一种模块化自适应传感器和执行器系统技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化自适应传感器和执行器系统
本专利技术涉及自适应传感器和执行器
，具体为一种模块化自适应传感器和执行器系统。
技术介绍
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。目前市面上与我们专利技术最为接近的产品为乐高的EV3和MAKEBLOCK的mBotRanger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mBotRanger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，mBotRanger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。mBotRanger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，mBotRanger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mBotRanger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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种模块化自适应传感器和执行器系统，为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：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typeC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；所述核心板还设置有供电接口，用于提供3.3V和5v的供电线路，所述传感器和执行器扩展板根据自己的实际需要选择合适的供电接口；所述核心板还设置连接有上位机；所述核心板上还具有显示屏及用户按键。上述中，所述自适应扩展接口的功能完全等效；所述若干自适应扩展接口均设置一个对应的指示灯，指示灯通过颜色或闪烁动作表明对应接口的状态，如果没有传感器和执行器扩展板接入，则自适应扩展接口对应的指示灯熄灭，如果有传感器和执行器扩展板接入，则自动开始初始化，此时自适应扩展接口对应的指示灯闪烁，初始化完毕后，对应的自适应扩展接口指示灯常亮，其颜色与传感器和执行器扩展板的类型的颜色相对应。上述中，所述自定义协议的数据包由以下部分组成帧头、协议号、长度、数据负载、校验和；所述自适应扩展接口上的自定义协议以协议号分为6种不同功能的自识别协议，分别为：初始化协议，上行配置协议，下行配置协议，上行数据协议，下行数据协议，显示协议；当传感器和执行器扩展板插入核心板的任意一个自适应扩展接口的时候，核心板自适应扩展接口引脚电平因传感器和执行器扩展板接口插入发生变化，核心板则发送固定的初始化协议请求；传感器和执行器扩展板根据自己预存的传感器和执行器信息向核心板发送初始化协议回答，注册传感器和执行器的类别版本，及上行配置协议，下行配置协议，上行数据协议，下行数据协议，显示协议的协议长度信息，实现传感器和执行器扩展板的自适应识别和后续通信建立，传感器和执行器扩展板注册完毕后，核心板发送上行配置协议请求读取传感器和执行器扩展板的数据类别和长度，发送下行配置协议配置传感器和执行器的功能对应初始化配置，核心板发送显示协议请求，传感器和执行器扩展板回复显示协议格式字符串并在核心板注册显示内容，从而实现传感器和执行器扩展板数据的自显示，至此传感器和执行器扩展板的自注册完成，显示和描述信息被核心板获取。进入数据传输过程。数据传输通过核心板和传感器和执行器扩展板交换注册时约定的上行数据协议，下行数据协议完成，数据协议的解析方式由配置协议在注册时先行约定，与核心板连接的上位机通过查询指令能够获取核心板上连接的所有传感器和执行器扩展板的接口号，以及类型和协议描述，从而通过核心板对传感器和执行器扩展板进行控制，而不必手动指定传感器和执行器扩展板接入的接口，从而实现自识别。上述中，所述若干自适应扩展接口是对等的，在同一个核心板上连接有多个传感器和执行器扩展板的情况下，通过上位机的选项指定的方式实现对多个相同型号的传感器和执行器扩展板进行控制，用户自定义的传感器和执行器扩展板只需要符合硬件规格和自定义的协议，就能够实现对核心板的自注册，并且通过注册过程将自身的信息传递给传感器和执行器扩展板和上位机。上述中，所述核心板上具有显示屏，能够按照扩展注册时提供的信息对传感器和执行器扩展板的状态进行展示。与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：1、所有的扩展接口完全相同，不在区分传感器和执行器接口和控制接口。所有的模块可以随意插入。2、传感器和执行器扩展板围绕着目标功能实现，而不是围绕着传感器和执行器实现。在一个传感器和执行器扩展板上可以实现多个传感器和执行器。同时同一个传感器和执行器扩展板上可以同时实现控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化自适应传感器和执行器系统，其特征在于，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；所述核心板还设置有供电接口，用于提供3.3V和5v的供电线路，所述传感器和执行器扩展板根据自己的实际需要选择合适的供电接口；所述核心板还设置连接有上位机；所述核心板上还具有显示屏及用户按键。/n

【技术特征摘要】
1.一种模块化自适应传感器和执行器系统，其特征在于，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typeC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；所述核心板还设置有供电接口，用于提供3.3V和5v的供电线路，所述传感器和执行器扩展板根据自己的实际需要选择合适的供电接口；所述核心板还设置连接有上位机；所述核心板上还具有显示屏及用户按键。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述自适应扩展接口的功能完全等效；所述若干自适应扩展接口均设置一个对应的指示灯，指示灯通过颜色或闪烁动作表明对应接口的状态，如果没有传感器和执行器扩展板接入，则自适应扩展接口对应的指示灯熄灭，如果有传感器和执行器扩展板接入，则自动开始初始化，此时自适应扩展接口对应的指示灯闪烁，初始化完毕后，对应的自适应扩展接口指示灯常亮，其颜色与传感器和执行器扩展板的类型的颜色相对应。


3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述自定义协议的数据包由以下部分组成帧头、协议号、长度、数据负载、校验和；所述自适应扩展接口上的自定义协议以协议号分为6种不同功能的自识别协议，分别为：初始化协议，上行配置协议，下行配置协议，上行数据协议，下行数据协议，显示协议；当传感器和执行器扩展板插入核心板的任意一个自适应扩展接口的时候，核心板自适应扩展接口引脚电平因传感器和执行器扩展板接口插入发生变化，核心板则发送固定的初始化协议请求；传感器和执行器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王渴，姚兆林，
申请(专利权)人：北京华溢智造科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11