一种采用无线通讯的电子积木编程方法及系统
专利汇可以提供一种采用无线通讯的电子积木编程方法及系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提出一种采用无线通讯的 电子 积木编程方法及系统，设计预设有相应程序的指令卡，使用者根据自己设想的逻辑功能排列组合各指令卡，再由指令读取设备读取指令卡包含的指令信息，指令卡采用光学辨识码，由光学识别设备识别并读取指令卡上的光学辨识码，并将读取到的码值信息无线传输给主控模 块 ，由主控电子积木接收处理这些指令信息，并同功能电子积木组合实现指令卡设定的动作或逻辑，从而实现使用者预想的特定功能。本发明通过内置的指令库，并将 可视化 的图文信息展示在指令卡上，降低了编程积木的使用 门 槛 ，使得儿童能够根据自身所想实现电子积木的自动化运行，有助于编程教育面向更广大儿童的普及。，下面是一种采用无线通讯的电子积木编程方法及系统专利的具体信息内容。
1.一种采用无线通讯的电子积木编程方法，其特征是包括以下步骤：
步骤1、在指令卡表面或内部写入可被指令读取设备获取的码值信息，并在指令卡表面印刷可供使用者识别的图文信息，使用者按照自己设想的逻辑功能排列组合各指令卡；
步骤2、使用者通过指令读取设备识别指令卡上的码值信息，指令读取设备通过无线传输方式将码值信息传输给电子积木主控模块；
步骤3、主控电子积木的无线通信单元接收到指令读取设备发送的码值信息，并通过自身的中央处理单元对该码值信息解码，并组合生成执行程序；
步骤4、主控电子积木将生成的执行程序反馈至输出执行电子积木，输出执行电子积木通过多个输出模块输出对应的功能；信号采集电子积木通过多个信号采集模块采集周边的信息，并将该信息转换为数字信号反馈至主控电子积木，作为执行程序的输入变量。
2.根据权利要求1所述的一种采用无线通讯的电子积木编程方法，其特征在于，所述步骤1进一步包括：
对指令卡采用光学识别码或内置RFID电子标签，向指令卡内写入包括逻辑指令、采集指令、以及控制指令在内的指令信息。
3.根据权利要求2所述的一种采用无线通讯的电子积木编程方法，其特征在于，所述步骤2进一步包括：
通过光学识别设备识别并读取指令卡上的光学识别码，或通过NFC读写器识别并读取指令卡上的RFID电子标签，并将读取到的码值信息通过蓝牙、WiFi、或NFC近场通信传输给电子积木主控模块。
4.根据权利要求1所述的一种采用无线通讯的电子积木编程方法，其特征在于，所述步骤3进一步包括：
主控电子积木在利用中央处理单元对码值信息解码的同时，通过自身的神经网络单元对常见的程序组合进行优化与融合，以达到优化数据布局的作用：
首先引入神经元模型：
式中， 表示神经元的权重向量， 表示对输入向量x进行非线性变换， 表示对该权重向量进行激活函数转换， 表示对神经元模型引入tanh表达式以纠正梯度偏值；
将输入向量x赋值为 ，带入 ：
式中，n表示神经网络的级数，b表示偏量；
对神经元激活：
式中，表示与分离超平面垂直的权向量，表示超平面的偏置向量， 表示超平面之间的边缘带， 表示sigmoid激活函数， 表示调节系数， 表示激活输出向量；
利用NNL编译器多次迭代计算来训练神经网络：由编译器对程序语句进行解析，构建出程序所描述的带有template嵌套的图结构，对嵌套结构展开并根据NNL中隐含的语义对图进行扩展，得到由多个block连接的图结构，对该图结构进行反向传播，通过不断的回传误差，对权重进行更新，重新计算输出，最终从已有的输入值经过神经网络得到我们需要的结果，传递误差连同成本函数的梯度从输出层沿着隐藏层向输入层传递，同时使用梯度下降的方法调整每个神经元的权值，以使下一次正向传播的输出值和真实值更近，其中，多个block连接的表达式为：
式中， 表示第l层的第j个神经元与第（l-1）层的第k个神经元之间的权值； 表示第l层的第j+1个神经元与第（l-1）层的第k个神经元之间的权值； 表示第k个神经元的输出层误差； 表示第k+1个神经元的输出层误差。
5.根据权利要求1所述的一种采用无线通讯的电子积木编程方法，其特征在于，所述步骤4进一步包括：
所述信号采集电子积木通过人体感应积木感应周边的人体；通过声控积木感应周边的音频信号；通过颜色识别积木识别颜色信息；通过温湿度检测积木感应周边的湿度和温度；
通过光线检测积木感应环境光线；通过按键积木接收使用者的动作；通过红外避障积木感知前方障碍；通过磁敏积木感知周边磁信号；所述中央处理单元将指令读取设备读取到的码值信息解码为执行程序，将生成的执行程序反馈至输出执行电子积木，通过RGB灯积木输出彩色光亮；通过马达积木输出动力；通过蜂鸣器积木输出音频。
6.根据权利要求1所述的一种采用无线通讯的电子积木编程方法，其特征在于：
使用者使用光学识别设备或NFC读写器点选印刷有对应图文信息的指令卡，接着点选印刷有“完成”的指令卡，最后按下按键积木上的启动按钮，此时搭建好的电子积木开始启动：主控电子积木内的蓝牙通讯模块接收到点读笔的信号，接着利用单片机电路处理该信号，将指令组合生成执行程序，最后反馈至红外避障积木和RGB灯积木；当红外避障积木检测到前方有障碍物时，RGB灯积木上的RGB灯亮起；当红外避障积木未检测到前方有障碍物时，RGB灯积木上的RGB灯灭，由此往复执行，直至使用者使用点读笔点选印刷有“结束”的指令卡，电子积木受控停止运行；
使用者使用光学识别设备或NFC读写器点选印刷有对应图文信息的指令卡，接着点选印刷有“完成”的指令卡，最后按下按键积木上的启动按钮，此时搭建好的电子积木开始启动：主控电子积木内的蓝牙通讯模块接收到点读笔的信号，接着利用单片机电路处理该信号，将指令组合生成执行程序，最后反馈至马达积木；马达积木受控启动，直至使用者使用点读笔点选印刷有“结束”的指令卡，或再次按下按键积木上的启动按钮，马达积木受控停止运行。
7.一种采用无线通讯的电子积木编程方法，其特征是包括以下模块：
用于存储预设的码值信息的指令存储模块；
用于识别指令存储模块上的码值信息，并通过无线传输方式将码值信息传输给电子积木主控模块的指令读取模块；
用于接收指令读取模块发送的码值信息，并通过自身的中央处理单元对该码值信息解码生成执行程序的主控模块；
用于采集周边的信息，并将该信息转换为数字信号反馈至主控模块的信号采集模块；
用于执行主控模块输出的执行信号的输出执行模块。
8.根据权利要求7所述的一种采用无线通讯的电子积木编程方法，其特征在于：
所述指令存储模块进一步包括采用光学识别码或内置RFID电子标签的指令卡，向指令卡的内写入包括逻辑指令、采集指令、以及控制指令在内的指令信息；
所述指令读取模块进一步包括光学识别设备或NFC读写器，通过光学识别设备识别并读取指令卡上的光学识别码，或通过NFC读写器识别并读取指令卡上的RFID电子标签，并将读取到的码值信息通过蓝牙、WiFi、或NFC近场通信传输给电子积木主控模块；
所述主控模块进一步包括内置主控模块本体的主控电子积木，主控电子积木的无线通信单元接收到指令读取设备发送的码值信息，并通过自身的中央处理单元对该码值信息解码，在对码值信息解码的同时通过自身的神经网络单元对常见的程序组合进行优化与融合，以达到优化数据布局的作用；
所述信号采集模块包括内置信号采集模块本体的信号采集电子积木，所述信号采集电子积木进一步包括感应周边人体的人体感应积木；感应周边音频信号的声控积木；识别颜色信息的颜色识别积木；感应周边的湿度和温度的温湿度检测积木；感应环境光线的光线检测积木；接收使用者的动作的按键积木；感知前方障碍的红外避障积木；以及感知周边磁信号的磁敏积木；
所述输出执行模块包括内置输出执行模块本体的输出执行电子积木，所述输出执行电子积木进一步包括输出彩色光亮的RGB灯积木；输出动力的马达积木；以及输出音频的蜂鸣器积木。
9.根据权利要求8所述的一种采用无线通讯的电子积木编程方法，其特征在于：所述主控电子积木进一步包括无线通信单元、中央处理单元、电源单元、功能接口单元，电源单元分别与无线通信单元、中央处理单元和功能接口单元电连接，中央处理单元连接并控制无线通讯单元和功能接口单元；所述电源单元包含充电电池、充电单元和放电单元，所述充电单元和充电电池相连接；所述中央处理单元为单片机电路。
10.根据权利要求8所述的一种采用无线通讯的电子积木编程方法，其特征在于：
主控电子积木利用神经网络自我学习：
引入神经元模型：
式中， 表示神经元的权重向量， 表示对输入向量x进行非线性变换， 表示对该权重向量进行激活函数转换， 表示对神经元模型引入tanh表达式以纠正梯度偏值；
将输入向量x赋值为 ，带入 ：
式中，n表示神经网络的级数，b表示偏量；
对神经元激活：
式中，表示与分离超平面垂直的权向量，表示超平面的偏置向量， 表示超平面之间的边缘带，表示sigmoid激活函数， 表示调节系数， 表示激活输出向量；
利用NNL编译器多次迭代计算来训练神经网络：由编译器对程序语句进行解析，构建出程序所描述的带有template嵌套的图结构，对嵌套结构展开并根据NNL中隐含的语义对图进行扩展，得到由多个block连接的图结构，对该图结构进行反向传播，通过不断的回传误差，对权重进行更新，重新计算输出，最终从已有的输入值经过神经网络得到我们需要的结果，传递误差连同成本函数的梯度从输出层沿着隐藏层向输入层传递，同时使用梯度下降的方法调整每个神经元的权值，以使下一次正向传播的输出值和真实值更近，其中，多个block连接的表达式为：
式中， 表示第l层的第j个神经元与第（l-1）层的第k个神经元之间的权值； 表示第l层的第j+1个神经元与第（l-1）层的第k个神经元之间的权值； 表示第k个神经元的输出层误差； 表示第k+1个神经元的输出层误差。
一种采用无线通讯的电子积木编程方法及系统
技术领域
背景技术
发明内容
步骤2、使用者通过指令读取设备识别指令卡上的码值信息，指令读取设备通过无线传输方式将码值信息传输给电子积木主控模块；
步骤3、主控电子积木的无线通信单元接收到指令读取设备发送的码值信息，并通过自身的中央处理单元对该码值信息解码，并组合生成执行程序；
步骤4、主控电子积木将生成的执行程序反馈至输出执行电子积木，输出执行电子积木通过多个输出模块输出对应的功能；信号采集电子积木通过多个信号采集模块采集周边的信息，并将该信息转换为数字信号反馈至主控电子积木。
式中， 表示神经元的权重向量， 表示对输入向量x进行非线性变换， 表
示对该权重向量进行激活函数转换， 表示对神经元模型引入tanh表达式以纠正梯度偏值；
将输入向量x赋值为 ，带入 ：
式中，n表示神经网络的级数，b表示偏量；
对神经元激活：
式中，表示与分离超平面垂直的权向量，表示超平面的偏置向量， 表示超平面之间的边缘带， 表示sigmoid激活函数， 表示调节系数， 表示激活输出向
量；
利用NNL编译器多次迭代计算来训练神经网络：由编译器对程序语句进行解析，构建出程序所描述的带有template嵌套的图结构，对嵌套结构展开并根据NNL中隐含的语义对图进行扩展，得到由多个block连接的图结构，对该图结构进行反向传播，通过不断的回传误差，对权重进行更新，重新计算输出，最终从已有的输入值经过神经网络得到我们需要的结果，传递误差连同成本函数的梯度从输出层沿着隐藏层向输入层传递，同时使用梯度下降的方法调整每个神经元的权值，以使下一次正向传播的输出值和真实值更近，其中，多个block连接的表达式为：
式中， 表示第l层的第j个神经元与第（l-1）层的第k个神经元之间的权值；
表示第l层的第j+1个神经元与第（l-1）层的第k个神经元之间的权值； 表示第k个神经元的输出层误差； 表示第k+1个神经元的输出层误差。
用于识别指令存储模块上的码值信息，并通过无线传输方式将码值信息传输给电子积木主控模块的指令读取模块；
用于接收指令读取模块发送的码值信息，并通过自身的中央处理单元对该码值信息解码生成执行程序的主控模块；
用于采集周边的信息，并将该信息转换为数字信号反馈至主控模块的信号采集模块；
用于执行主控模块输出的执行信号的输出执行模块。
式中， 表示神经元的权重向量， 表示对输入向量x进行非线性变换， 表
示对该权重向量进行激活函数转换， 表示对神经元模型引入tanh表达式以纠正梯度偏值；
将输入向量x赋值为 ，带入 ：
式中，n表示神经网络的级数，b表示偏量；
对神经元激活：
式中，表示与分离超平面垂直的权向量，表示超平面的偏置向量， 表示超平面之间的边缘带， 表示sigmoid激活函数， 表示调节系数， 表示激活输出向
量；
利用NNL编译器多次迭代计算来训练神经网络：由编译器对程序语句进行解析，构建出程序所描述的带有template嵌套的图结构，对嵌套结构展开并根据NNL中隐含的语义对图进行扩展，得到由多个block连接的图结构，对该图结构进行反向传播，通过不断的回传误差，对权重进行更新，重新计算输出，最终从已有的输入值经过神经网络得到我们需要的结果，传递误差连同成本函数的梯度从输出层沿着隐藏层向输入层传递，同时使用梯度下降的方法调整每个神经元的权值，以使下一次正向传播的输出值和真实值更近，其中，多个block连接的表达式为：
式中， 表示第l层的第j个神经元与第（l-1）层的第k个神经元之间的权值；
表示第l层的第j+1个神经元与第（l-1）层的第k个神经元之间的权值； 表示第k个神经元的输出层误差； 表示第k+1个神经元的输出层误差。
具体实施方式
对指令卡采用光学识别码：将指令卡的电子标识生成16bit的电子标识前导码，预留出8bit作为编码版本号，预留32bit作为程序烧录空间，预留出4bit作为序列号，预留出4bit作为综合校验码；随后利用烧录机向指令卡的程序烧录空间内写入包括逻辑指令、采集指令、以及控制指令在内的指令信息。光学识别码利用光学辨别编码存储预设的码值，由点读笔等具有OID光学识别能力的设备读取这些码值，从而处理相应的执行信息。
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