一种用于教学的Microbit扩展板的制作方法

一种用于教学的microbit扩展板
技术领域
1.本技术涉及教育机器人配套设备技术领域，特别是涉及一种一种用于教学的microbit扩展板。


背景技术：

2.microbit是英国广播公司(bbc)推出的可编程微型电脑，该设备和信用卡的大小差不多(4cm x 5cm)，上面嵌有25颗红色led，用以显示讯息和图案，还有两个可编程按钮、集成了加速计和磁力计等功能。另外更有低功耗蓝牙、无线电收发、电池接口、microusb插口和5个i/o环供外接设备扩展使用，主要用于青少年编程教育。
3.目前，市面上的microbit开发板用于编程教育的产品具有以下问题：1、microbit采用金手指接口，与树莓派、arduino开发板常用的杜邦线不兼容，且接线容易出现接触不良、松动等问题；2、microbit引脚无法直接驱电机等大电流外设，需要另外接电机驱动模块，对初学者不是很方便；3、已有扩展板接口数量少，对microbit引脚资源利用不够充分，不能满足开发使用需求。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于克服上述问题或者至少部分地解决或缓减解决上述问题。
5.根据本技术的一个方面，提供了一种用于教学的microbit扩展板，与microbit开发板连接，所述扩展板包括microbit插口、14个扩展接口、i2c总线接口、uart串行接口、2路步进电机接口、4路直流电机接口、8路舵机接口、蜂鸣器、5v对外供电接口、电源指示灯、type-c充电接口、18650可充电电池接口、rgb全彩led灯、扩展板电源开关；
6.所述microbit插口与microbit开发板电连接，并对microbit开发板进行供电；
7.所述14个扩展接口，用于连接各种类型的传感器或其他元器件；
8.所述i2c总线接口与microbit开发板电连接，为扩展板提供i2c通信接口；
9.所述uart串行接口与microbit开发板电连接，为扩展板提供uart通信接口；
10.所述2路步进电机接口与microbit开发板电连接，产生pwm信号，对扩展板上的步进电机进行驱动和控制；
11.所述4路直流电机接口与microbit开发板电连接，产生pwm信号，对扩展板上的直流电机进行驱动和控制；
12.所述8路舵机接口与microbit开发板电连接，产生pwm信号，对扩展板上的舵机进行驱动和控制；
13.所述18650可充电电池接口与扩展板电路、蜂鸣器、电源指示灯连接，并将3.7v电压升压到5v对外进行供电；
14.所述rgb全彩led灯与microbit开发板电连接，可对光源进行编程；
15.所述扩展板电源开关与18650可充电电池接口、扩展板电路连接，可控制整个扩展板是否接通电源。
16.可选地，所述microbit插口可与microbit开发板的金手指进行连接。
17.可选地，所述14个扩展接口为xh2.54端子。
18.可选地，所述扩展板集成了2路步进电机接口、4路直流电机接口及8路舵机接口。
19.可选地，所述2路步进电机接口、4路直流电机接口、8路舵机接口等14路pwm电路采用pca9685pw芯片产生pwm信号。
20.可选地，所述2路步进电机接口、4路直流电机接口采用at8237驱动芯片实现h桥控制。
21.可选地，所述18650可充电电池接口的输出电压为3.7v，容量3200mah。
22.可选地，所述rgb全彩led灯为ws2812b智能外控集成光源。
23.本技术提供了一种microbit的接口扩展和电池供电方案，该方案为：通过18650可充电电池为扩展板供电，并通过microbit插口为microbit开发板供电，解决了microbit工作时被充电线限制范围的问题。
24.本技术通过保险丝盒肖基二极管对扩展板采取多重保护措施，提高了电路的安全性，延长了产品的使用寿命。
25.本技术利用pca9685pw芯片产生14路pwm信号，包括2路步进电机接口、4路直流电机接口和8路舵机接口，其中2路步进电机和4路直流电机接口利用驱动芯片at8237实现h桥控制，解决了pwm输出接口和舵机接口不足的问题，同时节省了对microbit开发板接口的占用率，增加了可扩展硬件外设的数量。
26.本技术利用18650可充电电池接口和锂电保护电路对扩展板和开发板稳定供电，使用户开发时更容易上手。
27.根据下文结合附图对本技术的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本技术的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
28.后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本技术的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
29.图1是根据本技术一个实施例的用于教学的microbit扩展板的尺寸图；
30.图2是图1所示用于教学的microbit扩展板的电路接口示意图；
31.图3是microbit插口与microbit开发板的连接方式示意图；
32.图4是14路pwm电路接口示意图；
33.图5是i2c总线接口和uart串行接口示意图；
34.图6是18650可充电电池接口的电路示意图；
35.图7是扩展板电源开关的电路示意图；
36.图8是锂电保护电路的示意图；
37.图9是rgb全彩led灯电路示意图。
38.附图标记：
39.microbit插口-1；扩展接口-2；i2c总线接口-3；uart串行接口-4；2路步进电机接口-5；4路直流电机接口-6；8路舵机接口-7；蜂鸣器-8；5v对外供电接口-9；电源指示灯-10；
type-c充电接口-11；18650可充电电池接口-12；rgb全彩led灯-13；扩展板电源开关-14。
具体实施方式
40.图1是根据本技术一个实施例的用于教学的microbit扩展板的尺寸图。如图1所示，本实用新型提供了一种用于教学的microbit扩展板，该扩展板可以与microbit开发板连接，扩展板电路示意图如图2所示。
41.所述扩展板包括microbit插口1、14个扩展接口2、i2c总线接口3、uart串行接口4、2路步进电机接口5、4路直流电机接口6、8路舵机接口7、蜂鸣器8、5v对外供电接口9、电源指示灯10、type-c充电接口11、18650可充电电池接口12、rgb全彩led灯13、扩展板电源开关14，其中，14个扩展接口2为xh2.54端子，rgb光源为ws2812b智能外控集成光源。通过18650可充电电池接口12为扩展板供电，并通过microbit插口1为microbit开发板供电，解决了microbit工作时被充电线限制范围的问题。
42.如图3所示，扩展板的microbit插口1可与microbit开发板的金手指连接，插拔简单方便。
43.如图4所示，所述14路pwm电路利用pca9685pw芯片产生14路pwm信号，包括2路步进电机接口5、4路直流电机接口6和8路舵机接口7，所述2路步进电机接口5蜂鸣器8与microbit开发板电连接，产生pwm信号，对扩展板上的电机进行驱动和控制；所述4路直流电机接口6与microbit开发板电连接，产生pwm信号，对扩展板上的直流电机进行驱动和控制；所述8路舵机接口7与microbit开发板电连接，产生pwm信号，对扩展板上的舵机进行驱动和控制。其优势在于节省开发板接口资源，且使用独立的芯片产生pwm信号更利于维护，缩短开发周期。
44.如图5所示，所述i2c总线接口3和uart串行接口4与microbit开发板的p19、p20接口相连。
45.如图6所示，所述18650可充电电池接口12的电路实现升压的功能，与扩展板电路、蜂鸣器8、电源指示灯10连接，可以将18650可充电电池接口12的3.7v的输出电压升至5v。
46.如图7及图8所示，所述扩展板电源开关14、锂电保护电路，采用复位保险丝对电流进行限制和保护，可控制整个扩展板是否接通电源。锂电保护电路与18650可充电电池接口12的具体连接如图8所示，锂电保护电路包括芯片dw01和芯片8205，18650可充电电池的正极连接电阻r5一端，电阻r5另一端连接芯片dw01的5端口和电容c2一端，18650可充电电池的负极端连接电容c2的另一端、芯片8205的1端口和芯片dw01的6端口；芯片dw01的1端口连接芯片8205的6端口，芯片dw01的2端口连接电阻r4的一端，电阻r4的另一端接地，芯片dw01的3端口连接芯片8205的4端口，芯片8205的3端口接地，2端口与其5端口连接。
47.如图9所示，所述rbg全彩led灯可以进行编程实现呼吸灯和流水灯。
48.本实用新型提出了一种用于教学的microbit扩展板，使开发者可以通过编程直接控制电机、舵机、led灯、蜂鸣器8等外设，拓展microbit的使用环境。
49.需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本技术所属领域技术人员所理解的通常意义。
50.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时
针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
51.此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
52.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
53.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
54.以上所述，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。