CN204087572U - 基于Arduino控制器的教学实验箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于Arduino控制器的教学实验箱，该教学试验箱包括实验箱体，其特征在于：所述实验箱体内设置有Arduino控制模块、Arduino可扩展模块实验平台、电机控制实验平台以及供电单元；所述Arduino控制模块为Arduino控制器；所述的Arduino可扩展模块实验平台包括：与所述Arduino控制器连接的HC-SR04超声波测距模块、DHT11温湿度采集模块、LCD1602模块以及矩阵键盘模块；本实用新型面向学生使用的可靠、操作性强、集成化和模块化更合理的基于Arduino控制器的多功能教学实验箱。

Description

基于Arduino控制器的教学实验箱

技术领域

本实用新型涉及机电一体化实验系统设计技术领域，具体地，涉及一种基于Arduino控制器的多功能教学实验箱。 

背景技术

    Arduino是一个基于开放原始码的软硬件平台，构建于开放原始码simple I/O介面版，并且具有使用类似Java，C语言的Processing/Wiring开发环境。Arduino IDE可以在Windows、Macintosh OSX、Linux三大主流操作系统上运行。Arduino语言基于wiring语言开发，是对 AVRGCC库的二次封装，不需要太多的单片机基础、编程基础，简单学习后，你也可以快速的进行开发。由于Arduino具有相对简单的开发方式，使得开发者更关注创意与实现，更快的完成自己的项目开发，大大节约了学习的成本，缩短了开发的周期。因为Arduino的种种优势，越来越多的专业硬件开发者已经或开始使用Arduino来开发他们的项目、产品，与此同时更多的软件开发者使用Arduino进入硬件、物联网等开发领域；在大学各高校也纷纷开展了Arduino相关课程和实验。

目前，基于Arduino控制器的教学实验设备存在集成化、模块化程度不高，实验模块零散，且实际实验操作起来较为繁琐，实验操作前的准备工作和实验完毕后的整理工作占用了较多实验时间，从而影响了整个教学课程的常规实行，不利于高效、互动式教学，由于以上这些不足，从而使得学生在操作实验前不仅要充分预习Arduino控制器编程资料，还得自主设计模块化实验电路，对相关所有硬件知识有较为深入的了解，连线过程也非常容易产生误搭、误接，加大学生实验难度和课程时间，不利于学生迅速的掌握Arduino的基本知识，达不到以实验指引学生进入Arduino初步开发简单项目的目的。

在多数高校所制定的Arduino实验内容往往都是采取和单片机模式类似的实验项目，例如流水灯、led数码管、继电器、蜂鸣器等，由于51单片机和Arduino在控制器编程、硬件内容都存在很多差异，从而使得这些用于像51类单片机的小型实验项目并不是很适合于Arduino实验课程，51类单片机的编程相对于Arduino更为的复杂，且硬件接口更少，所以必须设计出要有更强针对性、更广泛应用性的基于Arduino控制器的实验课程，来指引学生更为简捷、高效的在实验课堂上学会Arduino的基本知识和初步开发。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于Arduino控制器的教学实验箱，学生在烧录现有的学习软件后，即可以实验教学方式带动学生深入自学和拓展实践的目的，激发学生对电子产品的制作兴趣，使得学生在实验中逐步提高Arduino编程开发能力和硬件认知水平。

本实用新型采用以下方案实现：一种基于Arduino控制器的教学实验箱，包括实验箱体，其特征在于：所述实验箱体内设置有Arduino控制模块、Arduino可扩展模块实验平台、电机控制实验平台以及供电单元；

所述Arduino控制模块为Arduino控制器；

所述的供电单元为220V转24V、12V和5V的开关电源，且为系统供电；

所述的Arduino可扩展模块实验平台包括：与所述Arduino控制器连接的HC-SR04超声波测距模块、DHT11温湿度采集模块、红外接近开关模块、红外遥控模块、Bluetooth-V3模块、DS12C887时钟模块、LCD12864模块、LCD1602模块以及矩阵键盘模块；

所述电机控制实验平台包括：微型减速直流电机实验模块和两相双极性步进电机实验模块；所述的微型减速直流电机实验模块包括设置有同轴式减速器和光电编码器的微型直流电机、以及L298N电机驱动模块；所述Arduino控制器经L298N电机驱动模块控制所述的微型直流电机；

所述两相双极性步进电机实验模块包括设置有霍尔增量型旋转编码器的两相双极性步进电机以及TB6560 3A步进电机驱动器，所述Arduino控制器经TB6560 3A步进电机驱动器驱动所述两相双极性步进电机。

在本实用新型一实施例中，所述的实验箱体为对开式实验箱。

在本实用新型一实施例中，所述的矩阵键盘模块为4X4矩阵键盘模块。

在本实用新型一实施例中，所述的Arduino控制器为Arduino mega 2560 控制板。

本实用新型是应用于教学上，面向学生使用的可靠、操作性强、集成化和模块化更合理的基于Arduino控制器的多功能教学实验箱，并且可以根据不同的实验学习需求，设计出多元化的实验项目，形成一套专属该实验设备的实验方法，帮助学生迅速、高效的进入Arduino项目开发的门槛。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。

图1 基于Arduino控制器的多功能教学实验箱的电路原理图。

图2 基于Arduino控制器的多功能教学实验箱的整体结构示意图。

图中：1-LCD12864， 2-LCD1602， 3-微型直流电机，4-同轴减速器， 5-霍尔增量型旋转编码器， 6-HC-SR04超声波，  7-Bluetooth V3模块，8-DS12C887时钟模块，9-步进电机固定装置，10-4X4矩阵键盘，11-DHT11温湿度采集模块，12-电机保护罩，13-两相双极性步进电机，14-（E18-D80NK）红外接近开关， 15- TB6560 3A步进电机驱动器，16-（HS0038）红外接收管，17-红外遥控器，18-微型直流电机固定装置，19-光电编码器，20-L298N电机驱动模块，21-线槽，22-Arduino控制器放置槽，23-箱体，24-接线端子，25-电源开关，26-电源接口。 

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广。因此本实用新型不受下面公开的具体实施方式的限制。

本实用新型实施例提供了一种基于Arduino控制器的多功能教学实验箱：主要包括Arduino控制模块及供电单元、Arduino可扩展模块实验平台、电机控制实验平台。Arduino控制模块及供电单元主要包括有：Arduino控制器、集成各扩展实验模块接口的电路板、220V转24V、12V和5V的开关电源及控制开关；Arduino可扩展模块实验平台主要包括有: HC-SR04超声波测距模块、DHT11温湿度采集模块、E18-D80NK红外接近开关模块、红外遥控模块、Bluetooth-V3模块、DS12C887时钟模块、LCD12864模块、LCD1602模块、4X4矩阵键盘模块；电机控制实验平台主要包括有：微型减速直流电机实验模块，包括微型直流电机、同轴式减速器、光电编码器和L298N电机驱动模块。两相双极性步进电机实验模块，包括两相双极性步进电机、霍尔增量型旋转编码器、TB6560 3A步进电机驱动器。

Arduino控制模块及供电单元，该控制模块以Arduino mega 2560控制器为核心，通过其在Arduino产品上的具有代表性意义，引导学生进入Arduino开发学习。通过多层变压、稳压、整流和滤波电路，实现把家用电转化为实验箱所需要的24V、12V、5V等多形式电源，满足多种实验条件要求。

Arduino可扩展模块实验平台，该平台主要分为两个部分：扩展模块部分和模块接口部分，扩展模块部分主要包括各种针对Arduino控制器的各种外围模块，旨在让学生认识Arduino可扩展模块的原理及功能，模块接口部分包括各扩展模块与控制器的集成化接口端子，通过它可以使得接线可视化增强，实验操作空间更为宽裕。

电机控制实验平台，包括微型直流电机控制实验系统和两相双极性步进电机控制实验系统，均采用专用电机固定装置9、18进行定位和固定，各电机、编码器、驱动器采用成套式典型设备，同时该平台可以和其他扩展模块相结合，具有较大的实验设计和开发空间。各电机外部采用透明化强化塑料12进行保护，降低实验危险性，保护学生安全。

由图2所示，根据本实用新型的实验物品设置结构，该Arduino控制器的多功能教学实验箱整体结构分为三部分，左箱部分、中间储存部分、右箱部分。其中实验箱左箱部分为集成各模块接口的电路板，板上排列有分类好各个模块的接线端子，从而扩大原Arduino控制器原本狭小的接口尺寸，使得学生从功能原理和应用层次上更为模块化、系统化的学习Arduino控制器，方便学生实验线路搭接，且所有模块接口都已与Arduino控制器连接，连接线都依次朝下收拢于底部Arduino控制器槽22上端，且端口分布形状对应于Arduino mega 2560下层控制器插板，使得Arduino mega 2560下层控制器插板可以灵活拆换，方便实验操作不当芯片烧坏时的即使更换。左箱中间侧分布有整个实验装置的供电模块，电源接口26置于箱体侧壁，且在其侧边设置电源开关25。

由图2所示，基于Arduino控制器的多功能教学实验箱右箱部分为Arduino各扩展模块，包括由1、2组成的LCD液晶显示模块，由3、4、18、19、20组成的微型减速直流电机控制实验模块，5、9、13、15组成的两相双极性步进电机控制实验模块，6、HC-SR04超声波测距模块，7、Bluetooth V3传输模块，8、DS12C887电子时钟实验模块，10、4X4矩阵键盘实验模块，14、E18-D80NK红外接近实验模块，由16、17组成的红外遥控实验模块，11、DHT11温湿度采集模块等，通过以上多种扩展模块能设计出各种多样化、跨学科的Arduino趣味实验。

本实用新型虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。 

Claims (4)

1.一种基于Arduino控制器的教学实验箱，包括实验箱体，其特征在于：所述实验箱体内设置有Arduino控制模块、Arduino可扩展模块实验平台、电机控制实验平台以及供电单元；

所述Arduino控制模块为Arduino控制器；

所述的供电单元为220V转24V、12V和5V的开关电源，且为系统供电；

所述的Arduino可扩展模块实验平台包括：与所述Arduino控制器连接的HC-SR04超声波测距模块、DHT11温湿度采集模块、红外接近开关模块、红外遥控模块、Bluetooth-V3模块、DS12C887时钟模块、LCD12864模块、LCD1602模块以及矩阵键盘模块；

所述电机控制实验平台包括：微型减速直流电机实验模块和两相双极性步进电机实验模块；所述的微型减速直流电机实验模块包括设置有同轴式减速器和光电编码器的微型直流电机、以及L298N电机驱动模块；所述Arduino控制器经L298N电机驱动模块控制所述的微型直流电机；

所述两相双极性步进电机实验模块包括设置有霍尔增量型旋转编码器的两相双极性步进电机以及TB6560 3A步进电机驱动器，所述Arduino控制器经TB6560 3A步进电机驱动器驱动所述两相双极性步进电机。

2.根据权利要求1所述的基于Arduino控制器的教学实验箱，其特征在于：所述的实验箱体为对开式实验箱。

3.根据权利要求1所述的基于Arduino控制器的教学实验箱，其特征在于：所述的矩阵键盘模块为4X4矩阵键盘模块。

4.根据权利要求1所述的基于Arduino控制器的教学实验箱，其特征在于：所述的Arduino控制器为Arduino mega 2560 控制板。