(jí)到v2.0以上，教育活躍度在下降。

junior軟件學(xué)院用板不像entry板是使用者上傳固件使用形態(tài)，而因?yàn)槭鞘褂蒙a(chǎn)階段上傳的固件，沒(méi)有專(zhuān)業(yè)知識(shí)是不可能改善功能的。

junior軟件學(xué)院用板因固定附著的傳感器功能與entry傳感器板類(lèi)似，可以利用傳感器識(shí)別數(shù)據(jù)值，編程。但是沒(méi)有輸出led等功能。也就是說(shuō)有input功能，但是沒(méi)有output功能。(entry傳感器板除了開(kāi)led以外追加線路結(jié)構(gòu)前output-很難期待傳動(dòng)裝置功能)，junior軟件學(xué)院用板像entry傳感器板因固定附著的傳感器而有一樣的缺陷。

pico類(lèi)板功能和缺點(diǎn)與s電子junior軟件學(xué)院用板沒(méi)什么區(qū)別。視為這類(lèi)傳感器板的圓形或者基本模型就可。

其他板類(lèi)，以合并裝在arduino板使用的傳感器形態(tài)制作的套裝，為了教育可以使用在在校學(xué)生上，但是對(duì)教育專(zhuān)業(yè)學(xué)生的目的更強(qiáng)。

這個(gè)形態(tài)不適用于練習(xí)傳感器功能以外的功能。無(wú)法脫離固定附著傳感器的概念，結(jié)果只是學(xué)習(xí)機(jī)器本身，而很難適用于物理計(jì)算和編程教育的目的。并且除了板上附著的以外很難再增加擴(kuò)張配件。還有即使增加擴(kuò)張配件也要構(gòu)成另外的線路圖的問(wèn)題。

上述編程板的馬達(dá)和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，沒(méi)有將各種傳感器組件化用一個(gè)板的傳感器的技術(shù)，硬件上也不適用于藍(lán)牙技術(shù)，智能手機(jī)的應(yīng)用，并沒(méi)有被提供與程序聯(lián)動(dòng)互動(dòng)的編程教育及物理計(jì)算的套裝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決歷來(lái)技術(shù)問(wèn)題的本發(fā)明擺脫了小學(xué)中學(xué)以上編程(coding)教育或物理計(jì)算(physicalcomputing)教育時(shí)只能使用的特定傳感器附著的板,使用可以插拔輸入裝置(按鍵，輕觸開(kāi)關(guān)，傳感器)，輸出裝置(馬達(dá)，led,lcd，蜂鳴器，揚(yáng)聲器)和其他配件的結(jié)構(gòu)，將各種傳感器及配件組件化，插拔輸出，輸入裝置和其他配件，使用跨接電纜讓線路結(jié)構(gòu)成為可能，可擴(kuò)張故事游戲的scratch，entry傳感器板等傳統(tǒng)方式的編程方法也可以使用，可以使用大部分支持arduino的工具，排除了配件的排線或焊接等時(shí)間，可以把更多的時(shí)間用到使用庫(kù)來(lái)編程，為了智能手機(jī)和無(wú)線數(shù)據(jù)的發(fā)收信而使用藍(lán)牙的結(jié)構(gòu)，增加了使用無(wú)線通信的物聯(lián)網(wǎng)，為了強(qiáng)調(diào)編程教育而不是線路教育而提供把線路結(jié)構(gòu)部分組件化的套裝，提供編程系統(tǒng)就是其目的。本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種教學(xué)編程系統(tǒng)，所述系統(tǒng)具有基本套件和與基本套裝連接擴(kuò)張?zhí)准?，所述基本套件設(shè)置在編程板上，包括提供dc額定電壓的電源適配器與電腦和usb線連接的usb連接端、具備與電源適配器連接的電源部、控制板及通信部、包括按鍵用輕觸開(kāi)關(guān)，電熱調(diào)節(jié)器，具備組件化的各種傳感器的輸入端，包括組件化的馬達(dá)和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，led組件，lcd組件，蜂鳴器，具備揚(yáng)聲器的輸出端，其中，組件化的其他配件和以插拔方式使用的電子配件通過(guò)跨接電纜來(lái)連接構(gòu)成線路，所述教學(xué)編程系統(tǒng)還包括用于編程教育和物理計(jì)算教育編程工具的庫(kù)，并給編程板提供text編程方式的編程工具和模塊型編程工具，所述編程板的控制板上具備與智能手機(jī)近距離通過(guò)無(wú)線通信來(lái)傳送實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的通信部，所述通信部用于游戲，機(jī)器人控制及各種應(yīng)用程序的編程教育與物理計(jì)算教育的通信

進(jìn)一步技術(shù)方案是，所述電腦和基本套裝通過(guò)1～2musb線連接。

所述基本套裝中以插拔式方式裝配0～180°旋轉(zhuǎn)角的伺服馬達(dá)，dc齒輪馬達(dá)，馬達(dá)與馬達(dá)驅(qū)動(dòng)為一體型裝配。

所述擴(kuò)充套裝還包括插拔方式裝配的360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)無(wú)限伺服馬達(dá)、振動(dòng)馬達(dá)、揚(yáng)聲器、蜂鳴器、激光傳感器、水分傳感器、防水溫度傳感器。

所述教學(xué)編程系統(tǒng)還包含將電阻，電感器，電容器，icchip，電子配件元件用跨接電纜以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式連接構(gòu)成電子線路的breadboard。

作為輸出裝置連接使用的有可以顯示羅馬字，數(shù)字文字的clcd，將控制板的pin變換成12cpin的backpack組件。

所述基本套裝或擴(kuò)充套裝還包括以插拔式裝配方式裝配的led,紅外線傳感器，光傳感器(cds),溫度傳感器(電熱調(diào)節(jié)器)，電位計(jì)，霍爾效應(yīng)傳感器，測(cè)量水位的rain傳感器，識(shí)別火焰的火焰?zhèn)鞲衅?，水分傳感器，?.5度的誤差范圍測(cè)量0～100度日常溫度的溫度傳感器，加速度傳感器，溫濕度傳感器，tilt傳感器，按鍵用輕觸開(kāi)關(guān)，reed傳感器，測(cè)量液體的防水型溫度傳感器。

如上技術(shù)方案中，所述控制板用于控制輸出入而具備微控制器，包括連接端，殼子，與電源適配器連接的電源部；與所述控制板連接的有，提供近距離無(wú)線通信的通信部；與所述控制板連接，具備按鍵，輕觸開(kāi)關(guān)，電熱調(diào)節(jié)器，與輸入元件相關(guān)的組件化的各種模擬傳感器及數(shù)碼傳感器的輸入部；與所述控制板連接，具備了馬達(dá)和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)部，led和led驅(qū)動(dòng)部，lcd和lcd驅(qū)動(dòng)部，蜂鳴器，揚(yáng)聲器的輸出元件的輸出部；及具備其他配件的其他配件部。

所述輸入部的輸入裝置按鍵，輕觸開(kāi)關(guān)，電熱調(diào)節(jié)器，各種模擬傳感器及數(shù)碼傳感器等以插拔式方式裝配，所述輸出部的輸出裝置馬達(dá)和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)部，led和led驅(qū)動(dòng)部，lcd和lcd驅(qū)動(dòng)部，蜂鳴器，揚(yáng)聲器組件化以插拔式方式裝配。

所述通信部具備藍(lán)牙通信模塊、rf433hz、xbee、rfid、nfc中任何一項(xiàng)。

所述教學(xué)編程系統(tǒng)包括所述控制板pc的usb連接端在電力低的情況下連接使用的外部電源。

所述其他配件部包括使用太陽(yáng)光板，gps,壓力傳感器，變形傳感器(受外力變凹)，piezo，photointerrupter，重量傳感器(測(cè)壓元件)，relay、，xbee,rf433hz,粉塵傳感器，mp3播放器，紅外線距離傳感器，滑電位計(jì)，遙控器收發(fā)信部，陀螺儀傳感器，高氣壓傳感器，數(shù)碼羅盤(pán)傳感器，加速度傳感器，酒精傳感器，一氧化碳等氣體傳感器等，el-wire,el-panal,softpot傳感器。

為了達(dá)成本發(fā)明的目的，編程系統(tǒng)具備了提供dc額定電壓的電源適配器和電腦和usb線連接的usb連接端，具備與電源適配器連接的電源部和控制板和通信部，按鍵用輕觸開(kāi)關(guān)，電熱調(diào)節(jié)器，具備組件化的各種傳感器的輸入端，組件化的馬達(dá)和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，led組件，lcd組件，蜂鳴器，具備揚(yáng)聲器的輸出端，組件化的其他配件和以插拔式方式使用的各種電子配件用跨接電纜來(lái)連接構(gòu)成線路，節(jié)省配件排線和焊接的時(shí)間使用為了編程教育和物理計(jì)算教育編程工具的庫(kù)可編程的基本套裝，如上基本套裝具備基本套件外的擴(kuò)張?zhí)准o編程板提供text編程方式的編程工具和模塊型編程工具，如上編程板的控制板上具備通信部與智能手機(jī)近距離通過(guò)無(wú)線通信來(lái)傳送實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，游戲，機(jī)器人控制及各種應(yīng)用程序的編程教育與物理計(jì)算教育。

本發(fā)明是關(guān)于基本套裝的，脫離了只使用編程教育或物理計(jì)算教育時(shí)使用的特定傳感器的固定附著型板。編程板上可自由組裝拆卸輸入設(shè)備(按鍵，輕觸開(kāi)關(guān)，傳感器)和輸出設(shè)備(馬達(dá)，led,lcd,蜂鳴器，擴(kuò)音器)還有其他配件。將各種傳感器和配件組件化，輸入設(shè)備，輸出設(shè)備和其他配件是可拆卸方式與編程板結(jié)合，使用跨接電纜可形成線路可擴(kuò)張?？墒褂胹cratch,entry傳感器板等模塊型編程工具和傳統(tǒng)方式的文本編程方式?？墒褂弥С謅rduino板的大部分工具，排出了配件排線或焊接等時(shí)間，可以將更多的時(shí)間投入到使用library集中到編程上。為了智能手機(jī)和收發(fā)無(wú)線數(shù)據(jù)采用使用藍(lán)牙結(jié)構(gòu)，增加了用無(wú)線通信的iot(物聯(lián)網(wǎng))要素。為了強(qiáng)調(diào)比起線路教育而是編程教育，將線路結(jié)構(gòu)部分最大限度的組件化的基本套裝。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的編程板套裝的結(jié)構(gòu)圖。

圖2是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制板的微控制器和編程板的組件化輸出入裝置和各種配件連接的線路圖。

標(biāo)號(hào)說(shuō)明：100:電腦110:智能手機(jī)

200:基本套裝210:擴(kuò)充套裝

300:breadboard(案板)

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如下，參考本發(fā)明的實(shí)施例圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明發(fā)明的結(jié)構(gòu)及動(dòng)作。

軟件教育是雖然可以在開(kāi)始階段習(xí)得unplugged活動(dòng)和基礎(chǔ)概念，主要遵循從編程教育到物理計(jì)算教育的實(shí)行順序和方法。

基本套裝是脫離了將編程教育和物理計(jì)算教育時(shí)使用的特定傳感器的固定附著型板，將想使用的傳感器直接組裝到板上，led，蜂鳴器，輕觸開(kāi)關(guān)，可變電阻，電感器，電容器，電熱調(diào)節(jié)器，組件化的馬達(dá)和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，組裝成可隨意拆裝各種傳感器的結(jié)構(gòu)，具備了更多種類(lèi)復(fù)雜的傳感器的輸出入不喝機(jī)器配件部，使用各種配件用插拔式，使用跨接電纜可形成線路擴(kuò)張，具備除了基本套裝以外的擴(kuò)展該套裝，可以將bread板連接到編程板的控制板上使用。編程板包含提供dc額定電壓的電源適配器，電腦和usb先連接的usb連接器和usb控制線路和驅(qū)動(dòng)，具備連接電源適配器和電源部和控制板的通信部，案件用輕觸開(kāi)關(guān)，電熱調(diào)節(jié)器，具備組件化的各種傳感器輸出入部和具備了組件化的馬達(dá)和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，組件化的led，組件化的lcd組件，蜂鳴器，揚(yáng)聲器等輸出設(shè)備，和組件化的其他配件以插拔式方式用跨接電纜構(gòu)成線路。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的基本套裝結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示：

基本套裝(200)具備額定電壓為dc5～20v的電源適配器(101)和電腦(100)和usb先連接的usb接口，具備與電源適配器(101)連接的電源部和控制板(201)和通信部(202)，具備按鍵用輕觸開(kāi)關(guān)，電熱調(diào)節(jié)器，組件化的各種傳感器的輸入部和具備各種組件化的馬達(dá)和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，組件化的led組件，組件化的lcd組件，蜂鳴器，揚(yáng)聲器的輸出部和具備組件化的其他配件，構(gòu)成以跨接電纜與插拔式將組件化的輸入裝置，組件化的輸出裝置和組件化的各種配件的線路。

節(jié)省配件排線和焊接的時(shí)間使用為了編程教育和物理計(jì)算教育編程工具的庫(kù)可編程的基本套裝，如上基本套裝具備基本套件外的擴(kuò)張?zhí)准?，給編程板提供text編程方式的編程工具和模塊型編程工具，如上編程板的控制板上具備通信部與智能手機(jī)近距離通過(guò)無(wú)線通信來(lái)傳送實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，游戲，機(jī)器人控制及各種應(yīng)用程序的編程教育與物理計(jì)算教育。

可使用scratch,entry傳感器板等模塊型編程工具和傳統(tǒng)方式的文本編程方式?？墒褂弥С謅rduino板的大部分工具，可使用跨接電纜節(jié)省配件排線和焊接的時(shí)間將更多的時(shí)間投入到使用library集中到編程上。

基本套裝具備與控制板連接的藍(lán)牙通信部，為了智能手機(jī)和收發(fā)無(wú)線數(shù)據(jù)采用使用藍(lán)牙結(jié)構(gòu)，增加了用無(wú)線通信的iot(物聯(lián)網(wǎng))要素。為了強(qiáng)調(diào)比起線路教育而是編程教育，提供將線路結(jié)構(gòu)部分最大限度的組件化的基本套裝。

編程板與到現(xiàn)在上市的其他產(chǎn)品不一樣，脫離只使用特定傳感器的固定附著板，為了采取將欲使用的各種傳感器組件化直接組合的形態(tài)，按照可拆裝傳感器的結(jié)構(gòu)制作。

編程板被制作成可以使用更多的傳感器的結(jié)構(gòu)可以給學(xué)生們更創(chuàng)意的教育，可以個(gè)人發(fā)明，制作創(chuàng)作品。并將所有傳感器與裝在板上的pin標(biāo)準(zhǔn)化?？梢宰鳛槎鄻拥木幊坦ぞ?。

可使用scratch,entry傳感器板等模塊型編程工具和傳統(tǒng)方式的文本編程方式，可使用支持arduino板的大部分工具，使學(xué)習(xí)者可以使用符合自己條件的工具。

基本套裝需要通過(guò)自己組裝制作自己作品的教育要素，基本套裝是將所有的傳感器組件化活躍運(yùn)用必要的傳感器和配件來(lái)制作自己的作品的結(jié)構(gòu)。根據(jù)情況可以使用復(fù)雜的傳感器構(gòu)成線路擴(kuò)張結(jié)構(gòu)。

基本套裝為了編程和物理計(jì)算教育通過(guò)computing思考來(lái)增強(qiáng)問(wèn)題解決能力，比起編程更注重于算法(algorism)教育，用跨接電纜連接各種組件化的配件裝在板上來(lái)節(jié)省配件排線和焊接的時(shí)間，把更多的時(shí)間用在編程上。為了強(qiáng)調(diào)比起線路教育而編程教育將各種輸出入裝置和各配件的線路結(jié)構(gòu)部分最大可能的組件化。為了將增多需供應(yīng)的傳感器種類(lèi)，將各種傳感器盡可能標(biāo)準(zhǔn)化，為了減少構(gòu)成線路的努力，包含線路構(gòu)成部分全部組件化?；咎籽b還增加了物聯(lián)網(wǎng)因素，來(lái)對(duì)應(yīng)編程教育和物理計(jì)算教育變化。

使用電腦和基本套裝時(shí)，不是用電腦鍵盤(pán)和鼠標(biāo)而是操作編程板的輸入部(模擬傳感器，數(shù)據(jù)傳感器，按鍵用輕觸開(kāi)關(guān)等)傳送輸入信息到電腦上來(lái)操作電腦游戲(例，游戲人物的左右移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)方向，發(fā)射子彈等)，控制機(jī)器人，各種應(yīng)用程序等，將這些輸出數(shù)據(jù)從電腦發(fā)送到編程板操作編程板的原件(馬達(dá)，led,lcd,蜂鳴器，揚(yáng)聲器)等。

編程板的通信部可以搭載藍(lán)牙，rf433hz,xbee,rfid,nfc等。舉個(gè)例子，基本套裝具備連接控制板的藍(lán)牙通信部，增加了使用近距離無(wú)線通信的物聯(lián)網(wǎng)要素。使用智能手機(jī)和編程板的時(shí)候，不使用手機(jī)按鍵輸入而是操作編程板的輸入部(模擬傳感器，數(shù)據(jù)傳感器，按鍵用輕觸開(kāi)關(guān)等)傳送輸入信息到手機(jī)，來(lái)操作手機(jī)游戲(例，游戲人物的左右移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)方向，發(fā)射子彈等)，控制機(jī)器人，各種應(yīng)用程序等，將這些輸出數(shù)據(jù)從手機(jī)發(fā)送到編程板操作編程板的原件(馬達(dá)，led,lcd,蜂鳴器，揚(yáng)聲器)等。

控制板具備arduino和通信部，usb借口來(lái)制作。

電腦與usb線連接的aruduinouno(控制板)和可以裝電阻，電感器，電容器，led,電子配件，icchip，組件化的各種傳感器的breadboard的照片。

舉個(gè)例子，控制板的atmega328微控制器(mpuchip)具備powerled和dc5～20v范圍dc5～12v的電源和電源適配器，使用6mhz水晶的16mhzcpu，8bit/16bit單位的數(shù)據(jù)處理，實(shí)行命令語(yǔ)和對(duì)于中心動(dòng)作必要的32個(gè)通用寄存器，程序記憶卡(128kb閃存)，4kb～64kb數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，4kbeeprom,2個(gè)8bittimer/counter,2個(gè)16bittimer/counter,rtc(realtimecounterwithseparateoscillator),2個(gè)uart(usart0,usart1)直列通信接口，master/slavespi界面，8頻道10bitadc,復(fù)位開(kāi)關(guān),53個(gè)輸出入端口，使用windows的電腦和usb接口連接輸出入。

在編程軟件中，實(shí)行arduinoide，依次打開(kāi)文件->例題->打開(kāi)arduinoisp工具->烤啟動(dòng)load。

1)編程和物理計(jì)算

軟件教育是雖然可以在開(kāi)始階段習(xí)得unplugged活動(dòng)和基礎(chǔ)概念，主要遵循從編程教育到物理計(jì)算教育的實(shí)行順序和方法。

*coding教育:舉個(gè)例子,使用scratch,entry傳感器板制作類(lèi)似打磚塊游戲的程序。

例如是使用類(lèi)似scratch,entry傳感器板的編程語(yǔ)言制作類(lèi)似打磚塊游戲，機(jī)器人控制的程序的畫(huà)面。

*physicalcomputing教育:使用類(lèi)似arduino板使電腦程序與現(xiàn)實(shí)世界相互作用。

例如是使用類(lèi)似arduinouno板，裝上傳感器和傳動(dòng)裝置，為了說(shuō)明電腦程序與現(xiàn)實(shí)世界相互作用的物理計(jì)算的概念圖。

2)編程系統(tǒng)概念

①?gòu)腶rduino教育解決線路結(jié)構(gòu)和pin連接的難度，使能夠更集中到編程。

②脫離只觀看電腦屏幕的漫長(zhǎng)編程教育，代替鼠標(biāo)和鍵盤(pán)利用輸出入裝置實(shí)行游戲。

③實(shí)習(xí)套裝里面含有輸出和輸入莊客是實(shí)行雙方向?qū)嵙?xí)。可以用世襲套裝確認(rèn)電腦編程結(jié)果(例，led閃滅)，用世襲套裝也可以操作電腦游戲(例，移動(dòng)volume打磚塊游戲)。

④使用固定的pin位置可實(shí)行用一個(gè)程序來(lái)控制多個(gè)輸出輸入裝置。將其他觸碰床安琪或者紅外傳感器插到volume開(kāi)關(guān)的位置，也可以不修改程序而控制游戲。

⑤用插拔方式容易實(shí)現(xiàn)增加其他輸出輸入裝置，可以一次性學(xué)習(xí)到各種傳感器的特征和功能(增加傳感器類(lèi)以擴(kuò)張?zhí)籽b方式提供)。

⑥采用考慮學(xué)生們發(fā)達(dá)階段的容易保管的大小組件結(jié)構(gòu)。

⑦經(jīng)過(guò)交大電腦教育專(zhuān)業(yè)人士和編程教育教師群等長(zhǎng)久以來(lái)的研究和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)來(lái)企劃。

作為本發(fā)明的具體實(shí)施例是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例子的使用3d打印機(jī)制作樣品模具的編程照片。

舉個(gè)例子，電腦游戲，機(jī)器人控制，與各種應(yīng)用程序相互聯(lián)動(dòng)，不使用鍵盤(pán)或鼠標(biāo)的輸入設(shè)備，而使用附著led,馬達(dá)，傳感器等的輸出入裝置的基本套裝的usb通信，按下觸碰傳感器智能手機(jī)或電腦的額游戲界面就會(huì)有游戲人物發(fā)射子彈，旋轉(zhuǎn)馬達(dá)使起風(fēng)，將水位傳感器插入到水位為1檔，畫(huà)面人物向左移動(dòng)，插入到比第1水位更高的第2水位游戲人物向右移動(dòng)。

繼續(xù)參照?qǐng)D1，節(jié)省了配件排線或焊接等時(shí)間，為了比起線路教育而將更多時(shí)間投入到編程教育和物理計(jì)算教育，使用編程工具library編程的編程系統(tǒng)；如上編程系統(tǒng)具備除了基本套裝(200)外的擴(kuò)張?zhí)籽b(210)，提供連接在基本套裝的控制板(201)文本變成方式的編程工具和模塊型編程工具，基本套裝(200)以如上電腦(100)和usb線連接，如上編程板(200)的控制板(201)具備藍(lán)牙通信部(202)與智能手機(jī)(110)通過(guò)近距離無(wú)線通信(bluetooth)傳送實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，電腦(100)或智能手機(jī)(110)的游戲，機(jī)器人控制及各種應(yīng)用程序和不使用鍵盤(pán)鼠標(biāo)傳送編程板的輸出入數(shù)據(jù)，被使用于變成教育和物理計(jì)算教育。

(200)是具備了為了控制游戲，機(jī)器人控制及各種應(yīng)用程序的輸出入裝置的微處理器的arduino板，具備線，殼子，與電源適配器連接的電源部的使用arduino本體的控制板(a-1編碼)(201)；與如上控制板(201)連接，藍(lán)牙通信,rf433hz,xbee,rfid,具備nfc的通信與案件的通信部(c-1編碼)(202)；與如上控制板(201)連接，具備與輸入元件關(guān)聯(lián)的各種模擬傳感器及數(shù)據(jù)傳感器的輸入部(i編碼)(203)；與如上控制板(201)連接，具備了馬達(dá)和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)部，led和led驅(qū)動(dòng)部，lcd和lcd驅(qū)動(dòng)部，蜂鳴器，揚(yáng)聲器的輸出元件的輸出部(o-1編碼)；及具備其他配件的其他配件部(e編碼)(208)；包含具備這些的基本套裝(200),可具備與基本套裝(200)連接的擴(kuò)張?zhí)籽b(210)。

基本套裝(200)可以根據(jù)線路構(gòu)成時(shí)的需要具備更多breadboard(300)。作為基本套裝輸入部的輸入裝置的按鍵，輕觸開(kāi)關(guān)，電熱調(diào)節(jié)器，各種模擬傳感器及數(shù)據(jù)傳感器都以組件化插拔式組裝，作為輸出部輸出裝置的馬達(dá)和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)部，led和led驅(qū)動(dòng)部，lcd和lcd驅(qū)動(dòng)部，蜂鳴器和揚(yáng)聲器都以組件化插拔式組裝為特點(diǎn)。

表1表示基本套裝的配件和用途。

【表1】

按照如上結(jié)構(gòu)基本套裝(200)不需要breadboard(案板)(300)，但是為了希望直接進(jìn)行線路結(jié)構(gòu)的學(xué)生還是包含在里面。水分傳感器，防水型溫度傳感器并不包含在基本套裝(200)，而是包含在扣賬套裝(210)里面。

編程系統(tǒng)以小學(xué)高年級(jí)～中學(xué)生，高中生以上人為對(duì)象，在機(jī)器人學(xué)院，課后編程學(xué)院委托機(jī)關(guān)以器材使用。

編程系統(tǒng)具備基本套裝及擴(kuò)張?zhí)籽b，還可以增加breadboard(插拔式裝配，用快捷電纜連接電阻，電感器，電容器，二極管，晶體管，icchip)，用插拔式裝配，跨接電纜連接輸入裝置，輸出裝置和其他配件來(lái)構(gòu)成線路。

*編程系統(tǒng)基本套裝的結(jié)構(gòu)案

a-1編碼:作為為了控制輸出入而具備微處理器的板，具備usb連接器，殼子，連接電源適配器的電源部的控制板:例)aruduino本體(aruduino，線，殼子，電源部和電源適配器)

c-1編碼:通信部(藍(lán)牙,rf433hz,xbee,rfid,nfc等...)

o-1編碼:輸出部(輸出(output)關(guān)聯(lián)馬達(dá)，led,lcd,蜂鳴器，揚(yáng)聲器等...)

i編碼:i(input)編碼具備按鍵和輕觸開(kāi)關(guān)和有關(guān)輸出入的傳感器的輸入部

-i-a1:i編碼中a(analog)編碼是模擬傳感器

-i-d1:i編碼中d(digital)編碼是數(shù)據(jù)傳感器

e編碼:其他配件部

編程系統(tǒng)的基本套裝具備如下

a-1.arduinounor3

使用基本套裝的主要控制板的mpuchip是atmega328chip(微處理器)所有產(chǎn)品。比起這種差異可以使用pc的usb和arduinouno板的uart通信(直列通信界面)控制的通信用chip。

a-2.arduinounocase

開(kāi)發(fā)公司考慮到aruduinouno刻字的制作方法和只做模具費(fèi)用，雖然市面上銷(xiāo)售的arduinouno板，使用的是透明亞克力。需要購(gòu)買(mǎi)者使用螺絲組裝。

a-3.usb線

購(gòu)買(mǎi)atob型。市面上正品arduino板sub端口是b型。但最近應(yīng)智能手機(jī)趨勢(shì)也有出現(xiàn)microusb端口的。要根據(jù)使用的arduinouno板的usb端口使用1～2米長(zhǎng)的線連接pc和編程板和控制板。

a-4.電源適配器

基本套裝的電源適配器可能是dc5～20v,但建議使用dc7～12v程度的。輸出為dc9v左右使用1a-1.5a的適配器最為恰當(dāng)。

c-1.藍(lán)牙

根據(jù)實(shí)施例，變成套裝的藍(lán)牙推薦hc-06型。可大量生產(chǎn)價(jià)格低廉與安卓手機(jī)也配。hc-06原來(lái)的組件式3.3v用。但arduinouno板適用dc5v。為了消除這種不方便hc-06一般是附在板背面而使dc3.3v-5v的使用變?yōu)榭赡堋?/p>

o-1.伺服馬達(dá)

對(duì)于擁有0-180°旋轉(zhuǎn)角度的伺服馬達(dá)sg90最為合適又低廉。但這款伺服馬達(dá)以arduinouno板的自帶電壓電流只能使其運(yùn)作一個(gè)。使用用通過(guò)鏈接pc的usb供電的情況也有，在類(lèi)似電腦室因供給arduinouno板的pc的usb電力太低而無(wú)法操作情況也有發(fā)生。結(jié)果還是需要外部電源供給。比這個(gè)更大的馬達(dá)當(dāng)然是需要使用電源適配器的外部電源。

o-2.無(wú)限旋轉(zhuǎn)伺服馬達(dá)

雖然也有無(wú)限旋轉(zhuǎn)伺服馬達(dá)(360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服馬達(dá))，但將其包含在擴(kuò)張?zhí)籽b里。

o-3.dc齒輪馬達(dá)

為了好好運(yùn)用需要增加馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。

如果將其包含在編程系統(tǒng)的基本套裝，用二極管和晶體管使其只體現(xiàn)單純調(diào)節(jié)速度的功能(不可逆轉(zhuǎn)).選擇馬達(dá)時(shí)考慮到模塊規(guī)格需要低電壓，低電流的小型micro馬達(dá)。

o-6.振動(dòng)馬達(dá)

振動(dòng)馬達(dá)使用銅錢(qián)摸樣的π10-20規(guī)格的硬幣型。一般為3.3v使用上不會(huì)有有什么問(wèn)題。為了防止你電流附著二極管，晶體管會(huì)比較好。振動(dòng)馬達(dá)包含在擴(kuò)張?zhí)籽b里面。

o-7.led(red)

o-8.led(green)

o-9.led(yellow)

o-10.led(blue)

o-11.led(white)

顏色5mmled的電壓不同參考數(shù)據(jù)表。

舉個(gè)例子，購(gòu)買(mǎi)的red,green,yellowled安裝180ω電阻，white,blueled安裝130ω的電阻。使用ledholder簡(jiǎn)單處理，但使用模具制作時(shí)就不需要holder也會(huì)干凈利索了。

-voltage:1.8-2.2v(basicred,green,yellow)

-voltage:2.4-2.7v(white,blue)

-maxcurrent:20ma

-suggestedusingcurrent:16-18ma

因是教育用也可以考慮使用10mm尺寸的大led。

o-12.激光

激光需要電阻包含于擴(kuò)充套裝。雖然是激光輸出較弱的產(chǎn)品，但是有可能在學(xué)生們玩鬧的時(shí)候會(huì)對(duì)眼睛產(chǎn)生影響，需標(biāo)注安全注意標(biāo)示，需特別注意安全。

o-13.蜂鳴器

蜂鳴器(buzzer)有被動(dòng)(passive)型和積極(active)型。被動(dòng)型只靠供給電源是不會(huì)出聲，而需要供給頻率才會(huì)運(yùn)作。積極型是供電就運(yùn)作，對(duì)于小學(xué)生這個(gè)更方便，所以使用積極型。

o-14.揚(yáng)聲器

揚(yáng)聲器跟蜂鳴器分本類(lèi)似。揚(yáng)聲器比起蜂鳴器雖然聲音更高級(jí)音更準(zhǔn)，但考慮到價(jià)格問(wèn)題放在擴(kuò)充套裝里。蜂鳴器8ω0.5w左右為恰當(dāng)，直徑20-25π左右為恰當(dāng)。

o-15.clcd

使用1602clcd型標(biāo)示簡(jiǎn)單的羅馬數(shù)字，文字，數(shù)字。ccld更多使用arduino的pin，將其與i2c方式轉(zhuǎn)換的backpack組件一起使用。

o-16.clcdbackpack(pcf8574)

將clcd的多個(gè)pin只使2個(gè)i2cpin為可用。arduinouno板的i2cpin是a4,a5pin。

i-a1.紅外線傳感器(tcrt5000)

使用在巡線，將物體的靠近成都用模擬信號(hào)輸出。發(fā)信部led需要100ω，授信部需要10kω的電阻。(連接pull-down電阻)

i-a2.光纖傳感器(cds)

需要10kω電阻。給學(xué)生使用的傳感器面積寬的比較好(連接pull-down電阻)。

i-a3.溫度傳感器(電熱調(diào)節(jié)器)

多半使用10kω的電熱調(diào)節(jié)器。也需要10kω的電阻(連接pull-down電阻).

i-a4.電位計(jì)(potentiometer)

電位計(jì)是將直線變位和旋轉(zhuǎn)變位換成電子電阻的的邊電阻分接觸型和非接觸型。接觸型是電刷變動(dòng)電阻體位的結(jié)構(gòu)，直線型有一擊為1,000㎜，旋轉(zhuǎn)型是一旋轉(zhuǎn)到多旋轉(zhuǎn)的，包含在基本套裝里面。

i-a5.霍爾效應(yīng)傳感器

halleffect是通過(guò)識(shí)別有無(wú)磁鐵來(lái)判斷門(mén)市關(guān)閉還是開(kāi)啟狀態(tài)，又或者測(cè)試自行車(chē)輪子轉(zhuǎn)了多少圈等用途。與磁鐵傳感器用法類(lèi)似，霍爾效應(yīng)傳感器包含在擴(kuò)充套裝里。

halleffect傳感器以數(shù)碼方式只表現(xiàn)為0,1，模擬方式表吸納磁力的強(qiáng)度，以棘齒使用等功能區(qū)分。

i-a6.rain傳感器

雨傳感器是識(shí)別是否下雨識(shí)別水的傳感器，可以測(cè)量水位的高低。對(duì)于學(xué)生是趣味性較高的傳感器，包含在基本套裝里面。

i-a7.火焰?zhèn)鞲衅?/p>

作為識(shí)別火焰?zhèn)鞲衅髟趯?shí)驗(yàn)室的運(yùn)用程度很高，考慮到學(xué)生們會(huì)為了測(cè)試火焰而故意制造火源的危險(xiǎn)性將火焰?zhèn)鞲衅靼跀U(kuò)充傳感器里?；鹧?zhèn)鞲衅鳟a(chǎn)品為了預(yù)防安全需注明危險(xiǎn)注意標(biāo)示。

i-a8.水分傳感器

水分傳感器測(cè)量土壤水分的程度。多數(shù)使用在花盆管理等趣味性高的傳感器。

i-a9.溫度傳感器(lm35)

溫度傳感器是將0℃～100℃日常溫度以0.5℃的誤差范圍測(cè)量的傳感器。類(lèi)似的tmp36溫度傳感器雖然可以從零下50℃開(kāi)始測(cè)量，但比起lm35溫度傳感器價(jià)格是兩倍。

i-a10.加速傳感器(adxl335)

大部分的測(cè)量加速度，陀螺儀，羅盤(pán)，氣壓等的傳感器需要用spi,i2c端口這一點(diǎn)對(duì)于小學(xué)生來(lái)說(shuō)時(shí)比較有難度的傳感器。adxl335加速傳感器是將x,y,z軸的價(jià)值變化以模擬信號(hào)(10bit)輸出使用較為簡(jiǎn)單。但同時(shí)使用模擬三個(gè)pin，屬于擴(kuò)充套裝。

i-d1.溫濕度傳感器(dht11,dht22)

測(cè)量溫度的傳感器已經(jīng)有兩種左右，這個(gè)傳感器放在擴(kuò)充套裝里。雖然能測(cè)量適度較為方便，但是對(duì)于小學(xué)生難度太大放在中學(xué)生用。

i-d2.tilt

雖然將sw-200d,sw-520d等tilt傳感器稱(chēng)為傾斜傳感器，但tilt傳感器不是測(cè)量?jī)A斜的，而是單純用0，1去判斷是傾斜還是正的數(shù)碼開(kāi)關(guān)。

i-d3.輕觸開(kāi)關(guān)(tactswitch)

作為按鍵輸入使用，含在基本套裝或者擴(kuò)充套裝或者使用在breadboard。

i-d4.reed傳感器

reed傳感器作為判斷有無(wú)磁鐵的傳感器與霍爾效應(yīng)傳感器還是有些不同的?；魻栃?yīng)傳感器可以判斷磁鐵的接近程度，而reed傳感器只能用0,1測(cè)有無(wú)磁鐵。

i-d5.防水型溫度傳感器(ds18b20)

可以測(cè)量液體的溫度，可作為科學(xué)實(shí)驗(yàn)室里科學(xué)實(shí)驗(yàn)的道具。對(duì)于小學(xué)生多數(shù)比較難操作古放在擴(kuò)充套裝里面。

e-1(未分類(lèi)狀態(tài)....)

太陽(yáng)光面板，gps，壓力傳感器，變形傳感器(受外力凹)，piezo，photointerrupter,重量傳感器(測(cè)壓元件)，接力，xbee,rf433hz，粉塵傳感器，mp3播放器，紅外線距離傳感器，滑電位計(jì)，遙控送信部，陀螺儀傳感器，氣壓高度傳感器，數(shù)碼羅盤(pán)傳感器，加速傳感器，酒精傳感器，一氧化碳等氣體傳感器類(lèi)，el-wire,el-panal,softpot等傳感器。

圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例控制板的微處理器和基本套裝的組件化的輸出入裝備和其他配件連接的線路圖。

舉個(gè)例子使用基本套裝的控制板的微處理器和通信部的跨接電纜輸入部(按鍵，輕觸開(kāi)關(guān)，電熱調(diào)節(jié)器，各種傳感器)和輸出部(led,lcd，蜂鳴器，揚(yáng)聲器)，構(gòu)成線路時(shí)根據(jù)需要具備組件化的cds傳感器，溫度傳感器，壓力傳感器，氣體傳感器，加速度，陀螺儀床拿起，傾斜傳感器，振動(dòng)傳感器等制作線路。

基本套裝是電腦與usb線連接或者通過(guò)智能手機(jī)與藍(lán)牙通信連接，使用控制板的library變成，運(yùn)用電腦或手機(jī)的游戲，控制機(jī)器人，各種應(yīng)用程序的編程，基本套裝的輸出入裝置元件使用在變成教育和物理計(jì)算教育?；咎籽b表現(xiàn)為電腦或智能手機(jī)軟件的組合。電腦或手機(jī)的軟件在程序存儲(chǔ)部實(shí)際以具現(xiàn)的游戲，電腦控制應(yīng)用程序等具現(xiàn)。基本套裝具備裝配以一個(gè)以上的中央處理裝置(cpu)，處理器，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器及輸出入(i/o)裝置和配件的線路的硬件。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。