CN204596282U - 一种互动学习电路的教学工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种互动电路教学工具，把单个电子元器件标识印刷在方块上形成组成电路的元件积木，选择电路元件积木可在识别模块上直接拼接组成电路，当输入电路中各个元件的参数后，计算模块进行内部计算，可通过LED显示屏查看电流电压数据，LED灯可以显示电路中电流情况，模拟电笔可查询元件两端电压，同时还包括纠错功能，出错发出报警。该电路教学工具，可更加方便，快捷、轻松安全的学习电路的搭建，清楚直观的了解电路的工作。

Description

一种互动学习电路的教学工具

技术领域

本发明涉及教学用具领域，尤其涉及一种互动学习电路的教学工具。

背景技术

现有电路学习的实验课程基本采用物理电路搭建或者纯软件模拟来实现。

以物理电路为基础的实验课，面临着电路元件误差，损坏，老化以及短路等等问题，对初学者来说更是一种安全隐患。繁杂叠加的连接线缆也对初学者对电路图的理解造成一定困难。此外，物理电路需要购置昂贵精密并且笨重的示波器，万用表等以用来读取有用的数据。

而以纯软件模拟为基础的实验课，首当其冲需要配备电脑平台。电脑平台带来的问题有：商业模拟软件时常对初学者来说过于复杂；模拟软件有时会因为设置或者操作系统环境问题模拟失败；在电脑上操作电路缺乏实验的真实感和亲切感；电脑及模拟软件开销昂贵并且需要更多人力维护更新。

发明内容

有鉴于此，有必要针对现有电路学习工具的问题，提供一种方便，快捷及轻松安全的互动电路教学工具，该互动电路教学工具包括，元件积木，输入模块，识别模块，计算模块，及显示模块。

单个电子元器件标识印刷在方块上形成元件积木，元件积木四周植入常用电子元件形成触角。

输入模块，用于输入电路中各个元件的电学参数，可为键盘或触控屏。

识别模块，用于识别电路中元件及其方向，包括若干个识别机构，识别机构排列成矩阵，元件积木通过触角与识别机构连接。

计算模块，用于计算电路中电流电压参数，可选择单片机编程实现计算功能。

显示模块包括屏幕模块、电流图形化模块、模拟电笔模块及声音模块，用于显示电流电压及报错。

屏幕模块可显示实时电压电流、交流电压、直流电压、波形、输入数据及报错。

电流图形化模块为LED灯。LED灯组成矩阵， LED灯置于识别机构中央，成十字形，有电流流经的地方LED灯会依次亮起。

声音模块可为喇叭，输入数据及电路错误时有提示音。

输入模块、屏幕模块、声音模块分别链接到计算模块，识别模块、电流图形化模块通过串并转换器链接到计算模块，模拟电笔模块可连接到计算模块。

一种互动电路教学系统，包括:

元件积木,用于组成电路的基本单元，单个电子元器件标识印刷在方块上形成组成电路的元件积木，选择电路元件积木可直接拼接组成电路，简单直观；元件积木四周可植入常用电子元件进行编码，常用电子元件价格低廉，成本可控。

输入模块，用于输入电路中各个元件的电学参数；

识别模块，用于识别电路中元件及其方向；

计算模块，用于计算电路中电流电压参数；

显示模块，包括屏幕模块、电流图形化模块、模拟电笔模块及声音模块，用于显示电路中电流电压及报错；

选择元件积木在识别模块上搭建电路，输入模块上输入所搭建电路中各个元件参数，计算模块根据输入模块及识别模块的数据计算出电路中电流电压参数，屏幕模块显示电流电压数据及报错，电流图形化模块显示电路中电流情况，模拟电笔可查询所述电路中任一元件电压。

计算模块根据搭建的电路及输入的元件参数建立电路的导纳矩阵，导纳矩阵对电路性能进行计算，计算结果不受物理元件误差影响，有助于初学者完成电学作业时搭建实际电路并快速验证结果。

屏幕模块包括实时电压电流显示、交流电压显示、直流电压显示、波形显示、输入显示、纠错显示。波形显示可模拟示波器功能。

1、      互动电路学习工具中元件积木类似游戏元素，用户可以在游戏中创造性的搭建电路，使枯燥的电路学习变得轻松有趣。

2、      整个互动电路学习工具使用非常安全，用户不会接触高电压，过热短路，仪器烧毁等情况，同时使用不需要辅助仪器，例如教学电源、示波器、万用表、信号发生器等。

3、      由于该互动电路学习工具的方便性，使用不仅仅局限在实验室，用户可以随时随地进行试验。

4、      互动电路学习工具计算结果不受物理元件误差影响，有助于初学者完成电学作业搭建实际电路加以快速验证结果。

附图说明

图1  电路教学工具结构模块示意图

图2  识别模块示意图

图3  屏幕模块示意图

图4  模拟电笔模块示意图

具体实施方式

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

实施例1：电学元件可能的电学性质编号，开路为A，正向导电为B，反向导电为C,以此类推。

不同电路元件以电路图标识形式印刷在方块上形成组成电路的元件积木，该元件积木的材料可选择各种价格低廉的不导电材料制作，例如塑料，PCB板等。

将编码中的电学元件依照一定顺序嵌入在元件积木四周，形成触角，便完成了对元件积木的编码工作。例如标识电阻的元件积木可以编码为AAAB,而标识电源的元件积木可以编码为AAAC，以此类推。编码按一定顺序读取。

如图2 ，元件积木搭建的电路放入识别机构矩阵，元件积木通过触角与识别机构连接，单片机通过总线分别对各行识别机构施加电压，之后读取各行识别机构的输出电压，完成对识别机构中的砖块类型的判断。

用户根据自己的需要，选择不同的积木搭建不同的电路。

当电路搭建好后，通过键盘输入端输入搭建电路中各个元件的参数，单片机进行导纳矩阵计算，得出电路中各部分电流电压信息，通过串并转换器在电流图形化模块上显示出电流情况，可以选择LED灯组成电流图形化模块。有电流流经的地方LED灯会依次亮起，亮起速度和电流大小成比例。无电流通过的地方LED保持熄灭状态。此设计让用户直观看出电路的运行状态。

与此同时，用户可以选择感兴趣的元件积木，通过LED显示器查看电流电压的实时数据。如图3，LED可查看实时电压电流、交流电压、直流电压、波形、输入参数及纠错模式屏幕的显示。电压电流显示模式分为三种：实时（显示为实时的电压电流，实数表示，例如3.0123V，1.2005mA），交流（显示理论值，复数表示，如3.01V∠90°，1.2mA∠-15°），直流（显示理论值，实数表示，如3.5V，0.6A）。此外，屏幕还可被编程以波形显示来表示电压变化，模拟示波器的功能。这极大方便了实验课的数据采集，以及对理论计算结果的验证工作。

实施例2：如图4，显示模块，可以增加2支模拟电笔（正负极）。电笔模块简化了电压测量的程序，更贴近真实实验环境。两只电笔（红色和黑色）分别直接连接到单片机的输入端，用于读取电压值。使用电笔测量时，电笔需接触到砖块表面的P触点。例如，用户需要了解阻抗Z两端电压，可将两只电笔分别置于P1和P2触点上。

对于电笔所处位置的识别，是由两只电笔对触点P电压变化规律的测量和电笔对触点P电压的干涉共同决定。首先，由于识别机构被逐行扫描，电笔通过检测触点P（实际电压等同于对应的V）电压的波动，即可确定电笔所在行数。其次，在逐行扫描结束，所有总线均处于空闲（低电压）状态时，电笔输出高电压（VCC）对电路进行干涉。干涉产生的特定列的电压波动会被并串转换器所记录，因而确定电笔所在的列数。在得知电笔被置于了阻抗Z两端之后，便可输出阻抗Z的相关电流电压示数给屏幕模块。

实施例3：显示模块可增加声音模块，声音模块可为喇叭，输入数据及电路错误时有提示音，对用户的实验动作给予及时的反馈。

Claims (10)

1.一种互动电路教学工具，其特征在于,包括:

单个电子元器件标识印刷在方块上形成元件积木，用于输入电路中各个元件的电学参数的输入模块，用于识别电路中元件及其方向的识别模块，用于计算电路中电流电压参数的计算模块，及包括屏幕模块、电流图形化模块组成的用于显示电流电压的显示模块；

输入模块、屏幕模块分别链接到计算模块，识别模块、电流图形化模块通过串并转换器链接到计算模块。

2.根据权利要求1所述的互动电路教学工具，其特征在于，所述元件积木四周植入常用电子元件形成触角。

3.根据权利要求1所述的互动电路教学工具，其特征在于，所述的输入模块为键盘或触控屏。

4.根据权利要求1所述的互动电路教学工具，其特征在于，所述的识别模块包括若干个识别机构，所述的识别机构排列成矩阵。

5.根据权利要求2所述的互动电路教学工具，其特征在于，所述元件积木通过触角与所述识别机构连接。

6.根据权利要求1所述的互动电路教学工具，其特征在于，所述屏幕模块为LED显示器。

7.根据权利要求6所述的互动电路教学工具，其特征在于，所述屏幕模块可显示实时电压电流、交流电压、直流电压、波形、输入数据及报错。

8.根据权利要求1所述的互动电路教学工具，其特征在于，所述电流图形化模块为LED灯。

9.根据权利要求8所述的互动电路教学工具，其特征在于，所述LED灯组成矩阵，所述LED灯置于所述识别机构中央，成十字形。

10.根据权利要求1所述的互动电路教学工具，其特征在于，所述显示模块可增加模拟电笔模块及声音模块，可直接连接到计算模块。