CN207571945U - 用于硬件编程学习的实验箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于硬件编程学习的实验箱，属一种编程教学设备，该实验箱包括主控单元、功能电子单元与外扩接口单元；主控单元包括处理器芯片，处理器芯片通过双向模拟开关芯片接入模式切换开关；处理器芯片还分别接入外接电源口、USB数据接口与电源开关；功能电子单元包括点阵显示模块、有源蜂鸣器与信号灯组，所述点阵显示模块、有源蜂鸣器与信号灯组均通过所述双向模拟开关芯片接入处理器芯片。将主控单元、功能电子单元与外扩接口单元预先集成在一起，使用过程中无需反复插接连接线，简化实验箱的使用难度，通过将各个模块集成在一起，减少单功能电子模块数量，尤其适于AS‑Block图形化编程的配套硬件设备。

Description

用于硬件编程学习的实验箱

技术领域

本实用新型涉及一种编程教学设备，更具体的说，本实用新型主要涉及一种用于硬件编程学习的实验箱。

背景技术

随着计算机业的不断发展，越来越多的学校开展了编程教学，并且教学的对象越来越偏向于青少年；目前在编程教学中使用的实验设备大多通过连接线连接主控板和电子模块，对青少儿而言，接线相对复杂，容易出现端口选择错误、方向错误等问题，导致模块无法正常工作，甚至短路损坏等问题；并且单功能电子模块种类数量多，对中小学课堂而言，课前分配、课后收纳整理繁琐，且容易丢失，不便于教学工作开展；同时电路板上的直插件器件在背面引脚比较尖利，容易划伤青少儿，存在安全隐患；更为重要的是，传统的嵌入式编程教学设备多采用C语言代码编程，对青少儿而言，学习难度大；因此有必要针对编程教学的电子设备结构进行研究和改进。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于针对上述不足，提供一种用于硬件编程学习的实验箱，以期望解决现有技术中的同类设备对于青少年来说接线复杂，单功能电子模块数量过多，代码编写学习难度大等技术问题。

为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型所提供的一种用于硬件编程学习的实验箱，该实验箱包括主控单元、功能电子单元与外扩接口单元；主控单元包括处理器芯片，处理器芯片通过双向模拟开关芯片接入模式切换开关；处理器芯片还分别接入外接电源口、USB数据接口与电源开关；功能电子单元包括点阵显示模块、有源蜂鸣器与信号灯组，所述点阵显示模块、有源蜂鸣器与信号灯组均通过所述双向模拟开关芯片接入处理器芯片；外扩接口单元包括数字接口、模拟接口与组合接口，数字接口、模拟接口与组合接口均分别通过双向模拟开关芯片接入处理器芯片。

作为优选，进一步的技术方案是：所述主控单元、功能电子单元与外扩接口单元均置于同一块电路板上。

更进一步的技术方案是：所述电路板安装在箱体的内部。

更进一步的技术方案是：所述功能电子单元还包括温湿度检测传感器、光线传感器、声音传感器、超声波测距传感器、摇杆、滑杆与组合按钮，所述温湿度检测传感器、光线传感器、声音传感器、超声波测距传感器、摇杆、滑杆与组合按钮均分别通过双向模拟开关芯片接入处理器芯片。

更进一步的技术方案是：所述组合按钮包括红色按钮与绿色按钮，所述红色按钮与绿色按钮分别接入处理器芯片。

更进一步的技术方案是：所述功能电子单元还包括无源蜂鸣器，所述无源蜂鸣器直接接入处理器芯片。

更进一步的技术方案是：所述信号灯组包括红色LED灯、黄色LED灯与绿色LED灯，红色LED灯、黄色LED灯与绿色LED灯均分别接入处理器芯片。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果之一是：将主控单元、功能电子单元与外扩接口单元预先集成在一起，使用过程中无需反复插接连接线，有效简化了实验箱的使用难度，并且通过将各个模块集成在一起，减少了单功能电子模块数量，适于作为图形化编程和Arduino代码编程学习的配套硬件，尤其是作为AS-Block图形化编程的配套硬件设备；同时本实用新型所提供的一种用于硬件编程学习的实验箱结构简单，适于工业化生产，易与推广。

附图说明

图1为用于说明本实用新型一个实施例的结构示意图；

图2为用于说明本实用新型一个实施例的结构示意框图；

图3为用于说明本实用新型一个实施例中的具体部件分布结构示意图；

图中，1为主控单元、11为处理器芯片、12为双向模拟开关芯、13为模式切换开关、14为外接电源口、15为USB数据接口、16为电源开关、2为功能电子单元、201为点阵显示模块、202为有源蜂鸣器、203为信号灯组、204为温湿度检测传感器、205为光线传感器、206为声音传感器、207为超声波测距传感器、208为摇杆、209为滑杆、210为组合按钮、211为无源蜂鸣器、3为外扩接口单元、31为数字接口、32为模拟接口、33为组合接口、4为箱体。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。

参考图1所示，本实用新型的一个实施例是一种用于硬件编程学习的实验箱，该实验箱包括主控单元1、功能电子单元2与外扩接口单元3，三个组成单元中包含了用于编程教学的绝大部分部件，即将大部分部件都在出厂时预制在一起，保证实验箱使用的简便性，有利于此类教学活动的开展；

结合图2与图3所示，上述主控单元1包括处理器芯片11，例如采用atmega328芯片作为前述的处理器芯片11，将该处理器芯片11通过双向模拟开关芯片12接入模式切换开关13，所述双向模拟开关芯片12还分别接入功能电子单元2与外扩接口单元3，用于此两个单元中的各个部件相连接；并且前述的处理器芯片11还需分别接入外接电源口14、USB数据接口15与电源开关16；此外，在本单元中还应该包括与处理器芯片11相配合的基本电路；

上述功能电子单元2包括点阵显示模块201、有源蜂鸣器202与信号灯组203，该点阵显示模块201、有源蜂鸣器202与信号灯组203均通过所述双向模拟开关芯片12接入处理器芯片11；前述的点阵显示模块201、有源蜂鸣器202与信号灯组203组成功能电子单元2中的执行输出部分；

上述外扩接口单元3包括数字接口31、模拟接口32与组合接口33，该数字接口31、模拟接口32与组合接口33均分别通过双向模拟开关芯片12接入处理器芯片11；用于通过3P、4P或5P适配线与单功能模块连接，进行功能拓展；

在本实施例中，将主控单元1、功能电子单元2与外扩接口单元3预先集成在一起，使用过程中无需反复插接连接线，有效简化了实验箱的使用难度，并且通过将各个模块集成在一起，减少了单功能电子模块数量，适于作为图形化编程和Arduino代码编程学习的配套硬件，尤其是作为AS-Block图形化编程的配套硬件设备。

正如上述所提到的， 在本实用新型的另一优选实施例中，将上述的主控单元1、功能电子单元2与外扩接口单元3均置于同一块电路板上；从而进一步提升实验箱的整体性，便于携带和使用。

参考图3所示，在本实用新型用于解决技术问题更为优选的一个实施例中，为进一步提升实验箱所能实现的功能，提升编程教学的多样性，还可在上述功能电子单元2中增加传感检测部分，该传感检测部分包括温湿度检测传感器204、光线传感器205、声音传感器206、超声波测距传感器207、摇杆208、滑杆209与组合按钮210，所述温湿度检测传感器204、光线传感器205、声音传感器206、超声波测距传感器207、摇杆208、滑杆209与组合按钮210均分别通过双向模拟开关芯片12接入处理器芯片11；前述的所述组合按钮210包括红色按钮与绿色按钮，所述红色按钮与绿色按钮分别接入处理器芯片11，根据不同的颜色按键相处理器芯片11发送相应的信号。

更为重要的是，上述功能电子单元2还包括无源蜂鸣器211，该无源蜂鸣器211直接接入处理器芯片11；不受上述模式切换开关13与模拟开关芯片12的控制；进一步的，信号灯组203包括红色LED灯、黄色LED灯与绿色LED灯，并将前述的红色LED灯、黄色LED灯与绿色LED灯均分别接入处理器芯片11。

参考图2与图3所示，本实用新型上述优选的一个实施例在实际使用中，当实验箱电路板上的模式切换开关被拨到“本机”状态时，所有功能电子模块的信号脚与处理器芯片atmega328的相应I/O连接，即所有元件受处理器芯片控制，进而可通过编程控制读取相应传感器检测信息或执行相应功能。将功能电子单元中的超声波测距模块与处理器芯片D2/3脚连接、温湿度检测传感器与D4脚连接、点阵显示模块与D5/6脚连接、红色按钮与D7脚连接、绿色按钮与D8脚连接、红色LED灯与D9脚连接、黄色LED灯与D10脚连接、绿色LED灯与D11脚连接、有源蜂鸣器与D12脚连接、摇杆与A1/2脚连接、声音触感器与A3脚连接、滑杆与A4连接、光线传感器与A5连接。

当实验箱电路板上的模式切换开关被拨到“外接”状态时，所有功能模块的信号脚与主控单元处理器芯片断开连接，改成所有外扩接口信号脚与处理器芯片atmega328的相应I/O连接，而外扩接口又可以通过连接线与各种单功能电子模块相连，便于自由拓展。较为关键是，作为上述的atmega328芯片D13脚始终与无源蜂鸣器和外扩接口的数字口D13保持连接，不受模式切换开关控制。

该用于硬件编程学习的实验箱在编程学习过程中，使用方式如下：

1）“怕光的老鼠”交互式动画：首先用USB数据线连接实验箱与装有AS-Block软件的电脑，在软件上创建好舞台与角色，点击软件“连接”菜单，选择相应串口与实验箱建立数据连接，找到软件脚本区的“光线”模块，结合其他图形式模块，进行编程，实现动画：当光线大于600时，老鼠跑回洞里躲起来，光线小于600时，老鼠从洞里出来找食物。其中“光线”模块数值即为实验箱上光线检测模块返回的光线强度检测量。

2）交通灯：首先用USB数据线连接实验箱与装有AS-Block软件的电脑，点击软件“连接”菜单，选择相应串口与实验箱建立数据连接，找到软件脚本区的“红灯”、“黄灯”、“绿灯”、模块，结合其他图形式模块，进行编程，模拟交通灯功能：红灯亮10秒后，切换成黄灯亮3秒，然后再切换成绿灯亮20秒，以上循环执行。其中“红灯”、“黄灯”、“绿灯”模块与实验箱上的“红灯”、“黄灯”、“绿灯”。

3）感应风扇：首先用USB数据线连接实验箱与装有AS-Block软件的电脑，点击软件“连接”菜单，选择相应串口与实验箱建立数据连接，找到软件脚本区的“设置数字口”模块和“读取数字口”模块，结合其他图形式模块，进行编程，实现功能：当红外避障模块检测到有人靠近时，风扇转动；人离开时，风扇停止。其中红外避障模块和风扇模块分别通过3P适配线连接到实验箱相应的外扩数字口接口。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本实用新型的范围内。

尽管这里参照本实用新型的多个解释性实施例对本实用新型进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (7)

1.一种用于硬件编程学习的实验箱，其特征在于：所述的实验箱包括主控单元（1）、功能电子单元（2）与外扩接口单元（3）；

所述主控单元（1）包括处理器芯片（11），所述处理器芯片（11）通过双向模拟开关芯片（12）接入模式切换开关（13）；所述处理器芯片（11）还分别接入外接电源口（14）、USB数据接口（15）与电源开关（16）；

所述功能电子单元（2）包括点阵显示模块（201）、有源蜂鸣器（202）与信号灯组（203），所述点阵显示模块（201）、有源蜂鸣器（202）与信号灯组（203）均通过所述双向模拟开关芯片（12）接入处理器芯片（11）；

所述外扩接口单元（3）包括数字接口（31）、模拟接口（32）与组合接口（33），所述数字接口（31）、模拟接口（32）与组合接口（33）均分别通过双向模拟开关芯片（12）接入处理器芯片（11）。

2.根据权利要求1所述的用于硬件编程学习的实验箱，其特征在于：所述主控单元（1）、功能电子单元（2）与外扩接口单元（3）均置于同一块电路板上。

3.根据权利要求2所述的用于硬件编程学习的实验箱，其特征在于：所述电路板安装在箱体（4）的内部。

4.根据权利要求1或2所述的用于硬件编程学习的实验箱，其特征在于：所述功能电子单元（2）还包括温湿度检测传感器（204）、光线传感器（205）、声音传感器（206）、超声波测距传感器（207）、摇杆（208）、滑杆（209）与组合按钮（210），所述温湿度检测传感器（204）、光线传感器（205）、声音传感器（206）、超声波测距传感器（207）、摇杆（208）、滑杆（209）与组合按钮（210）均分别通过双向模拟开关芯片（12）接入处理器芯片（11）。

5.根据权利要求4所述的用于硬件编程学习的实验箱，其特征在于：所述组合按钮（210）包括红色按钮与绿色按钮，所述红色按钮与绿色按钮分别接入处理器芯片（11）。

6.根据权利要求1或2所述的用于硬件编程学习的实验箱，其特征在于：所述功能电子单元（2）还包括无源蜂鸣器（211），所述无源蜂鸣器（211）直接接入处理器芯片（11）。

7.根据权利要求1或2所述的用于硬件编程学习的实验箱，其特征在于：所述信号灯组（203）包括红色LED灯、黄色LED灯与绿色LED灯，所述红色LED灯、黄色LED灯与绿色LED灯均分别接入处理器芯片（11）。