專利名稱：一種電子自動化教學電子積木裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于教學儀器領域，涉及一種電子積木，具體涉及一種電子自動化教學電子積木。
背景技術：
控制器的學習對于電子、電氣、控制類專業(yè)的學生是非常重要的。而對單片機的學習與應用對初學者來說是至關重要的。但是，目前，在傳統(tǒng)的單片機實驗教學中，大多數(shù)采用整體化、固定式的實驗裝置，初學者僅僅通過下載例程，觀察結(jié)果的方式來認識和學習單片機。初學者不能更好的深入了解與應用單片機。在傳統(tǒng)單片機實驗裝置的基礎上，為了能夠激發(fā)初學者的學習興趣，提高初學者的動手能力，設計了一種電子積木式的教學實驗裝置。該電子積木由11塊獨立的電路板組成，各電路板具有特定的功能，電路板之間通過接插件進行連接，具有接口簡單、連接靈活的特點，使得初學者像搭建積木一樣學習和應用單片機。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術存在的不足，本實用新型的目的在于，提供一種能夠自由組裝的電子自動化教學電子積木。為了實現(xiàn)上述任務，本實用新型采用如下技術方案予以實現(xiàn):—種電子自動化教學電子積木裝置,包括控制器模塊和功能模塊，各個功能模塊上設置有端口，功能模塊上的端口與控制器模塊上對應的端口通過扁平電纜線連接；所述的控制器模塊采用STC89C52單片機；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、開關量輸入模塊、矩陣鍵盤模塊、PT100溫度信號調(diào)理電路模塊和步進電機-紅外接收-DS18B20-EEPR0M模塊。本實用新型可自由組裝，可自由拆卸，不同的組裝實現(xiàn)不同的功能，方便初學電子、電氣、自動化等專業(yè)的學生的實踐使用，具有很強的實用性。同時各個功能模塊也可用于其他控制裝置，有很強的通用性。

圖1是本實用新型的連接關系示意圖。圖2是電子積木組裝的恒溫控制裝置。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型的具體內(nèi)容作進一步詳細地說明。
具體實施方式
以下給出本實用新型的具體實施例，需要說明的是本實用新型并不局限于以下具體實施例，凡在本申請技術方案基礎上做的等同變換均落入本實用新型的保護范圍。遵從上述技術方案，如圖1所示，一種電子自動化教學電子積木裝置，包括控制器模塊(AEM-CPU)和功能模塊，各個功能模塊上設置有端口，功能模塊上的端口與控制器模塊(AEM-CPU)上對應的端口通過扁平電纜線連接；控制器模塊(AEM-CPU)采用STC89C52單片機；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)、開關量輸入模塊(AEM-8DI)、矩陣鍵盤模塊(AEM-KEY )、PT IOO溫度信號調(diào)理電路(AEM-TSC)、步進電機-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USB轉(zhuǎn)串口，實現(xiàn)主控芯片的程序下載；其他的接插件則實現(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2W10G單相整流橋進行整流，再通過220uf和104電容進行濾波，最后通過LM7824K穩(wěn)壓芯片將電壓穩(wěn)到5V。其中，CN1，CN2端子一個接220V電源，一個接變壓器，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RS-232通信和一個RS-485通信方式。初學者可通過該模塊與控制器(AEM-CPU)連接，實現(xiàn)串行通信。通過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個數(shù)碼管構成的8位LED數(shù)碼管顯示電路，可與控制器連接實現(xiàn)8位數(shù)碼管的顯示。數(shù)碼管設計為動態(tài)顯示方式。采用TTL集成芯片74LS245接成直通方式通過CPU的IO 口驅(qū)動數(shù)碼管。由74LS138譯碼控制SN74LS245A驅(qū)動8個數(shù)碼管的位選。該電路板通過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，都有敞開和常閉兩種狀態(tài)。其中，LED燈用來指示繼電器工作狀態(tài)，LED點亮表示繼電器動作。三極管9012用來驅(qū)動繼電器動作。當輸入端為低電平時，三極管導通，繼電器動作，LED點亮，可通過繼電器驅(qū)動外部電路。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構成RS觸發(fā)電路從而產(chǎn)生單穩(wěn)脈沖，通過開關SO來控制脈沖的產(chǎn)生，LEDl顯示脈沖的高低電平，當脈沖為低電平時，LEDl點亮；555脈沖發(fā)生電路采用555芯片設計的多脈沖產(chǎn)生電路，并可通過調(diào)節(jié)滑動變阻器實現(xiàn)脈沖頻率的調(diào)節(jié)?？赏ㄟ^CNl端子采用扁平電纜與 AEM-CPU 的 CN7 (AEM-PULSE)連接。AEM-TrafficLight:該電路板是對實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，可通過接插件由控制器軟件編程控制模擬實際交通指揮?？赏ㄟ^CN端子與AEM-CPU的CM (AEM-TrafficLight)端子相連接。AEM-8DI:該電路板采用8個撥碼開關控制產(chǎn)生8路開關量，可通過LED指示開關量的電平狀態(tài)。因為LED指示燈通過170 Ω排阻上拉，撥碼開關一端接地，因此LED點亮表示為低電平，LED熄滅表示高電平?？赏ㄟ^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，端子Cf C4信號線作為列掃描信號。矩陣鍵盤的讀取原理是通過循環(huán)查詢IO 口輸入實現(xiàn)的。在電路中，由于行列信號都設置了上拉電阻，因此如果對某列輸入低電平信號，然后查詢行信號的輸入狀態(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。反之亦然。通過程序控制如此往復的不斷循環(huán)查詢，通過按鍵的編號確定被按下的鍵?？赏ㄟ^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LM324電路放大，由Jl端子的Vl輸出。可通過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、IR1838紅外接收、三相步進電機控制4個模塊。EEPROM采用24C02作為存儲芯片，20C02內(nèi)含256X8位存儲空間，其工作電壓為(2.5V飛.5V)。具有擦寫次數(shù)多，寫入速度快的特點?？刂破骺赏ㄟ^接口 SDA、SCL來進行數(shù)據(jù)的存儲。溫度檢測采用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、接口簡單、無需外部元件及精度高等優(yōu)點?？刂破魍ㄟ^接口 T_0軟件控制溫度的檢測。紅外接收采用IR1838紅外接收管，該接收管是一個三端元件，5V電源供電，具有功耗低、抗干擾能力強、輸入靈敏度高等特點?？刂破魍獠恐袛嘁_與紅外接收信號端I R相連，控制器通過邊沿觸發(fā)方式，實現(xiàn)紅外信號的接收。步進電機驅(qū)動模塊采用ULN2003A和有施密特觸發(fā)器的六反相器74LS04構成。其中ULN2003A驅(qū)動器是一個高電壓、大電流的達林頓對數(shù)組，其中包含7個具備共射極開集極達林頓對。該步進電機驅(qū)動模塊能夠驅(qū)動小型三相步進電機?？赏ㄟ^CN端子與AEM-CPU的CN5 (AEM-ETI)端子連接。實施例:恒溫控制裝置的設計采用電子積木的AEM-POWER、AEM-CPU, AEM-KEY, AEM-ET1、AEM-R02 五個功能模塊以及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，通過白熾燈給恒溫箱加熱，該恒溫控制裝置結(jié)構示意圖如圖2所示。[0036]通過AEM-ETI的溫度傳感器DS18B20測量恒溫箱內(nèi)的溫度，AEM-KEY用于給定溫度值的設定以及溫控模式的設定，AEM-R02連接白熾燈，繼電器方式控制白熾燈的亮滅。并通過IXD12864顯示設定溫度值，溫控箱的實時溫度值，以及實時溫度變化的曲線。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)實時顯示恒溫箱的溫度值，并可顯示溫度的變化曲線。(2)可與設定的溫度值對比，實現(xiàn)恒溫箱的控制功能，誤差在±0.3°C以內(nèi)。(3)可實現(xiàn)分段恒溫控制功能，溫度誤差在±0.3°C以內(nèi)。(4)可實現(xiàn)恒速升溫的控制功能，速度誤差為±0.2°C每分鐘。采用本實用新型的電子積木，能夠方便快捷地讓學習者組裝出如實施所述的具有特定功能的實驗裝置，方便教學和實際操作。
權利要求1.一種電子自動化教學電子積木裝置，其特征在于，包括控制器模塊和功能模塊，各個功能模塊上設置有端口，功能模塊上的端口與控制器模塊上對應的端口通過扁平電纜線連接；所述的控制器模塊采用STC89C52單片機；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、開關量輸入模塊、矩陣鍵盤模塊、PTlOO溫度信號調(diào)理 電路模塊和步進電機-紅外接收-DS18B20-EEPR0M模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種電子自動化教學電子積木裝置，包括控制器模塊和功能模塊，各個功能模塊上設置有端口，功能模塊上的端口與控制器模塊上對應的端口通過扁平電纜線連接；所述的控制器模塊采用STC89C52單片機；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、開關量輸入模塊、矩陣鍵盤模塊、PT100溫度信號調(diào)理電路模塊和步進電機-紅外接收-DS18B20-EEPROM模塊。本實用新型可自由組裝，可自由拆卸，不同的組裝實現(xiàn)不同的功能，方便初學的學生的實踐使用，具有很強的實用性。同時各個功能模塊也可用于其他控制裝置，有很強的通用性。
文檔編號G09B23/18GK202976626SQ20122069556
公開日2013年6月5日 申請日期2012年12月14日 優(yōu)先權日2012年12月14日
發(fā)明者汪貴平, 王兆偉, 李陽, 李思慧, 關麗敏 申請人:長安大學