專利名稱：一種電子自動(dòng)化教學(xué)電子積木裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于教學(xué)儀器領(lǐng)域，涉及一種電子積木，具體涉及一種電子自動(dòng)化教學(xué)電子積木。
背景技術(shù)：
控制器的學(xué)習(xí)對(duì)于電子、電氣、控制類專業(yè)的學(xué)生是非常重要的。而對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。但是，目前，在傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，大多數(shù)采用整體化、固定式的實(shí)驗(yàn)裝置，初學(xué)者僅僅通過(guò)下載例程，觀察結(jié)果的方式來(lái)認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)單片機(jī)。初學(xué)者不能更好的深入了解與應(yīng)用單片機(jī)。在傳統(tǒng)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上，為了能夠激發(fā)初學(xué)者的學(xué)習(xí)興趣，提高初學(xué)者的動(dòng)手能力，設(shè)計(jì)了一種電子積木式的教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。該電子積木由11塊獨(dú)立的電路板組成，各電路板具有特定的功能，電路板之間通過(guò)接插件進(jìn)行連接，具有接口簡(jiǎn)單、連接靈活的特點(diǎn)，使得初學(xué)者像搭建積木一樣學(xué)習(xí)和應(yīng)用單片機(jī)。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型的目的在于，提供一種能夠自由組裝的電子自動(dòng)化教學(xué)電子積木。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):—種電子自動(dòng)化教學(xué)電子積木裝置,包括控制器模塊和功能模塊，各個(gè)功能模塊上設(shè)置有端口，功能模塊上的端口與控制器模塊上對(duì)應(yīng)的端口通過(guò)扁平電纜線連接；所述的控制器模塊采用STC89C52單片機(jī)；所述的功能模塊包括電源模塊、串口通信模塊、數(shù)碼顯示模塊、繼電器輸出模塊、脈沖電路模塊、交通燈模塊、開(kāi)關(guān)量輸入模塊、矩陣鍵盤模塊、PT100溫度信號(hào)調(diào)理電路模塊和步進(jìn)電機(jī)-紅外接收-DS18B20-EEPR0M模塊。本實(shí)用新型可自由組裝，可自由拆卸，不同的組裝實(shí)現(xiàn)不同的功能，方便初學(xué)電子、電氣、自動(dòng)化等專業(yè)的學(xué)生的實(shí)踐使用，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。同時(shí)各個(gè)功能模塊也可用于其他控制裝置，有很強(qiáng)的通用性。

圖1是本實(shí)用新型的連接關(guān)系示意圖。圖2是電子積木組裝的恒溫控制裝置。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的具體內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
以下給出本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，需要說(shuō)明的是本實(shí)用新型并不局限于以下具體實(shí)施例，凡在本申請(qǐng)技術(shù)方案基礎(chǔ)上做的等同變換均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。遵從上述技術(shù)方案，如圖1所示，一種電子自動(dòng)化教學(xué)電子積木裝置，包括控制器模塊(AEM-CPU)和功能模塊，各個(gè)功能模塊上設(shè)置有端口，功能模塊上的端口與控制器模塊(AEM-CPU)上對(duì)應(yīng)的端口通過(guò)扁平電纜線連接；控制器模塊(AEM-CPU)采用STC89C52單片機(jī)；功能模塊包括電源模塊(AEM-POWER)、串口通信模塊(AEM-RS232/RS485)、數(shù)碼顯示模塊(AEM-LED )、繼電器輸出模塊(AEM-R02 )、脈沖電路(AEM-PULSE )、交通燈模塊(AEM-TrafficLight)、開(kāi)關(guān)量輸入模塊(AEM-8DI)、矩陣鍵盤模塊(AEM-KEY )、PT IOO溫度信號(hào)調(diào)理電路(AEM-TSC)、步進(jìn)電機(jī)-紅外接收-DS18B20-EEPR0M模塊(AEM-ETI)。AEM-CPU:該電路板包括主芯片STC89C52、UL2303芯片的USB轉(zhuǎn)串口模塊、AD裝換模塊、LCD接線端子以及可與其他模塊連接的接口插件等。其中，采用USB接口或5V電源端子，給主芯片供電；通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口，實(shí)現(xiàn)主控芯片的程序下載；其他的接插件則實(shí)現(xiàn)AEM-CPU板與其他電路板的連接。AEM-POffER:該電路板為220V交流電轉(zhuǎn)5V直流電，采用220V飛V變壓器將220V交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?V交流電，通過(guò)2W10G單相整流橋進(jìn)行整流，再通過(guò)220uf和104電容進(jìn)行濾波，最后通過(guò)LM7824K穩(wěn)壓芯片將電壓穩(wěn)到5V。其中，CN1，CN2端子一個(gè)接220V電源，一個(gè)接變壓器，CN4端子為直流5V輸出。AEM-RS232/RS485:該電路板采用MAX232和MAX485通信芯片，提供兩個(gè)RS-232通信和一個(gè)RS-485通信方式。初學(xué)者可通過(guò)該模塊與控制器(AEM-CPU)連接，實(shí)現(xiàn)串行通信。通過(guò)CN端子與AEM-CPU 的 CN6 (UART)端子連接。AEM-LED:該電路板是由74LS138、74LS245和8個(gè)數(shù)碼管構(gòu)成的8位LED數(shù)碼管顯示電路，可與控制器連接實(shí)現(xiàn)8位數(shù)碼管的顯示。數(shù)碼管設(shè)計(jì)為動(dòng)態(tài)顯示方式。采用TTL集成芯片74LS245接成直通方式通過(guò)CPU的IO 口驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。由74LS138譯碼控制SN74LS245A驅(qū)動(dòng)8個(gè)數(shù)碼管的位選。該電路板通過(guò)CN端子采用扁平電纜直接與AEM-CPU的CN8 (AEM-LED)相連接。AEM-R02:該電路板包括兩路繼電器輸出，都有敞開(kāi)和常閉兩種狀態(tài)。其中，LED燈用來(lái)指示繼電器工作狀態(tài)，LED點(diǎn)亮表示繼電器動(dòng)作。三極管9012用來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作。當(dāng)輸入端為低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，繼電器動(dòng)作，LED點(diǎn)亮，可通過(guò)繼電器驅(qū)動(dòng)外部電路。其中，CNl端子可與AEM-CPU的CNl (AEM-R02)相連接，Jl、J2為兩路繼電器輸出端子。AEM-PULSE:該電路板包括單脈沖發(fā)生電路和555脈沖發(fā)生電路，其中單穩(wěn)脈沖電路采用芯片SN74LS00A構(gòu)成RS觸發(fā)電路從而產(chǎn)生單穩(wěn)脈沖，通過(guò)開(kāi)關(guān)SO來(lái)控制脈沖的產(chǎn)生，LEDl顯示脈沖的高低電平，當(dāng)脈沖為低電平時(shí)，LEDl點(diǎn)亮；555脈沖發(fā)生電路采用555芯片設(shè)計(jì)的多脈沖產(chǎn)生電路，并可通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器實(shí)現(xiàn)脈沖頻率的調(diào)節(jié)。可通過(guò)CNl端子采用扁平電纜與 AEM-CPU 的 CN7 (AEM-PULSE)連接。AEM-TrafficLight:該電路板是對(duì)實(shí)際十字交通燈的模擬，東西、南北各干道有一組紅、黃、綠三種顏色的指示燈指揮車輛的安全通行，東西、南北各人行道有一組雙色指示燈，用于指揮行人的安全通行。東西方向道路上的兩組同色燈連接在一起，南北方向上的同色燈也彼此連接在一起，用信號(hào)線去控制燈的亮滅。東西方向人行道的一組雙色燈中同色的引腳連接在一起，南北方向人行道的一組雙色燈中同色的引腳連接在一起，用信號(hào)線去控制燈的亮滅。該電路板LED指示燈均為上拉電阻，可通過(guò)接插件由控制器軟件編程控制模擬實(shí)際交通指揮。可通過(guò)CN端子與AEM-CPU的CM (AEM-TrafficLight)端子相連接。AEM-8DI:該電路板采用8個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)控制產(chǎn)生8路開(kāi)關(guān)量，可通過(guò)LED指示開(kāi)關(guān)量的電平狀態(tài)。因?yàn)長(zhǎng)ED指示燈通過(guò)170 Ω排阻上拉，撥碼開(kāi)關(guān)一端接地，因此LED點(diǎn)亮表示為低電平，LED熄滅表示高電平?？赏ㄟ^(guò)CN端子與AEM-CPU的CN3 (AEM-BUTT0N(8DI))端子連接。AEM-KEY:該電路為4X4矩陣鍵盤，其中端子Rf R4矩陣鍵盤的行掃描信號(hào)，端子Cf C4信號(hào)線作為列掃描信號(hào)。矩陣鍵盤的讀取原理是通過(guò)循環(huán)查詢IO 口輸入實(shí)現(xiàn)的。在電路中，由于行列信號(hào)都設(shè)置了上拉電阻，因此如果對(duì)某列輸入低電平信號(hào)，然后查詢行信號(hào)的輸入狀態(tài)，若代表某行狀態(tài)的引腳電平為低，則可確定被按下按鍵的行和列的坐標(biāo)。反之亦然。通過(guò)程序控制如此往復(fù)的不斷循環(huán)查詢，通過(guò)按鍵的編號(hào)確定被按下的鍵?？赏ㄟ^(guò)CN端子與 AEM-CPU 的 CN3(AEM-BUTT0N(8DI))端子連接。AEM-TSC:該電路板為PT100溫度傳感器信號(hào)處理電路，Jl端子接PT100傳感器，傳感器與R1，R2，R3組成惠斯通電橋，產(chǎn)生的差分電壓通過(guò)LM324電路放大，由Jl端子的Vl輸出。可通過(guò)CN端子與AEM-CPU的CN2 (AEM-TSC)端子連接。AEM-ETI:該電路板包括EEPR0M、18B20溫度檢測(cè)、IR1838紅外接收、三相步進(jìn)電機(jī)控制4個(gè)模塊。EEPROM采用24C02作為存儲(chǔ)芯片，20C02內(nèi)含256X8位存儲(chǔ)空間，其工作電壓為(2.5V飛.5V)。具有擦寫(xiě)次數(shù)多，寫(xiě)入速度快的特點(diǎn)?？刂破骺赏ㄟ^(guò)接口 SDA、SCL來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。溫度檢測(cè)采用Dallas Semiconductor公司推出的DS18B20溫度傳感器，DS18B20為單總線接口，直接數(shù)字式溫度傳感器，具有引腳最少、接口簡(jiǎn)單、無(wú)需外部元件及精度高等優(yōu)點(diǎn)?？刂破魍ㄟ^(guò)接口 T_0軟件控制溫度的檢測(cè)。紅外接收采用IR1838紅外接收管，該接收管是一個(gè)三端元件，5V電源供電，具有功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、輸入靈敏度高等特點(diǎn)?？刂破魍獠恐袛嘁_與紅外接收信號(hào)端I R相連，控制器通過(guò)邊沿觸發(fā)方式，實(shí)現(xiàn)紅外信號(hào)的接收。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用ULN2003A和有施密特觸發(fā)器的六反相器74LS04構(gòu)成。其中ULN2003A驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)高電壓、大電流的達(dá)林頓對(duì)數(shù)組，其中包含7個(gè)具備共射極開(kāi)集極達(dá)林頓對(duì)。該步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊能夠驅(qū)動(dòng)小型三相步進(jìn)電機(jī)?？赏ㄟ^(guò)CN端子與AEM-CPU的CN5 (AEM-ETI)端子連接。實(shí)施例:恒溫控制裝置的設(shè)計(jì)采用電子積木的AEM-POWER、AEM-CPU, AEM-KEY, AEM-ET1、AEM-R02 五個(gè)功能模塊以及12864LCD顯示器搭建的恒溫控制裝置，并且采用玻璃箱模擬恒溫箱體，通過(guò)白熾燈給恒溫箱加熱，該恒溫控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。[0036]通過(guò)AEM-ETI的溫度傳感器DS18B20測(cè)量恒溫箱內(nèi)的溫度，AEM-KEY用于給定溫度值的設(shè)定以及溫控模式的設(shè)定，AEM-R02連接白熾燈，繼電器方式控制白熾燈的亮滅。并通過(guò)IXD12864顯示設(shè)定溫度值，溫控箱的實(shí)時(shí)溫度值，以及實(shí)時(shí)溫度變化的曲線。AEM-CPU控制調(diào)節(jié)使得玻璃箱內(nèi)的溫度保持恒定。該恒溫控制裝置能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能:(I)實(shí)時(shí)顯示恒溫箱的溫度值，并可顯示溫度的變化曲線。(2)可與設(shè)定的溫度值對(duì)比，實(shí)現(xiàn)恒溫箱的控制功能，誤差在±0.3°C以內(nèi)。(3)可實(shí)現(xiàn)分段恒溫控制功能，溫度誤差在±0.3°C以內(nèi)。(4)可實(shí)現(xiàn)恒速升溫的控制功能，速度誤差為±0.2°C每分鐘。采用本實(shí)用新型的電子積木，能夠方便快捷地讓學(xué)習(xí)者組裝出如實(shí)施所述的具有特定功能的實(shí)驗(yàn)裝置，方便教學(xué)和實(shí)際操作。
權(quán)利要求1.一種電子自動(dòng)化教學(xué)電子積木裝置，其特征在于，包括控制器模塊和功能模塊，各個(gè)功能模塊上設(shè)置有端口，功能模塊上的端口與控制器模塊上對(duì)應(yīng)的端口通過(guò)扁平電纜線連接；所述的控制器模塊采用STC89C52單片機(jī)；所述的功能模塊包括電源模塊、串口通信模塊、數(shù)碼顯示模塊、繼電器輸出模塊、脈沖電路模塊、交通燈模塊、開(kāi)關(guān)量輸入模塊、矩陣鍵盤模塊、PTlOO溫度信號(hào)調(diào)理 電路模塊和步進(jìn)電機(jī)-紅外接收-DS18B20-EEPR0M模塊。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種電子自動(dòng)化教學(xué)電子積木裝置，包括控制器模塊和功能模塊，各個(gè)功能模塊上設(shè)置有端口，功能模塊上的端口與控制器模塊上對(duì)應(yīng)的端口通過(guò)扁平電纜線連接；所述的控制器模塊采用STC89C52單片機(jī)；所述的功能模塊包括電源模塊、串口通信模塊、數(shù)碼顯示模塊、繼電器輸出模塊、脈沖電路模塊、交通燈模塊、開(kāi)關(guān)量輸入模塊、矩陣鍵盤模塊、PT100溫度信號(hào)調(diào)理電路模塊和步進(jìn)電機(jī)-紅外接收-DS18B20-EEPROM模塊。本實(shí)用新型可自由組裝，可自由拆卸，不同的組裝實(shí)現(xiàn)不同的功能，方便初學(xué)的學(xué)生的實(shí)踐使用，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。同時(shí)各個(gè)功能模塊也可用于其他控制裝置，有很強(qiáng)的通用性。
文檔編號(hào)G09B23/18GK202976626SQ20122069556
公開(kāi)日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者汪貴平, 王兆偉, 李陽(yáng), 李思慧, 關(guān)麗敏 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)