一種互動學習電路的教學工具及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種互動電路教學工具，把單個電子元器件標識印刷在方塊上形成組成電路的元件積木，選擇電路元件積木可在識別模塊上直接拼接組成電路，當輸入電路中各個元件的參數(shù)后，計算模塊進行內(nèi)部計算，可通過LED顯示屏查看電流電壓數(shù)據(jù)，LED燈可以顯示電路中電流情況，模擬電筆可查詢元件兩端電壓，同時還包括糾錯功能，出錯發(fā)出報警。該電路教學工具，可更加方便，快捷、輕松安全的學習電路的搭建，清楚直觀的了解電路的工作。
【專利說明】
—種互動學習電路的教學工具及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及教學用具領(lǐng)域，尤其涉及一種互動學習電路的教學工具及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有電路學習的實驗課程基本采用物理電路搭建或者純軟件模擬來實現(xiàn)。
[0003]以物理電路為基礎(chǔ)的實驗課，面臨著電路元件誤差，損壞，老化以及短路等等問題，對初學者來說更是一種安全隱患。繁雜疊加的連接線纜也對初學者對電路圖的理解造成一定困難。此外，物理電路需要購置昂貴精密并且笨重的示波器，萬用表等以用來讀取有用的數(shù)據(jù)。
[0004]而以純軟件模擬為基礎(chǔ)的實驗課，首當其沖需要配備電腦平臺。電腦平臺帶來的問題有:商業(yè)模擬軟件時常對初學者來說過于復雜；模擬軟件有時會因為設(shè)置或者操作系統(tǒng)環(huán)境問題模擬失?。辉陔娔X上操作電路缺乏實驗的真實感和親切感；電腦及模擬軟件開銷昂貴并且需要更多人力維護更新。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，有必要針對現(xiàn)有電路學習工具的問題，提供一種方便，快捷及輕松安全的互動電路教學工具，該互動電路教學工具包括，元件積木，輸入模塊，識別模塊，計算模塊，及顯示模塊。
[0006]單個電子元器件標識印刷在方塊上形成元件積木，元件積木四周植入常用電子元件形成觸角。
[0007]輸入模塊，用于輸入電路中各個元件的電學參數(shù)，可為鍵盤或觸控屏。
[0008]識別模塊，用于識別電路中元件及其方向，包括若干個識別機構(gòu)，識別機構(gòu)排列成矩陣，元件積木通過觸角與識別機構(gòu)連接。
[0009]計算模塊，用于計算電路中電流電壓參數(shù)，可選擇單片機編程實現(xiàn)計算功能。
[0010]顯示模塊包括屏幕模塊、電流圖形化模塊、模擬電筆模塊及聲音模塊，用于顯示電流電壓及報錯。
[0011]屏幕模塊可顯示實時電壓電流、交流電壓、直流電壓、波形、輸入數(shù)據(jù)及報錯。
[0012]電流圖形化模塊為LED燈。LED燈組成矩陣，LED燈置于識別機構(gòu)中央，成十字形，有電流流經(jīng)的地方LED燈會依次亮起。
[0013]聲音模塊可為喇叭，輸入數(shù)據(jù)及電路錯誤時有提示音。
[0014]輸入模塊、屏幕模塊、聲音模塊分別鏈接到計算模塊，識別模塊、電流圖形化模塊通過串并轉(zhuǎn)換器鏈接到計算模塊，模擬電筆模塊可連接到計算模塊。
[0015]一種互動電路教學系統(tǒng)，包括:
元件積木，用于組成電路的基本單元，單個電子元器件標識印刷在方塊上形成組成電路的元件積木，選擇電路元件積木可直接拼接組成電路，簡單直觀；元件積木四周可植入常用電子元件進行編碼，常用電子元件價格低廉，成本可控。
[0016]輸入模塊，用于輸入電路中各個元件的電學參數(shù)；
識別模塊，用于識別電路中元件及其方向；
計算模塊，用于計算電路中電流電壓參數(shù)；
顯示模塊，包括屏幕模塊、電流圖形化模塊、模擬電筆模塊及聲音模塊，用于顯示電路中電流電壓及報錯；
選擇元件積木在識別模塊上搭建電路，輸入模塊上輸入所搭建電路中各個元件參數(shù)，計算模塊根據(jù)輸入模塊及識別模塊的數(shù)據(jù)計算出電路中電流電壓參數(shù)，屏幕模塊顯示電流電壓數(shù)據(jù)及報錯，電流圖形化模塊顯示電路中電流情況，模擬電筆可查詢所述電路中任一元件電壓。
[0017]計算模塊根據(jù)搭建的電路及輸入的元件參數(shù)建立電路的導納矩陣，導納矩陣對電路性能進行計算，計算結(jié)果不受物理元件誤差影響，有助于初學者完成電學作業(yè)時搭建實際電路并快速驗證結(jié)果。
[0018]屏幕模塊包括實時電壓電流顯示、交流電壓顯示、直流電壓顯示、波形顯示、輸入顯示、糾錯顯示。波形顯示可模擬示波器功能。
[0019]1、互動電路學習工具中元件積木類似游戲元素，用戶可以在游戲中創(chuàng)造性的搭建電路，使枯燥的電路學習變得輕松有趣。
[0020]2、整個互動電路學習工具使用非常安全，用戶不會接觸高電壓，過熱短路，儀器燒毀等情況，同時使用不需要輔助儀器，例如教學電源、示波器、萬用表、信號發(fā)生器等。
[0021]3、由于該互動電路學習工具的方便性，使用不僅僅局限在實驗室，用戶可以隨時隨地進行試驗。
[0022]互動電路學習工具計算結(jié)果不受物理元件誤差影響，有助于初學者完成電學作業(yè)搭建實際電路加以快速驗證結(jié)果。
【附圖說明】
[0023]圖1電路教學工具結(jié)構(gòu)模塊示意圖圖2識別模塊示意圖
圖3屏幕模塊示意圖圖4模擬電筆模塊示意圖
【具體實施方式】
[0024]以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的一種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權(quán)利要求為準。
[0025]實施例1:電學元件可能的電學性質(zhì)編號，開路為A，正向?qū)щ姙锽，反向?qū)щ姙镃，以此類推。
[0026]不同電路元件以電路圖標識形式印刷在方塊上形成組成電路的元件積木，該元件積木的材料可選擇各種價格低廉的不導電材料制作，例如塑料，PCB板等。
[0027]將編碼中的電學元件依照一定順序嵌入在元件積木四周，形成觸角，便完成了對元件積木的編碼工作。例如標識電阻的元件積木可以編碼為AAAB，而標識電源的元件積木可以編碼為AAAC，以此類推。編碼按一定順序讀取。
[0028]如圖2，元件積木搭建的電路放入識別機構(gòu)矩陣，元件積木通過觸角與識別機構(gòu)連接，單片機通過總線分別對各行識別機構(gòu)施加電壓，之后讀取各行識別機構(gòu)的輸出電壓，完成對識別機構(gòu)中的磚塊類型的判斷。
[0029]用戶根據(jù)自己的需要，選擇不同的積木搭建不同的電路。
[0030]當電路搭建好后，通過鍵盤輸入端輸入搭建電路中各個元件的參數(shù)，單片機進行導納矩陣計算，得出電路中各部分電流電壓信息，通過串并轉(zhuǎn)換器在電流圖形化模塊上顯示出電流情況，可以選擇LED燈組成電流圖形化模塊。有電流流經(jīng)的地方LED燈會依次亮起，亮起速度和電流大小成比例。無電流通過的地方LED保持熄滅狀態(tài)。此設(shè)計讓用戶直觀看出電路的運行狀態(tài)。
[0031]與此同時，用戶可以選擇感興趣的元件積木，通過LED顯示器查看電流電壓的實時數(shù)據(jù)。如圖3，LED可查看實時電壓電流、交流電壓、直流電壓、波形、輸入?yún)?shù)及糾錯模式屏幕的顯示。電壓電流顯示模式分為三種:實時(顯示為實時的電壓電流，實數(shù)表示，例如 3.0123V，1.2005mA)，交流(顯示理論值，復數(shù)表示，如 3.0lV Z 90° ,1.2mA Z-15° )，直流(顯示理論值，實數(shù)表示，如3.5V，0.6A)。此外，屏幕還可被編程以波形顯示來表示電壓變化，模擬示波器的功能。這極大方便了實驗課的數(shù)據(jù)采集，以及對理論計算結(jié)果的驗證工作。
[0032]實施例2:如圖4，顯示模塊，可以增加2支模擬電筆(正負極)。電筆模塊簡化了電壓測量的程序，更貼近真實實驗環(huán)境。兩只電筆(紅色和黑色)分別直接連接到單片機的輸入端，用于讀取電壓值。使用電筆測量時，電筆需接觸到磚塊表面的P觸點。例如，用戶需要了解阻抗Z兩端電壓，可將兩只電筆分別置于Pl和P2觸點上。
[0033]對于電筆所處位置的識別，是由兩只電筆對觸點P電壓變化規(guī)律的測量和電筆對觸點P電壓的干涉共同決定。首先，由于識別機構(gòu)被逐行掃描，電筆通過檢測觸點P (實際電壓等同于對應的V)電壓的波動，即可確定電筆所在行數(shù)。其次，在逐行掃描結(jié)束，所有總線均處于空閑(低電壓)狀態(tài)時，電筆輸出高電壓(VCC)對電路進行干涉。干涉產(chǎn)生的特定列的電壓波動會被并串轉(zhuǎn)換器所記錄，因而確定電筆所在的列數(shù)。在得知電筆被置于了阻抗Z兩端之后，便可輸出阻抗Z的相關(guān)電流電壓示數(shù)給屏幕模塊。
[0034]實施例3:顯示模塊可增加聲音模塊，聲音模塊可為喇叭，輸入數(shù)據(jù)及電路錯誤時有提示音，對用戶的實驗動作給予及時的反饋。
【主權(quán)項】
1.一種互動電路教學工具，其特征在于，包括: 單個電子元器件標識印刷在方塊上形成元件積木，用于輸入電路中各個元件的電學參數(shù)的輸入模塊，用于識別電路中元件及其方向的識別模塊，用于計算電路中電流電壓參數(shù)的計算模塊，及包括屏幕模塊、電流圖形化模塊組成的用于顯示電流電壓的顯示模塊； 輸入模塊、屏幕模塊分別鏈接到計算模塊，識別模塊、電流圖形化模塊通過串并轉(zhuǎn)換器鏈接到計算模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互動電路教學工具，其特征在于，所述元件積木四周植入常用電子元件形成觸角。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互動電路教學工具，其特征在于，所述的識別模塊包括若干個識別機構(gòu)，所述的識別機構(gòu)排列成矩陣。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的互動電路教學工具，其特征在于，所述元件積木通過觸角與所述識別機構(gòu)連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互動電路教學工具，其特征在于，所述屏幕模塊可顯示實時電壓電流、交流電壓、直流電壓、波形、輸入數(shù)據(jù)及報錯。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互動電路教學工具，其特征在于，所述顯示模塊可增加模擬電筆模塊及聲音模塊，可直接連接到計算模塊。7.—種互動電路教學系統(tǒng)，其特征在于，包括: 元件積木，用于組成電路的基本單元，單個電子元器件標識印刷在方塊上形成組成電路的元件積木，元件積木組成電路； 輸入模塊，用于輸入電路中各個元件的電學參數(shù)； 識別模塊，用于識別電路中元件及其方向； 計算模塊，用于計算電路中電流電壓參數(shù)； 顯示模塊，包括屏幕模塊、電流圖形化模塊、模擬電筆模塊及聲音模塊，用于顯示電路中電流電壓及報錯； 選擇元件積木在所述識別模塊上搭建電路，所述輸入模塊上輸入所搭建電路中各個元件參數(shù)，所述計算模塊根據(jù)所述輸入模塊及所述識別模塊的數(shù)據(jù)計算出所述電路中電流電壓參數(shù)，所述屏幕模塊顯示電流電壓數(shù)據(jù)及報錯，電流圖形化模塊顯示所述電路中電流情況，所述模擬電筆可查詢所述電路中任一元件電壓，所述聲音模塊對錯誤發(fā)出警報。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的互動電路教學系統(tǒng)，其特征在于，所述計算模塊建立所述電路的導納矩陣，所述導納矩陣對所述電路性能進行計算。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的互動電路教學系統(tǒng)，其特征在于，所述屏幕模塊包括實時電壓電流顯示、交流電壓顯示、直流電壓顯示、波形顯示、輸入顯示、糾錯顯示。
【文檔編號】G09B23/18GK105989767SQ201510204859
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年4月28日
【發(fā)明人】程惠民, 陸勁鴻
【申請人】陸勁鴻