CN214428198U - 一种基于Arduino的硬件编程教学设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及教学设备技术领域，公开了一种基于Arduino的硬件编程教学设备，包括免焊面包板，免焊面包板上插接有Arduino Nano控制板和教学传感器组，Arduino Nano控制板包括编入有通用传感器控制函数的8位微控制器、模拟量输入接口电路、模拟量输出接口电路、数字量输入接口电路、数字量输出接口电路、PWM输出电路和USB串口电路，8位微控制器分别与模拟量输入接口电路、模拟量输出接口电路、数字量输入接口电路、数字量输出接口电路、PWM输出电路和USB串口电路电性连接在一起，教学传感器组通过免焊面包板与模拟量输入接口电路、模拟量输出接口电路、数字量输入接口电路和数字量输出接口电路连接在一起；本实用新型具有使用难度低、能够帮助学生更好学习知识的特点。

Description

一种基于Arduino的硬件编程教学设备

技术领域

本实用新型涉及教学设备技术领域，具体涉及一种基于Arduino的硬件编程教学设备。

背景技术

当前对Arduino的编程主要有两类，一类是靠Arduino提供的IDE环境使用C语言进行编程，另一类是通过类Scratch的块状积木式的编程，C语言的学习对广大普通学生来说难度比较大，积木式的编程又不太适合高中生使用也无法适应复杂项目的开发；且对于广大学习VB、Python、Java等其他编程语言的学生来说想控制Arduino来获取传感器的数据就无能为力。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种基于Arduino的硬件编程教学设备。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种基于Arduino的硬件编程教学设备，包括免焊面包板，免焊面包板上插接有Arduino Nano控制板和教学传感器组，Arduino Nano控制板包括编入有通用传感器控制函数的8位微控制器、模拟量输入接口电路、模拟量输出接口电路、数字量输入接口电路、数字量输出接口电路、PWM输出电路和USB串口电路，8位微控制器分别与模拟量输入接口电路、模拟量输出接口电路、数字量输入接口电路、数字量输出接口电路、PWM输出电路和USB串口电路电性连接在一起，教学传感器组通过免焊面包板与模拟量输入接口电路、模拟量输出接口电路、数字量输入接口电路和数字量输出接口电路连接在一起。

优选的，所述教学设备还包括采用VB、Python、Java和C/C++编程语言的上位机，上位机通过USB连接线与USB串口电路连接在一起。

优选的，所述Arduino Nano控制板还包括供电接口电路，供电接口电路与8位微控制器电性连接在一起。

优选的，所述教学传感器组包括温度传感器、湿度传感器、露点传感器、光照度传感器、热敏传感器、声音强度传感器、超声波测距传感器、热释电人体感应传感器、触摸传感器、土壤湿度传感器、发光二极管、3基色发光二极管、摇杆和舵机。

较之现有技术，本实用新型的优点在于：

本实用新型通过设置配备Arduino Nano控制板，在Arduino Nano控制板设置编入有通用传感器控制函数的8位微控制器、模拟量输入接口电路、模拟量输出接口电路、数字量输入接口电路、数字量输出接口电路、PWM输出电路和USB串口电路，本实用新型通过采用常见的传感器通用控制代码作为调用函数，并采用计算机作为上位机与本实用新型进行串口通信应答，学生使用采用VB、Python、Java编程语言的上位机在USB连接线和USB串口电路的作用下即可控制教学传感器组工作，相较于现有技术，具有使用难度低、能够帮助学生更好的学习编程语言以及了解微控制器等硬件知识的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述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获得其他的附图。

图1为本实用新型的组成示意图。

附图标记：1、免焊面包板；2、Arduino Nano控制板；3、教学传感器组；4、8位微控制器；5、模拟量输入接口电路；6、模拟量输出接口电路；7、数字量输入接口电路；8、数字量输出接口电路；9、PWM输出电路；10、USB串口电路；11、上位机；12、USB连接线；13、供电接口电路。

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。

实施例：请参照图1，本实施例提供一种基于Arduino的硬件编程教学设备，包括免焊面包板1，免焊面包板1上插接有Arduino Nano控制板2和教学传感器组3，使用免焊面包板1令Arduino Nano控制板2和教学传感器组3为插接于免焊面包板1上，无需焊接，方便后期对各元器件的更新和更换；

Arduino Nano控制板2包括编入有通用传感器控制函数的8位微控制器4、模拟量输入接口电路5、模拟量输出接口电路6、数字量输入接口电路7、数字量输出接口电路8、PWM输出电路9和USB串口电路10，8位微控制器4分别与模拟量输入接口电路5、模拟量输出接口电路6、数字量输入接口电路7、数字量输出接口电路8、PWM输出电路9和USB串口电路10电性连接在一起，教学传感器组3通过免焊面包板1与模拟量输入接口电路5、模拟量输出接口电路6、数字量输入接口电路7和数字量输出接口电路8连接在一起，教学传感器组3包括常见的温度传感器、湿度传感器、露点传感器、光照度传感器、热敏传感器、声音强度传感器、超声波测距传感器、热释电人体感应传感器、触摸传感器、土壤湿度传感器、发光二极管、3基色发光二极管、摇杆和舵机，对此类传感器的控制只需通用控制函数即可；根据教学传感器组3传感器的种类，即种类为模拟传感器还是数字传感器，之后接入相应的模拟量输入接口电路5、模拟量输出接口电路6、数字量输入接口电路7和数字量输出接口电路8，8位微控制器4通过模拟量输入接口电路5、模拟量输出接口电路6对教学传感器组3中种类为模拟传感器的传感器进行控制，通过数字量输入接口电路7和数字量输出接口电路8对教学传感器组3中种类为数字传感器的传感器进行控制。

Arduino Nano控制板2还包括供电接口电路13，供电接口电路13与8位微控制器4电性连接在一起，供电接口电路13用于与外界的供电电源连接，从而为Arduino Nano控制板2上的元器件提供工作电流。

该硬件编程教学设备还包括采用VB、Python、Java、C/C++编程语言的上位机11，本实施例中，上位机11为现有技术的智能电脑；上位机11通过USB连接线12与USB串口电路10连接在一起，上位机11通过USB连接线12和USB串口电路10即可对8位微控制器4下达指令，从而通过8位微控制器4对教学传感器组3进行控制。

本实用新型的工作原理，在进行教学过程中，先让学生将Arduino Nano控制板2和教学传感器组3插接至免焊面包板1上，再让学生根据教学传感器组3的种类，将种类为模拟传感器的传感器与模拟量输入接口电路5和模拟量输出接口电路6电性连接在一起，将种类为数字传感器的传感器与数字量输入接口电路7和数字量输出接口电路8电性连接在一起，之后在PWM输出电路9上接入外界电阻，在供电接口电路13上接入外界供电电源，在USB串口电路10上通过USB连接线12连接采用VB、Python、Java编程语言的上位机11，此时，连接即完成；学生即可使用通过VB、Python、Java编程语言编写控制函数对8位微控制器4下达指令，从而通过模拟量输入接口电路5和模拟量输出接口电路6对教学传感器组3中的模拟传感器进行控制，通过数字量输入接口电路7和数字量输出接口电路8对教学传感器组3中的数字传感器进行控制，从而实现使用VB、Python、Java编程语言对常见的传感器进行控制，帮助学生理解新知识，降低学生学习门槛。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”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，除非另有明确的限定，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实用新型中的具体含义。

以上只是本实用新型的典型实例，除此之外，本实用新型还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求保护的范围之内。

Claims (4)

1.一种基于Arduino的硬件编程教学设备，其特征在于：包括免焊面包板(1)，免焊面包板(1)上插接有Arduino Nano控制板(2)和教学传感器组(3)，Arduino Nano控制板(2)包括编入有通用传感器控制函数的8位微控制器(4)、模拟量输入接口电路(5)、模拟量输出接口电路(6)、数字量输入接口电路(7)、数字量输出接口电路(8)、PWM输出电路(9)和USB串口电路(10)，8位微控制器(4)分别与模拟量输入接口电路(5)、模拟量输出接口电路(6)、数字量输入接口电路(7)、数字量输出接口电路(8)、PWM输出电路(9)和USB串口电路(10)电性连接在一起，教学传感器组(3)通过免焊面包板(1)与模拟量输入接口电路(5)、模拟量输出接口电路(6)、数字量输入接口电路(7)和数字量输出接口电路(8)连接在一起。

2.根据权利要求1所述的一种基于Arduino的硬件编程教学设备，其特征在于：所述教学设备还包括采用VB、Python、Java和C/C++编程语言的上位机(11)，上位机(11)通过USB连接线(12)与USB串口电路(10)连接在一起。

3.根据权利要求1所述的一种基于Arduino的硬件编程教学设备，其特征在于：所述Arduino Nano控制板(2)还包括供电接口电路(13)，供电接口电路(13)与8位微控制器(4)电性连接在一起。

4.根据权利要求1所述的一种基于Arduino的硬件编程教学设备，其特征在于：所述教学传感器组(3)包括温度传感器、湿度传感器、露点传感器、光照度传感器、热敏传感器、声音强度传感器、超声波测距传感器、热释电人体感应传感器、触摸传感器、土壤湿度传感器、发光二极管、3基色发光二极管、摇杆和舵机。

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