用于中小学人工智能教育图形化编程软件的硬件仿真器制造技术

本发明专利技术实施例提供一种用于中小学人工智能教育图形化编程软件的硬件仿真器，采用整体和局部两种方式结合的仿真，优于现有的只进行整体仿真的机器人仿真器，但又区别于现有的同类型的仿真。整体和局部两种方式结合的仿真可以给中小学生提供直观的整体展示的同时，展示局部硬件的工作效果，方便学生更全面地了解机器人每一个硬件工作时给机器人带来的影响。此仿真所展示的工作状态和数据信息仅满足人工智能教育课堂的需要，即展示硬件设施接口信息和工作得到的数据，而不展示不必要的硬件工作原理层次上的精细数据和实际硬件之间的信息交流。故可以解决目前硬件仿真器的仿真模式不适合用于人工智能教育课堂的问题。适合用于人工智能教育课堂的问题。适合用于人工智能教育课堂的问题。

【技术实现步骤摘要】
用于中小学人工智能教育图形化编程软件的硬件仿真器


[0001]本专利技术实施例涉及硬件仿真模拟
，尤其涉及一种用于中小学人工智能教育图形化编程软件的硬件仿真器。

技术介绍

[0002]在人工智能逐渐进入大众视野的时代背景下，开展人工智能教育，让学生了解快速发展的人工智能技术，认识到人工智能技术发挥的巨大作用，形成智能化意识，对于学生确立正确的发展方向，有效地运用人工智能技术提高学习的质量，更好地适应社会潮流等，都具有极为重要的意思。在基础教育领域，人工智能教育已受到了一定重视。
[0003]2020年，深圳市和广州市等市县的100所左右的中小学校已经开始中小学人工智能教育课程。
[0004]而在中小学人工智能教育逐步推广的过程中，中小学人工智能课程也在不断发展，也涌现了很多经典的人工智能课程案例，诸如无人驾驶等贴近生活，学生容易理解的案例。目前市面常见的人工智能教育主要分为两类，一类是传统的机器人教育，另一类是编程教育。传统的机器人教育多侧重于机器人的控制上，市面上机器人教育的产品普遍缺少人工智能元素且形式单一，通常以对机器人的控制来达到教育学生的目的。而编程教育多侧重于软件方向，通过制作出来的游戏或者动画来达到教育的目的。但这种方式无法向学生传达人工智能技术与现实世界的联系。
[0005]上述两种产品所开发的图形化编程软件不能满足课程教学连续性的需求。硬件仿真器则是解决上述问题的一种方式。硬件仿真器可以用来承担没有硬件设施时的课后学习任务，也可给学生提供一个新的平台进行人工智能学习，更可降低人工智能教育的成本。然而目前市面常见的人工智能教育硬件仿真器的仿真模式主要分为两类，一类是整体仿真，另一类是整体和局部两种方式结合的仿真。整体仿真是对机器人的整体仿真，缺乏局部仿真，也就是缺少对传感器、电机等局部硬件的仿真，这就无法让学生看到局部给整体带来的影响。而市面上的整体和局部两种方式结合的仿真多数应用在电子设计类的仿真上，而且仿真的数据极为精细而全面，多有面向工作原理层次的仿真，但是人工智能教育课堂不需要极为精细的仿真，往往只需要展示硬件设施接口信息和硬件工作时得到的数据，而无需展示每一个硬件的工作原理层次上的精细数据和实际硬件之间的信息交流。因此，目前面临着现有硬件仿真器和仿真模式不适用于人工智能教育的问题。
[0006]因为人工智能教育课堂对硬件仿真器的仿真程度要求不高，即不需要高级的物理引擎、精致的画面和极为精细的仿真。又考虑到用python语言开发仿真器便于与图形化编程软件衔接，硬件仿真器可搭载在如树莓派等微型电脑上和能满足上述人工智能教育课堂的仿真需求等因素，故本专利技术采用了python中的开源库pgzero来展示仿真模拟的界面和效果。pgzero库高度集成于pygame库，且将用于画面展示的无限循环浓缩为库内置函数。而正因为pgzero库内置的无限循环函数，仿真出的画面只能按照特定的模拟逻辑顺序展示硬件的仿真效果，且内置的无限循环函数导致无法利用一次性执行的程序去控制整个仿真过
程。

技术实现思路

[0007]本专利技术实施例提供一种用于中小学人工智能教育图形化编程软件的硬件仿真器，以解决目前中小学人工智能教育成本较高，以及目前硬件仿真器的仿真模式不适合用于人工智能教育的问题。
[0008]本专利技术实施例提供一种用于中小学人工智能教育图形化编程软件的硬件仿真器，包括资源管理模块、代码寻找模块、代码转换模块、线程控制模块和整合执行模块：
[0009]所述资源管理模块，用于存储图形化编程软件在仿真过程需调用的资源文件；
[0010]所述代码寻找模块，用于在所述图像化编程软件中传入的待执行python程序中寻找到需要进行仿真模拟的硬件控制程序语句时，向所述代码转换模块传递真值；
[0011]所述代码转换模块，用于将所述硬件控制程序语句转换为硬件仿真模拟展示语句；
[0012]所述线程控制模块，用于将所述硬件仿真模拟展示语句和无需转换的待执行python程序中的剩余语句划分为两个或多个线程，并控制两个或多个线程的上锁和释放的时间点；
[0013]所述整合执行模块，用于接收线程控制模块传递的两个或多个线程的语句，整合为可执行的python仿真程序文件，并在运行所述python仿真程序文件时，实时调用所述资源管理模块中的资源文件，以进行仿真显示。
[0014]作为优选的，所述代码寻找模块包括特殊语句存储子模块、特殊语句识别子模块和参数获取子模块；
[0015]所述特殊语句存储子模块，用于预先存储需进行仿真模拟的硬件控制程序语句，所述硬件控制程序语句中包括特征语句和对应的仿真器控制变量，所述特征语句为带有参数的函数，所述特征语句为待执行python程序中需要转换的程序语句的判断依据；
[0016]所述特殊语句识别子模块，用于遍历所述待执行python程序，判断所述待执行python程序中是否存在上述特殊语句存储子模块中存储的硬件控制程序语句；若是则将对应程序语句所对应的仿真器控制变量赋值为真值，若否则不进行赋值；
[0017]所述参数获取子模块，用于判断硬件控制程序语句中的函数是否存在输入参数，若有，则将该函数中的参数获取出来，利用变量存储，并传递至代码转换模块。
[0018]作为优选的，所述线程控制模块包括逻辑判断子模块和线程写入子模块；
[0019]所述逻辑判断子模块，用于控制所述线程写入子模块的写入逻辑，使硬件仿真模拟展示语句和待执行python程序中无需转换的程序语句的组合写入顺序完全按照待执行python程序的逻辑顺序；
[0020]所述线程写入子模块，用于将硬件仿真模拟展示语句和待执行python程序中无需转换的程序语句划分为两个或多个线程，通过控制两个或多个线程的上锁和释放的时间点，对各个硬件仿真过程进行同步异步控制，并根据所述逻辑判断子模块给定逻辑顺序，生成一个转换后的、具有多线程的python主程序，将python主程序传递给整合执行模块。
[0021]作为优选的，所述整合执行模块包括调用子模块、展示子模块和整合子模块；
[0022]所述整合子模块，用于获取所述线程控制模块生成的进行线程控制后的python主
程序，并将python主程序与所述调用子模块的资源调用程序和所述展示模块的界面展示程序一起整合，生成一份可执行的python仿真程序，并运行此程序；
[0023]所述调用子模块，用于在运行python仿真程序文时，调用所述资源管理模块中的资源文件，所述资源文件包括图片、音频和字体；
[0024]所述展示子模块，用于控制仿真器的运行界面的展示，实时将所述调用子模块调用的资源文件展示在运行界面上。
[0025]作为优选的，所述特殊语句识别子模块中，所述仿真器控制变量的初始值为假值；所述仿真器控制变量用于控制对应的仿真器进行模拟展示。
[0026]本专利技术实施例提供的一种用于中小学人工智能教育图形化编程软件的硬件仿真器，采用整体和局本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于中小学人工智能教育图形化编程软件的硬件仿真器，其特征在于，包括资源管理模块、代码寻找模块、代码转换模块、线程控制模块和整合执行模块：所述资源管理模块，用于存储图形化编程软件在仿真过程需调用的资源文件；所述代码寻找模块，用于在所述图像化编程软件中传入的待执行python程序中寻找到需要进行仿真模拟的硬件控制程序语句时，向所述代码转换模块传递真值；所述代码转换模块，用于将所述硬件控制程序语句转换为硬件仿真模拟展示语句；所述线程控制模块，用于将所述硬件仿真模拟展示语句和无需转换的待执行python程序中的剩余语句划分为两个或多个线程，并控制两个或多个线程的上锁和释放的时间点；所述整合执行模块，用于接收线程控制模块传递的两个或多个线程的语句，整合为可执行的python仿真程序文件，并在运行所述python仿真程序文件时，实时调用所述资源管理模块中的资源文件，以进行仿真显示。2.根据权利要求1所述的用于中小学人工智能教育图形化编程软件的硬件仿真器，其特征在于，所述代码寻找模块包括特殊语句存储子模块、特殊语句识别子模块和参数获取子模块；所述特殊语句存储子模块，用于预先存储需进行仿真模拟的硬件控制程序语句，所述硬件控制程序语句中包括特征语句和对应的仿真器控制变量，所述特征语句为带有参数的函数，所述特征语句为待执行python程序中需要转换的程序语句的判断依据；所述特殊语句识别子模块，用于遍历所述待执行python程序，判断所述待执行python程序中是否存在上述特殊语句存储子模块中存储的硬件控制程序语句；若是则将对应程序语句所对应的仿真器控制变量赋值为真值，若否则不进行赋值；所述参数获取子模块，用于判断硬件控制程序语句中的函数是否存在输入参数，若有，则将该函数中的参...

【专利技术属性】
技术研发人员：张准，李明虔，马琼雄，何健辉，王培州，陈泽杰，宋键威，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：