CN203706527U - 一种led点阵屏实验箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种LED点阵屏实验箱，包括电源部分、主控部分和扩展部分，其中，所述电源部分包括5V、3.3V、12V的直流输出电源；所述主控部分包括主控芯片、晶振电路、复位电路以及J-link下载器，所述晶振电路和复位电路J-link下载器分别与所述主控芯片连接；本实用新型一种LED点阵屏实验箱，使其能够使学生更容易了解ARM单片机知识和VC编程要领，而且使学生更容易做创新实验。

Description

一种LED点阵屏实验箱

技术领域

本实用新型涉及教学仪器技术领域，特别是涉及一种LED点阵屏实验箱。

背景技术

目前，没有结合大量常用模块进行实验的教学实验箱，实验教学的目的是培养学生的动手能力，实验研究能力和创新能力，并对理论知识通过实验获取感性的认识和从而掌握该知识。因此实验教学内容包括了验证性、综合性、设计性和创新性实验项目。目前中国学生的实验设计能力和创新能力普遍欠缺，这与实验教学设备和教学方法有直接联系，可以通过改进实验教学设备和教学方法，逐步达到提高学生实验设计能力和创新能力的目的。因此，急需发明一种新型的教学实验箱，本实用新型一种LED点阵屏实验箱，解决了上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种LED点阵屏实验箱，使其能够使学生通过其更容易了解ARM单片机知识和VC编程要领，而且使学生更容易做创新实验。

为解决上述技术问题，一种LED点阵屏实验箱，包括电源部分、主控部分和扩展部分，其中，所述电源部分包括5V、3.3V、12V的直流输出电源；

所述主控部分包括主控芯片、晶振电路、复位电路以及J-link下载器，所述晶振电路和复位电路J-link下载器分别与所述主控芯片连接；

所述扩展部分包括LED点阵屏显示模块、3G模块、GPRS模块、SD卡模块、GPS模块、网络模块、颜色识别模块、无线模块、串口模块、传感器，所述LED点阵屏显示模块、3G模块、GPRS模块、SD卡模块、GPS模块、网络模块、颜色识别模块、无线模块、串口模块、传感器分别与主控芯片连接；

所述LED点阵屏显示模块通过无线模块、主控芯片与PC机连接；

所述网络模块、3G模块和GPRS模块通过串口模块与PC机连接；

所述电源部分分别与所述主控部分和扩展部分电连接；

所述扩展部分与所述主控部分连接。

进一步的，所述传感器包括烟雾传感器和温湿传感器；

其中，所述烟雾传感器采用MQ-2气体传感器，所述温湿度传感器采用DHT11数字温湿度传感器，所述烟雾传感器和所述温湿传感器均与主控芯片连接。

所述LED点阵屏显示模块采用一块以上的P10单元板点阵屏,两块以上的所述LED点阵屏通过排线级联。

所述颜色识别模块为TCS230模块。

所述无线模块采用NRF905模块，所述NRF905模块分别与所述点阵屏显示模块、主控芯片连接。

所述网络模块是ENC28J60独立的以太网控制器。

所述J-link下载器通过usb端口连接PC机。

采用以上设计后，本实用新型与现有技术比较：本实用新型不仅能让学生了解ARM单片机知识和VC编程要领，而且还能掌握学习这类知识的学习方法，实验主要分为硬件驱动编程和上位机编程两部分，本实验箱还增加了上位机编程的实验。学生在实验过程中不仅可以提高他们的动手能力和发挥他们的创新能力，掌握一整套的LED屏开发技术，而且能使他们和外面日益增长的电子世界接轨。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型，以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型LED点阵屏实验箱的结构示意图。

图2、图3、图4是本实用新型的电源输入模块原理图。

图5、图6、图7是本实用新型的主控器原理图。

图8、图9、图10、图11是本实用新型的I/O端口的原理图。

图12是本实用新型的串口模块的原理图。

图13是本实用新型的网络模块的原理图。

图14、图15、图16、图17是本实用新型LED点阵屏接口的原理图。

图18、图19是本实用新型SD卡与U盘模块原理图。

图20是本实用新型无线模块接口的原理图。

具体实施方式

本实用新型一种LED点阵屏实验箱，包括电源部分、主控部分、扩展部分，还有串口线、电源线和J-link下载器。

电源部分包括±5V、±12V+3.3V（LM2596稳压）的直流输出电源，方便学生级联多块LED点阵屏，±5V和±12V直流输入插座可以方便学生做创新实验。

主控部分由STM32F103VCT6主控芯片以及晶振电路、复位电路、J-link下载器组成。STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核，其电路简单并且拥有丰富的内部资源，容易操作。本实用新型采用J-link下载器是因为它支持仿真和在线调试，使用非常方便。

扩展部分包括LED点阵屏显示模块、3G模块、GPRS模块、SD卡模块、GPS模块、网络模块、颜色识别模块、无线模块、串口模块、烟雾传感器、温湿度传感器，LED点阵屏采用P10单元板点阵屏，实验过程中可以单块使用或者多块级联使用，每一块是16*32个红色LED。根据需要可以使用P16的排线级联多块LED点阵屏，如常见的LED广告屏实现滚屏效果显示字符汉字或者图片等。3G模块采用华为的MC703CDMA EV-DO进行设计的。MQ2烟雾传感器、TCR230颜色识别模块，DHT11温湿度传感器、GPS模块采集的数据结果都可以在LED点阵屏上显示。在上位机实验中还可以采用提取字模的技术模拟LED点阵屏显示内容。例如在无线模块实验中，采用LED点阵屏控制上位机模拟LED点阵屏显示的内容和效果，然后发送到实验箱上的无线模块中，并在LED点阵屏上实现相应的内容和效果。当使用到网络模块、3G模块和GPRS模块时，为了更直观的更简便的操作的这些模块，本实用新型设计出来TCP上位机和GSM上位机，在PC端只要单击“连接网络”、“发送网络信息”、“发送短信”、“拨打电话”等就能实现相应的功能。

GPRS模块采用的是华为的GTM900-C进行设计的，网络模块是ENC28J60独立的以太网控制器。颜色识别模块是TCS230模块。无线模块采用的是NRF905模块。

实验箱的主控器连接的无线模块作为接收端，并通过主控器与LED点阵屏连接，通过LED点阵屏可以查看到无线模块接收的信息；另外还有与STM32f103RB主控器相连的无线模块作为发射端。串口模块包含两个串口，其经过MAX3232电平转换，直接用串口线或USB转串口线连接到PC机。烟雾传感器采用MQ-2气体传感器。STM32的全部I/O都引出来方便做其它扩展实验。硬件驱动程序是利用ST提供的官方库，然后根据各个模块的硬件特性和通信协议信息编写驱动程序，上位机编程可在Microsoft Visual C++6.0集成开发环境下实现的。实验时，程序的结果可以在LED点阵屏上和上位机上显示出来，上位机不但能实现串口调试助手的一般功能，还可以模拟点阵屏显示字符或汉字并且能实现移屏的动态效果、还能实现网络接口与PC连接和通信，还可以实现发送短信和拨打电话功能。说明书中需要弱化软件的改进，说明如何根据硬件的搭建就可以解决想要解决的技术问题，定义技术问题，并说明根据硬件的搭建是如何解决这个技术问题的

硬件驱动实验包括STM32内部资源（串口、ADC、定时器、中断等），扩展模块的驱动。在μVision4集成开发环境与RealView编译器下利用ST提供的官方固件库快速的编写出模块的驱动代码，并在LED点阵屏上显示对应的结果。其中，上位机编程是在MicrosoftVisual C++6.0集成开发环境实现的。

请参阅图1所示，电源输入插座1，工具槽2，下载接口3和复位部分，接入电源后的扩展接口4，串口模块5，网络模块6，SD卡模块7，U盘读取模块8，NRF905无线模块接口9，主控器电路10，GPRS模块接口11，GPS模块接口12，颜色识别模块接口13，主控器的I/O接口14，3G模块接口15，电源开关16，LED点阵屏接口17，三芯电源插座18，烟雾传感器19和温湿度传感器接口。220V市电通过三芯电源线接到三芯电源插座18后通过电源开关16控制实验箱的总电源，或者通过电源输入插座1给实验箱供电。9、11、12、13、15、17、19扩展模块可根据需要来进行安装。工具槽2可以放置电源线、下载线、串口线、万用表、螺丝刀、电烙铁等工具。

请参阅图2、图3、图4所示，J8为LM2596-3.3V稳压芯片，2脚连接IN5824肖特基二极管到地，连接22u电感到输出端（+3.3V）。主控器、SD卡、无线模块都需要3.3V供电，这里还通过J13把3.3V电源扩展出来以便创新实验使用。

请参阅图5、图6、图7所示，主控芯片STM32F103VCT6的外围电路包括晶振电路、复位电路、下载器和启动设置电路。J-link下载器的usb口端连接PC机，20P排线端连接实验箱3的下载接口即可下载程序或者在线调试。

请参阅图8、图9、图10、图11所示，C42、C43、C44、C45是通过间距为2.54mm的公排针，连接的是主控器的所有I/O端口（80个）。如果需要扩展更多功能，可以通过杜邦线连接这些I/O端口到所需要扩展的模块数据端口。

请参阅图12所示，R16的11、12脚为串口1的发送和接收引脚，连接到主控器的PA9、PA10脚；10、9脚为串口2的发送和接收引脚，连接到主控器的PA2、PA3脚上。13、14脚连接到串口1输出,7、8脚连接到串口2输出。当使用到串口通信或者上位机实验时，通过串口线连接到PC机。

请参阅图13所示，J16的6、7、8、9引脚连接主控器的PA6、PA7、PA5、PC12引脚，23、24脚连接25M的晶振和两个10pF的无极性电容。12、13、16、17引脚连接网络接头并连接50R的上拉电阻。当做网络通信实验时，通过网线连接J17和PC机网孔。

请参阅图14、图15、图16、图17所示，J6、J7连接实验箱内部开关电源输出端，主要是给LED点阵屏供电。C37为LED点阵屏的数据接口，可以通过P16的排线连接到P10单元板的数据接口。

请参阅图18、图19所示，C5.SD卡卡座，连接主控器的SPI接口（7脚连接PB14、5脚连接PB13、2脚连接PB15、1脚连接PB12），并且5、2脚连接100R上拉到3.3V。3接地、4脚接3.3V。当做SD卡实验的时候把SD卡插到C5卡座上。R17为CH376T芯片，也是通过SPI接口（13脚接PA4、14脚接PA5、15脚接PA6、16脚接PA7）与主控器连接。11、12脚连接12M的晶振和20P无极性电容。当做U盘读取实验的时候把u盘插到J14的USB接口上。

请参阅图20所示，J15是间距为2.54mm的双排座，已经通过SPI接口连接到主控器，只需要把NRF905无线模块安装在上面即可使用。

本实用新型结合大量常用的模块由浅到深，从硬件驱动到上位机，详细介绍了LED点阵屏开发过程。这不仅能让学生了解ARM单片机知识和VC编程要领，而且还能掌握学习这类知识的学习方法，实验主要分为硬件驱动编程和上位机编程两部分，本实验箱还增加了上位机编程的实验。学生在实验过程中不仅可以提高他们的动手能力和发挥他们的创新能力，掌握一整套的LED屏开发技术，而且能使他们和外面日益增长的电子世界接轨。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种LED点阵屏实验箱，其特征在于包括电源部分、主控部分和扩展部分，其中，所述电源部分包括5V、3.3V、12V的直流输出电源； 

所述主控部分包括主控芯片、晶振电路、复位电路以及J-link下载器，所述晶振电路和复位电路J-link下载器分别与所述主控芯片连接； 

所述扩展部分包括LED点阵屏显示模块、3G模块、GPRS模块、SD卡模块、GPS模块、网络模块、颜色识别模块、无线模块、串口模块、传感器，所述LED点阵屏显示模块、3G模块、GPRS模块、SD卡模块、GPS模块、网络模块、颜色识别模块、无线模块、串口模块、传感器分别与主控芯片连接； 

所述LED点阵屏显示模块通过无线模块、主控芯片与PC机连接； 

所述网络模块、3G模块和GPRS模块通过串口模块与PC机连接； 

所述电源部分分别与所述主控部分和扩展部分电连接。 

2.根据权利要求1所述的一种LED点阵屏实验箱，其特征在于： 

所述传感器包括烟雾传感器，所述烟雾传感器采用MQ-2气体传感器，所述烟雾传感器与主控芯片连接。 

3.根据权利要求1所述的一种LED点阵屏实验箱，其特征在于： 

所述LED点阵屏显示模块采用一块以上的P10单元板点阵屏,两块以上的所述LED点阵屏通过排线级联。 

4.根据权利要求1所述的一种LED点阵屏实验箱，其特征在于： 

所述颜色识别模块为TCS230模块。 

5.根据权利要求1所述的一种LED点阵屏实验箱，其特征在于： 

所述无线模块采用NRF905模块，所述NRF905模块分别与所述点阵屏显示模块、主控芯片连接。 

6.根据权利要求1所述的一种LED点阵屏实验箱，其特征在于：所述网络模块是ENC28J60独立的以太网控制器。 

7.根据权利要求1所述的一种LED点阵屏实验箱，其特征在于：所述J-link下载器通过usb端口连接PC机。