CN106997710A

CN106997710A - 一种积木式电子实验教具

Info

Publication number: CN106997710A
Application number: CN201710448107.6A
Authority: CN
Inventors: 何胜阳; 廖流波; 任广辉; 赵雅琴
Original assignee: Harbin Institute of Technology Shenzhen
Current assignee: Harbin Institute of Technology Shenzhen
Priority date: 2017-06-14
Filing date: 2017-06-14
Publication date: 2017-08-01

Abstract

一种积木式电子实验教具，涉及实验教具领域，为了解决现有的电子实验平台结构笨重、不具通用性、不易排除故障，元件安装难度大且安装受限的问题。该装置包括N个基础积木模块箱体和电路板，基础积木模块箱体顶部开口，基础积木模块箱体的每个侧面设有与相邻基础积木模块箱体相固定的固定部，N个基础积木模块箱体相固定，电路板卡合在N个基础积木模块箱体顶部，电路板用于设置实验用电路模块，N为正整数。本发明适用于实验教学。

Description

一种积木式电子实验教具

技术领域

本发明涉及实验教具领域。

背景技术

在诸如电路实验、信号与系统实验、通信电子线路实验、数字电路实验、模拟电路实验等电子类课程的实验中，往往需要一个很大的实验面板来固定电子实验中的基本元件，这些基本元件包括：电阻、变阻器、电容、电感、二极管、三极管，集成电路芯片、各种功能电路、电压表、电流表、万用表等。这些实验面板的缺点如下：

1、这些实验面板往往特别笨重，不具有便携性；

2、这些实验面板一般是针对某个具体实验内容而设计的，不具备通用性；

3、对于贴片封装的电阻、电容等基本元件已经焊接在了实验面板上，当电路模块损坏时不方便排除故障，如果在实验过程中损坏无法及时更换，不利于实验设备的维护工作，因此实验室需要常备多套备用实验设备防止学生在使用过程中损坏设备；

4、对于插针封装的电阻、电容等基本元件，需要使用面包板来进行固定和导电，这样会增加电路安装的难度，而且容易出现短路的情况，再加上面包板面积有限，实验中使用的电子元件数量也因此受限。现有的实验面板不利于锻炼学生的动手实践能力。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的电子实验平台结构笨重、不具通用性、不易排除故障，元件安装难度大且安装受限的问题，从而提供一种积木式电子实验教具。

本发明所述的一种积木式电子实验教具，包括N个基础积木模块箱体和电路板；N为正整数；

基础积木模块箱体顶部开口，基础积木模块箱体的每个侧面设有与相邻基础积木模块箱体相固定的固定部，N个基础积木模块箱体相固定，电路板卡合在N个基础积木模块箱体顶部，电路板用于设置实验用电路模块。

电路模块包括元器件(如电阻、电容、二极管、电感等)和电路功能模块(如万用表、电压表、电流表、单片机电路、FPGA电路、RLC网络或仪器仪表等)

优选的是，基础积木模块箱体每个侧面的上部设有卡扣，电路板的四周设有缺口，卡扣与缺口卡合来实现电路板与基础积木模块箱体之间的卡合固定。

优选的是，固定部采用凹槽和凸块实现，凹槽和凸块相吻合，通过设置于不同基础积木模块箱体的凹槽和凸块将相邻的基础积木模块箱体固定。

优选的是，基础积木模块箱体有四个侧面，两个侧面设有凹槽，另两个侧面设有凸块，设有凹槽的两个侧面相邻或相对。

优选的是，基础积木模块箱体每个侧面设置的凹槽或凸块的数量是1-20个。

优选的是，N个基础积木模块箱体的底面均正方形或长方形，正方形的边长范围是5mm～200mm，长方形的宽的范围是5mm～200mm，长方形的长是宽的整数倍，N个基础积木模块箱体的高度相同，高度范围是5mm～100mm。

优选的是，卡扣的材质为塑料。

优选的是，教具模块之间采用测试孔和测试导线的组合或排针和杜邦线的组合实现电气连接。

有益效果：

本发明的教具模块为积木形式，一个基本元件做成一个积木，信号源、示波器、万用表、频谱仪、单片机开发板、AD/DA板等也可以做成积木或者使用实验室自带的信号源、示波器等，它们之间的连接非常方便，使用很简便，实验完成后拆装整理也很方便，一整套实验设备携带起来很方便；

由于实验平台的器件均为搭载电子元件和设备的积木，因此其具备通用性，可以在电路实验、信号与系统实验、通信电子线路实验、数字电路实验、模拟电路实验等电子类课程的实验中使用，不需要特别的定做实验面板；

在实验过程中，如果出现电路模块损坏的情况，可以很方便的让某个电子元件的教具模块断路，然后可以对其单独的进行测试，发现损坏之后可以很方便的使用另一个相同的电子元件教具模块进行替换而不会影响到整个实验电路的重建，不用更换整个实验面板，十分方便快捷；

实验中不会出现插针封装的电路模块或者插针封装的电路模块已经被焊接在了积木模块中的情况，所以不会出现插针封装的元件引脚互相短路的情况，更加安全。

附图说明

图1是一种积木式电子实验教具的结构示意图；

图2是基础积木模块箱体的结构示意图；

图3是电路板的结构示意图；

图4是2*2阵列的基础积木模块箱体的结构示意图；

图5是基础积木模块箱体的每个侧面设置4个凹槽或凸块的立体结构示意图；

图6是基础积木模块箱体的每个侧面设置4个凹槽或凸块的主视图；

图7是图6的俯视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种积木式电子实验教具，包括N个基础积木模块箱体100和电路板200；N为正整数；

基础积木模块箱体100顶部开口，基础积木模块箱体100的每个侧面设有与相邻基础积木模块箱体100相固定的固定部，N个基础积木模块箱体100相固定，电路板200卡合在N个基础积木模块箱体100顶部，电路板200用于设置实验用电路模块201。

本实施方式将独立的元件固定在合适大小的基础积木模块箱体上，然后模块与模块之间可以通过积木上的固定部轻松连接与拆卸，基础全部由基础积木模块箱体拼接而成，大小可以根据实验元件大小随意组合。因此在不使用实验箱或实验面板的情况下很方便的就能进行实验。由于基本的电路模块是贴片电阻、电容等比较小的电子器件，所使用的积木模块可以做的较小，具有便携性。

具体实施方式二：结合图2和3具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种积木式电子实验教具作进一步说明，本实施方式中，基础积木模块箱体100每个侧面的上部设有卡扣103，电路板200的四周设有缺口203，卡扣103与缺口203卡合来实现电路板200与基础积木模块箱体100之间的卡合固定。

电路板是印制电路板(PCB)，电路板上面的电路模块可以是单个电阻、电容、电感、电位器、二极管、三极管、发光二极管、按键、中规模集成电路(运算放大器、数据选择器、编码器、译码器等)、大规模或超大规模集成电路(闪存、单片机、FPGA、DSP、ARM处理器、CPU等)等电子实验中所有可能用到的电子电路模块，也可以是具有功能的信号发生器、示波器、万用表、电压表、电流表、电源模块等电子实验需要的实验器材。电子元件本身的大小和引脚的多少决定了电路板使用面板的大小；面板的长和宽是基础积木模块箱体边长的整数倍，不同的面板之间的电气连接使用图1中所示的测试孔和测试导线的组合或者插针和杜邦线的组合来连接；电路板的四周需要开出和卡扣大小相同的缺口，这样可以使电路板很方便的和基础积木模块箱体连接。安装电路板时，直接将电路板放在基础积木模块箱体的顶面正上方并向积木模块的底面方向按压电路板，电路板就能被按压到卡扣的下方被卡扣固定住。

具体实施方式三：结合图4至7具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的一种积木式电子实验教具作进一步说明，本实施方式中，固定部采用凹槽101和凸块102实现，凹槽101和凸块102相吻合，通过设置于不同基础积木模块箱体100的凹槽101和凸块102将相邻的基础积木模块箱体100固定。

凹槽101和凸块102可以是任意形状的柱体结构。

基础积木模块箱体一个底面是一个平面，四个侧面上设有固定部，固定部的位置在单个面上的位置相同，来保证积木模块箱体之间能够互相连接，一个积木模块的凹槽可以和下一个积木模块的凸块相接，由此完成积木模块的互相连接，基础积木模块箱体的顶部四边带卡扣，用来固定电路板，电路板是与基础积木模块箱体边长相同的正方形面板，面板中四周中部对应卡扣的位置是凹槽，以方便安装。

对于基础积木模块箱体的四个侧面，每个面上的凹槽或凸块可以是1-20个，如图5中是4个，每个面上不同的凹槽和凸块数量其积木搭建时固定积木的能力不同，凹槽和凸块数量越多固定能力越强；并且，凹槽和凸块的直径视积木模块的大小而定，凸块的直径可以与凹槽的直径相同或者比凹槽的直径小0.1mm以内；积木模块的顶面上的四个卡扣如图2中所示，其材质为塑料，具有一定的强度和弹性，并且可以比较容易的切除。

对于较大的电子元件，如集成电路芯片等，可以将2个基础积木模块箱体拼接成2*1的积木模块或者将4个基础积木模块箱体拼接成2*2的积木之后安装，对应的电路面板就需要是相应组合积木的面板大小，如果实验中使用到的设备更大的话可以使用更多的基础积木模块箱体拼接之后安装相应大小的电路板。

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式三所述的一种积木式电子实验教具作进一步说明，本实施方式中，基础积木模块箱体100的两个侧面设有凹槽101，另两个侧面设有凸块102，设有凹槽101的两个侧面相邻或相对。

凹槽101和凸块102在四个侧面上的排列方式可以有两种：排列方式1是凹槽101、凹槽101、凸块102、凸块102；排列方式2是凹槽101、凸块102、凹槽101、凸块102。

一套电子实验教具包括一套或多套教具模块，一套教具模块包括一个或多个体积最小的积木模块，这个积木模块被称为基础积木模块箱体，m×n个基础积木模块箱体阵列式拼接，形成底面边长是基础积木模块底面边长的m×n倍的箱体，m、n为整数且都大于等于1，

基础积木模块箱体100的底面为正方形或长方形，正方形的边长范围是5mm～200mm，基础积木模块箱体100的高度相同，高度范围是5mm～100mm。该边长范围的电路板足以满足常用的元件尺寸的需求。

基础积木模块箱体的互相连接依靠积木侧面的凸块和凹槽的对接，如果电子元件较大，一个基础积木模块箱体无法满足大小的要求，可以将积木模块组成n*m阵列的方式(n、m为整数且都大于等于1)，然后将新搭建的积木模块中间的卡扣剪掉，利用新搭建的积木模块的四周的卡扣来固定电路板，电路板的尺寸也应设计的和新搭建的积木模块的长和宽相同，并且在四周相应的位置设置缺口来方便安装；

也可以直接使用一个整块的边长为基础积木模块箱体边长的n*m倍(n、m为整数且都大于等于1)的积木模块来安装大型电子元件的电路板，而不是采用多个基础积木模块进行拼接的方式。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims

1.一种积木式电子实验教具，其特征在于，包括N个基础积木模块箱体(100)和电路板(200)；N均为正整数；

基础积木模块箱体(100)顶部开口，基础积木模块箱体(100)的每个侧面设有与相邻基础积木模块箱体(100)相固定的固定部，N个基础积木模块箱体(100)相固定，电路板(200)卡合在N个基础积木模块箱体(100)顶部，电路板(200)用于设置实验用电路模块。

2.根据权利要求1所述的一种积木式电子实验教具，其特征在于，所述基础积木模块箱体(100)每个侧面的上部设有卡扣(103)，电路板(200)的四周设有缺口(203)，卡扣(103)与缺口(203)卡合来实现电路板(200)与基础积木模块箱体(100)之间的卡合固定。

3.根据权利要求1或2所述的一种积木式电子实验教具，其特征在于，所述固定部采用凹槽(101)和凸块(102)实现，凹槽(101)和凸块(102)相吻合，通过设置于不同基础积木模块箱体(100)的凹槽(101)和凸块(102)将相邻的基础积木模块箱体(100)固定。

4.根据权利要求3所述的一种积木式电子实验教具，其特征在于，所述基础积木模块箱体(100)有四个侧面，两个侧面设有凹槽(101)，另两个侧面设有凸块(102)，设有凹槽(101)的两个侧面相邻或相对。

5.根据权利要求3所述的一种积木式电子实验教具，其特征在于，所述基础积木模块箱体(100)每个侧面设置的凹槽(101)或凸块(102)的数量是1-20个。

6.根据权利要求1或2所述的一种积木式电子实验教具，其特征在于，所述N个基础积木模块箱体(100)的底面为正方形或长方形，正方形的边长范围是5mm～200mm，长方形的宽的范围是5mm～200mm，长方形的长是宽的整数倍，N个基础积木模块箱体(100)的高度相同，高度范围是5mm～100mm。

7.根据权利要求1或2所述的一种积木式电子实验教具，其特征在于，所述卡扣(103)的材质为塑料。

8.根据权利要求1所述的一种积木式电子实验教具，其特征在于，所述教具模块之间采用测试孔(202)和测试导线的组合或排针和杜邦线的组合实现电气连接。