一种集成多款传感器的Arduino教学开发板的制作方法

本发明涉及arduino教学开发板，特别涉及一种集成多款传感器的arduino教学开发板。

背景技术：

1、arduino在中小学编程教育中越来越普及，但是实践中发现，传统的拼插方式存在很多问题，一方面小学生动手能力差，拼插过程浪费宝贵的时间，可能会因为连线错误造成影响实验效果，甚至烧坏元件；

2、市面上现有的集成开发板使用，并非针对中小学生群体开发，使用的很多传感器，例如加速度传感器、气压传感器等，使用过程较为复杂，且成本较高，多为国外开发，不适合国内中小学基础教育大规模普及。

3、因此需要研发一种针对中小学基础教育大规模普及、容易使用和操作的开发板，以克服现有技术中arduino拼插过程复杂和繁琐的问题。

技术实现思路

1、针对基于现有技术中arduino拼插过程复杂和繁琐的问题，本发明提出了一种集成多款传感器的arduino教学开发板。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、本发明提供一种集成多款传感器的arduino教学开发板，包括基板；所述基板上集成有板载传感器模块、内外部供电切换模块、内外部信号切换模块、arduino核心模块和usb串口通信模块；

4、其中，所述板载传感器模块，包括：七星型或w型布置的led组合、及多款传感器，用于完成数字输入、数字输出、模拟输入和模拟输出实验；

5、所述内外部供电切换模块，用于判断当前供电模式，自动实现供电切换功能；

6、所述内外部信号切换模块，用于根据实验场景选择所述板载传感器模块的信号或外部传感器信号；

7、所述arduino核心模块，包括：相互连接的atmega328p-au芯片和复位电路；

8、所述usb串口通信模块为ch340c或者cp2102型号芯片；

9、所述atmega328p-au芯片分别与所述板载传感器模块、内外部供电切换模块、内外部信号切换模块和usb串口通信模块连接。

10、进一步地，所述基板上还包括：连接器；所述连接器采用40pin插座；

11、在所述40pin插座引脚中，sv-开头引脚为电源信号引脚，控制p沟道mos管的g极，同时在板内默认下拉至低电平；如果当外部扩展电路需要关闭时，通过高电平关闭所述板载传感器模块。

12、进一步地，所述板载传感器模块包括七星型布置的led组合时，该led组合由7个rgbled按照北斗七星形状布置，采用5个pwm输出引脚和5个数字输出引脚，用于实现每一个对每一颗星的点亮、熄灭、颜色、亮度进行独立控制；所述板载传感器模块，还包括：

13、3个pwm引脚：通过三个n沟道mos管，分别控制7个rgbled的阴极；

14、1个无源蜂鸣器：占用一个pwm输出引脚，实现音频输出；

15、2个光线传感器：占用2个模拟输入引脚，对开发板两侧的光线变化进行监测，通过光线变化，判断外部光照、运动情况；

16、1个红外开关：占用1个模拟输入引脚，对外部物体靠近进行感知；

17、1个mems麦克风：占用1个模拟输入引脚，对周围声音变化进行感知；

18、1个触摸传感器：占用1个数字输入引脚，对人体触碰进行感知。

19、进一步地，所述板载传感器模块包括w型布置的led组合时，该led组合由6个rgbled按照w形状布置，并在所述w形状上方布置三个分别为红色、黄色、绿色的发光二极管；

20、所述板载传感器模块，还包括：

21、与atmega328p-au芯片的a0、a1接口连接的光线传感器；

22、与atmega328p-au芯片的a2接口连接的第一触摸传感器；

23、与atmega328p-au芯片的a3接口连接的无源蜂鸣器；

24、与atmega328p-au芯片的a4、a5接口连接的温湿度传感器；

25、与atmega328p-au芯片的a6接口连接的红外开关；

26、与atmega328p-au芯片的a7接口连接的mic声音传感器；

27、与atmega328p-au芯片的第2引脚连接的第二触摸传感器；

28、与atmega328p-au芯片的第3引脚连接的红外遥控器；

29、其中，所述atmega328p-au芯片的第4～8引脚对应连接相应5个rgbled的共阳极；

30、所述atmega328p-au芯片的第9～11引脚对应连接三个分别为红色、黄色、绿色的发光二极管的阴极；

31、所述atmega328p-au芯片的第12引脚对应连接第6个rgbled的共阳极；

32、所述atmega328p-au芯片的第13引脚对应连接三个分别为红色、黄色、绿色的发光二极管的共阳极。

33、进一步地，所述内外部供电切换模块，具体实现如下：

34、定义连接器第一预设引脚为外部电压检测引脚，在未插入外部扩展板时，该第一预设引脚在板内被下拉至低电平；当插入外部扩展板后，外部vcc直接接通该第一预设引脚，该第一预设引脚电压与外部vcc电压相当；vcc输出5v至usb-vbus，通过p沟道mos管控制。

35、进一步地，所述内外部信号切换模块，具体实现如下：

36、所述板载传感器模块通过将第二预设引脚置为高电平，使对应的控制内部传感器供电的p沟道mos管关闭，实现关闭内部传感器；

37、内部传感器的供电作为控制信号，控制二选一开关，使传感器关闭时，arduino的第二预设引脚，与内部传感器信号断开，与40pin连接器的特定引脚导通。

38、进一步地，所述基板还包括：直流电机接口、舵机接口、wifi接口和/或蓝牙接口。

39、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

40、本发明实施例提供的一种集成多款传感器的arduino教学开发板，其中，板载传感器模块，包括：七星型或w型布置的led组合、及多款传感器，用于完成数字输入、数字输出、模拟输入和模拟输出实验；内外部供电切换模块，用于判断当前供电模式，自动实现供电切换功能；内外部信号切换模块，用于根据实验场景选择内部传感器信号或外部传感器信号；arduino核心模块，包括：相互连接的atmega328p-au芯片和复位电路；usb串口通信模块为ch340c或者cp2102型号芯片；atmega328p-au芯片分别与板载传感器模块、内外部供电切换模块、内外部信号切换模块和usb串口通信模块连接。该开发板具有高度集成性，操作简单、易于上手，接口方便，扩展性高；有助于使学生掌握数字输入、模拟输入、数字输出、pmw输出和iic通信的实际应用。

技术特征：

1.一种集成多款传感器的arduino教学开发板，其特征在于，包括基板；所述基板上集成有板载传感器模块、内外部供电切换模块、内外部信号切换模块、arduino核心模块和usb串口通信模块；

2.根据权利要求1所述的一种集成多款传感器的arduino教学开发板，其特征在于，所述基板上还包括：连接器；所述连接器采用40pin插座；

3.根据权利要求1所述的一种集成多款传感器的arduino教学开发板，其特征在于，所述板载传感器模块包括七星型布置的led组合时，该led组合由7个rgbled按照北斗七星形状布置，采用5个pwm输出引脚和5个数字输出引脚，用于实现每一个对每一颗星的点亮、熄灭、颜色、亮度进行独立控制；所述板载传感器模块，还包括：

4.根据权利要求1所述的一种集成多款传感器的arduino教学开发板，其特征在于，所述板载传感器模块包括w型布置的led组合时，该led组合由6个rgbled按照w形状布置，并在所述w形状上方布置三个分别为红色、黄色、绿色的发光二极管；

5.根据权利要求2所述的一种集成多款传感器的arduino教学开发板，其特征在于，所述内外部供电切换模块，具体实现如下：

6.根据权利要求5所述的一种集成多款传感器的arduino教学开发板，其特征在于，所述内外部信号切换模块，具体实现如下：

7.根据权利要求1所述的一种集成多款传感器的arduino教学开发板，其特征在于，所述基板还包括：直流电机接口、舵机接口、wifi接口和/或蓝牙接口。

技术总结
本发明公开了一种集成多款传感器的Arduino教学开发板，其中，板载传感器模块包括：七星型或W型布置的LED组合、及多款传感器，用于完成数字输入、数字输出、模拟输入和模拟输出实验；内外部供电切换模块用于判断当前供电模式，自动实现供电切换功能；内外部信号切换模块用于根据实验场景选择内部传感器信号或外部传感器信号；Arduino核心模块，包括：相互连接的ATMEGA328P‑AU芯片和复位电路；ATMEGA328P‑AU芯片分别与其他各个模块连接。该开发板具有高度集成性，操作简单、易于上手，接口方便，扩展性高；有助于使学生掌握数字输入、模拟输入、数字输出、PMW输出、IIC通信的实际应用。

技术研发人员：李峰
受保护的技术使用者：博雅优才（北京）科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11