一种智能“黑盒子”实验装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种实验装置，具体是一种智能“黑盒子”实验装置。


背景技术：

2.通过实验测量的方法获知电路的特性，以便了解其结构与参数，或以一个等效电路去替换，是工程中常见的问题，很多情况下，电路的参数和结构是未知的，需要以特定的方法去确定，“黑盒子”装置为解决这一问题提供训练方法和解决思路。
3.传统的“黑盒子”内部多为无源电阻、电感、电容器件，而且个体结构和参数不可变化，需要变化结构和参数时，就需要重新制造一个“黑盒子”电路，当电路结构和参数变化较多时，需要做的“黑盒子”电路数量就很多，造成资源浪费。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种智能“黑盒子”实验装置，通过通讯接口电路的输入命令控制开关驱动电路和电阻电容控制电路，进而控制被测黑箱电路的结构和参数改变，解决了传统“黑盒子装置”内部电路结构和结构无法改变的问题，通过将被测黑箱电路配置为不同的电路结构和参数，培养学生独立思考能力，避免抄袭，根据实验项目不同，配置不同的电路结构和参数，且一个盒子可以在多个项目中使用，提高利用率，节省成本。
5.本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种智能“黑盒子”实验装置，包括黑盒子本体和供电源，所述黑盒子本体内部设有二端口网络电路，二端口网络电路包括电源控制电路、通讯接口电路、开关驱动电路、电阻电容控制电路和被测黑箱电路，通讯接口电路上连接有命令设置模块，被测黑箱电路包括多个电子开关、多个可变电阻和多个可变电容。
7.所述电源控制电路用于将供电源提供的电压转换成黑盒子工作需要的电压，开关驱动电路用于控制被测黑箱电路内的电子开关通断，电阻电容控制电路用于控制被测黑箱电路中的可变电容和可变电阻按照指定参数变化，通讯接口电路的输入命令用于控制开关驱动电路和电阻电容控制电路，进而控制被测黑箱电路的结构和参数改变。
8.进一步的，所述供电源为外接电源或电池。
9.所述黑盒子本体上固定有用于放置电池的电池盒，黑盒子本体上设有电源接口，通过将外接电源插入电源接口对黑盒子的内部电路进行供电，黑盒子本体上设有多个用于测定被测黑箱电路的测试端。
10.进一步的，所述命令设置模块为拨码开关或外部设置装置；
11.所述拨码开关连接在通讯接口电路上，外部设置装置与通讯接口电路之间设有用于传输命令的命令传输模块。
12.进一步的，所述命令传输模块为有线命令传输单元或无线命令传输单元，有线命令传输单元为网口、232接口、485接口、spi接口或iic接口，无线传输单元为wifi、蓝牙、二维码或条形码。
13.进一步的，所述拨码开关为8位拨码开关或16位拨码开关。
14.进一步的，所述电子开关为继电器或者模拟开关。
15.进一步的，所述被测黑箱电路中可变电容为数字电容器。
16.进一步的，所述可变电容包括n个支路，分别为由第一电容和第一选择开关组成的第一选择支路、由第二电容和第二选择开关组成的第二选择支路、...、第n电容和第n选择开关组成的第n选择支路。
17.所述第一选择开关
‑
第n选择开关均为电子开关，第一电容
‑
第n电容的电容值均不同，通过电子开关控制选择相应的支路导通，从而选择需要的电容值。
18.进一步的，所述可变电阻为数字电位器或者机电结构的连续可调电位器。
19.本实用新型的有益效果：
20.1、本实用新型实验装置通过通讯接口电路的输入命令控制开关驱动电路和电阻电容控制电路，进而控制被测黑箱电路的结构和参数改变，解决了传统“黑盒子装置”内部电路结构和结构无法改变的问题；
21.2、本实用新型实验装置通过将被测黑箱电路配置为不同的电路结构和参数，培养学生独立思考能力，避免抄袭，根据实验项目不同，配置不同的电路结构和参数，且一个盒子可以在多个项目中使用，提高利用率，节省成本。
附图说明
22.下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
23.图1是本实用新型实验装置结构示意图；
24.图2是本实用新型二端口网络结构图；
25.图3是本实用新型被测黑箱电路图；
26.图4是本实用新型被测黑箱电路图；
27.图5是本实用新型被测黑箱电路图；
28.图6是本实用新型被测黑箱电路图；
29.图7是本实用新型被测黑箱电路图；
30.图8是本实用新型被测黑箱电路图；
31.图9是本实用新型被测黑箱电路图；
32.图10是本实用新型被测黑箱电路图；
33.图11是本实用可变电容等效示意图。
具体实施方式
34.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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
35.一种智能“黑盒子”实验装置，包括黑盒子本体1和供电源，如图1、图2所示，黑盒子本体1内部设有二端口网络电路，二端口网络电路包括电源控制电路、通讯接口电路、开关驱动电路、电阻电容控制电路和被测黑箱电路。
36.电源控制电路用于将供电源提供的电压转换成黑盒子工作需要的电压，开关驱动电路用于控制被测黑箱电路内的电子开关通断，电阻电容控制电路用于控制被测黑箱电路中的电阻电容按照指定参数变化，通讯接口电路的输入命令用于控制开关驱动电路和电阻电容控制电路，进而控制被测黑箱电路的结构和参数改变。
37.电源控制电路可通过外接电源、电池或其他供电源进行供电，黑盒子本体1上固定有用于放置电池的电池盒3，黑盒子本体1上设有电源接口4，通过将外接电源插入电源接口4对黑盒子的内部电路进行供电，黑盒子本体1上设有多个用于测定被测黑箱电路的测试端2。
38.黑盒子本体1的外部设有用于设置通讯接口电路输入命令的命令设置模块，命令设置模块可以是拨码开关或外部设置装置等，拨码开关连接在通讯接口电路上，外部设置装置与通讯接口电路之间设有用于传输命令的命令传输模块。
39.命令传输模块为有线命令传输单元或无线命令传输单元，有线命令传输单元可以是网口、232接口、485接口、spi接口、iic接口等，无线传输单元可以是wifi、蓝牙、二维码、条形码等。
40.拨码开关可以为8位拨码开关或16位拨码开关，n位拨码开关可设置2
n
种电路结构，电子开关可以是继电器或者模拟开关等。
41.本示例中，被测黑箱电路包括运opa(运算放大器)、第一电子开关、连接在opa负极输入端的4个输入支路、连接在opa正极输入端的4个输入支路、连接opa负极输入端与opa输出端的3个负极反馈支路、连接opa正极输入端与opa输出端的正极反馈支路、第一电子开关s1和输出支路，如图3所示。
42.第一电子开关s1为多路选择开关，第一电子开关s1的一端连接供电源，另一端用于选择连接被测黑箱电路的输入支路。
43.连接在opa负极输入端的4个输入支路分别为由第一可变电阻r1和第二电子开关s2串联形成的第一输入支路、由第一可变电容c1和第三电子开关s3串联形成的第二输入支路、由第二可变电阻r2和第四电子开关s4串联形成的第三输入支路和由第二可变电容c2和第五电子开关s5串联形成的第四输入支路。
44.连接在opa正极输入端的4个输入支路分别为由第三可变电阻r3和第六电子开关s6串联形成的第五输入支路、由第三可变电容c3和第七电子开关s7串联形成的第六输入支路、由第四可变电阻r4和第三电子开关s8串联形成的第七输入支路和由第四可变电阻r4和第九电子开关s9串联形成的第八输入支路。
45.3个负极反馈支路分别为由第五可变电容r5和第十二电子开关s12串联形成的第一负极反馈支路、由第一二极管d1和第十一电子开关s11串联形成的第二负负极反馈支路和由第十二电子开关s14、选择支路、第十电子开关s10和第五可变电阻r5串联形成的第三负极反馈支路，第一二极管d1的阳极连接opa的输入端。
46.第十二电子开关s14为多路选择开关，选择支路为连接在第十电子开关s10的导线和阴极连接在第十电子开关s10上的第二二极管d2，第十二电子开关s14可选择连接第二二极管d2的阳极，或者通过连接导线连接在第十电子开关s10上。
47.正极反馈支路是由第六可变电阻r6和第十三电子开关串联形成。
48.输出支路是由第七可变电阻r7、第十六电子开关s16和第十五电子开关s15串联形
成，输出支路的一端连接opa的输出端，另一端接地。
49.第十六电子开关s16和第十五电子开关s15之间设有第一接点，第十电子开关s10与选择支路之间设有第二接点，被测黑箱电路还包括第十七电子开关s17，第十七电子开关s17的一端连接第一接点，另一端连接第二接点。
50.第一输入支路、第二输入支路、第七输入支路和第八输入支路的输入端均接地，第三输入支路
‑
第六的输入端分别为第一电子开关s1的第一选择端
‑
第四选择端。
51.第一电子开关s1的输入端、第八输入支路的接地端和输出支路的接地端分别为第一测试端、第二测试端和第四测试端，第十六电子开关s16和第十五电子开关s15之间设有第三测试端。
52.通过控制第一电子开关s1
‑
第十七电子开关s17，可以改变电路结构，被测黑箱电路可以在同相放大器、反相放大器、积分器、微分器、滤波电路、半波整流电路等结构中切换。
53.如图4所示，将s1选择接入第一选择端，将第十四电子开关s14选择连接在第十电子开关s10上，第四电子开关s4、第八电子开关s8、第十电子开关s10、第十五电子开关s15和第十六电子开关s16闭合，其余电子开关均断开，将被测黑箱电路切换为反相比例放大电路。
54.如图5所示，将s1选择接入第三选择端，将第十四电子开关s14选择连接在第十电子开关s10上，第二电子开关s2、第六电子开关s6、第十电子开关s10、第十五电子开关s15和第十六电子开关s16闭合，其余电子开关均断开，将被测黑箱电路切换为同相比例放大器电路。
55.如图6所示，将s1选择接入第二选择端，将第十四电子开关s14选择连接在第十电子开关s10上，第五电子开关s5、第八电子开关s8、第十电子开关s10和第十六电子开关s16闭合，其余电子开关均断开，将被测黑箱电路切换为反相微分器电路。
56.如图7所示，将s1选择接入第一选择端，将第十四电子开关s14选择连接在第十电子开关s10上，第四电子开关s4、第八电子开关s8、第十二电子开关s12和第十六电子开关s16闭合，其余电子开关均断开，将被测黑箱电路切换为反相积分器电路。
57.如图8所示，将s1选择接入第三选择端，将第十四电子开关s14选择连接在第十电子开关s10上，第二电子开关s2、第六电子开关s6、第十电子开关s10和第十六电子开关s16闭合，其余电子开关均断开，将被测黑箱电路切换为一阶有源低通滤波器电路。
58.如图9所示，将s1选择接入第四选择端，将第十四电子开关s14选择连接在第十电子开关s10上，第七电子开关s7、第八电子开关s8、第十电子开关s10和第十六电子开关s16闭合，其余电子开关均断开，将被测黑箱电路切换为一阶有源高通滤波器电路。
59.如图10所示，将s1选择接入第一选择端，将第十四电子开关s14选择连接在连接第二二极管d2的阳极，第四电子开关s4、第八电子开关s8、第十电子开关s10、第十一电子开关s11、第十六电子开关s16和第十七电子开关s17闭合，其余电子开关均断开，将被测黑箱电路切换为精密半波整流电路。
60.通过对第一可变电阻r1
‑
第七可变电阻r7和第一可变电容c1
‑
第五可变电容c5的参数控制，可以改变被测黑箱电路在每种电路结构下的传输特性。
61.被测黑箱电路的可变电阻可以选用数字电位器或者机电结构的连续可调电位器
等。
62.被测黑箱电路中可变电容可以是数字电容器，也可以如图11所示，可变电容包括n个支路，分别为由第一电容c
x1
和第一选择开关s
x1
组成的第一选择支路、由第二电容c
x2
和第二选择开关s
x2
组成的第二选择支路、...、第n电容c
xn
和第n选择开关s
xn
组成的第n选择支路。
63.第一选择开关s
x1
‑
第n选择开关s
xn
均为电子开关，第一电容c
x1
‑
第n电容c
xn
的电容值均不同，通过电子开关控制选择相应的支路导通，从而选择需要的电容值。
64.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
65.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。