基於Arduino控制器的教學實驗箱的製作方法

2023-05-29 10:45:41

基於Arduino控制器的教學實驗箱的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基於Arduino控制器的教學實驗箱，該教學試驗箱包括實驗箱體，其特徵在於：所述實驗箱體內設置有Arduino控制模塊、Arduino可擴展模塊實驗平臺、電機控制實驗平臺以及供電單元；所述Arduino控制模塊為Arduino控制器；所述的Arduino可擴展模塊實驗平臺包括：與所述Arduino控制器連接的HC-SR04超聲波測距模塊、DHT11溫溼度採集模塊、LCD1602模塊以及矩陣鍵盤模塊；本實用新型面向學生使用的可靠、操作性強、集成化和模塊化更合理的基於Arduino控制器的多功能教學實驗箱。
【專利說明】基於Arduino控制器的教學實驗箱

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及機電一體化實驗系統設計【技術領域】，具體地，涉及一種基於Arduino控制器的多功能教學實驗箱。

【背景技術】
[0002]Arduino是一個基於開放原始碼的軟硬體平臺，構建於開放原始碼simple I/O介面版，並且具有使用類似Java,C語言的Processing/Wiring開發環境。Arduino IDE可以在Windows、Macintosh OSX> Linux三大主流作業系統上運行。Arduino語言基於wiring語言開發，是對AVRGCC庫的二次封裝，不需要太多的單片機基礎、編程基礎，簡單學習後，你也可以快速的進行開發。由於Arduino具有相對簡單的開發方式，使得開發者更關注創意與實現，更快的完成自己的項目開發，大大節約了學習的成本，縮短了開發的周期。因為Arduino的種種優勢,越來越多的專業硬體開發者已經或開始使用Arduino來開發他們的項目、產品，與此同時更多的軟體開發者使用Arduino進入硬體、物聯網等開發領域；在大學各高校也紛紛開展了 Arduino相關課程和實驗。
[0003]目前，基於Arduino控制器的教學實驗設備存在集成化、模塊化程度不高，實驗模塊零散，且實際實驗操作起來較為繁瑣，實驗操作前的準備工作和實驗完畢後的整理工作佔用了較多實驗時間，從而影響了整個教學課程的常規實行，不利於高效、互動式教學，由於以上這些不足，從而使得學生在操作實驗前不僅要充分預習Arduino控制器編程資料，還得自主設計模塊化實驗電路，對相關所有硬體知識有較為深入的了解，連線過程也非常容易產生誤搭、誤接，加大學生實驗難度和課程時間，不利於學生迅速的掌握Arduino的基本知識，達不到以實驗指引學生進入Arduino初步開發簡單項目的目的。
[0004]在多數高校所制定的Arduino實驗內容往往都是採取和單片機模式類似的實驗項目，例如流水燈、led數碼管、繼電器、蜂鳴器等，由於51單片機和Arduino在控制器編程、硬體內容都存在很多差異，從而使得這些用於像51類單片機的小型實驗項目並不是很適合於Arduino實驗課程,51類單片機的編程相對於Arduino更為的複雜,且硬體接口更少，所以必須設計出要有更強針對性、更廣泛應用性的基於Arduino控制器的實驗課程，來指引學生更為簡捷、高效的在實驗課堂上學會Arduino的基本知識和初步開發。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的是提供一種基於Arduino控制器的教學實驗箱，學生在燒錄現有的學習軟體後，即可以實驗教學方式帶動學生深入自學和拓展實踐的目的，激發學生對電子產品的製作興趣，使得學生在實驗中逐步提高Arduino編程開發能力和硬體認知水平。
[0006]本實用新型採用以下方案實現:一種基於Arduino控制器的教學實驗箱，包括實驗箱體，其特徵在於:所述實驗箱體內設置有Arduino控制模塊、Arduino可擴展模塊實驗平臺、電機控制實驗平臺以及供電單元；
[0007]所述Arduino控制模塊為Arduino控制器；
[0008]所述的供電單元為220V轉24V、12V和5V的開關電源，且為系統供電；
[0009]所述的Arduino可擴展模塊實驗平臺包括:與所述Arduino控制器連接的HC-SR04超聲波測距模塊、DHT11溫溼度採集模塊、紅外接近開關模塊、紅外遙控模塊、Bluetooth-V3模塊、DS12C887時鐘模塊、LCD12864模塊、LCD1602模塊以及矩陣鍵盤模塊；
[0010]所述電機控制實驗平臺包括:微型減速直流電機實驗模塊和兩相雙極性步進電機實驗模塊；所述的微型減速直流電機實驗模塊包括設置有同軸式減速器和光電編碼器的微型直流電機、以及L298N電機驅動模塊；所述Arduino控制器經L298N電機驅動模塊控制所述的微型直流電機；
[0011]所述兩相雙極性步進電機實驗模塊包括設置有霍爾增量型旋轉編碼器的兩相雙極性步進電機以及TB6560 3A步進電機驅動器，所述Arduino控制器經TB6560 3A步進電機驅動器驅動所述兩相雙極性步進電機。
[0012]在本實用新型一實施例中，所述的實驗箱體為對開式實驗箱。
[0013]在本實用新型一實施例中，所述的矩陣鍵盤模塊為4X4矩陣鍵盤模塊。
[0014]在本實用新型一實施例中，所述的Arduino控制器為Arduino mega 2560控制板。
[0015]本實用新型是應用於教學上，面向學生使用的可靠、操作性強、集成化和模塊化更合理的基於Arduino控制器的多功能教學實驗箱，並且可以根據不同的實驗學習需求，設計出多元化的實驗項目，形成一套專屬該實驗設備的實驗方法，幫助學生迅速、高效的進入Arduino項目開發的門濫。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與本實用新型的實施例一起用於解釋本實用新型，並不構成對本實用新型的限制。
[0017]圖1基於Arduino控制器的多功能教學實驗箱的電路原理圖。
[0018]圖2基於Arduino控制器的多功能教學實驗箱的整體結構示意圖。
[0019]圖中:1-LCD12864，2-LCD1602，3-微型直流電機，4-同軸減速器，5-霍爾增量型旋轉編碼器，6-HC-SR04超聲波，7-Bluetooth V3模塊，8-DS12C887時鐘模塊，9-步進電機固定裝置，10-4X4矩陣鍵盤，11-DHT11溫溼度採集模塊，12-電機保護罩，13-兩相雙極性步進電機，14-(E18-D80NK)紅外接近開關，15- TB6560 3A步進電機驅動器，16-(HS0038)紅外接收管，17-紅外遙控器，18-微型直流電機固定裝置，19-光電編碼器，20-L298N電機驅動模塊，21-線槽，22-Arduino控制器放置槽，23-箱體，24-接線端子，25-電源開關，26-電源接口。

【具體實施方式】
[0020]為使本實用新型的上述目的、特徵和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0021]在以下描述中闡述了具體細節以便於充分理解本實用新型。但是本實用新型能夠以多種不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本實用新型內涵的情況下做類似推廣。因此本實用新型不受下面公開的【具體實施方式】的限制。
[0022]本實用新型實施例提供了一種基於Arduino控制器的多功能教學實驗箱:主要包括Arduino控制模塊及供電單元、Arduino可擴展模塊實驗平臺、電機控制實驗平臺。Arduino控制模塊及供電單元主要包括有:Arduino控制器、集成各擴展實驗模塊接口的電路板、220V轉24V、12V和5V的開關電源及控制開關；Arduino可擴展模塊實驗平臺主要包括有:HC-SR04超聲波測距模塊、0!11'11溫溼度採集模塊418-080爾紅外接近開關模塊、紅外遙控模塊、Bluetooth-V3模塊、DS12C887時鐘模塊、LCD12864模塊、LCD1602模塊、4X4矩陣鍵盤模塊；電機控制實驗平臺主要包括有:微型減速直流電機實驗模塊，包括微型直流電機、同軸式減速器、光電編碼器和L298N電機驅動模塊。兩相雙極性步進電機實驗模塊，包括兩相雙極性步進電機、霍爾增量型旋轉編碼器、TB6560 3A步進電機驅動器。
[0023]Arduino控制模塊及供電單兀,該控制模塊以Arduino mega 2560控制器為核心，通過其在Arduino產品上的具有代表性意義，引導學生進入Arduino開發學習。通過多層變壓、穩壓、整流和濾波電路，實現把家用電轉化為實驗箱所需要的24V、12V、5V等多形式電源，滿足多種實驗條件要求。
[0024]Arduino可擴展模塊實驗平臺，該平臺主要分為兩個部分:擴展模塊部分和模塊接口部分，擴展模塊部分主要包括各種針對Arduino控制器的各種外圍模塊，旨在讓學生認識Arduino可擴展模塊的原理及功能，模塊接口部分包括各擴展模塊與控制器的集成化接口端子，通過它可以使得接線可視化增強，實驗操作空間更為寬裕。
[0025]電機控制實驗平臺，包括微型直流電機控制實驗系統和兩相雙極性步進電機控制實驗系統，均採用專用電機固定裝置9、18進行定位和固定，各電機、編碼器、驅動器採用成套式典型設備，同時該平臺可以和其他擴展模塊相結合，具有較大的實驗設計和開發空間。各電機外部採用透明化強化塑料12進行保護，降低實驗危險性，保護學生安全。
[0026]由圖2所示，根據本實用新型的實驗物品設置結構，該Arduino控制器的多功能教學實驗箱整體結構分為三部分，左箱部分、中間儲存部分、右箱部分。其中實驗箱左箱部分為集成各模塊接口的電路板，板上排列有分類好各個模塊的接線端子，從而擴大原Arduino控制器原本狹小的接口尺寸，使得學生從功能原理和應用層次上更為模塊化、系統化的學習Arduino控制器,方便學生實驗線路搭接,且所有模塊接口都已與Arduino控制器連接，連接線都依次朝下收攏於底部Arduino控制器槽22上端，且埠分布形狀對應於Arduinomega 2560下層控制器插板,使得Arduino mega 2560下層控制器插板可以靈活拆換,方便實驗操作不當晶片燒壞時的即使更換。左箱中間側分布有整個實驗裝置的供電模塊，電源接口 26置於箱體側壁，且在其側邊設置電源開關25。
[0027]由圖2所示，基於Arduino控制器的多功能教學實驗箱右箱部分為Arduino各擴展模塊，包括由1、2組成的IXD液晶顯示模塊，由3、4、18、19、20組成的微型減速直流電機控制實驗模塊，5、9、13、15組成的兩相雙極性步進電機控制實驗模塊，6、HC-SR04超聲波測距模塊，7、Bluetooth V3傳輸模塊，8、DS12C887電子時鐘實驗模塊，10,4X4矩陣鍵盤實驗模塊，14、E18-D80NK紅外接近實驗模塊，由16、17組成的紅外遙控實驗模塊，11、DHT11溫溼度採集模塊等，通過以上多種擴展模塊能設計出各種多樣化、跨學科的Arduino趣味實驗。
[0028]本實用新型雖然已以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本實用新型，任何本領域技術人員在不脫離本實用新型的精神和範圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本實用新型技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬於本實用新型技術方案的保護範圍。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，凡依本實用新型申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本實用新型的涵蓋範圍。
【權利要求】
1.一種基於ArdUino控制器的教學實驗箱，包括實驗箱體，其特徵在於:所述實驗箱體內設置有Arduino控制模塊、Arduino可擴展模塊實驗平臺、電機控制實驗平臺以及供電單元; 所述Arduino控制模塊為Arduino控制器； 所述的供電單元為220V轉24V、12V和5V的開關電源，且為系統供電； 所述的Arduino可擴展模塊實驗平臺包括:與所述Arduino控制器連接的HC-SR04超聲波測距模塊、DHTll溫溼度採集模塊、紅外接近開關模塊、紅外遙控模塊、Bluetooth-V3模塊、DS12C887時鐘模塊、IXD12864模塊、IXD1602模塊以及矩陣鍵盤模塊； 所述電機控制實驗平臺包括:微型減速直流電機實驗模塊和兩相雙極性步進電機實驗模塊；所述的微型減速直流電機實驗模塊包括設置有同軸式減速器和光電編碼器的微型直流電機、以及L298N電機驅動模塊；所述Arduino控制器經L298N電機驅動模塊控制所述的微型直流電機； 所述兩相雙極性步進電機實驗模塊包括設置有霍爾增量型旋轉編碼器的兩相雙極性步進電機以及TB6560 3A步進電機驅動器，所述Arduino控制器經TB6560 3A步進電機驅動器驅動所述兩相雙極性步進電機。
2.根據權利要求1所述的基於Arduino控制器的教學實驗箱，其特徵在於:所述的實驗箱體為對開式實驗箱。
3.根據權利要求1所述的基於Arduino控制器的教學實驗箱，其特徵在於:所述的矩陣鍵盤模塊為4X4矩陣鍵盤模塊。
4.根據權利要求1所述的基於Arduino控制器的教學實驗箱，其特徵在於:所述的Arduino 控制器為 Arduino mega 2560 控制板。
【文檔編號】G09B19/00GK204087572SQ201420554652
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月25日 優先權日:2014年9月25日
【發明者】葉大鵬, 胡洪鈞, 童向亞, 許偉, 陳文滔 申請人:福建農林大學