本发明提供了一种便于儿童和青少年理解、学习和掌握和可进行热插拔的积木式编程系统。
背景技术：
2017年7月8号，国务院印发了《新一代人工智能发展规划》的通知，建议实施全民智能教育项目,在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育，鼓励社会力量参与寓教于乐的编程教学软件、游戏的开发和推广。
在青少年的机器人教育领域，一般使用文本式编程或图形化编程，但对于初学编程的青少年而言，使用文本编程或者图形编程都较难且缺少趣味和直观性，而且必须采用计算机、手机和平板电脑等客户端作为控制机器人的编程系统。为此出现的积木式编程用一种类似搭积木的方式，提高了青少年编程的兴趣，降低了机器人教育的难度。但目前存在的积木式编程方式仍存在着不足：
专利公开号为cn105396295a的发明专利公开了《一种面向儿童的空间编程机器人玩具》，通过在地面上进行贴有nfc标签积木块的排列，用条形码或者二维码对指令进行识别，完成积木式的编程。但该方案需要对应特殊的传感器，成本较高，而且标签进行自制也比较困难。
专利公开号为cn105363223a的发明专利公开了《基于nfc的智能可编程积木玩具》，该发明使用nfc天线阵列对积木块的nfc标签进行识别，整个系统较为复杂，容纳的积木块也非常有限。
专利申请号为2018102503003的发明专利公开了《一种积木式编程系统》，该发明提供了一种积木式编程系统，系统的每条指令在实现形式上都是一块积木，不需要借助其他辅助工具，积木按顺序进行拼接就是系统程序的实现；但是在编程过程中，积木必须严格按照顺序进行拼接，相临的指令积木不允许有空，且不支持热插拔，因此在使用过程中限制条件太多，降低了孩子学习的兴趣；如果编程母板在使用过程中某一个指令插槽损坏则整个编程母板不能正作，提高了孩子的学习成本。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供了一种可热插拔积木式编程系统，系统的每条指令在实现形式上都是一块积木，积木按编程顺序进行插接就是系统程序的实现，并且积木指令可以进行热插拔。
一套完整的可热插拔积木式编程系统由以下四个部分组成：
1.指令积木：每个指令积木具有一个代码，内部有一个智能处理系统，可根据引脚的信号输入进行地址编码，能够接收和发送信息；可通过解码系统改变自身的代码并实现断电保存。
2.指令插槽：和指令积木进行电气连接，向指令积木提供电源和指令插槽自身地址，实现指令积木和编码系统之间的通信连接。
3.指令拼接板：按行列顺序放置多个指令插槽，根据编程顺序把指令积木插入到指令拼接板的指令插槽中就完成了编程程序的实现，在插拔过程中可进行热插拔，而且指令积木可以跳跃插入，允许相临的指令积木之间有空的指令插槽。
4.指令解码系统：对插入指令插槽的指令积木进行解码，把解码后的指令写入指令积木以替代原来的指令代码或者通过无线发送模块发送出去。
附图说明
图1为指令积木示意图。
图2为指令插槽示意图。
图3为指令拼接板的指令插槽地址示意图。
图4为指令拼接板的信号传输状态查询总线连接示意图。
图5为指令拼接板的数据传输连接总线示意图。
图6为指令工作流程图。
图7为指令解码系统工作流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，所述指令积木25包括地址接头1、地址接头2和地址接头3，信号传输状态查询接头4，数据发送接头5和数据接收接头8，电源正极接头6和电源负极接头7，电源指示灯9和工作状态指示灯10。
如图2所示，所述指令插槽26包括地址接头11、地址接头12和地址接头13，信号传输状态查询接头14，数据发送接头15和数据接收接头18，电源正极接头16和电源负极接头17。
如图3所示，所述指令拼接板27放置了四行七列指令插槽26，所有第1列指令插槽26的地址接头11、地址接头12和地址接头13与电源负极19相连接；所有第2列指令插槽26的地址接头11、地址接头12与电源负极19相连接，地址接头13与电源正极20相连接；所有第3列指令插槽26的地址接头11、地址接头13与电源负极19相连接，地址接头12和电源正极20相连接；所有第4列指令插槽26的地址接头11与电源负极19相连接，地址接头12、地址接头13和电源正极20相连接；所有第5列指令插槽26的地址接头11与电源正极20相连接，地址接头12、地址接头13和电源负极19相连接；所有第6列指令插槽26的地址接头11、地址接头13与电源正极20相连接，地址接头12和电源负极19相连接；所有第7列指令插槽26的地址接头11、地址接头12与电源正极20相连接，地址接头13和电源负极19相连接。按照下面原则：电源正极为高电平，所对应的数字信号为1；电源负极为低电平，所对应的数字信号为0；地址接头11为低位，地址接头12为中间位，地址接头13为高位。每一列指令插槽26都有一个固定的地址，按从左到右的顺序分别为000、001、010、011、100、101和110。可擦写指令插槽24中的地址接头11、地址接头12和地址接头13与电源正极20相连接，其地址为111。
如图4所示，所述指令拼接板27放置了四行指令插槽26，每一行指令插槽26中的数据发送接头15和数据发送总线21数据接收接头18分别和和数据接收总线22分别；每一行的数据发送总线21和数据接收总线22分别与指令解码系统28中的串口1、串口2、串口3和串口4中的数据发送端口和数据接收端口相连接。可擦写指令插槽24的数据发送接头15和数据接收接头18通过数据发送总线21和数据接收总线22分别和串口5的数据发送端口和数据接收端口相连接。
如图5所示，所述指令拼接板27放置了四行指令插槽26，每一行指令插槽26中的信号传输状态查询接头14和信号传输状态查询总线22相连接，每一行的信号传输状态查询总线22分别和指令解码系统28中的串口1、串口2、串口3和串口4中的信号传输状态查询端口相连接。
结合图1、图2、图3、图4和图5对指令积木25做进一步说明，把指令积木25插入指令拼接板27中的任意一个积木插槽26后，通过电源正极接头6和电源负极接头7得到指令工作所需要的电源，电源指示灯9亮表示指令积木25电源供电正常；地址接头1、地址接头2和地址接头3分别和地址接头11、地址接头12和地址接头13相连接，指令积木25得到所插入积木插槽26的地址信息，并判断积木插槽的地址是否是111；如果积木插槽26的地址是111，指令积木25向解码系统28发送信息，表示需要对该指令积木25更改指令代码，然后接收解码系统28发送的信息，并判断解码系统28是否收到指令积木25发送的信息，如果没有收到，则指令积木25再次向解码系统28发送需要对该指令积木25更改指令代码的信息，如果收到，则指令积木25继续接收解码系统28发送修改指令代码的信息，并根据接收到的信息对指令代码进行修改；如果积木插槽26的地址不是111，则指令积木25把地址信息与自身代码进行组合，然后通过信号传输状态查询接头4查询是否空闲，如果空闲则把地址信息与自身代码组合后的数据发送给解码系统28，然后接收解码系统28发送的信息，并判断解码系统28是否收到指令积木25发送的信息，如果没有收到，则指令积木25再次向解码系统28发送地址信息与自身代码组合后的数据。
结合图1、图2、图3、图4和图6对解码系统28做进一步说明，解码系统28采用扫描方法依次从串口1、串口2、串口3和串口4读取指令积木25发送的数据；从接收到的数据中解码得到指令积木25的地址信息，以串口1、串口2、串口3、串口4为行值，以指令积木25的地址信息为列值，按照行列顺序对每个指令积木25进行排序；根据排序结果对相应指令积木25的代码进行解码。然后判断是否需要通过串口5对插入到可擦写指令插槽的指令积木25进行代码修改，如果需要则把解码结果通过串口5进行发送，否则通过无线传送方式传送到执行机构。