基于Arduino控制器的教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于Arduino控制器的教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱，該教學(xué)試驗(yàn)箱包括實(shí)驗(yàn)箱體，其特征在于：所述實(shí)驗(yàn)箱體內(nèi)設(shè)置有Arduino控制模塊、Arduino可擴(kuò)展模塊實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以及供電單元；所述Arduino控制模塊為Arduino控制器；所述的Arduino可擴(kuò)展模塊實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括：與所述Arduino控制器連接的HC-SR04超聲波測(cè)距模塊、DHT11溫濕度采集模塊、LCD1602模塊以及矩陣鍵盤模塊；本實(shí)用新型面向?qū)W生使用的可靠、操作性強(qiáng)、集成化和模塊化更合理的基于Arduino控制器的多功能教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱。
【專利說(shuō)明】基于Arduino控制器的教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及一種基于Arduino控制器的多功能教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱。

【背景技術(shù)】
[0002]Arduino是一個(gè)基于開放原始碼的軟硬件平臺(tái)，構(gòu)建于開放原始碼simple I/O介面版，并且具有使用類似Java,C語(yǔ)言的Processing/Wiring開發(fā)環(huán)境。Arduino IDE可以在Windows、Macintosh OSX> Linux三大主流操作系統(tǒng)上運(yùn)行。Arduino語(yǔ)言基于wiring語(yǔ)言開發(fā)，是對(duì)AVRGCC庫(kù)的二次封裝，不需要太多的單片機(jī)基礎(chǔ)、編程基礎(chǔ)，簡(jiǎn)單學(xué)習(xí)后，你也可以快速的進(jìn)行開發(fā)。由于Arduino具有相對(duì)簡(jiǎn)單的開發(fā)方式，使得開發(fā)者更關(guān)注創(chuàng)意與實(shí)現(xiàn)，更快的完成自己的項(xiàng)目開發(fā)，大大節(jié)約了學(xué)習(xí)的成本，縮短了開發(fā)的周期。因?yàn)锳rduino的種種優(yōu)勢(shì),越來(lái)越多的專業(yè)硬件開發(fā)者已經(jīng)或開始使用Arduino來(lái)開發(fā)他們的項(xiàng)目、產(chǎn)品，與此同時(shí)更多的軟件開發(fā)者使用Arduino進(jìn)入硬件、物聯(lián)網(wǎng)等開發(fā)領(lǐng)域；在大學(xué)各高校也紛紛開展了 Arduino相關(guān)課程和實(shí)驗(yàn)。
[0003]目前，基于Arduino控制器的教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備存在集成化、模塊化程度不高，實(shí)驗(yàn)?zāi)K零散，且實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作起來(lái)較為繁瑣，實(shí)驗(yàn)操作前的準(zhǔn)備工作和實(shí)驗(yàn)完畢后的整理工作占用了較多實(shí)驗(yàn)時(shí)間，從而影響了整個(gè)教學(xué)課程的常規(guī)實(shí)行，不利于高效、互動(dòng)式教學(xué)，由于以上這些不足，從而使得學(xué)生在操作實(shí)驗(yàn)前不僅要充分預(yù)習(xí)Arduino控制器編程資料，還得自主設(shè)計(jì)模塊化實(shí)驗(yàn)電路，對(duì)相關(guān)所有硬件知識(shí)有較為深入的了解，連線過(guò)程也非常容易產(chǎn)生誤搭、誤接，加大學(xué)生實(shí)驗(yàn)難度和課程時(shí)間，不利于學(xué)生迅速的掌握Arduino的基本知識(shí)，達(dá)不到以實(shí)驗(yàn)指引學(xué)生進(jìn)入Arduino初步開發(fā)簡(jiǎn)單項(xiàng)目的目的。
[0004]在多數(shù)高校所制定的Arduino實(shí)驗(yàn)內(nèi)容往往都是采取和單片機(jī)模式類似的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，例如流水燈、led數(shù)碼管、繼電器、蜂鳴器等，由于51單片機(jī)和Arduino在控制器編程、硬件內(nèi)容都存在很多差異，從而使得這些用于像51類單片機(jī)的小型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目并不是很適合于Arduino實(shí)驗(yàn)課程,51類單片機(jī)的編程相對(duì)于Arduino更為的復(fù)雜,且硬件接口更少，所以必須設(shè)計(jì)出要有更強(qiáng)針對(duì)性、更廣泛應(yīng)用性的基于Arduino控制器的實(shí)驗(yàn)課程，來(lái)指引學(xué)生更為簡(jiǎn)捷、高效的在實(shí)驗(yàn)課堂上學(xué)會(huì)Arduino的基本知識(shí)和初步開發(fā)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種基于Arduino控制器的教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱，學(xué)生在燒錄現(xiàn)有的學(xué)習(xí)軟件后，即可以實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式帶動(dòng)學(xué)生深入自學(xué)和拓展實(shí)踐的目的，激發(fā)學(xué)生對(duì)電子產(chǎn)品的制作興趣，使得學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中逐步提高Arduino編程開發(fā)能力和硬件認(rèn)知水平。
[0006]本實(shí)用新型采用以下方案實(shí)現(xiàn):一種基于Arduino控制器的教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱，包括實(shí)驗(yàn)箱體，其特征在于:所述實(shí)驗(yàn)箱體內(nèi)設(shè)置有Arduino控制模塊、Arduino可擴(kuò)展模塊實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(zhuǎn)24V、12V和5V的開關(guān)電源，且為系統(tǒng)供電；
[0009]所述的Arduino可擴(kuò)展模塊實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括:與所述Arduino控制器連接的HC-SR04超聲波測(cè)距模塊、DHT11溫濕度采集模塊、紅外接近開關(guān)模塊、紅外遙控模塊、Bluetooth-V3模塊、DS12C887時(shí)鐘模塊、LCD12864模塊、LCD1602模塊以及矩陣鍵盤模塊；
[0010]所述電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括:微型減速直流電機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)K和兩相雙極性步進(jìn)電機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)K；所述的微型減速直流電機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)K包括設(shè)置有同軸式減速器和光電編碼器的微型直流電機(jī)、以及L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；所述Arduino控制器經(jīng)L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制所述的微型直流電機(jī)；
[0011]所述兩相雙極性步進(jìn)電機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)K包括設(shè)置有霍爾增量型旋轉(zhuǎn)編碼器的兩相雙極性步進(jìn)電機(jī)以及TB6560 3A步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述Arduino控制器經(jīng)TB6560 3A步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述兩相雙極性步進(jìn)電機(jī)。
[0012]在本實(shí)用新型一實(shí)施例中，所述的實(shí)驗(yàn)箱體為對(duì)開式實(shí)驗(yàn)箱。
[0013]在本實(shí)用新型一實(shí)施例中，所述的矩陣鍵盤模塊為4X4矩陣鍵盤模塊。
[0014]在本實(shí)用新型一實(shí)施例中，所述的Arduino控制器為Arduino mega 2560控制板。
[0015]本實(shí)用新型是應(yīng)用于教學(xué)上，面向?qū)W生使用的可靠、操作性強(qiáng)、集成化和模塊化更合理的基于Arduino控制器的多功能教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱，并且可以根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)需求，設(shè)計(jì)出多元化的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，形成一套專屬該實(shí)驗(yàn)設(shè)備的實(shí)驗(yàn)方法，幫助學(xué)生迅速、高效的進(jìn)入Arduino項(xiàng)目開發(fā)的門濫。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，與本實(shí)用新型的實(shí)施例一起用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限制。
[0017]圖1基于Arduino控制器的多功能教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱的電路原理圖。
[0018]圖2基于Arduino控制器的多功能教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中:1-LCD12864，2-LCD1602，3-微型直流電機(jī)，4-同軸減速器，5-霍爾增量型旋轉(zhuǎn)編碼器，6-HC-SR04超聲波，7-Bluetooth V3模塊，8-DS12C887時(shí)鐘模塊，9-步進(jìn)電機(jī)固定裝置，10-4X4矩陣鍵盤，11-DHT11溫濕度采集模塊，12-電機(jī)保護(hù)罩，13-兩相雙極性步進(jìn)電機(jī)，14-(E18-D80NK)紅外接近開關(guān)，15- TB6560 3A步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，16-(HS0038)紅外接收管，17-紅外遙控器，18-微型直流電機(jī)固定裝置，19-光電編碼器，20-L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(guān)，26-電源接口。

【具體實(shí)施方式】
[0020]為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0021]在以下描述中闡述了具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實(shí)用新型。但是本實(shí)用新型能夠以多種不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實(shí)用新型內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本實(shí)用新型不受下面公開的【具體實(shí)施方式】的限制。
[0022]本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種基于Arduino控制器的多功能教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱:主要包括Arduino控制模塊及供電單元、Arduino可擴(kuò)展模塊實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。Arduino控制模塊及供電單元主要包括有:Arduino控制器、集成各擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)?zāi)K接口的電路板、220V轉(zhuǎn)24V、12V和5V的開關(guān)電源及控制開關(guān)；Arduino可擴(kuò)展模塊實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要包括有:HC-SR04超聲波測(cè)距模塊、0!11'11溫濕度采集模塊418-080爾紅外接近開關(guān)模塊、紅外遙控模塊、Bluetooth-V3模塊、DS12C887時(shí)鐘模塊、LCD12864模塊、LCD1602模塊、4X4矩陣鍵盤模塊；電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要包括有:微型減速直流電機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，包括微型直流電機(jī)、同軸式減速器、光電編碼器和L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。兩相雙極性步進(jìn)電機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，包括兩相雙極性步進(jìn)電機(jī)、霍爾增量型旋轉(zhuǎn)編碼器、TB6560 3A步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(guò)其在Arduino產(chǎn)品上的具有代表性意義，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入Arduino開發(fā)學(xué)習(xí)。通過(guò)多層變壓、穩(wěn)壓、整流和濾波電路，實(shí)現(xiàn)把家用電轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)箱所需要的24V、12V、5V等多形式電源，滿足多種實(shí)驗(yàn)條件要求。
[0024]Arduino可擴(kuò)展模塊實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該平臺(tái)主要分為兩個(gè)部分:擴(kuò)展模塊部分和模塊接口部分，擴(kuò)展模塊部分主要包括各種針對(duì)Arduino控制器的各種外圍模塊，旨在讓學(xué)生認(rèn)識(shí)Arduino可擴(kuò)展模塊的原理及功能，模塊接口部分包括各擴(kuò)展模塊與控制器的集成化接口端子，通過(guò)它可以使得接線可視化增強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)操作空間更為寬裕。
[0025]電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括微型直流電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和兩相雙極性步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，均采用專用電機(jī)固定裝置9、18進(jìn)行定位和固定，各電機(jī)、編碼器、驅(qū)動(dòng)器采用成套式典型設(shè)備，同時(shí)該平臺(tái)可以和其他擴(kuò)展模塊相結(jié)合，具有較大的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和開發(fā)空間。各電機(jī)外部采用透明化強(qiáng)化塑料12進(jìn)行保護(hù)，降低實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)性，保護(hù)學(xué)生安全。
[0026]由圖2所示，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)物品設(shè)置結(jié)構(gòu)，該Arduino控制器的多功能教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱整體結(jié)構(gòu)分為三部分，左箱部分、中間儲(chǔ)存部分、右箱部分。其中實(shí)驗(yàn)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(gè)模塊的接線端子，從而擴(kuò)大原Arduino控制器原本狹小的接口尺寸，使得學(xué)生從功能原理和應(yīng)用層次上更為模塊化、系統(tǒng)化的學(xué)習(xí)Arduino控制器,方便學(xué)生實(shí)驗(yàn)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于底部Arduino控制器槽22上端，且端口分布形狀對(duì)應(yīng)于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(shí)驗(yàn)操作不當(dāng)芯片燒壞時(shí)的即使更換。左箱中間側(cè)分布有整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的供電模塊，電源接口 26置于箱體側(cè)壁，且在其側(cè)邊設(shè)置電源開關(guān)25。
[0027]由圖2所示，基于Arduino控制器的多功能教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱右箱部分為Arduino各擴(kuò)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(jī)控制實(shí)驗(yàn)?zāi)K，5、9、13、15組成的兩相雙極性步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)?zāi)K，6、HC-SR04超聲波測(cè)距模塊，7、Bluetooth V3傳輸模塊，8、DS12C887電子時(shí)鐘實(shí)驗(yàn)?zāi)K，10,4X4矩陣鍵盤實(shí)驗(yàn)?zāi)K，14、E18-D80NK紅外接近實(shí)驗(yàn)?zāi)K，由16、17組成的紅外遙控實(shí)驗(yàn)?zāi)K，11、DHT11溫濕度采集模塊等，通過(guò)以上多種擴(kuò)展模塊能設(shè)計(jì)出各種多樣化、跨學(xué)科的Arduino趣味實(shí)驗(yàn)。
[0028]本實(shí)用新型雖然已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來(lái)限定本實(shí)用新型，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，凡依本實(shí)用新型申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本實(shí)用新型的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于ArdUino控制器的教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱，包括實(shí)驗(yàn)箱體，其特征在于:所述實(shí)驗(yàn)箱體內(nèi)設(shè)置有Arduino控制模塊、Arduino可擴(kuò)展模塊實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(zhuǎn)24V、12V和5V的開關(guān)電源，且為系統(tǒng)供電； 所述的Arduino可擴(kuò)展模塊實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括:與所述Arduino控制器連接的HC-SR04超聲波測(cè)距模塊、DHTll溫濕度采集模塊、紅外接近開關(guān)模塊、紅外遙控模塊、Bluetooth-V3模塊、DS12C887時(shí)鐘模塊、IXD12864模塊、IXD1602模塊以及矩陣鍵盤模塊； 所述電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括:微型減速直流電機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)K和兩相雙極性步進(jìn)電機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)K；所述的微型減速直流電機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)K包括設(shè)置有同軸式減速器和光電編碼器的微型直流電機(jī)、以及L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；所述Arduino控制器經(jīng)L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制所述的微型直流電機(jī)； 所述兩相雙極性步進(jìn)電機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)K包括設(shè)置有霍爾增量型旋轉(zhuǎn)編碼器的兩相雙極性步進(jìn)電機(jī)以及TB6560 3A步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述Arduino控制器經(jīng)TB6560 3A步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述兩相雙極性步進(jìn)電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Arduino控制器的教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱，其特征在于:所述的實(shí)驗(yàn)箱體為對(duì)開式實(shí)驗(yàn)箱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Arduino控制器的教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱，其特征在于:所述的矩陣鍵盤模塊為4X4矩陣鍵盤模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Arduino控制器的教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱，其特征在于:所述的Arduino 控制器為 Arduino mega 2560 控制板。
【文檔編號(hào)】G09B19/00GK204087572SQ201420554652
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月25日
【發(fā)明者】葉大鵬, 胡洪鈞, 童向亞, 許偉, 陳文滔 申請(qǐng)人:福建農(nóng)林大學(xué)