Arduino实验箱的制作方法

本实用新型涉及本发明涉及教学设备技术领域，特别涉及一种Arduino实验箱。

背景技术：

目前，在教育教学设备领域中，教学用电子设备如电子插件板、电子积木等的电子教具为教育教学提供了便捷的方法。但是，上述电子设备结构以及外形均比较类似，或者高度集成化于一体，这种一体式结构的电子设备使得学生无法直观的了解学习电子元器件及其连接关系。此外，类似的结构及外形将导致初级教学中的学生由于对电子设备中的元器件认知不全，而错误使用元器件，进而导致电子设备受损。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的是提出一种Arduino实验箱，旨在避免学生由于对电子设备中的元器件认知不全，而错误使用元器件，进而导致电子设备受损的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种Arduino实验箱，包括电路板、设置在所述电路板上的主控制模块、传感器模块、按键模块、电位器以及负载模块，所述主控制模块分别与所述传感器模块、按键模块、电位器以及负载模块连接；所述电路板具有相对的第一窄边和第二窄边，所述电路板的一侧自所述第一窄边至第二窄边依次设置有第一安装区及第二安装区，所述主控制模块设置于所述第一安装区内，所述传感器模块、按键模块、电位器以及负载模块设置于所述第二安装区内；所述传感器模块设置成对应的拟物图形。

优选地，所述电路板的第二安装区部分镂空设置以形成所述传感器模块及所述负载模块。

优选地，所述主控制模块包括主控芯片、桥接器、USB接口及开关管，所述主控芯片的信号传输端与所述桥接器的信号传输端连接，所述主控芯片的多个控制脚与所述负载模块的多个受控端一一对应连接；所述桥接器的数据传输端与所述USB接口连接，所述USB接口的电源端与所述开关管的输入端连接，所述开关管的输出端用于输出第一直流电源。

优选地，所述Arduino实验箱还包括电源模块，所述电源模块设置于所述电路板的第一安装区内，所述电源模块与所述主控芯片、负载模块、按键模块及传感器模块的电源端分别连接。

优选地，所述电源模块包括第一降压芯片、第二降压芯片、电源供电端口及稳压二极管，所述电源供电端口用于接入第二直流电源，并分别与所述稳压二极管的阳极及所述开关管的受控端连接；所述稳压二极管的阴极与所述第一降压芯片的输入端连接；所述第一降压芯片的输出端用于输出第三直流电源，并与所述第二降压芯片的输入端连接，所述第一降压芯片的接地端接地；所述第二降压芯片的输出端用于输出第四直流电源，所述第二降压芯片的接地端接地。

优选地，所述传感器模块包括光线传感器、声音传感器、人体红外传感器及温度传感器，所述光线传感器、所述声音传感器、所述人体红外传感器及所述温度传感器分别与所述主控制模块连接。

优选地，所述负载模块包括LED灯、数码管、LED显示屏及蜂鸣器，所述LED灯、数码管、LED显示屏及蜂鸣器分别与所述主控制模块连接。

优选地，所述Arduino实验箱还包括USB接口、面包板及UNO板接口，所述面包板位于所述电路板的第一安装区内，且沿所述第一窄边至第二窄边方向延展设置，所述USB接口位于所述电路板的第一安装区内，且靠近所述第一窄边设置，所述UNO接口位于所述电路板的第一安装区内。

优选地，所述Arduino实验箱还包括多个四双向模拟开关及拨码开关，多个所述四双向模拟开关位于所述电路板的第二安装区内，多个所述四双向模拟开关与所述主控制模块连接的所述供电模块、传感器模块、按键模块、电位器、负载模块及所述拨码开关一一对应连接；所述拨码开关所述位于所述电路板的第一安装区内，且靠近一板边位置。

优选地，所述Arduino实验箱还包括后壳，所述电路板具有背对所述主控制模块的背面，所述后壳通过螺钉、卡扣、或者双面胶固定在所述电路板的背面。

本实用新型通过将传感器模块中各传感器根据功能拟物化设置，从而加深使用者对各传感器的了解及认识，使得学生对传感器的学习及使用更加简洁明了，更加吸引学生兴趣，同时通过对Arduino实验箱中主控制模块、电位器、按键模块及负载模块的实践演练，从而满足了各不同学习阶段的学生的Arduino教学实验开发，提高学生的动手实践能力和创新实验能力，本实用新型避免了一体式结构的电子设备学生无法直观的了解学习电子元器件及其连接关系的问题。此外，本实用新型还避免了因为类似的结构及外形导致初级教学中的学生由于对电子设备中的元器件认知不全，而错误使用元器件，进而导致电子设备受损的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型Arduino实验箱一实施例的功能模块示意图；

图2为本实用新型Arduino实验箱中电路板的结构示意图；

图3为本实用新型Arduino实验箱中主控制模块的电路结构示意图；

图4为本实用新型Arduino实验箱中传感器模块的电路结构示意图；

图5为本实用新型Arduino实验箱中按键模块的电路结构示意图；

图6为本实用新型Arduino实验箱中负载模块的电路结构示意图；

图7为本实用新型Arduino实验箱中电源模块的电路结构示意图；

图8为本实用新型Arduino实验箱中四双向模拟开关及拨码开关的电路结构示意图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种Arduino实验箱。

参照图1及图5，在本实用新型一实施例中，该Arduino实验箱包括电路板100、设置在所述电路板100上的主控制模块10、传感器模块20、按键模块30、电位器40以及负载模块50。

具体地，所述主控制模块10分别与所述传感器模块20、按键模块30、电位器40以及负载模块50连接；所述电路板100的一侧具有相对的第一窄边和第二窄边，所述电路板100自所述第一窄边至第二窄边依次设置有第一安装区100a及第二安装区100b，所述主控制模块10、所述接口模块设置于所述第一安装区100a内，所述传感器模块20、按键模块30、所述电位器40以及所述负载模块50设置于所述第二安装区100b内；所述传感器模块20设置成对应的拟物图形。

其中，主控制模块10接收上位机输出的指令信号，并与上位机进行通讯，传感器模块20将感受到的信息，按一定规律转换成为电信号后输出至主控制模块10，主控制模块10根据接收到的信号，输出相应的控制信号，以控制负载模块50工作。本实施例中，按键模块30包括按键S1、S2、S3、S4、S5，按键模块30用于接收外部按键指令从而改变自身的状态，并将自身的状态信号输出至主控制模块10，以使主控制模块10根据所述按键模块30的状态信号与上位机进行通讯，进而实现将实验箱的数据打印至上位机，如此设置，可以实现数学计算，并通过上位机将计算结果显示出来。电位器40用于实现模拟信号的输入，将滑动位置对应的模拟信号输出至主控制模块10，主控制模块10将接收的模拟信号，输出相应的控制模块，以控制负载模块50工作。本实施例中，电位器40优选采用直滑电位器40、旋转形式的电位器40，当然在其他实施例中，还可以采用其他形式的电位器40，在此不做限制。

本实用新型通过将传感器模块20中各传感器根据功能拟物化设置，从而加深使用者对各传感器的了解及认识，使得学生对传感器的学习及使用更加简洁明了，更加吸引学生兴趣，同时通过对Arduino实验箱中主控制模块10、电位器40、按键模块30及负载模块50的实践演练，从而满足了各不同学习阶段的学生的Arduino教学实验开发，提高学生的动手实践能力和创新实验能力，本实用新型避免了一体式结构的电子设备学生无法直观的了解学习电子元器件及其连接关系的问题。此外，本实用新型还避免了因为类似的结构及外形导致初级教学中的学生由于对电子设备中的元器件认知不全，而错误使用元器件，进而导致电子设备受损的问题。

进一步地，上述电路板100的第二安装区100b部分镂空设置以形成所述传感器模块20、按键模块30及负载模块50。

为了减少负载模块50、传感器模块20以及按键模块30中各器件之间干扰，本实用新型中，第二安装区100b镂空设置以形成所述传感器模块20、按键模块30及负载模块50，如此设置，使得Arduino实验箱中，电路板100的结构简洁，更加吸引学生兴趣，同时还可以节约电路板100的空间及材料，降低生产成本，更加节能环保。

参照图1、图2及图3，在一优选实施例中，所述主控制模块10包括主控芯片U1、桥接器U2、USB接口J1及开关管Q1，所述主控芯片U1的信号传输端与所述桥接器U2的信号传输端连接，所述主控芯片U1的多个控制脚与所述负载模块50的多个受控端一一对应连接；所述桥接器U2的数据传输端与所述USB接口J1连接，所述USB接口J1的电源端与所述开关管Q1的输入端连接，所述开关管Q1的输出端用于输出第一直流电源VCC1。

本实施例中，主控芯片U1优选采用型号为ATMEGA328P的集成芯片，桥接器U2优选采用型号为CP2014的集成芯片。具体地，主控芯片U1通过桥接器U2与USB接口J1连接，并通过USB接口J1实现与上位机之间的通讯，主控芯片U1接收上位机输出的Arduino语言命令，从而实现对其他模块的控制。USB接口J1用于输入第一直流电源VCC1，并通过开关管Q1实现第一直流电源VCC1的输入，一般的，第一直流电源VCC1的电压值优选为5V。

本实施例中，主控制模块10还包括LED灯LED1、LED2，其中，LED灯LED1用于在主控芯片U1通过USB接口J1进行数据写入时点亮，LED灯LED2用于在主控芯片U1通过USB接口J1进行数据读取时点亮。

进一步地，本实施例中，主控制模块10还包括时钟单元11、烧录接口J2以及由电阻R1、二极管D1及按键开关S6组成的复位电路12。

参照图1、图2及图7在一优选实施例中，所述Arduino实验箱还包括电源模块60，所述电源模块60设置于所述第一安装区100a内，所述电源模块60与所述主控芯片U1、负载模块50、按键模块30及传感器模块20的电源端分别连接。

进一步地，电源模块60包括第一降压芯片U3、第二降压芯片U4、电源供电端口J3及稳压二极管D2，所述电源供电端口J3用于接入第二直流电源VCC2，并分别与所述稳压二极管D2的阳极及所述开关管Q1的受控端连接；所述稳压二极管D2的阴极与所述第一降压芯片U3的输入端连接；所述第一降压芯片U3的输出端用于输出第三直流电源VCC3，并与所述第二降压芯片U4的输入端连接，所述第一降压芯片U3的接地端接地；所述第二降压芯片U4的输出端用于输出第四直流电源VCC4，所述第二降压芯片U4的接地端接地。

本实施例中，电源供电端口J3用于接入第二直流电源VCC2，第二直流电源VCC2的电压值优选为9V，第一降压芯片U3将输入的9V电压经降压后转换为第三直流电源VCC3，以供主控芯片U1、负载模块50以及传感器模块20中各器件工作。该第三直流电源VCC3的电压值优选为5V。第二降压芯片U4将输入的5V电压转换为第四直流电源VCC4后输出至传感器模块20，以供传感器模块20中对应的传感器工作。本实施例中，第四直流电源VCC4的电压值优选为3.3V。

参照图1、图2及图4在一优选实施例中，所述传感器模块20包括光线传感器21、声音传感器22、人体红外传感器23及温度传感器24，所述光线传感器21、所述声音传感器22、所述人体红外传感器23及所述温度传感器24分别与所述主控制模块10连接。

本实施例中，人体红外传感器23设置成人体形状，用于将感应人体红外光线的功能拟物化温度传感器24采用温度计形状，并设置于人体红外传感器23上端，光线传感器21采用太阳形状，声音传感器22采用麦克风形状，并镂空设置，使得各传感器形象生动，学生更易于对各种传感器的理解和掌握，不易混淆，从而避免了因为类似的结构及外形导致初级教学中的学生由于对电子设备中的元器件认知不全，而错误使用元器件，进而导致电子设备受损的问题。

进一步地，所述温度传感器24用于实时采集外界的温度值，并将采集的温度值传递至主控制模块10进行处理。

参照图1、图2及图6在一优选实施例中，所述负载模块50包括LED灯51、数码管52、LED显示屏53及蜂鸣器54，所述LED灯51、数码管52、LED显示屏53及所述蜂鸣器54分别与所述主控制模块10连接。

在本实施例中，该LED显示屏531优选采用8×8点阵屏，可满足汉字、字符以及简单图形的显示，该数码管52优选采用8位动态七段数码管52，通过主控制模块10的控制，可实现不同字符及数字的输出显示。本实施例长，蜂鸣器54采用声波的形状设置于第二安装区100b。蜂鸣器54通过主控制模块10的控制，可实现声音信号的输出，或者输出报警信号，以模拟报警器，LED灯51通过主控制模块10的控制，点亮/熄灭。

本实施例中，LED灯51、数码管52、LED显示屏53及蜂鸣器54均基于主控制模块10的控制，并在接收到主控制模块10输出的控制信号时工作，从而实现自动感应灯、高温报警、模拟交通规则信号灯指示等不同的实验功能，当然，在其他实施中，通过LED灯51、数码管52、LED显示屏53及蜂鸣器54实现其他功能，在此不做限制。

参照图2，在一优选实施例中，所述Arduino实验箱还包括USB接口P1、P2、面包板J4及UNO板接口(图未标示)，所述面包板J4位于所述电路板100的第一安装区100a内，且沿所述第一窄边至第二窄边方向延展设置，所述USB接口J1位于所述电路板100的第一安装区100a内，且靠近所述第一窄边设置，所述UNO接口位于所述电路板100第一安装区100a内。

本实施例中，通过USB接口P1、P2、面包板J4及UNO板接口J5来自定义扩展接口，可自定义其他功能单元，实现其他备用功能，如自定义舵机输入模块、开关输入模块和按键输入模块等，通过配合其他模块的相互使用，可以满足教学实验的其他需求。

参照图2及图8，进一步地，所述Arduino实验箱还包括多个四双向模拟开关70及拨码开关S7，多个所述四双向模拟开关70位于所述第二安装区100b内，多个所述四双向模拟开关70与所述主控制模块10连接的所述供电模块、传感器模块20、按键模块30、电位器40、负载模块50及所述拨码开关S7一一对应连接；所述拨码开关S7所述位于所述电路板100第一安装区100a内，且靠近一板边边位置。

需要说明的是，由于主控制模块10、传感器模块20以及负载模块50的接口有限，在同一个实验中，每个接口只能使用一次，为了避免实验箱重复使用接口，通过设置多个四双向拨码开关S7及拨码开关S7，在应用到USB接口P1、P2、面包板J4及UNO板接口J5等扩展接口时，通过将拨码开关S7拨至OFF档。断开主控控制模块与第二安装区100b中传感器模块20、负载模块50等的电气连接。

参照图1至图8，基于上述实施例，所述Arduino实验箱还进一步包括后壳(图未示出)，所述电路板100具有背对所述主控制模块10的背面，所述后壳通过螺钉、卡扣、或者双面胶固定在所述电路板100的背面。

在电路板100的反面设置后壳，避免学生在使用时，由于实验台有异物导致电路板100的反面出现磨损，甚至出现电路短路等现象发生。本实施例中，后壳可以采用透明板，例如亚克力板，通过螺钉、卡扣、或者双面胶与电路板100的反面进行固定，并可进一步通过设置契合电路板100反面各部件的凹槽，以增大后壳与电路板100的接触面。此外，本实施例中，由于采用透明的亚克力板，更有利学生于观察电路板100上的各器件结构，同时还保证了实验箱整体的稳定性。

本实施例中，后壳还可通过由塑胶等材料所制成的后壳通过螺钉、卡扣、或者双面胶与电路板100的反面进行固定，以减少生产成本。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。