现方式如附图3所示。附图3中部件5在提供管脚标识数据通道和接地通道之外，通过一个连接隔断引出当前管脚信号通道，依赖可编程开关阵列不同层的插座互通实现信号在阵列中的分配。信号通道可以是数字信号通道，也可以是不同电平的电源，不同种类的地(如模拟地)，亦可配置为其他模拟信号通道。其设计思路是当系统集成度提高后，K层可编程开关布线层可直接做成多层印刷电路板，原来依靠接插插座实现的层间连接可替换为过孔连接，过孔类型包括通孔(全连通)、盲孔和埋孔(部分连通)，这样不需要可扩展的连接隔断。
[0039]附图4示出了通用器件管脚接插扩展装置的各个通道的连接，附图5是本发明的智能实验教学系统的工作示意图。
[0040]下面通过多个实施例来介绍本发明的智能实验教学系统的优点。
[0041 ] 1、避免飞线连接，简化实验操作，提高实验效率
[0042]实施例:通过可编程开关阵列中不同开关的通断控制，实现特定实验步骤所需器件管脚之间短路连通，达到普通面包板用导线连通的效果。例如，从管脚A到管脚B之间的连通操作可简化为在个人计算机或智能终端(如手机、平板)等操作界面上可视化连线操作，由程序将逻辑连通关系转换为开关阵列中开关的通断控制信号，经过有线或无线网络传递给可编程开关阵列驱动相应开关完成线路连通操作。
[0043]2、便于实现网络化实践教学
[0044]实施例:智能面包板的每一个元器件管脚插头都配有唯一的标识数据读取通道，从而可以方便地检测面包板上每一个插座的管脚插入状态、管脚类别、管脚电气特性和管脚复用需求等信息。例如，通过有线或无线数据传输通道，将学生利用智能面包板进行实践教学过程中的操作信息，包括器件插拔、连通尝试、电气冲突和错误连接等数据实时传递到网络后台，同时发送到指导教师或实践辅助人员的智能终端设备，全方位网络化记录和呈现学生实践学习过程。为网络化实践教学的远程指导与全流程实践操作评价提供基础平台和实际参考数据。
[0045]3、能够智能适配新器件
[0046]实施例:智能面包板的每一个元器件管脚插头都配有唯一的标识数据读取通道，从而可以方便地检测面包板上每一个插座的管脚插入状态、管脚类别、管脚电气特性和管脚复用需求等信息。例如，当新的器件管脚插入后，面包板可以读取管脚所属器件类型和管脚编号，从而确定性判断所接入器件的种类，并判断出器件在智能面包板上的接入位置和朝向，为上位机虚拟实验操作界面复现实验现场，及远程网络化实验操作的记录、复现和评价提供系统描述基准。
[0047]4、可持续升级实践教学平台
[0048]实施例:包括软件升级和硬件升级。软件升级方面，智能面包板具有嵌入式处理器内核，可以对嵌入式系统软件进行远程网络下载、烧写及参数配置。例如，当智能面包板需要对管脚信息读取通道的数据解析程序进行升级维护，可以通过有线或无线数据传输网络将新的嵌入式系统固件传输到智能面包板内置的嵌入式处理器系统，并通过内建的系统升级管理程序完成系统软件升级。硬件升级方面，智能面包板可编程开关阵列单元与嵌入式处理器单元之间采用可拆卸数据接口插座连接，可方便地实现开关阵列和嵌入式处理单元的硬件升级替换。同时，元器件转接板接口与元器件类型无关，可以方便地实现实践元器件规格升级。
[0049]5、通过实践电路连接及其过程的数字化记录，为评估考核提供基础数据
[0050]实施例:例如，智能面包板检测学生在实践操作中将器件输入管脚错误连接到其它输入管脚的次数，并通过有线或无线数据传输通道上传给上位机或远程后台，进而给出学生的操作效能评价。
[005?] 6、线路连通动态显示，便于检错纠错
[0052]实施例:线路连通动态显示分为智能面包板本地显示和上位机显示
[0053]智能面包板本地显示由配置在面包板顶层的点状、线条状和平面单色或多种颜色LED或其他光源发光指示元器件接插、线路连通状态、信号属性等信息。例如，将元器件插入智能面包板后，所有管脚被成功识别后，将管脚所在插座用绿色发光器件提示成功完成器件辨识和管脚配置。由上位机操作连接或面包板本地操作连通两个器件管脚后，在两个管脚插座间点亮沿线的线条装发光器件发出绿色光线，提示当前线路连通。当错误操作导致器属性不相符合的管脚连通时，通过点亮两个管脚插座间点沿线线条装发光器件发出红色光线提示操作错误。当相邻插座都连通到同一电气网络时，可通过平面发光器件发出蓝光提示管脚等效连接。智能面包板可通过测量实际线路传输信号属性，根据系统配置，驱动传输沿线发光光源发出指定颜色光线或指定模式连续发光。
[0054]上位机显示有智能面包板将实践操作过程数据上传到上位机，有上位机软件在虚拟操作界面完成操作提示。例如，可实现如上述所述的光亮提示，或通过提示文本或动画来动态呈现实践操作进程。
[0055]7、无线或有线上位机接口，便于复杂实践方案的准备与实施
[0056]实施例:智能面包板通过有线串口、以太网、蓝牙、W1-Fi等方法实现数据上传与下载。
[0057]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种智能实验教学系统，其特征在于:所述系统包括若干个通用器件管脚接插扩展装置;所述通用器件管脚接插扩展装置和任意通用器件转接板电性连接;所述通用器件管脚接插扩展装置包括连接插座、管脚标识数据读出和写入所使用的数据通道和接地通道，所述通用器件管脚接插扩展装置通过连接线、可编程控制开关和可编程阻抗调节器构成K层多维开关阵列，所述连接插座用于插接元器件管脚，所述连接插座通过连接线和可编程控制开关与其它连接插座互连，所述可编程阻抗调节器串接于可编程控制开关和连接插座之间；K层布线层中允许配置独立的电源层、接地层和信号层，通过控制各层不同维度上的开关状态，实现多种电路连接。2.根据权利要求1所述的智能实验教学系统，其特征在于:所述通用器件管脚接插扩展装置还包括信号通道，依赖可编程开关阵列不同层的插座互通实现信号在阵列中的分配。3.根据权利要求1所述的智能实验教学系统，其特征在于:所述管脚标识数据读出和写入所使用的数据通道用于对元器件类型和具体管脚分布的实时读取，并为实验过程中器件管脚连通控制提供基础通道;或者通过额外提供电源层接入或地层接入通路实现对元器件类型和具体管脚分布的实时读取。4.根据权利要求1所述的智能实验教学系统，其特征在于:所述系统基于单或多嵌入式处理器GP1管脚直接驱动或通过片外扩展电路或可编程器件实现智能面包板开关控制。5.根据权利要求1所述的智能实验教学系统，其特征在于:所述系统通过嵌入式模拟数字变换器对每个电路通道进行扫描测量，实现对电路实际连接信号的数字化量测。6.根据权利要求1所述的智能实验教学系统，其特征在于:所述系统通过LED或其它发光器件实现对面包板接入元器件类型、管脚类型及属性的动态显示，同时通过不同颜色或宽度或亮度或连线模式的光学通路显示布线连接情况。7.根据权利要求1所述的智能实验教学系统，其特征在于:所述系统具备呈现为硬件按键的按键:器件擦除、布线擦除、撤销操作、重做操作、复制、粘贴，便于实现无上位机现场操作;或者，上位机软件通过读取动态插入所述连接插座的管脚识别信息，实时检测并发现元器件类型和位置，并在图形界面中动态显示面包板元器件接插连接状态，其中，软件操作界面提供以下功能按键:器件擦除、布线擦除、撤销操作、重做操作、复制、粘贴，并通过上下文菜单和多功能按键实现智能实验教学系统与上位机软件交互操作界面。8.根据权利要求1所述的智能实验教学系统，其特征在于:所述系统基于无线或有线的方式实现上位机接口，完成所述智能实验教学系统的操作过程及状态信息上传和上位机指令下发。9.根据权利要求1所述的智能实验教学系统，其特征在于:所述系统包括嵌入式处理器内核，通过无线或有线的方式对嵌入式系统软件进行远程网络下载、烧写及参数配置。10.根据权利要求1所述的智能实验教学系统，其特征在于:所述系统的可编程开关阵列单元与嵌入式处理器单元之间采用可拆卸数据接口插座连接，可方便地实现开关阵列和嵌入式处理单元的硬件升级替换；同时，元器件转接板接口与元器件类型无关，可以方便地实现元器件规格升级。
【专利摘要】本发明提出了一种智能实验教学系统，包括通用器件管脚接插扩展装置，所述接插扩展装置包括连接插座、管脚标识数据读出和写入所使用的数据通道和接地通道，所述接插扩展装置通过连接线、可编程控制开关和可编程阻抗调节器构成K层多维开关阵列，所述连接插座用于插接元器件管脚，所述连接插座通过连接线和可编程控制开关与同一层的连接插座互连；K层布线层中允许配置独立的电源层、接地层和信号层，通过控制各层不同维度上的开关状态，实现多种电路连接。本发明能够根据不同元器件管脚连接需求，灵活配置连接通路，彻底避免传统面包板飞线连接带来的诸多问题，并可通过直观的声光提示通路连通状况、连接质量和连接状态。
【IPC分类】G09B23/18
【公开号】CN105469675
【申请号】CN201510944024
【发明人】蒙山, 宋洪光
【申请人】蒙山, 宋洪光
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年12月15日