本实用新型涉及主板领域，具体涉及一种用于编程教育的智能主板。
背景技术：
放眼世界，很多发达国家都在积极推动青少年编程教育，美国青少年编程普及率已达40％以上。美国的很多孩子在六七岁时就开始接触编程课程，前总统奥巴马发起了“编程一小时”的运动，旨在让全美小学生开始学习编程。编写程序已经差不多形同日常生活技能，要更好地理解机器的思维工作模式，未来与机器共处工作，学习编程是必然的选择。但我国编程方面的人才远不能满足市场需要，对青少年这一人群的编程教育几乎为零。“少年强则国强”，青少年是推动未来祖国发展的主力军，当下也没有推出一套适合青少年学习的编程教育体系，可见必须及时设计出一套适合青少年的编程教育体系及配套工具。
在专利“201710721145.4”中，提出了一种用于青少年科普的机器人控制系统，但是该系统专用于机器人控制，缺少很多在编程学习中必要的其他模块。专利“201810768627.x”中也提供了一种便于儿童和青少年理解、学习掌握和使用的积木式编程系统。系统由指令积木，指令插槽、指令拼接板和指令解码系统四个系统组成。使用者不需要操作辅助工具，按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。该实用新型也存在着同样的问题，外围模块种类不够，无法对青少年实现全面的编程教育。
目前市面上也存在一些基于ardunio的编程学习主板，但是这些主板都只包括单片机核心模块，如果要学习使用其他模块，需要另外购买并通过导线或者接插件外接，使用繁琐并且降低了系统可靠性，提高了青少年学习编程的门槛和复杂度。
技术实现要素：
针对上述技术问题，本实用新型提供一种用于编程教育的智能主板。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于编程教育的智能主板，包括：单片机以及与所述单片机连接的外围模块，所述外围模块包括外扩数字io口、外扩ad输入口、通讯接口电路、编程平台通讯电路、led、蜂鸣器、光敏传感器电路、蓝牙通讯模块、电机驱动电路、声音侦测电路、红外发射及接收电路和电源及充电管理电路；
所述单片机用于运行用户程序，并控制所述外围模块；
所述外扩数字io口用于实现外部数字量的采集和控制；
所述外扩ad输入口用于实现外部模拟量的采集；
所述通讯接口电路用于与外界接口的模块进行通讯；
所述编程平台通讯电路用于与通用编程平台软件进行通讯，以实现软硬件协同工作和编程；
所述led及蜂鸣器用于展示程序运行状态，实现报警提示；
所述光敏传感器电路用于实现对光线强度的侦测；
所述蓝牙通讯模块用于实现所述单片机与上位机的蓝牙通讯；
所述电机驱动电路用于实现对直流电机的正反转和调速控制；
所述声音侦测电路用于实现对外界声音的采集和侦测；
所述红外发射及接收电路用于接收红外遥控器的遥控指令，以及向外发出红外线控制指令；
所述电源及充电管理电路用于实现电源变换，给所述智能主板上的各个功能模块供电，同时实现锂电池的充电管理。
本实用新型的有益效果是：该主板集成了在青少年编程学习中会经常用到的各种外围模块，设计紧凑，功能强大，同时还留有拓展接口，可以外接更多各类的功能模块，实现更强大的功能。
在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
进一步，所述通讯接口电路包括usart通讯电路和/或twi通讯电路。
进一步，所述编程平台通讯电路为magepie通讯电路。
进一步，所述单片机采用8位atmega328芯片或者32位的stm32f103系列芯片。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种用于编程教育的智能主板的结构框图；
图2为本实用新型实施例提供的一种用于编程教育的智能主板的各个功能模块在主板上的位置图；
图3为单片机的电路图；
图4为电源充电管理电路的电路图；
图5为magepie通讯电路的电路图；
图6为外扩ad输入口及数字io口、usart/twi通讯电路的电路图；
图7为全彩led的电路图；
图8为蜂鸣器的电路图；
图9为光敏传感器电路的电路图；
图10为声音侦测电路的电路图；
图11为红外发射及接收电路的电路图；
图12为电机驱动电路的电路图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、接口、技术之类的具体细节，以便透切理解本实用新型。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本实用新型。在其它情况中，省略对众所周知的系统、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。
基于目前青少年编程教育市场的现状，本实用新型实施例提供了一种较为完整的用于青少年编程教育培训的智能主板，该主板集成了在青少年编程学习中会经常用到的各种外围模块，设计紧凑，功能强大，同时还留有拓展接口，可以外接更多各类的功能模块，实现更强大的功能。
本实用新型实施例提供的一种用于编程教育的智能主板，包括：单片机以及与所述单片机连接的外围模块，所述外围模块包括外扩数字io口、外扩ad输入口、通讯接口电路、编程平台通讯电路、led、蜂鸣器、光敏传感器电路、蓝牙通讯模块、电机驱动电路、声音侦测电路、红外发射及接收电路和电源及充电管理电路。
具体的，单片机是智能主板的核心，用于运行用户程序，并控制其他外围模块；单片机可以选择8位atmega328芯片，或者32位的stm32f103系列芯片，需要指出的是，单片机中配置的程序可采用现有技术实现，不属于本实施例中的改进点。
蓝牙通讯模块用于实现单片机与上位机的蓝牙通讯，方便实现上位机对智能主板的控制。
电机驱动电路用于实现对直流电机的正反转和调速控制，让青少年学习电机控制方面的功能。
声音侦测电路用于实现对外界声音的采集和侦测，让青少年学习声控方面的编程功能。
红外发射及接收电路能够接收红外遥控器的遥控指令，也能向外发出红外线控制指令，以实现对空调、电视等家用电器的控制，从而实现智能家居功能。
光敏传感器电路用于实现对光线强度的侦测，让青少年学习光线强度采集方面的编程。
全彩led及蜂鸣器用于展示程序运行状态，实现报警提示等功能，方便青少年实现自己想要实现的功能。
通讯接口电路可采用usart/twi通讯电路，用于与外界相关接口的模块进行通讯，实现功能扩展。
编程平台通讯电路可采用magepie通讯电路，能够与magepie通用编程平台软件实现通讯，以实现软硬件协同工作和编程。
外扩ad输入口用于实现外部模拟量的采集，方便青少年学习相关编程知识。
外扩数字io口：实现外部数字量的采集和控制，方便青少年使用相关的外扩功能模块。
电源及充电管理电路用于实现电源变换，给智能主板上的各个功能模块供电，同时实现锂电池充电管理。
读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实用新型实施例方案的目的。
另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
1.一种用于编程教育的智能主板，其特征在于，包括：单片机以及与所述单片机连接的外围模块，所述外围模块包括外扩数字io口、外扩ad输入口、通讯接口电路、编程平台通讯电路、led、蜂鸣器、光敏传感器电路、蓝牙通讯模块、电机驱动电路、声音侦测电路、红外发射及接收电路和电源及充电管理电路；
所述单片机用于运行用户程序，并控制所述外围模块；
所述外扩数字io口用于实现外部数字量的采集和控制；
所述外扩ad输入口用于实现外部模拟量的采集；
所述通讯接口电路用于与外界接口的模块进行通讯；
所述编程平台通讯电路用于与通用编程平台软件进行通讯，以实现软硬件协同工作和编程；
所述led及蜂鸣器用于展示程序运行状态，实现报警提示；
所述光敏传感器电路用于实现对光线强度的侦测；
所述蓝牙通讯模块用于实现所述单片机与上位机的蓝牙通讯；
所述电机驱动电路用于实现对直流电机的正反转和调速控制；
所述声音侦测电路用于实现对外界声音的采集和侦测；
所述红外发射及接收电路用于接收红外遥控器的遥控指令，以及向外发出红外线控制指令；
所述电源及充电管理电路用于实现电源变换，给所述智能主板上的各个功能模块供电，同时实现锂电池的充电管理。
2.根据权利要求1所述的一种用于编程教育的智能主板，其特征在于，所述通讯接口电路包括usart通讯电路和/或twi通讯电路。
3.根据权利要求1所述的一种用于编程教育的智能主板，其特征在于，所述编程平台通讯电路为magepie通讯电路。
4.根据权利要求1所述的一种用于编程教育的智能主板，其特征在于，所述单片机采用8位atmega328芯片或者32位的stm32f103系列芯片。
技术总结