CN208985488U - 一种基于电磁原理探究的综合型实验教学教具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开的一种基于电磁原理探究的综合型实验教学教具，包括太空舱模型板，太空舱模型板上铰接有太空舱门，太空舱门上设置有磁芯，太空舱模型板上还固定有与磁芯相适配的电磁线圈，太空舱模型板底部通过榫卯结构连接有控制电路板，控制电路板上设置有电源管理模块，电源管理模块分别连接有触摸驱动模块、电磁线圈驱动模块及指示灯驱动模块，触摸驱动模块分别与电磁线圈驱动模块和指示灯驱动模块连接。采用TTP223电容式触摸芯片，以电磁效应为原理构建太空舱舱门锁紧装置的简易模型，实现对电磁感应应用场景和电磁原理探究的场景搭建，使学生更容易理解并掌握电磁效应的原理。
Description
技术领域
本实用新型属于教学教具技术领域，涉及一种基于电磁原理探究的综合型实验教学教具。
背景技术
现有的电磁感应教学教具都是做原理性展示或原理型探究，即使用通电线圈可实现对铁，镍等金属具有吸附力和吸附力强弱展示，缺乏对电磁感应的应用场景搭建和设置，无法让学生快速并深层掌握电磁感应的原理，另外所涉及的知识点过于单一，只针对学生的对电磁原理单一知识点的探究和感知，无法为学生或其他用户搭建学科综合探究和创新创造场景。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于电磁原理探究的综合型实验教学教具，能使学生快速掌握电磁感应的原理。
本实用新型所采用的技术方案是，一种基于电磁原理探究的综合型实验教学教具，包括太空舱模型板，太空舱模型板上铰接有太空舱门，太空舱门上设置有磁芯，太空舱模型板上还固定有与磁芯相适配的电磁线圈，太空舱模型板底部通过榫卯结构连接有控制电路板，控制电路板上设置有电源管理模块，电源管理模块分别连接有触摸驱动模块、电磁线圈驱动模块及指示灯驱动模块，触摸驱动模块分别与电磁线圈驱动模块和指示灯驱动模块连接。
本实用新型的特点还在于，
电源管理模块采用AMS1117-3.3作为主芯片。
触摸驱动模块采用TTP223-BAT芯片构建，TTP223-BAT芯片的第六引脚依次连接电阻R1、低压电源正极；TTP223-BAT芯片的第四引脚连接有电阻R2，电阻R2另一端接地；TTP223-BAT芯片的第三引脚连接有触摸模板，TTP223-BAT芯片的第三引脚并联有调节电容C2，调节电容C2另一端接地；TTP223-BAT芯片的第二引脚连接低压电源正极，TTP223-BAT芯片的第二引脚并联有滤波电容C1，滤波电容C1另一端接地；TTP223-BAT芯片的第一引脚为输出引脚，TTP223-BAT芯片的第五引脚接地。
电磁线圈驱动模块包括光耦，光耦的第一引脚依次连接电阻R9、低压电源正极，光耦的第二引脚与TTP223-BAT芯片的第一引脚连接；光耦的第三引脚分别连接有三极管Q5、电阻R13，光耦的第四引脚连接高压电源正极，三极管Q5的B极连接高压电源正极，三极管Q5的C极与电磁线圈连接，电磁线圈另一端连接有电阻R10，电阻R10另一端接地。
光耦的型号为EL357N(B)(TA)-G，三极管Q5的型号为D882。
指示灯驱动模块包括安全报警电路和危险报警电路，安全报警电路包括电阻R5，电阻R5一端连接有安全指示电路A、安全指示电路B及安全指示电路C，或者三者中的任意一个；危险报警电路包括电阻R6，电阻R6一端连接有危险指示电路A‵、危险指示电路B‵、危险指示电路C‵，或者三者中的任意一个；电阻R5、电阻R6另一端均与TTP223-BAT芯片的第一引脚连接。
安全指示电路A、安全指示电路B、安全指示电路C、危险指示电路A‵、危险指示电路B‵及危险指示电路C‵的电路组成均相同，安全指示电路A包括三极管Q，三极管Q的C极连接有灯D，灯D与低压电源连接，三极管Q的E极与电阻R5连接，三极管Q的B极连接有电阻R‵，电阻R‵另一端接地。
安全指示电路A包括三极管Q的型号为SS8550，危险指示电路A包括三极管Q的型号为SS8050。
安全指示电路A、安全指示电路B及安全指示电路C对应的灯D的颜色分别为翠绿色、蓝色、翠绿色，危险指示电路A‵、危险指示电路B‵及危险指示电路C‵对应的灯D的颜色分别为黄色、红色、黄色。
本实用新型的有益效果在于：
(1)本实用新型的基于电磁原理探究的综合型实验教学教具，采用TTP223电容式触摸芯片，以电磁效应为原理构建太空舱舱门锁紧装置的简易模型，实现对电磁感应应用场景和电磁原理探究的场景搭建，使学生更容易理解并掌握电磁效应的原理；
(2)本实用新型的基于电磁原理探究的综合型实验教学教具，整体结构采用榫卯式结构，所有的部件需要学生或其他使用者亲自动手拼装，可有效培养学生或其他用户动手能力和三维结构的构建能力，并且能尽可能少的实用安装工具；
(3)本实用新型的基于电磁原理探究的综合型实验教学教具，通过指示灯驱动模块的不同颜色组合的LED灯，通过光线从光密介质到光梳介质的传播特性，可在太空舱模型的舱体结构勾勒出渐变色彩的轮廓和图案，可有效激发学生或其他用户的空间想象力和申美能力；
(4)本实用新型的基于电磁原理探究的综合型实验教学教具，电磁线圈驱动电路、LED灯驱动电路均集成在一块开放式的PCB板上，有利于学生探究感知各个电路模块功能用户和各个模块之间的逻辑结构。
附图说明
图1是本实用新型一种基于电磁原理探究的综合型实验教学教具的结构示意图；
图2是本实用新型一种基于电磁原理探究的综合型实验教学教具内连接件的结构示意图；
图3是本实用新型一种基于电磁原理探究的综合型实验教学教具内控制电路板的结构示意图；
图4是本实用新型一种基于电磁原理探究的综合型实验教学教具内电源管理模块的结构示意图；
图5是本实用新型一种基于电磁原理探究的综合型实验教学教具内触摸驱动模块的结构示意图；
图6是本实用新型一种基于电磁原理探究的综合型实验教学教具内电源管理模块的结构示意图；
图7是本实用新型一种基于电磁原理探究的综合型实验教学教具内指示灯驱动模块的结构示意图。
图中，1.太空舱模型板，2.太空舱门，3.电磁线圈，4.控制电路板，5.电源管理模块，6.触摸驱动模块，7.电磁线圈驱动模块，8.指示灯驱动模块，9.磁芯，10.螺钉，11.连接件a，11-1.T型卡片，11-2.圆孔，12.触摸模板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
本实用新型一种基于电磁原理探究的综合型实验教学教具，如图1所示，包括透明亚克力材质的太空舱模型板1，太空舱模型板1上铰接有太空舱门2，太空舱门2上固定有磁芯9，太空舱模型板1上固定有与磁芯9相适配的电磁线圈3；
如图2所示，电磁线圈3通过螺钉10固定在太空舱模型板1上，电磁线圈3缠绕在螺钉10上，螺钉10两端分别通过连接件a11固定；连接件a11包括T型卡片11-1，T型卡片11-1的竖直边上开设有圆孔11-2，开设有圆孔11-2的T型卡片11-1的一端穿过太空舱模型板1，螺钉10两端穿过圆孔11-2并固定。
如图3所示，太空舱模型板1底部通过榫卯结构连接有控制电路板4，控制电路板4上设置有电源管理模块5，电源管理模块5分别连接有触摸驱动模块6、电磁线圈驱动模块7及指示灯驱动模块8，触摸驱动模块6分别与电磁线圈驱动模块7和指示灯驱动模块8连接。
如图4所示，电源管理模块5采用AMS1117-3.3作为主芯片，将7.4V电压转换为3.3V。
如图5所示，触摸驱动模块6采用TTP223-BAT芯片构建，TTP223-BAT芯片的第六引脚依次连接电阻R1、低压电源正极VCC；TTP223-BAT芯片的第四引脚连接有电阻R2，电阻R2另一端接地；TTP223-BAT芯片的第三引脚连接有触摸模板12，TTP223-BAT芯片的第三引脚并联有调节电容C2，调节电容C2另一端接地；TTP223-BAT芯片的第二引脚连接低压电源正极VCC，TTP223-BAT芯片的第二引脚并联有滤波电容C1，滤波电容C1另一端接地；TTP223-BAT芯片的第一引脚为输出引脚，TTP223-BAT芯片的第五引脚接地。
电阻R1和电阻R2的电阻值均为10KΩ±1％，滤波电容C1为10pf～25pf，调节电容C2为1pf～50pf。
如图6所示，电磁线圈驱动模块7包括光耦，光耦的第一引脚依次连接电阻R9、低压电源正极，光耦的第二引脚与TTP223-BAT芯片的第一引脚连接；光耦的第三引脚分别连接有三极管Q5、电阻R13，光耦的第四引脚连接高压电源正极VCCS，三极管Q5的B极(基极)连接高压电源正极VCCS，三极管Q5的C极(集电极)与电磁线圈3连接，电磁线圈3另一端连接有电阻R10，电阻R10另一端接地。
电阻R9的电阻值为300Ω±1％，电阻R2的电阻值为100Ω±1％，电阻R13的电阻值为100KΩ±1％。
光耦的型号为EL357N(B)(TA)-G，三极管Q5的型号为D882。
如图7所示，指示灯驱动模块8包括安全报警电路和危险报警电路，安全报警电路包括电阻R5，电阻R5一端连接有安全指示电路A、安全指示电路B及安全指示电路C，或者三者中的任意一个；危险报警电路包括电阻R6，电阻R6一端连接有危险指示电路A‵、危险指示电路B‵、危险指示电路C‵，或者三者中的任意一个；电阻R5、电阻R6另一端均与TTP223-BAT芯片的第一引脚连接。
安全指示电路A、安全指示电路B、安全指示电路C、危险指示电路A‵、危险指示电路B‵及危险指示电路C‵的电路组成均相同，安全指示电路A包括三极管Q，三极管Q的C极连接有灯D，灯D与低压电源VCC连接，三极管Q的E极与电阻R5连接，三极管Q的B极连接有电阻R‵，电阻R‵另一端接地。
安全指示电路A包括三极管Q的型号为SS8550，危险指示电路A包括三极管Q的型号为SS8050；电阻R5和电阻R6的电阻值为1KΩ±1％，电阻R和电阻R‵的电阻值为100Ω±1％。
安全指示电路A对应的灯D、灯D的颜色、三极管Q、电阻R分别为D1、Q1、翠绿色、R3；安全指示电路B对应的灯D、灯D的颜色、三极管Q、电阻R分别为D3、Q3、蓝色、R7；安全指示电路C对应的灯D、灯D的颜色、三极管Q、电阻R分别为D6、Q6、翠绿色、R11；危险指示电路A‵对应的灯D、灯D的颜色、三极管Q、电阻R‵分别为D2、Q2、黄色、R4，危险指示电路B‵对应的灯D、灯D的颜色、三极管Q、电阻R‵分别为D4、Q4、红色、R8，危险指示电路A‵对应的灯D、灯D的颜色、三极管Q、电阻R‵分别为D5、Q7、黄色、R1。
本实用新型的基于电磁原理探究的综合型实验教学教具的工作原理如下：
当学生为触及触摸模板12时，触摸驱动模块6输出低电平，电磁线圈驱动模块7中的光耦导通，驱动三极管Q5驱动，电磁线圈3产生磁场，通过电磁线圈3和磁芯9之间的电磁力的作用，太空舱门2闭合在太空舱模型板1上，同时，指示灯驱动模块8中的安全指示电路A、安全指示电路B及安全指示电路C导通，安全指示电路A、安全指示电路B及安全指示电路C上的灯D全部亮起，危险指示电路A‵、危险指示电路B‵及危险指示电路C‵各自对应的的灯D熄灭；当学生松开触摸模板12时，触摸驱动模块6输出高电平，电磁线圈驱动模块7中的光耦驱动三极管Q5断开，电磁线圈3的磁场消失，太空舱门2打开，同时，指示灯驱动模块8中的安全指示电路A、安全指示电路B及安全指示电路C断开，安全指示电路A、安全指示电路B及安全指示电路C上的灯D全部熄灭，危险指示电路A‵、危险指示电路B‵及危险指示电路C‵各自对应的的灯D打开。
通过以上方式，本实用新型的基于电磁原理探究的综合型实验教学教具，采用TTP223电容式触摸芯片，以电磁效应为原理构建太空舱舱门锁紧装置的简易模型，实现对电磁感应应用场景和电磁原理探究的场景搭建，使学生更容易理解并掌握电磁效应的原理；本实用新型的基于电磁原理探究的综合型实验教学教具，整体结构采用榫卯式结构，所有的部件需要学生或其他使用者亲自动手拼装，可有效培养学生或其他用户动手能力和三维结构的构建能力，并且能尽可能少的实用安装工具；本实用新型的基于电磁原理探究的综合型实验教学教具，通过指示灯驱动模块的不同颜色组合的LED灯，通过光线从光密介质到光梳介质的传播特性，可在太空舱模型的舱体结构勾勒出渐变色彩的轮廓和图案，可有效激发学生或其他用户的空间想象力和申美能力；本实用新型的基于电磁原理探究的综合型实验教学教具，电磁线圈驱动电路、LED灯驱动电路均集成在一块开放式的PCB板上，有利于学生探究感知各个电路模块功能用户和各个模块之间的逻辑结构。
Claims (9)
1.一种基于电磁原理探究的综合型实验教学教具，其特征在于，包括太空舱模型板(1)，所述太空舱模型板(1)上铰接有太空舱门(2)，所述太空舱门(2)上设置有磁芯(9)，所述太空舱模型板(1)上还固定有与磁芯(9)相适配的电磁线圈(3)，所述太空舱模型板(1)底部通过榫卯结构连接有控制电路板(4)，所述控制电路板(4)上设置有电源管理模块(5)，所述电源管理模块(5)分别连接有触摸驱动模块(6)、电磁线圈驱动模块(7)及指示灯驱动模块(8)，所述触摸驱动模块(6)分别与电磁线圈驱动模块(7)和指示灯驱动模块(8)连接。
2.如权利要求1所述的一种基于电磁原理探究的综合型实验教学教具，其特征在于，所述电源管理模块(5)采用AMS1117-3.3作为主芯片。
3.如权利要求1所述的一种基于电磁原理探究的综合型实验教学教具，其特征在于，所述触摸驱动模块(6)采用TTP223-BAT芯片构建，所述TTP223-BAT芯片的第六引脚依次连接电阻R1、低压电源正极；所述TTP223-BAT芯片的第四引脚连接有电阻R2，所述电阻R2另一端接地；所述TTP223-BAT芯片的第三引脚连接有触摸模板(12)，所述TTP223-BAT芯片的第三引脚并联有调节电容C2，所述调节电容C2另一端接地；所述TTP223-BAT芯片的第二引脚连接低压电源正极，所述TTP223-BAT芯片的第二引脚并联有滤波电容C1，所述滤波电容C1另一端接地；所述TTP223-BAT芯片的第一引脚为输出引脚，所述TTP223-BAT芯片的第五引脚接地。
4.如权利要求3所述的一种基于电磁原理探究的综合型实验教学教具，其特征在于，所述电磁线圈驱动模块(7)包括光耦，所述光耦的第一引脚依次连接电阻R9、低压电源正极，所述光耦的第二引脚与TTP223-BAT芯片的第一引脚连接；所述光耦的第三引脚分别连接有三极管Q5、电阻R13，所述光耦的第四引脚连接高压电源正极，所述三极管Q5的B极连接高压电源正极，所述三极管Q5的C极与电磁线圈(3)连接，所述电磁线圈(3)另一端连接有电阻R10，所述电阻R10另一端接地。
5.如权利要求4所述的一种基于电磁原理探究的综合型实验教学教具，其特征在于，所述光耦的型号为EL357N(B)(TA)-G，所述三极管Q5的型号为D882。
6.如权利要求3所述的一种基于电磁原理探究的综合型实验教学教具，其特征在于，所述指示灯驱动模块(8)包括安全报警电路和危险报警电路，所述安全报警电路包括电阻R5，所述电阻R5一端连接有安全指示电路A、安全指示电路B及安全指示电路C，或者三者中的任意一个；所述危险报警电路包括电阻R6，所述电阻R6一端连接有危险指示电路A‵、危险指示电路B‵、危险指示电路C‵，或者三者中的任意一个；所述电阻R5、电阻R6另一端均与TTP223-BAT芯片的第一引脚连接。
7.如权利要求6所述的一种基于电磁原理探究的综合型实验教学教具，其特征在于，所述安全指示电路A、安全指示电路B、安全指示电路C、危险指示电路A‵、危险指示电路B‵及危险指示电路C‵的电路组成均相同，所述安全指示电路A包括三极管Q，所述三极管Q的C极连接有灯D，所述灯D与低压电源连接，所述三极管Q的E极与电阻R5连接，所述三极管Q的B极连接有电阻R‵，所述电阻R‵另一端接地。
8.如权利要求7所述的一种基于电磁原理探究的综合型实验教学教具，其特征在于，所述安全指示电路A包括三极管Q的型号为SS8550，所述危险指示电路A包括三极管Q的型号为SS8050。
9.如权利要求7所述的一种基于电磁原理探究的综合型实验教学教具，其特征在于，所述安全指示电路A、安全指示电路B及安全指示电路C对应的灯D的颜色分别为翠绿色、蓝色、翠绿色，所述危险指示电路A‵、危险指示电路B‵及危险指示电路C‵对应的灯D的颜色分别为黄色、红色、黄色。
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| CN201821132179.6U CN208985488U (zh) | 2018-07-17 | 2018-07-17 | 一种基于电磁原理探究的综合型实验教学教具 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108877435A (zh) * | 2018-07-17 | 2018-11-23 | 陕西中科大西科普文化发展有限公司 | 一种用于演示电磁感应原理的实验教学教具 |
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- 2018-07-17 CN CN201821132179.6U patent/CN208985488U/zh active Active
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| CN108877435A (zh) * | 2018-07-17 | 2018-11-23 | 陕西中科大西科普文化发展有限公司 | 一种用于演示电磁感应原理的实验教学教具 |
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