创客机器人教育图形化开发平台项目介绍

一、项目基本情况

本项目2019年6月立项，项目名称为“创客机器人教育图形化开发平台设计”，项目编号为“19K50104D”，指南代码为5005012-科普展教品。 

项目主要研究内容是开发一款面向青少年创客的图形化编程界面的开发平台，平台主要包含PC端软件及硬件两个部分。软件部分开发一个配套的电脑端图形化编程软件，可对控制板进行图形化编程开发。硬件部分采用arduino通用bootloader，设计开发一个系统板，并留出尽量多的电源引脚连接外设，可以兼容支持包括 arduino在内的第三方模块。             

开发平台核心是一个图形化编程软件。用户一方面可利用平台实现软硬件交互的创意作品的设计开发。通过拖拽图形化控件进行程序设计和模块搭接，快速设计开发软件、电子、机械为一体的各种功能的创意类智能作品。另一方面，用户通过平台可以进行创客作品的计算机平台仿真模拟。平台的模块库均进行图形化，参数设置与实际模块保持一致。用户的仿真模拟具有和实际产品相同的动态效果。

项目实施地点以河北省部分中小学为主，对本项目进行测试并应用。条件成熟时，推广到京津冀青少年创客空间使用。

二、项目完成情况

1．任务书约定目标为研制应用于中小学青少年创客机器人教育的开发平台。

实际完成情况为：完成研制应用于中小学青少年创客机器人教育的开发平台，包括硬件系统部分和软件系统部分。

开发平台基本功能：

开发平台主要包含硬件及PC端软件两个部分。硬件部分采用arduino通用bootloader，设计开发一个系统板，并留出尽量多的电源引脚连接外设，可以兼容支持包括 arduino在内的大量第三方模块。软件部分开发一个配套的电脑端图形化编程软件，可对控制板进行图形化编程开发。

用户可以通过拖拽图形化控件进行程序设计和模块搭接，帮助用户快速实现自己的创意想法,快速设计开发软件、电子、机械为一体的各种功能的创意类智能作品。比如：下雨时自动把衣服收进来的小装置；离开身边10米远就会嘀嘀响的手提包；可以用iPhone控制发光颜色的七彩梦幻吊灯；每天会自动抽水浇花的小喷壶…

用户还可以通过平台可以进行创客作品的计算机平台仿真模拟。平台的模块库均进行图形化，参数设置与实际模块保持一致。

开发平台特点如下：

⑴具有一个预留多接口的最小系统板，可以与大量第三方模块进行连接，实现机器人硬件产品开发设计；

⑵具有丰富的模块库和通用的标准接口，兼容大量第三方模块；

⑶采用图形化编程，界面友好，操作简单。用户通过拖拽方式生成设计程序代码，并下载到主控板上；

⑷应用计算机仿真技术，可以实时实现创意产品的动态仿真；

⑸可节约硬件购置的开发成本，适用于一些硬件条件不高的中小学进行创客教育；

⑹可以进行一些设计难度高，测试条件有限的产品开发（如高温、高压等 复杂环境测试）。

2．任务书约定目标为发表2-4篇较高水平论文。

实际完成情况为：发表3篇较高水平论文。

⑴基于BP神经网络和GUI的身份证号码识别系统，廊坊师范学院学报；

⑵基于Keras框架的身份证号码识别算法，廊坊师范学院学报；

⑶新工科教学中的方法归纳和辩证思维培养，廊坊师范学院学报。

3．任务书约定目标为培养基于创客机器人教育的10-20名中小学师资。

实际完成情况为：培养了14名基于创客机器人教育的中小学师资。

三、项目创新点及经济社会效益

（一）项目创新点

对比国际同类技术或产品的技术、经济指标，本项目创新点体现在以下三个方面：

1．结构性创新。开发平台内置大量的 arduino 开源生态模块和元件，通过直观的硬件连线界面表达出元器件级别的实物连接效果，方便用户对照连接自己的实物装置； 

2．功能性创新。平台具有完善的逻辑和流程控制语句，同构于专业编程语言，可实现各种复杂功能；平台具有全面的插件支持，可图形化编辑音乐简谱、鼠标编辑图像点阵、液晶显示字体等；平台集成一键下载烧录功能，不依附于 arduino IDE（即无需安装 arduino IDE）；

3．应用性创新。平台软件开源持续更新，接口文档全面，支持用户自行添加自己的专有模块；开发平台的编程界面友好直观，趣味性强。青少年能通过鼠标拖拽和简单插接拼装模块，快速高效地实现创意产品设计。

（二）成果应用及其经济社会效益

项目在中小学测试推广过程中，得到了中小学师生的好评，部分中小学表达了以本开发平台为基础开展信息技术课素质教育的意向。

（三）人才队伍和创新基地建设情况

在廊坊市十五小、廊坊市二中等中小学培养了14名创客教育师资。

四、项目进一步研究建议

本软件由于采用了自主研发的编译器，因此所有内置模块的库全部是软件平台自行开发，用户暂时不能在本软件平台上使用针对arduino开发的各种库。不过在大多数场景中，本软件自带的库已经足够使用，并且库也在持续更新丰富；本软件目前配套的硬件外设种类还可以进一步丰富。