CN105321410A - 一种模块式可拼接电路教具 - Google Patents

Abstract

一种模块式可拼接电路教具，包括：基板，若干元件模块，若干线路模块，若干声光模块，其中元件模块、线路模块和声光模块均设置于基板上，各模块之间通过插针和插孔实现电连接，并且通过与基板相扣实现固定，在电气电路工作原理分析的过程中，元件模块可以根据工作原理要求的先后顺序闭合、断开从而接通模块空腔内部的发光二极管以流水灯形式显示出电流流向，并且相对应的喇叭会响或照明灯泡会亮，使学生很直观、条理清晰、轻松的学习电气控制电路的工作过程。

Description

一种模块式可拼接电路教具

技术领域

本发明属于教具技术领域，特别涉及一种模块式可拼接电路教具。

背景技术

在机电一体化、电气自动化以及汽车电路等课程中，控制电路原理分析都是学好本课程的重点。而这部分的内容一般都是将电路图画在黑板上或者用普通的纸质挂图结合教师的讲解来学习的，但无论是课堂画图还是制作挂图，都无法形象演示电流的走向，进而体现各个电气元件之间的动作先后顺序。即使采用计算机辅助教学，如(falsh)动画模拟演示，会遇到电路稍加改动，flash就要重新制作，缺乏灵活性，不具有普适性，更重要的是学生无法课后自己动手操作练习。因此，我们发明了本电路教具，它就像积木一样，可以按需自由组合，拼装成具有不同功能的电路，再配以我们设计的可控led灯串，进行电流流向的演示。该电路教具不仅可以作为教师课堂讲解使用，使学生直观清晰的明白各个电气元件之间的动作关系以及动作顺序，深刻理解电路的原理；也给学生提供了自己动手的机会，从而达到巩固课堂所学、引导学生深入探索的目的。解决了学生课堂听起来枯燥，课下难于动手实践的问题。虽然当前计算机辅助教学在这一领域已有所研究，但因其硬件要求较高、制作有一定难度所以实施范围小。本人已申请并授权的ZL201320045458.X专利中，符号板可以根据电路需要进行动作变化，但是制作的电路不能灵活变化，并且无法更形象的显示电流流向。因此本人设计发明了此种模块式可拼接的电路教具。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种模块式可拼接电路教具，可以根据电路的不同而灵活拼接，并且能显示各电器元件动作顺序，直观显示电流流向，并且相对应的喇叭会响或照明灯泡会亮，让学生对电路工作原理的理解更深刻，可以用于不同专业的电路原理分析中。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种模块式可拼接电路教具，包括：

基板11，基板可以为金属、塑料等任何合适的材质。

若干元件模块1，其内部封装有若干发光二极管、编码开关及单片机，表面印制有相应的元件图形符号4，封装部分的电源端通过设置在元件模块1外部一端的插针一2引出，接地端通过设置在元件模块1外部另端的与所述插针一2匹配的插孔一5引出；

若干线路模块8，其内部封装有若干发光二极管、编码开关及单片机，封装部分的电源端通过设置在线路模块8外部一端的与插针一2规格一致的插针二12引出，接地端通过设置在线路模块8外部另端的与插孔一5规格一致的插孔二13引出；

若干声光模块12，其内部封装有若干发光二极管、编码开关、单片机及喇叭(或灯泡,如果封装灯泡,灯泡露出模块外壳一部分)，封装部分的电源端通过设置在声光模块12外部一端的与插针一2规格一致的插针三引出，接地端通过设置在线路模块12外部另端的与插孔一5规格一致的插孔三引出；当有电流通过此模块，会有喇叭声响(或灯泡会亮)。

其中，元件模块1、线路模块8和声光模块12均设置于基板11上。

各模块之间通过插针和插孔实现电连接，并且通过与基板相扣实现固定。

另，电源的负极也可与金属材质的基板相连如图6所示，此时基板就可以作为公共负极，负极通过金属基板和连接固定在一起的模块自身底部的锁扣，给模块内电器提供负极电，各模块正极电由电源正极通过插针和插孔对应连接后提供给模块内电器。

所述元件模块1内设置表面透明的空腔一3，元件模块1的内部封装部分设置于空腔一3中，发光二极管嵌装在表面，封装的发光二极管、编码开关及单片机与元件模块1共用电源输入输出端。

所述线路模块8内设置表面透明的空腔二14，线路模块8的内部封装部分设置于空腔二14中，发光二极管嵌装在元件模块表面，封装的发光二极管、编码开关及单片机与线路模块8共用电源输入输出端。

所述声光模块12为封闭空腔，其内部封装有发光二极管、编码开关、单片机及喇叭(或者灯泡)，发光二极管嵌装在元件模块表面，封装的发光二极管、编码开关、单片机及喇叭与线路模块12共用电源输入输出端。

所述元件模块1的电源线路上设置有转轴一6，导电件一7通过转轴一6连接在电源线路上，通过转动导电件一7实现元件模块1上电源线路的通断。

所述线路模块8的电源线路上设置有转轴二9，导电件二10通过转轴二9连接在电源线路上，通过转动导电件二10实现线路模块8上电源线路的通断。

所述基板11上设置有通孔，元件模块1和线路模块8的底部均设置锁扣，通过锁扣穿过通孔实现连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

在电气电路工作原理分析的过程中，元件模块可以根据工作原理要求的先后顺序闭合、断开从而接通模块空腔内部的发光二极管以流水灯形式显示出电流流向，并且相对应的喇叭会响或照明灯泡会亮，使学生很直观、条理清晰、轻松的学习电气控制电路的工作过程。

附图说明

图1是本发明元件模块结构示意图，其中图1a为立体图，图1b为平面图，图1c为使用示意图。

图2是本发明线路模块结构示意图。

图3是本发明元件模块内部的电路图。

图4是本发明实施例的电气原理图。

图5是利用模块对实施例原理图所组成的教具示意图。

图6是本发明电源的负极与金属材质的基板相连示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的实施方式。

本发明一种模块式可拼接电路教具，包括基板11、若干元件模块1和若干线路模块8，若干声光模块12，其中，元件模块1、线路模块8和声光模块均设置于基板11上。具体地，可以在基板11上设置通孔，元件模块1、线路模块8和声光模块12的底部均设置锁扣，通过锁扣穿过通孔实现可拆卸的活动连接。

如图1(图1a、图1b)所示，元件模块1内部封装有若干发光二极管、编码开关、单片机及相关电路，表面印制有相应的元件图形符号4，模块内部电路电源端通过设置在元件模块1外部一端的插针一2引出，模块内部电路接地端通过设置在元件模块1外部另端的与所述插针一2匹配的插孔一5引出，插针一2为双针结构，插孔一5为双孔结构。即，一个管脚对应一个双针结构，或者对应一个双孔结构。元件模块1内设置表面透明的空腔一3，空腔一3中设置有若干顺序排列和单片机并联的发光二极管、编码开关、单片机及相关电路，空腔3中电路与元件模块1共用电源输入输出端。同时，如图1c所示，元件模块1的电源线路上设置有转轴一6，导电件一7通过转轴一6连接在电源线路上，通过转动导电件一7实现元件模块1上电源线路的通断。

如图2所示，线路模块8，其内部同样封装有若干发光二极管、编码开关、单片机及相关电路，其电源端与插针一2规格一致的插针二12，接地端与插孔一5规格一致的插孔二13相连。

线路模块8内设置表面透明的空腔二14，空腔二14中设置有顺序排列和单片机并联的发光二极管，发光二极管与线路模块8共用电源输入输出端。在其电源线路上设置有转轴二9，导电件二10通过转轴二9连接在电源线路上，通过转动导电件二10实现电源线路的通断。

线路模块8的基本形状为矩形，也可以为T形、L形或者十字形。

如图3所示，元件模块1内部电路包括单片机，其连接有一个编码器和若干LED。

首先根据电路图选择相对应的拼装模块，然后按照电路图上的电路关系，将各模块的插针和插孔插接在一起，并将各模块固定在基板上。这时，根据电流流经各模块顺序，依次设置各模块拨码开关，将电流流经第一个模块的拨码开关置于000001位置，将电流流经第二个模块的拨码开关置于000010位置，依次类推，将按图拼装好的电路所有模块中拨码开关至于需要的位置，启动电源，电流经过的第一个模块中的单片机检测到拨码开关输出的二进制码，将信号传递到led灯，按照设置规则，该模块上led灯延迟1s依次点亮，并保持。电流经过的第二个模块中的单片机检测到拨码开关输出的二进制码，将信号传递到led灯，按照设置规则，该模块上led灯延迟2s秒依次点亮，并保持。依次整个拼装电路中的led灯顺序点亮模拟出电流流经过程，并且此过程声光模块会相应发声或发光。

下面结合实际电路图具体详细说明。

如图4所示，为汽车喇叭电路的电气原理图，该电路的特点是开车过程中，当按下喇叭开关H，喇叭开关H闭合，电流从汽车电源15流经保险S18→继电器J4线圈→喇叭开关H→继电器J4线圈→搭铁，继电器J4线圈所在电路被接通，继电器J4常开触点闭合，电流同时从汽车电源15流经保险S16→高低音喇叭H1→继电器J4常开触点→搭铁，汽车高低音喇叭H1所在电路接通，喇叭鸣响。

根据电路原理图4，采用本发明的方法选择相应的模块并进行拼接，拼接后的实物如图5所示，需要用到元件模块共5个，分别是保险模块2个、开关模块1个、接触器模块1个、喇叭模块2个，相适应的线路模块若干。因每个模块内部都封装有若干顺序排列和单片机并联的发光二极管、编码开关、单片机及相关电路，并且各插针插脚规格相同并匹配，因此按照电路原理图拼接在一起后，便可形成一个和原理图相对应并且符合汽车喇叭电气原理的模块式电路。模块式电路拼接好后，教师根据电路原理及电流流向首先设置好拨码开关的位置。

如图5所示，线路模块插针2接5V电源“+”，线路模块插针16接地，当需要汽车喇叭鸣笛，先按下喇叭开关H，这里手动拨动喇叭开关H的常开触点10，实现常开触点10绕轴二9转动闭合，接触器J4线圈所在电路被接通，其相关模块中单片机得电，模块1单片机检测模块1拨码开关状态，例如拨码开关置于000001，就是十进制01，此时延时1秒，单片机依次对P0.0-P0.7，P1.0-P1.7，P2.0-P2.7，P3.0-P3.7输出低电平并保持，LED1-LED32被依次点亮并保持点亮。32个led灯在设置好的1秒中依次点亮。

同时，模块2单片机检测模块2拨码开关状态，假设拨码开关置于000010，十进制02，此时延时2S，单片机依次对P0.0-P0.7，P1.0-P1.7，P2.0-P2.7，P3.0-P3.7输出低电平，并保持，LED1-LED32被依次点亮并保持点亮。

依此类推，发光二极管由线路模块→保险模块→线路模块→接触器线圈→喇叭开关模块→接地线依次点亮。最终使相关模块中所有LED灯顺序点亮并保持。此时模拟出继电器线圈所在电路通路，有电流持续流经继电器线圈。此时继电器常开触电闭合，这时教师手动拨动继电器模块中的常开触点7，使其绕转轴一6转动闭合，模拟继电器常开触点闭合，于是其相关模块中单片机得电，模块n单片机检测模块n拨码开关状态，例如拨码开关置于000001，就是十进制01，此时延时1S，使单片机依次对P0.0-P0.7，P1.0-P1.7，P2.0-P2.7，P3.0-P3.7输出低电平并保持，LED1-LED32被依次点亮并保持点亮。发光二极管由线路模块→保险模块→喇叭模块→接触器常开触点7→接地线依次点亮。模拟出汽车喇叭电路通路，有电流持续流经喇叭线圈，因此喇叭鸣响

至此，用户可以根据电路需要进行设置，以达到LED灯流水状点亮模拟出电流流向及各元件的变化。

至此，汽车喇叭电路的工作原理被生动形象的模拟和展示出来。

模块式可拼接电路教具的实施方案均按上述方法来完成。

喇叭模块内部空腔除了装有LED灯串模拟电流流向，还串有喇叭模拟音响，这样，在分析电路工作原理的时候，当电路被接通，不仅LED显示出电流流向外线路还会有喇叭的声音发出。

综观上述，本发明教具，不仅可以作为教师讲解电路的教具，使学生十分直观清晰的明白各个电气元件之间的动作关系以及动作顺序，深刻理解电路的原理；也可以让学生自己动手拼接电路，进一步熟悉电路的组成。此电路教具不仅使学生感到很有趣，而激发学生学习兴趣，吸引其注意力，而且使看不到摸不到的电能“看到摸到”，简单易学；本人已经在实际教学中收到很好的教学效果；并且制作成本低，操作容易，因此的确非常实用和进步。

Claims (8)

1.一种模块式可拼接电路教具，其特征在于，包括：

基板(11)；

若干元件模块(1)，其内部封装有若干发光二极管、编码开关及单片机，表面印制有相应的元件图形符号(4)，封装部分的电源端通过设置在元件模块(1)外部一端的插针一(2)引出，接地端通过设置在元件模块(1)外部另端的与所述插针一(2)匹配的插孔一(5)引出；

若干线路模块(8)，其内部封装有若干发光二极管、编码开关及单片机，封装部分的电源端通过设置在线路模块(8)外部一端的与插针一(2)规格一致的插针二(12)引出，接地端通过设置在线路模块(8)外部另端的与插孔一(5)规格一致的插孔二(13)引出；

若干声光模块(12)，其内部封装有若干发光二极管、编码开关、单片机及喇叭，封装部分的电源端通过设置在声光模块(12)外部一端的与插针一(2)规格一致的插针三引出，接地端通过设置在线路模块(12)外部另端的与插孔一(5)规格一致的插孔三引出；当有电流通过此模块，会有喇叭声响(或灯泡发光)，其中，元件模块(1)、线路模块(8)和声光模块(12)均设置于基板(11)上。

2.根据权利要求1所述的模块式可拼接电路教具，其特征在于，所述元件模块(1)内设置表面透明的空腔一(3)，元件模块(1)的内部封装部分设置于空腔一(3)中，发光二极管嵌装在表面，封装的发光二极管、编码开关及单片机与元件模块(1)共用电源输入输出端。

3.根据权利要求1所述的模块式可拼接电路教具，其特征在于，所述线路模块(8)内设置表面透明的空腔二(14)，线路模块(8)的内部封装部分设置于空腔二(14)中，发光二极管嵌装在元件模块表面，封装的发光二极管、编码开关及单片机与线路模块(8)共用电源输入输出端。

4.根据权利要求1所述的模块式可拼接电路教具，其特征在于，所述元件模块(1)的电源线路上设置有转轴一(6)，导电件一(7)通过转轴一(6)连接在电源线路上，通过转动导电件一(7)实现元件模块(1)上电源线路的通断。

5.根据权利要求1所述的模块式可拼接电路教具，其特征在于，所述线路模块(8)的电源线路上设置有转轴二(9)，导电件二(10)通过转轴二(9)连接在电源线路上，通过转动导电件二(10)实现线路模块(8)上电源线路的通断。

6.根据权利要求1所述的模块式可拼接电路教具，其特征在于，所述基板(11)上设置有通孔，元件模块(1)和线路模块(8)的底部均设置锁扣，通过锁扣穿过通孔实现连接。

7.根据权利要求1所述的模块式可拼接电路教具，其特征在于，所述电源的负极与金属材质的基板相连，此时基板作为公共负极，负极通过金属基板和连接固定在一起的模块自身底部的锁扣，给模块内电器提供负极电，各模块正极电由电源正极通过插针和插孔对应连接后提供给模块内电器。

8.根据权利要求1所述的模块式可拼接电路教具，其特征在于，所述声光模块(12)为封闭空腔，其内部封装有发光二极管、编码开关、单片机及喇叭，发光二极管嵌装在元件模块表面，封装的发光二极管、编码开关、单片机及喇叭与线路模块(12)共用电源输入输出端。