一体化教学实验装置及其编程方法与流程

本申请涉及创新教育领域，具体涉及一种可用于创新教育的一体化教学实验装置及其编程方法。

背景技术：

1、创新教育是一门基于项目学习综合技能的学科，涉及智能硬件连接测试、电子电路技术教学、人工智能编程教学等多方面。然而，针对上述各个方面，目前还不存在一体化的解决方案。相反，现有的解决方案是针对不同的应用环境，搭建不同的应用平台。例如，在涉及智能硬件的连接测试时，一般采用电脑主机加显示器的组合方式，为了与智能硬件进行连接，则需要额外购买单片机控制器，经由单片机控制器将各个智能硬件连接到电脑主机上；然而，这种方式不仅连线复杂，而且成本很高；此外，在电子电路技术教学实践中，经常会涉及到使用万用表、电烙铁、电源等各种工具，这些工具需要单独供电，导致系统不仅复杂，而且存在一定的安全隐患，同时由于体积大，也占用了操作空间；而在人工智能教学环境中，一般使用树莓派等卡片式计算机加外接的显示屏，使得在教学过程中需要单独配备显示屏，不仅成本高，而且使用繁琐。

技术实现思路

1、鉴于在创新教育领域中存在的上述缺陷，本公开提出了一种一体化教学实验装置及其编程方法，能够将涉及智能硬件连接测试、电子电路教学、人工智能编程教学等各方面使用的设备进行集成，不仅降低了学生的使用复杂度，方便了学生操作，同时也高效地满足了涉及人工智能、电子电路技术、智能硬件教学等各种教学需求。

2、根据本公开的一方面，提出了一种一体化教学实验装置，其包括：主板，在所述主板上集成了至少一个信号接口，用于连接所述一体化教学实验装置外部的至少一个电子组件，并且对所述至少一个电子组件进行状态监视和/或控制；ops主机，通过ops子卡与所述主板连接；以及显示屏，与所述主板连接，呈现与用户交互的图形化或代码编程环境界面，以供用户对所述一体化教学实验装置外部连接的至少一个电子组件进行图形化或代码编程操作。

3、可选地，在上述一体化教学实验装置中，所述主板上还集成了显示屏驱动电路，用于向所述显示屏提供显示信号；其中，所述显示屏驱动电路通过所述op s子卡从所述op s主机接收第一hdmi显示信号；并且通过所述主板上集成的hdmi输入接口，从所述主板接收来自于所述一体化教学实验装置外部的第二hdmi显示信号。

4、可选地，在上述一体化教学实验装置中，所述显示屏驱动电路包括hdmi信号选择电路，用于选择第一hdmi显示信号和第二hdmi显示信号其中之一，并且将其提供给显示屏进行显示，其中，当未出现第二hdmi显示信号时，默认显示第一hdmi显示信号，当出现第二hdmi显示信号时，自动切换到显示第二hdmi显示信号。

5、可选地，在上述一体化教学实验装置中，所述至少一个信号接口包括以下至少一项：模拟输入接口；pwm信号输出接口；第一串行通信接口；第二串行通信接口；电机控制接口；以及舵机控制接口。

6、可选地，在上述一体化教学实验装置中，第一串行通信接口是i2c接口，第二串行通信接口是uart接口。

7、可选地，在上述一体化教学实验装置中，在所述主板上还集成了微控制器，由所述微控制器对来自所述至少一个信号接口的信号进行处理，和/或产生要输出给所述至少一个信号接口的信号。

8、可选地，在上述一体化教学实验装置中，所述一体化教学实验装置上还集成了电源转换电路和电源输出接口，其中，电源转换电路通过所述电源输出接口向所述一体化教学实验装置的外部提供直流电压。

9、可选地，在上述一体化教学实验装置中，所述显示屏驱动电路还包括视频信号转换电路，所述视频信号转换电路将hdmi信号选择电路选择的第一hdmi显示信号或者第二hdmi显示信号转换为lvd s显示信号，并将其提供给所述显示屏。

10、可选地，在上述一体化教学实验装置中，还集成了电烙铁接口，通过所述电烙铁接口连接所述一体化教学实验装置的外部的电烙铁；其中，所述一体化教学实验装置上还集成了温控电路，通过所述温控电路控制所述电烙铁的温度。

11、根据本公开的另一方面，提出了一种应用于上述一体化教学实验装置的方法，包括：在所述一体化教学实验装置的显示屏上呈现图形化或代码编程环境界面，所述图形化或代码编程环境界面显示用户可操作的至少一个功能组件的图标，所述功能组件涉及所述一体化教学实验装置外部连接的电子组件的可设置的功能、参数、动作中的至少一项；以及基于用户在所述图形化或代码编程环境界面上中对所述至少一个功能组件的图标进行的图形化或代码编程操作，对所述一体化教学实验装置外部连接的电子组件进行监视、测量和控制中的至少一项。

12、可选地，上述方法还包括：基于用户在所述图形化或代码编程环境界面上中对所述至少一个功能组件的图标的图形化或代码编程操作，对通过所述一体化教学实验装置上的至少一个信号接口接收的电子组件输入的信号进行处理，而获取所述电子组件的状态，并且将所获取的电子组件的状态显示在所述图形化或代码编程环境界面上；和/或基于用户在所述图形化或代码编程环境界面上中对至少一个功能组件的图标的图形化或代码编程操作，产生用于控制所述电子组件的控制信号，并且将产生的控制信号通过至少一个信号接口输出给所述电子组件，控制所述电子组件的动作。

13、根据本公开的实施例，将创新教育常用的工具进行一体化设计整合，即，提出了一种将智能硬件连接测试、电子电路教学、人工智能编程教学等各方面的功能进行一体化集成的教学实验装置和编程方法，以便高效地满足人工智能教学，智能硬件物联网教学，电子电路教学等多种教学需求，避免了针对不同的教学需求而搭建不同的应用平台。

技术特征：

1.一种一体化教学实验装置，包括：

2.根据权利要求1所述的一体化教学实验装置，其中，所述主板上还集成了显示屏驱动电路，用于向所述显示屏提供显示信号；其中，所述显示屏驱动电路通过所述ops子卡从所述ops主机接收第一hdmi显示信号；并且通过所述主板上集成的hdmi输入接口，从所述主板接收来自于所述一体化教学实验装置外部的第二hdmi显示信号。

3.根据权利要求2所述的一体化教学实验装置，其中，所述显示屏驱动电路包括hdmi信号选择电路，用于选择第一hdmi显示信号和第二hdmi显示信号其中之一，并且将其提供给显示屏进行显示，其中，当未出现第二hdmi显示信号时，默认显示第一hdmi显示信号，当出现第二hdmi显示信号时，自动切换到显示第二hdmi显示信号。

4.根据权利要求1所述的一体化教学实验装置，其中所述至少一个信号接口包括以下至少一项：

5.根据权利要求4所述的一体化教学实验装置，其中，第一串行通信接口是i2c接口，第二串行通信接口是uart接口。

6.根据权利要求1所述的一体化教学实验装置，其中，在所述主板上还集成了微控制器，由所述微控制器对来自所述至少一个信号接口的信号进行处理，和/或产生要输出给所述至少一个信号接口的信号。

7.根据权利要求1所述的一体化教学实验装置，其中，所述一体化教学实验装置上还集成了电源转换电路和电源输出接口，其中，电源转换电路通过所述电源输出接口向所述一体化教学实验装置的外部提供直流电压。

8.根据权利要求3所述的一体化教学实验装置，其中，所述显示屏驱动电路还包括视频信号转换电路，所述视频信号转换电路将hdmi信号选择电路选择的第一hdmi显示信号或者第二hdmi显示信号转换为lvds显示信号，并将其提供给所述显示屏。

9.一种应用于权利要求1-8任一项所述的一体化教学实验装置的方法，包括：

10.根据权利要求9所述的方法，还包括：

技术总结
本公开提出了一种一体化教学实验装置及其编程方法。其中，所述一体化教学实验装置包括：主板，集成了至少一个信号接口，用于连接所述一体化教学实验装置外部的至少一个电子组件，并且对所述至少一个电子组件进行状态监视和/或控制；OPS主机，通过OPS子卡与所述主板连接；以及显示屏，与所述主板连接，呈现与用户交互的图形化或代码编程环境界面，以供用户对所述一体化教学实验装置外部连接的至少一个电子组件进行图形化或代码编程操作。由此，能够将涉及智能硬件连接测试、电子电路教学、人工智能编程教学等各方面使用的设备进行集成，高效地满足了涉及人工智能、电子电路技术、智能硬件教学等各种教学需求。

技术研发人员：徐少权,张兆管,李锡波
受保护的技术使用者：上海易教科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16