CN112562467A

CN112562467A - 一种便携式的胶囊实验平台

Info

Publication number: CN112562467A
Application number: CN202110002539.0A
Authority: CN
Inventors: 张颖; 张维; 程如岐; 刘海锋; 王若斌; 王诗瑶
Original assignee: Nankai University
Current assignee: Nankai University
Priority date: 2021-01-04
Filing date: 2021-01-04
Publication date: 2021-03-26

Abstract

本发明涉及一种便携式的胶囊实验平台。该实验平台包括：胶囊实验板、胶囊电压源、胶囊信号源、胶囊示波器和胶囊万用表，所述胶囊实验板上所述设有胶囊电压源；所述的胶囊实验板上设有信号输入接口、输出接口，所述输入接口、输出接口用于与胶囊信号源、胶囊示波器、胶囊万用表连接使用；所述胶囊信号源用于提供实验电路所需的输入信号，所述胶囊示波器和所述胶囊万用表用于测量实验电路的输出量。本发明能够完成电子信息类的大部分实验项目。

Description

一种便携式的胶囊实验平台

技术领域

本发明涉及实验平台设计领域，特别是涉及一种便携式的胶囊实验平台。

背景技术

根据少量查到的资料分析，目前现有的便携式实验模块，以实用新型居多，且面向不同的课程及实验，将实验主要对象设计成便携式、口袋型的开发板，或配合昂贵电脑软件实现对实验结果的观察与测量。因此不能完成绝大多数的电子类实验项目，现有技术的便携式实验模块不具有普适性、通用性和贯穿性。

发明内容

本发明的目的是提供一种便携式的胶囊实验平台，能够搭建一个完整的胶囊实验室，完成绝大多数电子类实验项目。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种便携式的胶囊实验平台，包括：胶囊实验板、胶囊电压源、胶囊信号源、胶囊示波器和胶囊万用表，所述胶囊实验板上所述设有胶囊电压源；所述的胶囊实验板上设有信号输入接口、输出接口，所述输入接口、输出接口用于与胶囊信号源、胶囊示波器、胶囊万用表连接使用；所述胶囊信号源用于提供实验电路所需的输入信号，所述胶囊示波器和所述胶囊万用表用于测量实验电路的输出量。

可选地，所述胶囊实验板上设有可进行电子电路实验的面包板、传感器和其他实验电路。

可选地，所述胶囊实验板上设有脉冲产生电路、逻辑电平开关、LED逻辑显示模块、数码管模块、输入输出接口和扬声器，用于适应各课程的便携实验需求。

可选地，所述胶囊实验板底板尺寸长宽不大于25cm*15cm，所述胶囊万用表和所述胶囊示波的底板尺寸的长宽不大于15cm*10cm。

可选地，所述便携式胶囊实验平台统一采用STM32处理器作为控制平台，便于不同需求的用户、不同年级的学生开发学习。

可选地，所述胶囊实验板与所述胶囊电压源直接连接，所述胶囊电压源嵌入所述胶囊实验板上，所述胶囊电压源既可以为实验电路提供双路稳压电源，又为所述胶囊实验板的输入、输出模块提供电源，为所述胶囊信号源、所述胶囊万用表以及所述胶囊示波器保障5V稳压供电。

可选地，所述胶囊信号源用于双通道函数信号产生，所述双通道函数信号为输出波形，所述输出波形包括正弦波、方波、三角波和TTL波，所述胶囊信号源用于接入胶囊实验板输入端口，得到供电并为电路提供信号源，所述胶囊信号源用于通过USB提供5V供电，以便独立作为信号源使用。

可选地，所述胶囊示波器包括依次连接的模拟前端电路、高速ADC单元、单片机数据处理单元和波形显示单元。

可选地，所述胶囊万用表用于提供交流、直流电压/电流值测量、电阻值测量以及二极管测量。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的便携式的胶囊实验平台是一个完整的实验环境、实验平台，不单单是实验仪器和实验器件，其次本发明不用依赖高额的软件实现，适用于普罗大众，根据方案的指标不同，可以打造不同等级的实验室，比如专业级可以适用于电子爱好者完成高指标的数据测量等，入门级可以适用于中小学生完成简单的数字模拟电路等，基础级可以适用于低年级本科生完成电路电工、模拟电子电路、数字电子电路等课程的实验实践，而进阶级可以适用于高年级本科生完成高频电子电路、信号与系统等课程的实验实践等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明胶囊实验平台整体结构图；

图2为本发明胶囊实验平台尺寸示意图；

图3为本发明各模块功能结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种便携式的胶囊实验平台，能够完成电子类的大部分实验项目。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提出一个“胶囊实验平台”的概念，打造一套便携式的实验平台，主要包括电子实验常用的仪器设备，如直流稳压电源、信号源、示波器、万用表等部分，相当于建设一套模块化、便携式、微型掌上的实验仪器，替代那些实验室里的“庞然大物”。替代的意义在于，可以走出实验室的“约束”，便捷、安全，学生/电子爱好者等人可以随时随地开展实验；另一方面，现有的一些“口袋”仪器需要配套独立的软件，成本很高，一般家庭、学生个体并不容易接受，只适合学校这样大规模批量采购，本发明提出的胶囊实验平台，普适性强。

本发明是在通用实验平台，比如集成面包板的基础上，配合一套完整的测量、实验工具，如万用表、信号源、电源、示波器等，相当于把实验室浓缩，而不是仅仅把实验箱浓缩。

胶囊实验平台这个概念与口袋实验、口袋仪器还是有很大不同，首先本发明创造的是一个完整的实验环境、实验平台，不单单是实验仪器和实验器件，其次本发明不用依赖高额的软件实现，适用于普罗大众，根据方案的指标不同，可以打造不同等级的实验室，比如专业级可以适用于电子爱好者完成高指标的数据测量等，入门级可以适用于中小学生完成简单的数字模拟电路等，基础级可以适用于低年级本科生完成电路电工、模拟电子电路、数字电子电路等课程的实验实践，而进阶级可以适用于高年级本科生完成高频电子电路、信号与系统等课程的实验实践等。

本发明涉及的胶囊实验平台，则是高度浓缩绝大部分实验室具备的仪器设备，配合可替换的胶囊实验板，搭建一个完整的胶囊实验室，完成绝大多数的电子类实验项目，具有普适性、通用性、贯穿性。

图1为本发明胶囊实验平台整体结构图。如图1所示，一种便携式的胶囊实验平台包括：一种便携式的胶囊实验平台，包括：胶囊实验板、胶囊电压源、胶囊信号源、胶囊示波器、胶囊万用表及其他常用的胶囊实验仪器。所述胶囊实验板用于插接实验电路以及与其他仪器的衔接，所述胶囊电压源集成在所述胶囊实验板上，所述胶囊电压源为所述胶囊实验板的各部分以及所述胶囊信号源、所述胶囊示波器和所述胶囊万用表等胶囊仪器提供直流电源，并能产生双路稳压电源为实验搭建的电路供电，所述胶囊信号源通过输入接口与所述胶囊实验板连接，所述胶囊信号源用于提供实验电路所需的输入信号，所述胶囊示波器和所述胶囊万用表模块通过所述输出接口与所述胶囊实验板连接，所述胶囊示波器和所述胶囊万用表用于测量实验电路的输出量。所述其他常用的胶囊实验仪器，例如：函数信号发生器模块、示波器模块和万用表模块均采用STM32系列单片机作为控制核心。

所述胶囊实验板底板尺寸长宽不大于25cm*15cm，所述胶囊万用表和所述胶囊示波的底板尺寸的长宽不大于15cm*10cm。图2为本发明胶囊实验平台尺寸示意图。

图3为本发明各模块功能结构图。

作为一种优选的实施例，所述胶囊实验板可选的包括实验板模块、脉冲产生模块、逻辑电平开关模块、LED逻辑显示模块、数码管模块、输入输出接口模块等，采用STM32系列单片机控制，可完成数字电路、模电电路、电子技术等绝大部分实验。所述的胶囊实验板与胶囊电压源物理连接，所述的脉冲产生模块、逻辑电平开关模块、LED逻辑显示模块、数码管模块、输入输出接口模块等，分别由所述胶囊电压源同时供电。如图1所示，可选包括以下几个部分：

1.实验区域：可由选配面包板构成，根据实验内容插接相应的实验电路；可替换为其他集成电路模块，用于完成更多实验。

2.STM32单片机主控电路。

3.脉冲产生电路：由STM32单片机控制产生，每次按动按键，产生单次固定宽度的正脉冲或负脉冲；

4.数字逻辑开关：产生实验电路所需要的0或1的数字逻辑电平输入信号，由STM32单片机控制，每按一次按键，对应的逻辑电平发生改变(0→1或1→0；

5.数字逻辑显示模块：显示实验电路输出的数字逻辑电平值(0或1)，由LED指示灯串联510Ω限流电阻构成，当电路的输出逻辑电平为1时，LED导通发光，当电路的输出逻辑电平为0时，LED截止熄灭；

6.数码显示模块：显示实验电路输出的四位二进制数码，由共阴极七段数码管和相应的译码器组成，可以将四位二进制数字显示为相应的十进制数码；

7.输入输出接口：胶囊实验板与其他胶囊实验仪器之间的输入输出接口，既可以为输入输出模块提供直流电源，同时用作实验电路与输入输出模块之间的数据通路。

作为一种优选的实施例，所述便携式胶囊实验平台统一采用STM32处理器作为控制平台，便于不同需求的用户、不同年级的学生开发学习。所述胶囊电压源可包括整流电路、正电源稳压电路和负电源稳压电路，所述胶囊电压源以模块的形式集成在胶囊实验板上，用于为胶囊实验板各部分电路、实验插接电路以及胶囊信号源、胶囊示波器、胶囊万用表提供所需的直流电源。优选的，所述胶囊电压源可以提供最大±15V的连续可调直流电压，正负电源可以分别独立调节。所述胶囊实验板各部分电路的直流电源通过实验板上的布线直接提供，实验插接电路的直流电源通过导线引入面包板，胶囊信号源、胶囊示波器、胶囊万用表通过输入输出接口提供直流电源。

作为一种优选的实施例，所述胶囊信号源具备双通道函数信号发生功能，可以输出2种模式：连续输出和扫频输出；输出4种波形：正弦波、方波、三角波和TTL波。所述胶囊信号源用于接入胶囊实验板输入端口，得到供电并为电路提供信号源，所述胶囊信号源用于通过USB提供5V供电，以便独立作为信号源使用。模块输出信号的频率和幅度可以分别独立调节，方波能够改变占空比。输出频率范围1Hz-10MHz，频率分辨率1Hz，输出幅度范围0-5Vpp。

作为一种优选的实施例，所述胶囊示波器包括依次连接的模拟前端电路、高速ADC单元、单片机数据处理单元和波形显示单元。模拟前端电路对输入信号进行阻抗匹配、电平移动、电压放大或衰减等操作，为后续信号采样做准备。STM32单片机内部集成了2个1Msps12bit的独立ADC，并且具有高达72MHZ的主频，以及1.25DMIPS/MHZ的处理速度和高速的DMA传输功能，可以实现对低频信号的数字采样。数字采样结果由STM32单片机处理存储，并且在液晶屏上显示波形及参数。

所述胶囊万用表用于提供交流、直流电压/电流值测量、电阻值测量以及二极管测量。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的系统及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种便携式的胶囊实验平台，其特征在于，包括：胶囊实验板、胶囊电压源、胶囊信号源、胶囊示波器和胶囊万用表，所述胶囊实验板上所述设有胶囊电压源；所述的胶囊实验板上设有信号输入接口、输出接口，所述输入接口、输出接口用于与胶囊信号源、胶囊示波器、胶囊万用表连接使用；所述胶囊信号源用于提供实验电路所需的输入信号，所述胶囊示波器和所述胶囊万用表用于测量实验电路的输出量。

2.根据权利要求1所述的便携式的胶囊实验平台，其特征在于，所述胶囊实验板上设有可进行电子电路实验的面包板、传感器和其他实验电路。

3.根据权利要求1所述的便携式的胶囊实验平台，其特征在于，所述胶囊实验板上设有脉冲产生电路、逻辑电平开关、LED逻辑显示模块、数码管模块、输入输出接口和扬声器，用于适应各课程的便携实验需求。

4.根据权利要求1所述的便携式的胶囊实验平台，其特征在于，所述胶囊实验板底板尺寸长宽不大于25cm*15cm，所述胶囊万用表和所述胶囊示波的底板尺寸的长宽不大于15cm*10cm。

5.根据权利要求1所述的便携式的胶囊实验平台，其特征在于，所述便携式胶囊实验平台统一采用STM32处理器作为控制平台，便于不同需求的用户、不同年级的学生开发学习。

6.根据权利要求1所述的便携式的胶囊实验平台，其特征在于，所述胶囊实验板与所述胶囊电压源直接连接，所述胶囊电压源嵌入所述胶囊实验板上，所述胶囊电压源既可以为实验电路提供双路稳压电源，又为所述胶囊实验板的输入、输出模块提供电源，为所述胶囊信号源、所述胶囊万用表以及所述胶囊示波器保障5V稳压供电。

7.根据权利要求1所述的便携式的胶囊实验平台，其特征在于，所述胶囊信号源用于双通道函数信号产生，所述双通道函数信号为输出波形，所述输出波形包括正弦波、方波、三角波和TTL波，所述胶囊信号源用于接入胶囊实验板输入端口，得到供电并为电路提供信号源，所述胶囊信号源用于通过USB提供5V供电，以便独立作为信号源使用。

8.根据权利要求1所述的便携式的胶囊实验平台，其特征在于，所述胶囊示波器包括依次连接的模拟前端电路、高速ADC单元、单片机数据处理单元和波形显示单元。

9.根据权利要求1所述的便携式的胶囊实验平台，其特征在于，所述胶囊万用表用于提供交流、直流电压/电流值测量、电阻值测量以及二极管测量。