技术领域
[0001] 本实用新型涉及计算机硬件技术领域，具体涉及一种扩展模块、图形化编程装置。
相关背景技术
[0002] 近几年，随着创客教育、STEM教育等新型教育模式的兴起，使得作为主力军的编程教育在中小学阶段广泛开展，图形化编程工具不断涌现，并成为中小学生编程教育的主要载体。
[0003] Scratch是一种少儿图形化编程工具，通过Scratch软件可以做出像数字故事、动画、游戏之类的作品。但是Scratch在设计之初并没有考虑与硬件结合的问题，随着电脑软件有感知环境和控制硬件的需求，S4A、Mblock、Mixly等软件随之而生，这些软件可以结合相应的硬件，做出一些互动作品，甚至结合扩展板、传感器，开展创造发明活动，设计并完成可以脱机工作的创客作品。
[0004] 较为流行的几大主流硬件主要为Arduino UNO、树莓派(Raspberry Pi)及英国BBC的Micro:bit。其中，最常使用的硬件是Arduino开发板，Arduino开发板需要结合扩展模块、传感器来实现一些特定功能。现有的这些硬件普遍存在以下问题：现有可视化编程软件使用扩展模块时，需要手动选择扩展模块连接的开发板的引脚，并在编程时对相应引脚进行功能定义，这些设置偏底层，不利于中小学学生学习理解编程知识。
[0005] 因此，不论是硬件连接还是软件应用，在使用的便捷性和灵活性上，都还有待进一步改进。实用新型内容
[0006] 一方面，本实用新型实施例提供一种扩展模块，可以简单、方便地与开发板连接，并能够使开发板加载的应用程序自动识别。
[0007] 另一方面，本实用新型还提供一种图形化编程装置，方便用户使用。
[0008] 为此，本实用新型实施例提供如下技术方案：
[0009] 本实用新型实施例提供一种扩展模块，所述扩展模块包括：电路板，在所述电路板上设置有插接端口及分压电路；
[0010] 所述插接端口，用于插入开发板上的通用插槽，从所述开发板获得电源，并实现所述扩展模块与开发板的通信；
[0011] 所述分压电路，与所述插接端口连接，用于对所述电源进行分压，将输出的分压信号通过所述插接端口传送给所述开发板。
[0012] 可选地，所述插接端口至少包括以下接线端：电源端、接地端、通信端、识别端；所述分压电路的两输入端分别与所述电源端和接地端连接，所述分压电路的输出端与所述识别端连接。
[0013] 可选地，所述分压电路包括串联连接在所述电源端和接地端之间的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻的连接点与所述识别端连接。
[0014] 可选地，所述插接端口上还设置有定位结构，所述定位结构用于辅助将所述插接端口准确插入所述通用插槽中。
[0015] 可选地，所述定位结构为设置在所述插接端口一侧或两侧的缺口。
[0016] 可选地，所述设置在所述插接端口两侧的缺口宽度相同或不同。
[0017] 本实用新型还提供一种图形化编程装置，所述装置包括：开发板、以及一个或多个所述的扩展模块，不同扩展模块的功能类型不同，并且输出的分压信号不同；
[0018] 所述开发板上设置有主控模块、以及与所述主控模块连接的多个所述通用插槽，每个所述通用插槽均可插入一个所述扩展模块，并且能够将所述扩展模块输出的分压信号传送给所述主控模块加载的应用程序，使所述应用程序根据所述分压信号自动识别所述通用插槽上插入的扩展模块的功能类型。
[0019] 可选地，所述插接端口还设置有定位结构，不同功能类型的扩展模块上的定位结构相同或不同；所述通用插槽上设置有与所述定位结构相适配的固定结构。
[0020] 可选地，所述通用插槽有多组，同组的通用插槽上的所述固定结构相同，不同组的通用插槽上的所述固定结构不同。
[0021] 可选地，所述通用插槽包括以下任意一种或多种：野口座、排母。
[0022] 本实用新型实施例提供的扩展模块、图形化编程装置，通过扩展模块的电路板上设置的、与插接端口连接的分压电路，使得扩展模块在插入开发板上的通用插槽时，分压电路能够对从开发板上引入的电源进行分压，并将输出的分压信号通过所述插接端口传送给所述开发板。这样，可以使加载到开发板上的应用程序根据该分压信号即可明确相应的扩展模块与哪个通用插槽连接，进而可以根据该通用插槽与开发板上的主控模块的连接管脚实现与该扩展模块的通信。而且，相对于现有技术中通过杜邦线连接扩展模块与开发板的方式，操作更简单、安全可靠。
[0023] 进一步地，在有多个不同功能类型的扩展模块的情况下，通过不同扩展模块上插入所述通用插槽后输出不同的分压信号，不仅可以使所述应用程序能够自动识别到哪个通用插槽连接了扩展模块，而且还能够自动识别连接的扩展模块的功能类型，实现与多个不同功能的扩展模块的通信。在进行程序开发时，无需用户手动选择扩展模块连接的开发板的引脚，也无需用户在编程时对进行底层应用设置，比如对相应引脚进行功能定义等，方便了用户尤其是中小学学生的使用，可有效提升用户体验。
[0024] 本实用新型实施例提供的扩展模块、图形化编程装置，使用简单、安全可靠。
具体实施方式
[0033] 为使本实用新型的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。
[0034] 针对现有的图形化编程工具使用的硬件产品存在的一些问题，本实用新型实施例提供一种扩展模块及一种图形化编程装置，通过在扩展模块的电路板上设置与插接端口连接的分压电路，使得扩展模块在插入开发板上的通用插槽时，分压电路能够对从开发板上引入的电源进行分压，并将输出的分压信号通过所述插接端口传送给所述开发板，从而使开发板加载的应用程序根据该分压信号即可明确相应的扩展模块与哪个通用插槽连接。
[0035] 用户利用编程工具编写图形化代码程序后，需要将该程序加载到开发板上去执行，通过该程序，可以实现用户所需的应用功能。为了满足不同用户的应用功能需求，并提升开发板的通用性，开发板上通常会设置多个所述通用插槽，以便于用户在使用时根据应用需求插入不同功能的扩展模块，使所述扩展模块与开发板连接，配合开发板实现更多功能。
[0036] 如图1所示，是本实用新型提供的扩展模块的一种结构示意图。
[0037] 该实施例的扩展模块包括：电路板10，在所述电路板10上设置有插接端口11及分压电路12。其中，所述插接端口11用于插入开发板上的通用插槽，从所述开发板获得电源，并实现所述扩展模块与开发板的通信；所述分压电路12与所述插接端口11连接，用于对所述电源进行分压，将输出的分压信号通过所述插接端口11传送给所述开发板。
[0038] 所述插接端口11包括多个接线端111，比如，电源端、接地端、通信端、识别端等。需要说明的是，可以根据实际应用需要来设置接线端的数量及功能，对此本发明实施例不做限定。
[0039] 所述电源端和接地端可以与开发板上的电源和地连接，即为所述扩展模块提供电源；所述通信端用于与开发板上的主控模块通信，根据采用的通信协议标准不同，所述通信端可以包括一个或多个接线端，所述接线端用于数据的发送和接收功能。
[0040] 所述分压电路12有两个输入端和一个输出端，其中一个输入端与所述电源端连接，另一个输入端与所述接地端连接，所述分压电路12的输出端与所述识别端连接。
[0041] 如图2所示，是本实用新型提供的扩展模块中分压电路的一种结构示意图。
[0042] 所述分压电路包括串联连接在所述电源端VDD和所述接地端GND之间的第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻R1和第二电阻R2的连接点S1与所述识别端连接。
[0043] 在进行应用程序开发时，将上述扩展模块插入开发板上的通用插槽，通过所述扩展模块上的插接端口11即可从开发板获得电源，由分压电路12对其进行分压得到分压信号，将该分压信号通过插接端口11传送给开发板，从而使加载到开发板上的应用程序根据该分压信号即可明确相应的扩展模块与哪个通用插槽连接，比如所述应用程序通过检查各通用插槽相应管脚上的电压信号确定哪个通用插槽上插接了所述扩展模块，进而可以根据该通用插槽与开发板上的主控模块的连接管脚实现与该扩展模块的通信。
[0044] 在具体应有中，所述接线端111可以采用各种常见的接插件结构，比如可以是但不限于以下任意一种结构：金手指结构、排针结构等。
[0045] 进一步地，如图3所示，在本实用新型扩展模块的另一种非限制性实施例中，所述插接端口11上还可设置有定位结构112，该定位结构112用于辅助将插接端口11准确插入所述通用插槽中。
[0046] 在具体应用中，所述定位结构比如可以是设置在所述插接端口一侧或两侧的缺口，而且设置在所述插接端口两侧的缺口宽度可以相同或不同。当然，也可以是其它形式的定位结构，对此本实用新型实施例不做限定。
[0047] 需要说明的是，不论采用哪种结构的插接端口11，所述通用插槽的结构需要与插接端口11的结构相适配。比如，如果所述扩展模块的插接端口11上没有设置上述定位结构112，则所述通用插槽的结构只需与所述接线端111的结构相适配；如果扩展模块的插接端口11上设置了上述定位结构112，则所述通用插槽也需要设置有与该定位结构112相适配的固定结构。
[0048] 本实用新型实施例提供的扩展模块，通过其电路板上设置的、与插接端口连接的分压电路，使得扩展模块在插入开发板上的通用插槽时，分压电路能够对从开发板上引入的电源进行分压，并将输出的分压信号通过所述插接端口传送给所述开发板。因此，可以使开发板自带的编程工具根据该分压信号即可明确相应的扩展模块与哪个通用插槽连接，进而可以根据该通用插槽与开发板上的主控模块的连接管脚实现与该扩展模块的通信。而且，相对于现有技术中通过杜邦线连接扩展模块与开发板的方式，操作更简单、安全可靠。而且，相对于现有技术中通过杜邦线连接扩展模块与开发板的方式，操作更简单、安全可靠。
[0049] 相应地，本实用新型实施例还提供一种图形化编程装置，该装置包括：开发板、以及一个或多个扩展模块，比如，所述扩展模块可以包括但不限于以下任意一种或多种功能类型：光敏模块、对射模块、温湿度模块、绿灯模块、红灯模块、蜂鸣器模块、声音传感器等。
[0050] 所述扩展模块的结构可参照前面图1和图3所示，在此不再赘述。
[0051] 需要说明的是，在有多个不同功能类型的扩展模块的情况下，不同扩展模块的功能类型不同，输出的分压信号也不同，这样，在所述扩展模块插入所述通用插槽后，所述应用程序不仅能够自动识别到哪个通用插槽连接了扩展模块，而且通过该通用插槽上的扩展模块输出的分压信号，还能够自动识别该扩展模块的功能类型，实现与多个不同功能的扩展模块的通信。
[0052] 比如，对于绿灯模块，其分压电路中第一电阻R1＝30KΩ，第二电阻R2＝220Ω；再比如，对于光敏模块，其分压电路中第一电阻R1＝866Ω，第二电阻R2＝30KΩ。这样，对于同一电源，绿灯模块和光敏模块输出的分压值不同。
[0053] 当然，上述分压电路中电阻的阻值只是一种举例，只需不同扩展模块输出的分压值不同即可。每个扩展模块上均设有一个分压电路，在电压采样时会输入固定大小的电压，不同扩展模块的分压电路上设有不同阻值的电阻，因而会输出不同的电压值，通过这种方式就可以使应用程序根据电压采样值来自动区分扩展模块类型。
[0054] 如图4所示，是本实用新型提供的图形化编程装置中开发板的一种结构示意图。
[0055] 所述开发板40上设置有主控模块41、以及与所述主控模块41连接的多个通用插槽42，每个所述通用插槽42均可插入一个所述扩展模块，并且能够将所述扩展模块输出的分压信号传送给主控模块41加载的应用程序，使所述应用程序根据所述分压信号自动识别通用插槽42上插入的扩展模块的功能类型。
[0056] 在其它实施例中，开发板40上还可进一步设置有存储器、输入设备、输出设备、数据通路/总线和外部资源接口、USB端口、电源开关、LCD屏幕等，对此本实用新型实施例不做限定。
[0057] 需要说明的是，本实用新型实施例对开发板40上设置的通用插槽42的数量及位置不做限定，可以根据开发板40所能支持的扩展功能来确定。在具体应用中，所述通用插槽42可以包括但不限于以下任意一种或多种：野口座、排母等。
[0058] 如图5所示，是本实用新型提供的图形化编程装置中开发板上野口座的电路示意图。
[0059] 该野口座包括8个管脚，其中第1管脚为电压采样端，连接扩展模块插接端口的识别端，在第1管脚和电源VDD_33之间还连接有电阻R7，用于向扩展模块供电以及在电压采样时输出固定大小的电压；第2管脚连接电源VDD_33，第4管脚接地，第5和第7管脚连接所述插接端口的通信端，用于数据传输，第8管脚连接电源VDD_5，第3和第6管脚作为备用管脚。
[0060] 利用上述扩展模块及开发板，在进行程序开发时，无需用户手动选择扩展模块连接的开发板的引脚，也无需用户在编程时对进行底层应用设置，比如对相应引脚进行功能定义等，方便了用户尤其是中小学学生的使用，可有效提升用户体验。
[0061] 比如，将前面所述的绿灯模块插入开发板的通用插槽后，当输入电压VDD_33为3.3V时，电压采样端可以采到的电压理论值为24mV。
[0062] 再比如，将前面所述的光敏模块插入开发板的通用插槽后，当输入电压VDD_33为3.3V时，电压采样端可以采到的电压理论值为3207mV。
[0063] 需要说明的是，在进行电压采样时，由于电压波动等原因，电压采样值可能会有一定的误差，因此，对每个扩展模块的分压信号限定一个范围，各扩展模块对应的电压采样值只要在该范围内即可。在具体设计时，可以将不同扩展模块的电压采样值差值设置为一个较大值，比如，取+/‑40mV，该设置即可保证不会由于电压波动而对扩展模块的功能类型造成误判。
[0064] 进一步地，在另一种非限制性实施例中，所述扩展模块的插接端口还可设置有定位结构，对准确插入开发板上的通用插槽起到辅助作用，比如扩展模块的插接端口和开发板的通用插槽采用异形结构，使扩展模块只能正向插入，可以防止用户将扩展模块插反，用户不用担心因扩展模块插反导致元器件烧毁损坏的问题。
[0065] 需要说明的是，不同功能类型的扩展模块上的定位结构可以相同或不同，对此本实施例不做限定。相应地，在所述通用插槽上也需要设置有与所述定位结构相适配的固定结构。
[0066] 在另一种非限制性实施例中，还可以将多个通用插槽进行分组，同组的通用插槽上的所述固定结构相同，不同组的通用插槽上的所述固定结构不同。
[0067] 比如，本实用新型提供的图形化编程装置中开发板的一种示例如图6所示，该开发板上设置有6个通用插槽。
[0068] 与图6所示开发板适配的扩展模块有两组，如图7所示，标记为A的为一组，标记为B的为另一组。两组扩展模块具有不同的定位结构。相应地，图6中的通用插槽也分为两组，其中标记为A1、A2、A3的为一组，与标记A的扩展模块的插接端口相适配；其中标记为B1、B2、B3的为另一组，与标记B的扩展模块的插接端口相适配。也就是说，标记为A的扩展模块可以插接到开发板的通用插槽A1、A2、A3中任何一个，标记为B的扩展模块可以插接到开发板的通用插槽B1、B2、B3中任何一个。比如将光敏模块插接到通用插槽A2，将绿灯模块插接到通用插槽B2，图8是将图6中的光敏模块和绿灯模块连接到开发板后的示例。
[0069] 用户在利用上述图形化编程装置进行应用开发时，可以通过相应的编程工具编写图形化代码程序，并将生成的程序下载到开发板去执行。
[0070] 在程序运行时，首先会创建模块对象，初始化模块信息。其次，依次获取各个野口座的采样电压，如果采样电压不为0且处于某个扩展模块的电压采样值范围内，那么就将当前位置信息(接在哪个野口座上)记录到该扩展模块的对象中。最后，完成初始化，便会根据代码逻辑操作相应的扩展模块。
[0071] 相较于现有技术中的图形化编程装置，本实用新型提供的图形化编程装置，具有以下特点：
[0072] 1.扩展模块可以连接在开发板任意一个通用插槽上，使用方便且灵活；
[0073] 2.使用图形化编程软件结合开发板和扩展模块编程时，不用再手动选择扩展模块连接在开发板上的管脚，降低程序编写的难度，降低使用者程序编程门槛；
[0074] 3.开发板与扩展模块连接采用防反插设计，可以避免因反插引起的扩展模块不工作、电路短路引起的元器件损坏。
[0075] 需要说明的是，本申请实施例中出现的“多个”是指两个或两个以上。
[0076] 本申请实施例中出现的第一、第二等描述，仅作示意与区分描述对象之用，没有次序之分，也不表示本申请实施例中对设备个数的特别限定，不能构成对本申请实施例的任何限制。
[0077] 虽然本申请披露如上，但本申请并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本申请的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本申请的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
