一种Arduino单片机实验箱的制作方法

一种arduino单片机实验箱
技术领域
1.本实用新型涉及单片机领域，具体是一种arduino单片机实验箱。


背景技术：

2.单片机也被称为单片微控器，属于一种集成式电路芯片。在单片机中主要包含cpu、只读存储器rom和随机存储器ram等，多样化数据采集与控制系统能够让单片机完成各项复杂的运算，无论是对运算符号进行控制，还是对系统下达运算指令都能通过单片机完成。由此可见，单片机凭借着强大的数据处理技术和计算功能可以在智能电子设备中充分应用。
3.随着时代的进步与科技的发展，单片机技术的实践应用日渐成熟，单片机被广泛应用于各个领域。现如今，人们越来越重视单片机在智能电子技术方面的开发和应用，单片机的发展进入到新的时期，无论是自动测量还是智能仪表的实践，都能看到单片机技术的身影。当前工业发展进程中，电子行业属于新兴产业，工业生产中人们将电子信息技术成功运用，让电子信息技术与单片机技术相融合，有效提高了单片机应用效果。作为计算机技术中的一个分支，单片机技术在电子产品领域的应用，丰富了电子产品的功能，也为智能化电子设备的开发和应用提供了新的出路，实现了智能化电子设备的创新与发展。
4.正是由于单片机的应用非常广泛，因此与单片机开发技术有关的人才需求量非常大，目前，各高校的计算机、自动化、微电子、物联网工程等专业，都会开设了《单片机》、《单片机原理及应用》的课程，由于这类课程，是实践性比较强的课程，一般都会有课内实验，甚至是单列实验课程，另外，现在有很多学校都有创客基地，做创客通常也需要学习单片机，因此，有一款适用的单片机实验箱就显得很重要了。
5.现有的单片机实验箱例如野火stm32实验箱，该实验箱为一个4.3寸的电容屏，cpu是一个stm32f103zet6，有8m flash、8m sram，通过外部接口外接lcd、摄像头、can总线模块、485通信模块、温湿度模块、wifi模块、无线通信模块、光线传感器模块、红外接收模块等。现有野火stm32单片机实验箱的缺点有：1、控制器焊在电路板上。现有的单片机实验箱将控制芯片焊接在主板上，维护不便，一旦主芯片损坏，整个开发板都将不能工作。其次，对主控芯片进行升级也很困难，一旦型号确定，控制芯片就固定下来，无法升级。2、外围设备配置不标准。主板上外围设备较少，许多外围设备只留了接口，很多外围设备需要另购，对于初学者而言，他们也不知道该配哪些外围模块，哪些模块是基础的、需要学习的，哪些模块应用没那么广泛，因此，对于初学者而言，也很难取舍。另外，主板上没有安装外围模块的位置，模块容易在使用中损坏、丢失，不太适合在课堂上使用。3、维护困难。现有的实验箱将所有硬件或者其接口集成到一个电路板上，当某个器件或者其接口出现故障，将影响到整个实验箱的使用，特别是过了保修期以后，对实验箱的维修变得十分困难，实验指导老师无法对其进行修复，交给厂家维修，价格昂贵。如果弃用，剩余大部分其他部件又是好的，将变得十分浪费。4、学生收获有限。由于学生做实验的时间很有限，采用将外围模块靠固定接口接入的方式，学生只能浮在表面，无法深入到开发板的内部，只能进行一些半验证实验，学
生也学到一些短期记忆的知识，等实验课程一结束，学生真正掌握的技能非常少，收获极其有限。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于解决现有单片机实验箱存在的问题，提供一款模块化的单片机实验箱，包括开发板和外围器件都是由电子积木构成的，它们被集成到一个电路板上，但它们之间并没有连线连接，在做实验时，学生需要了解开发板接口和外围器件的接口说明，利用杜邦线，自行连线，自行编程，才能进行实验。
7.为实现上述实用新型目的，本实用新型技术方案如下：
8.一种arduino单片机实验箱，包括主板、主板上设置的控制模块和外围器件模块；控制模块包括arduino开发板20，外围器件模块包括6轴加速度陀螺仪1、时钟模块2、倾斜开关3、rfid模块4、led点阵模块5、液晶显示屏模块6、电源模块7、电位器模块8、人体感应模块9、超声波测距模块10、8位rgb led模块11、4*4键盘模块12、直流电机13、电机驱动模块14、全彩led15、4位八段数码管16、光敏电阻模块17、温湿度传感器模块18、无源蜂鸣器模块19；
9.arduino开发板20位于主板右下侧，用于运行程序；
10.主板的左上方设置6轴加速度陀螺仪1，6轴加速度陀螺仪1用于主板的姿态测试；
11.时钟模块2位于6轴加速度陀螺仪1的右侧，用于提供时钟信息；
12.倾斜开关3位于时钟模块2的右侧，用于检测主板的倾斜情况；
13.rfid模块4位于倾斜开关3的右侧，用于进行ic卡的读写；
14.led点阵模块5位于rfid模块4的右侧，用于进行点阵字库的显示；
15.液晶显示屏模块6位于led点阵模块5的右侧，用于进行数字或汉字的显示；
16.电源模块7位于液晶显示屏模块6的右侧，用于为各模块提供电源；
17.电位器模块8位于6轴加速度陀螺仪1的下方，以分压的形式设定直流电机给定转速，电位器模块8分别与电源模块7、arduino开发板20电性连接；
18.人体感应模块9位于电位器模块8的下方，用于检测是否有人体靠近；
19.超声波测距模块10位于人体感应模块9的右侧，用于测距；
20.8位rgb led模块11位于超声波测距模块10的右侧；
21.4*4键盘模块12位于8位rgb led模块11的右侧；
22.直流电机13位于人体感应模块9的下方；
23.电机驱动模块14位于直流电机13右侧，用于驱动直流电机；
24.全彩led15位于电机驱动模块14的右侧；
25.4位八段数码管16位于全彩led15的右侧，用于显示电机转速；
26.光敏电阻模块17位于全彩led15的下方；
27.温湿度传感器模块18位于光敏电阻模块17的右侧，用于测量温度、湿度；
28.无源蜂鸣器模块19位于温湿度传感器模块18的右侧。
29.作为优选方式，rfid模块4为rc522模块。
30.作为优选方式，led点阵模块5为8*8点阵led。
31.作为优选方式，液晶显示屏模块6为lcd1602液晶显示屏。
32.作为优选方式，电机驱动模块14为l298n电机驱动模块。
33.作为优选方式，所有的模块通过铜柱固定在主板上。
34.作为优选方式，主板上无走线，控制模块和外围器件模块之间通过杜邦线相连。
35.作为优选方式，电源模块7为12v直流电源模块。
36.本实用新型的有益效果为：
37.1、开发板是一款arduino单片机开发板，用类似c语言的程序开发。
38.2、所有的外围器件都是电子模块，学生必须弄清楚其接口定义，才能进行连线并编程。学会这些模块使用方法，学生很容易将其用于其他应用系统的开发。
39.3、对这些模块的控制，通过开发板的gpio来完成，使用的库函数是通用的、可兼容的，学生很容易利用库函数，拓展自己的应用系统。
40.4、结构采用分立元件，后期维护方便，若某个器件损坏，管理老师可自行采购器件更换，无需等候厂家维护。因此，后期维护方便，成本低廉。
41.5、控制器形式采用控制器模块，便于维修、升级换代。学生可以了解底层工作方式，模块便于管理，学生容易入手。
附图说明
42.图1是本实用新型的结构示意图。
43.1为6轴加速度陀螺仪；2为时钟模块；3为倾斜开关；4为rfid模块；5为led点阵模块；6为液晶显示屏模块；7为电源模块；8为电位器模块；9为人体感应模块；10为超声波测距模块；11为8位rgb led模块；12为4*4键盘模块；13为直流电机；14为电机驱动模块；15为全彩led；16为4位八段数码管；17为光敏电阻模块；18为温湿度传感器模块；19为无源蜂鸣器模块；20为arduino开发板。
具体实施方式
44.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。
45.一种arduino单片机实验箱，包括主板、主板上设置的控制模块和外围器件模块；控制模块包括arduino开发板20，外围器件模块包括6轴加速度陀螺仪1、时钟模块2、倾斜开关3、rfid模块4、led点阵模块5、液晶显示屏模块6、电源模块7、电位器模块8、人体感应模块9、超声波测距模块10、8位rgb led模块11、4*4键盘模块12、直流电机13、电机驱动模块14、全彩led15、4位八段数码管16、光敏电阻模块17、温湿度传感器模块18、无源蜂鸣器模块19；
46.arduino开发板20位于主板右下侧，用于运行程序；
47.主板的左上方设置6轴加速度陀螺仪1，6轴加速度陀螺仪1用于主板的姿态测试；
48.时钟模块2位于6轴加速度陀螺仪1的右侧，用于提供时钟信息；
49.倾斜开关3位于时钟模块2的右侧，用于检测主板的倾斜情况；
50.rfid模块4位于倾斜开关3的右侧，用于进行ic卡的读写；
51.led点阵模块5位于rfid模块4的右侧，用于进行点阵字库的显示；
52.液晶显示屏模块6位于led点阵模块5的右侧，用于进行数字或汉字的显示；
53.电源模块7位于液晶显示屏模块6的右侧，用于为各模块提供电源；
54.电位器模块8位于6轴加速度陀螺仪1的下方，以分压的形式设定直流电机给定转速，电位器模块8分别与电源模块7、arduino开发板20电性连接；
55.人体感应模块9位于电位器模块8的下方，用于检测是否有人体靠近；
56.超声波测距模块10位于人体感应模块9的右侧，用于测距；用于测距实验。
57.8位rgb led模块11位于超声波测距模块10的右侧；用于跑马灯实验。
58.4*4键盘模块12位于8位rgb led模块11的右侧；用于键盘、中断实验。
59.直流电机13位于人体感应模块9的下方；用于电机恒速控制实验。
60.电机驱动模块14位于直流电机13右侧，用于驱动直流电机。
61.全彩led15位于电机驱动模块14的右侧；用于led呼吸灯控制实验。
62.4位八段数码管16位于全彩led15的右侧，用于显示电机转速。
63.光敏电阻模块17位于全彩led15的下方；用于进行感光控制实验。
64.温湿度传感器模块18位于光敏电阻模块17的右侧，用于测量温度、湿度。
65.无源蜂鸣器模块19位于温湿度传感器模块18的右侧。用于发声控制实验。
66.具体的，本实施例中，rfid模块4为rc522模块。led点阵模块5为8*8点阵led。液晶显示屏模块6为lcd1602液晶显示屏。电机驱动模块14为l298n电机驱动模块。所有的模块通过铜柱固定在主板上。主板上无走线，控制模块和外围器件模块之间通过杜邦线相连。电源模块7为12v直流电源模块。保证学生用电安全。
67.本arduino单片机实验箱可以提供的实验如下：
68.实验1 跑马灯控制实验
69.实验2 按键显示实验
70.实验3 电子钟实验
71.实验4 倾斜开关控制led灯
72.实验5 光敏开关控制led灯
73.实验6 温湿度传感器实验
74.实验7 直流电机控制实验
75.实验8 超声波测距实验
76.实验9 红外人体检测实验
77.实验10 8*8矩阵led显示实验
78.实验11 电子琴控制实验
79.实验12 1602lcd显示实验
80.实验13 六轴加速度实验
81.实验14 rfid读卡器实验
82.单片机实验箱的编程语言与c/c 语言类似。到官网可以下载arduino开发ide，可以在台式电脑/笔记本电脑上开发程序，通过usb线，下载到arduino开发板上运行。
83.可以在课前将该实验箱发放给学生，使其有充分的时间做实验，然后在实验课上检查结果。
84.上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行
修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。