一种课程可扩展的综合教学实验平台制造技术

本实用新型专利技术涉及一种课程可扩展的综合教学实验平台，本实用新型专利技术包括控制计算机和教学实验平台主机，教学实验平台主机包括电源模块、多功能模块、虚拟仪器和主控模块，主控模块分别与电源模块、多功能模块和虚拟仪器连接，控制计算机与主控模块连接。本实用新型专利技术可显著提高教学实验平台的通用性和扩展性。

【技术实现步骤摘要】
一种课程可扩展的综合教学实验平台
本技术涉及教学领域，尤其是一种课程可扩展的综合教学实验平台。
技术介绍
在高等教育过程中，特别是工科和理科的教学过程中，为了让学生能够更好地理解书本上的理论知识，一般会开设相应的实验课程。一种方式是，由老师通过教学设备进行相关知识的演示；另一种方式是，由学生直接操作教学设备、进行动手实验，通过动手实验的过程，进一步加深对理论知识的理解。目前，市面的教学实验设备以各种专用小型实验箱或大型实验台为主，虽然为大多数课程提供了动手实验的手段和方法，但是，存在的问题也比较多，总结如下：1)通用化程度差、导致教学难度增大、学习精力分散。针对同一课程，不同厂商的技术体系和实现方式差异较大，针对不同课程，同一厂商都存在技术体系和实现方式完全不同的情况。这样就导致，老师和学生会花费较多不必要的精力去熟悉教学设备本身，而不能全身心投入到实验课程当中；2)扩展性差、导致采购成本增加、管理难度增加。很多实验设备的核心部件的基本原理及功能一致，但是由于不能提取共用，当需要增加实验内容时，无法在原有设备上进行扩展实现、不得不重新采购全新设备，导致大量重复性采购，一方面造成采购维护费用的不必要增加，另一方面实验室不断增加的大量的专用设备，为实验室的管理带来困难；3)实现方式陈旧、与技术发展脱节。很多实验设备采用的技术过于陈旧、低端，不能很好地和当前工业信息技术发展潮流结合。一方面，“古董式”的教学设备导致学生失去学习、研究的兴趣，限制了实验教学作用的发挥；另一方面，使得学生不能在学习书本知识时，同步接触最近的工业信息技术。
技术实现思路
本技术为解决
技术介绍
中存在的技术问题，而提供一种课程可扩展的综合教学实验平台,显著提高教学实验平台的通用性和扩展性。本技术的技术解决方案如下：本技术为一种课程可扩展的综合教学实验平台，其特殊之处在于：所述综合教学实验平台包括控制计算机和教学实验平台主机，教学实验平台主机包括电源模块、多功能模块、虚拟仪器和主控模块，主控模块分别与电源模块、多功能模块和虚拟仪器连接，控制计算机与主控模块连接。优选的，教学实验平台主机还包括扩展接口，扩展接口分别与电源模块、多功能模块和虚拟仪器连接。优选的，教学实验平台主机还包括实验面包板，实验面包板插拔在扩展接口上。优选的，扩展接口采用PCI高密接口，PCI金手指直接加工至各种扩展的课程功能板实验面包板之上，PCI插槽安装于教学实验平台主机上。优选的，虚拟仪器包括万用表、双通道示波器、双通道信号源、单通道万用表、16通道逻辑分析仪、16通道码型发生器、16通道多功能数字IO、单通道阻抗分析仪和双路程控电源。优选的，主控模块采用TUSB4041进行实现。优选的，多功能模采用32位单片机处理器STM32F446为核心，配套模拟量采集电路、模拟量输出电路、数字量输入输出电路以及定时计数器电路进行整体功能实现。优选的，教学实验平台主机还包括壳体，壳体实现教学实验平台主机各模块的安装与防护。优选的，控制计算机内加载有课程软件管理环境。教学实验平台主机是本技术的核心，为了使用教学实验平台具备一定的通用性和扩展性，通过对大专院校电子、信息、机械、通信、仪器、电力等专业几十门课程的研究分析，将实验设备的硬件资源划分为通用资源、扩展接口和专用资源，通用资源是绝不大部分实验均需要使用的资源、并做标准化处理，扩展接口是实现通用资源与专用资源连接的接口，专用资源是只一门具体的实验课程需要的资源。通用资源作为构成教学实验平台主机的核心资源，由电源模块、多功能模块、虚拟仪器、主控模块构成；扩展接口作为可扩展性实现的关键，这里创造性的采用PCI高密接口实现，PCI金手指直接加工至各种扩展的实验面包板之上，PCI插槽安装于教学实验平台主机壳体之上并露出，便于课程功能板的插拔互换，可以应用于中学和大学的电子、信息、机械、通信、仪器、电力等机电相关类课程的实验教学。专用资源为实现实验原理的各种电路和机械装置，作为主机的扩展配置。本技术将大部分实验所需要的资源进行提取、标准化，形成通用性很强的平台，通过高密的扩展接口与专用的实验资源连接，在上位机软件的配合下开展各种实验。其具有以下优点：1)通用性、扩展性强，解决了当前专用教学设备带来的一系列问题，如学习难度问题、采购问题、管理问题等前述问题；2)基于软件即仪器的思想构建整体方案，进行合理的软件、硬件功能切分，符合当前工业技术发展潮流，利于学生在实验的过程中，接触理解最新的工业信息技术。附图说明图1为本技术的结构框图；图2为本技术的结构布局图；图3是本技术的虚拟仪器的高精度测量功能电路原理框图；图4是本技术的虚拟仪器的高速测量功能电路原理框图；图5是本技术的虚拟仪器的电源电路原理框图。附图标记如下：1、电源模块；2、多功能模块；3、虚拟仪器；4、主控模块；5、扩展接口；6、壳体；7、实验面包板；8、控制计算机；9、课程软件管理环境。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术进行详细说明。参见图1、本技术的具体实施例结构包括控制计算机8、教学实验平台主机以及课程软件管理环境9三部分构成。控制计算机8用于安装课程软件管理环境9以及各种课程软件，并按照实验流程、通过USB接口实现对教学实验平台主机的控制。课程软件管理环境具有两种功能，一是实验平台主机的硬件资源识别与管理，二是用于加载具体的实验课程软件，通过实验课程软件控制教学实验平台主机进行各种实验。控制计算机采用普通的基于windows操作系统的商业计算机即可，在实验室应用时，可以采用台式计算机，在课堂或移动场所应用时，采用笔记本电脑或平板电脑即可。采用普通商业计算机的优势是可以进一步降低成本，提高学校常用设备的利用率。教学实验平台主机是本技术(技术)的硬件核心，教学实验平台主机由电源模块1、多功能模块2、虚拟仪器3、主控模块4、扩展接口5、壳体6以及实验面包板7等部分构成。主控模块4分别与电源模块1、多功能模块2、和虚拟仪器3连接，扩展接口5分别与电源模块1、多功能模块2和虚拟仪器3连接。壳体6实现教学实验平台主机各模块的安装与防护。实验面包板7插拔在扩展接口5上，将实验面包板7换成其他课程的硬件电路板，该主机即转换成相应的实验设备。如将实验面包板7替换成模拟电路实验板，即可开展模拟电路实验，如替换成数字电路实验板，即可开展数字电路实验。电源模块1一方面为主机内部各种电路工作提供+5V固定电源，一方面通过扩展接口5为插接的实验面包板7提供+5V、+12V、-12V三种固定电源和0-+15V、-15V-0V两种程控电源。多功能模块2是教学实验平台主机的核心硬件，通过对各种实验课程所需共性资源进行提炼、归纳，形成该模块。多功能模块2可以实现16路模拟量的采集、4路模拟量输出、24路方向可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种课程可扩展的综合教学实验平台，其特征在于：所述综合教学实验平台包括控制计算机和教学实验平台主机，所述教学实验平台主机包括电源模块、多功能模块、虚拟仪器和主控模块，所述主控模块分别与电源模块、多功能模块和虚拟仪器连接，所述控制计算机与主控模块连接，所述多功能模采用用32位单片机处理器为核心，配套模拟量采集电路、模拟量输出电路、数字量输入输出电路以及定时计数器电路进行整体功能实现。/n

【技术特征摘要】
1.一种课程可扩展的综合教学实验平台，其特征在于：所述综合教学实验平台包括控制计算机和教学实验平台主机，所述教学实验平台主机包括电源模块、多功能模块、虚拟仪器和主控模块，所述主控模块分别与电源模块、多功能模块和虚拟仪器连接，所述控制计算机与主控模块连接，所述多功能模采用用32位单片机处理器为核心，配套模拟量采集电路、模拟量输出电路、数字量输入输出电路以及定时计数器电路进行整体功能实现。


2.根据权利要求1所述的课程可扩展的综合教学实验平台，其特征在于：所述教学实验平台主机还包括扩展接口，所述扩展接口分别与电源模块、多功能模块和虚拟仪器连接。


3.根据权利要求2所述的课程可扩展的综合教学实验平台，其特征在于：所述教学实验平台主机还包括实验面包板，所述实验面包板插拔在扩展接口上。


4.根据权利要求3所述的课程可扩展的综合教学实验平台，其特征在于：所述扩展接口采用PCI高密接口，PCI金手指直接加工至各种扩展的课程功...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓明，闫超，宁成军，高宝平，
申请(专利权)人：西安与或电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西;61