[发明专利]一种模块化自适应传感器和执行器系统

说明书

本发明公开了一种模块化自适应传感器和执行器系统，包括核心板和若干传感器和执行器扩展板，所述核心板上设置有若干自适应扩展接口与若干传感器和执行器扩展板之间通过标准的type C线相连，通过自定义的协议，用于传感器和执行器扩展板完成自注册、自显示、自描述功能；所述核心板上设置的自适应扩展接口，由上行数据，下行数据线路组成，在自适应扩展接口插入过程中，自适应扩展接口连接传感器和执行器扩展板。本发明具体表现为统一的硬件接口以及统一的软件接口。使得学生不必了解传感器和执行器的具体工作原理，只需要将传感器和执行器连接开发板，即可使用统一的接口进行调用，让硬件开发像软件开发一样实现模块化。

技术领域

本发明涉及自适应传感器和执行器技术领域，具体为一种模块化自适应传感器和执行器系统。

背景技术

现有的用于教育的电路板都要求学生有一定的电路基础，有着较高的使用门槛。在使用传感器和执行器时，需要应用对应的库函数，不同传感器和执行器还会由于电路板外设资源的冲突导致无法同时使用，不利于低年龄段学生的教学。目前市面上与我们发明最为接近的产品为乐高的EV3和MAKEBLOCK的mBot Ranger等。接下来对这两组穿品进行介绍。

首先，乐高的EV3程序块如附图1所示可以连接多个控制模块和传感器和执行器模块，而且所有的控制模块和传感器和执行器具有统一的接口，因此用于连接模块与主控板之间的线材可以通用。EV3程序块的所有接口分为输入接口和输出接口，两者不能通用。EV3程序块支持的扩展模块十分有限，如果需要增加新的传感器和执行器类型，需要对EV3程序块进行升级。而且对于相同的扩展模块，EV3只能成功的初始化其中一个，这大大限制了传感器和执行器之间各种组合的可能。

Makeblock的mBot Ranger如附图2所示，相比于EV3支持的传感器和执行器的类型有所增多，但是其产品依然存在以下两个缺陷。首先，mBot Ranger的接口也是分种类的，不同种类的接口支持的传感器和执行器的类型不同。因此传感器和执行器只能插在其对应的传感器和执行器接口上才能发挥作用。

mBot Ranger的另一个重要缺陷是其不支持传感器和执行器的自识别，当吧传感器和执行器接入设备之后，需要在编程时手动指定传感器和执行器对应的端口号传感器和执行器才能正常工作，如果端口指定错误，则无法正常工作。因此总体来说，mBot Ranger在使用时不但要把传感器和执行器插入到正确的端口还需要在编程时指定到对应端口才能正常工作，这就使得使用起来很不便捷。

乐高的EV3和MAKEBLOCK的mBot Ranger的不足主要体现在以下方面：

(1)扩展模块分为传感器和执行器模块和控制模块，两种模块不能由各自的接口，不能混用。对于低年龄向儿童，在使用这些产品的时候有很大的插错的风险。

(2)自识别与多传感器和执行器无法兼容。对于扩展模块，乐高选择自识别，在初始化模块时不指定端口号。因此对于同一模块，只能对其中的一个进行初始化；而MakeBlock选择用户指定，这使得其对于同一模块可以支持多个同时使用，但是牺牲了模块的自识别。

(3)目前的MakeBlock虽然号称支持上百款传感器和执行器，但时实际上其支持的传感器和执行器种类一般是较为简单的传感器和执行器，且实际上目前官方实现的传感器和执行器总数较少。而EV3支持的传感器和执行器种类则更少。传感器和执行器的种类大大限制了产品的可扩展性。

(4)传感器和执行器扩展板功能单一。乐高的EV3和MAKEBLOCK的mBotRanger的扩展模块的功能都十分单一，每个模块只能完成十分有限的功能。而且由于总的接口数量有限，因此这些产品无法完成复杂的功能开发。

(5)目前的类似产品都不兼容用户自己开发的传感器和执行器，如果设备需要支持更多的传感器和执行器类型，需要对设备的上位机和固件进行升级。因此普通玩家无法开发自己的扩展模块。

发明内容