一种用于教学的树莓派扩展板制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于教学的树莓派扩展板，包括扩展板和树莓派，扩展板和树莓派电连接；所述扩展板包括电源电路、PWM电路、加密电路、3.3V稳压电路、电机驱动电路、蜂鸣器电路、红外遥控电路、IIC通信接口、SPI通信接口、传感器接口、电机接口、PWM接口以及电池接口。本实用新型专利技术通过保险丝和肖基二极管对树莓派采取多重保护措施，延长了产品的使用寿命并提高了安全性。利用PCA9685芯片产生16路PWM信号，解决了PWM输出接口不足的问题，同时节省了对树莓派引脚的占用率，增加了可扩展硬件外设的数量。在扩展板上加入了两片DRV883PWP电机驱动芯片，可直接驱动电机，使接线数减少，使用户容易上手学习。

【技术实现步骤摘要】
一种用于教学的树莓派扩展板
本技术涉及教育机器人配套设备
，具体涉及一种用于教学的树莓派扩展板。
技术介绍
树莓派(RaspberryPi)4B是一款基于ARM的微型电脑，其系统基于Linux，以SD/MicroSD卡作为内存硬盘。卡片主板周围有四个USB接口和两个HDMI接口，可连接鼠标、键盘、摄像头、麦克风以及屏幕等，可实现编程、浏览网页和物联网等功能。其编程语言为python，具有丰富的集成库，方便使用者的学习与开发。目前市面上将树莓派应用于编程教育的产品具有以下问题：1、外接设备时接线步骤繁琐。外部设备主要通过杜邦线与树莓派上的40脚排针进行电气连接，由于树莓派上没有对应的引脚标号，用户往往需要多次查询树莓派开发手册。而且使用杜邦线连接容易出现接触不良、松动等问题。2、树莓派引脚无法直接驱动电机等大电流外设，需要另外接电机驱动模块，不便于初学者上手。3、扩展板接口不统一、接口数量少，对树莓派的引脚资源利用不够充分，远远不能满足用户的使用需求。4、扩展板只提供了硬件扩展，没有与教学的软件端交互，无法对用户的实际使用情况进行追踪与反馈，不利于产品的更新换代。
技术实现思路
有鉴于此，为了解决现有技术中的上述问题，本技术提出一种用于教学的树莓派扩展板，使用户可以通过编程直接控制电机、传感器等常见外设，体验人机交互的编程乐趣，寓学于乐。本技术通过以下技术手段解决上述问题：一种用于教学的树莓派扩展板，包括扩展板和树莓派，扩展板和树莓派电连接；所述扩展板包括电源电路、PWM电路、加密电路、3.3V稳压电路、电机驱动电路、蜂鸣器电路、红外遥控电路、IIC通信接口、SPI通信接口、传感器接口、电机接口、PWM接口以及电池接口；所述电源电路分别与树莓派、电池接口电连接，通过外接电池或适配器对树莓派扩展板进行供电；所述PWM电路分别与树莓派、电机驱动电路、PWM接口电连接，产生PWM信号，对扩展板上的电机驱动电路、PWM接口进行控制；所述电机驱动电路分别与树莓派、电机接口电连接，使用两块芯片，每块芯片产生两路驱动，共四路驱动电流输出到所述电机接口；所述加密电路与树莓派电连接，将生成的序列码实时发送至树莓派，当识别到正确的序列码后，用户才能进入到树莓派扩展板界面；所述3.3V稳压电路分别与树莓派、蜂鸣器电路电连接，将5V供电稳压为3.3V，为所述蜂鸣器电路进行供电；所述IIC通信接口与树莓派电连接，为树莓派扩展板提供IIC通信接口；所述SPI通信接口与树莓派电连接，为树莓派扩展板提供SPI通信接口；所述红外遥控电路与树莓派电连接，用户通过红外遥控对扩展板进行远距离控制；所述传感器接口与树莓派电连接，为树莓派扩展板提供传感器接口。进一步地，所述电源电路使用电池供电时，利用TPS54540DDAR将电池的12V电压稳压成5V电压。进一步地，所述电源电路采用了两片自动复位保险丝，分别为4A和2A，根据电流限制分别保护扩展板与树莓派。进一步地，所述PWM电路采用芯片PCA9685产生PWM信号。进一步地，所述扩展板集成了4路电机接口以及8路PWM接口。进一步地，所述电机驱动电路使用芯片为两块DRV8833。进一步地，所述加密电路使用的芯片为STM32F042F6P6。进一步地，所述3.3V稳压电路采用的稳压芯片为AMS1117。进一步地，所述传感器接口和PWM接口为ZH1.5端子。进一步地，所述电机接口和电池接口为XH2.54端子。与现有技术相比，本技术的有益效果至少包括：1、本技术提供了一种树莓派的电池供电方案，该方案为：通过所述电池接口为扩展板供电，并通过所述电源电路为树莓派供电，解决了树莓派工作时被充电线限制移动范围的问题。2、通过保险丝和肖基二极管对树莓派采取多重保护措施，延长了产品的使用寿命并提高了安全性。3、利用PCA9685芯片产生16路PWM信号，解决了现有技术PWM输出接口不足的问题，同时节省了对树莓派引脚的占用率，增加了可扩展硬件外设的数量。4、本技术在扩展板上加入了两片DRV883PWP电机驱动芯片，可直接驱动电机。一片芯片有两路电流输出(每路峰值为2A)，最多可以同时驱动四路电机。免除了用户外接电机驱动模块的繁琐操作，使接线数减少，使用户容易上手学习。5、本技术的扩展板上含有一块STM32F042F6P6芯片，用于识别与追踪本扩展板，防止盗版用户使用软件系统，并通过服务器后台收集数据进行分析，获取产品使用频率、使用寿命等基本情况，为客户提供教学装备的个性化定制。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中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技术的一些实施例，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是本技术用于教学的树莓派扩展板的电路原理图；图2是本技术树莓派40脚GPIO接口与扩展板的连接方式示意图；图3是本技术电源电路示意图；图4是本技术PWM电路示意图；图5是本技术PWM接口示意图；图6是本技术电机驱动电路示意图；图7是本技术电机接口示意图；图8是本技术加密电路示意图；图9是本技术3.3V稳压电路示意图；图10是本技术蜂鸣器电路示意图；图11是本技术IIC通信接口示意图；图12是本技术SPI通信接口示意图；图13是本技术红外遥控电路示意图；图14是本技术传感器接口示意图。具体实施方式为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本技术的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。如图1所示，本技术提供一种用于教学的树莓派扩展板，包括扩展板和树莓派，扩展板和树莓派电连接(如图2所示)。所述扩展板包括电源电路、PWM电路、加密电路、3.3V稳压电路、电机驱动电路、蜂鸣器电路、红外遥控电路、IIC通信接口、SPI通信接口、传感器接口、电机接口、PWM接口以及电池接口。如图3所示，所述电源电路分别与树莓派、电池接口电连接，可通过外接电池或树莓派的适配器进行供电，使用电池供电时，利用TPS54540DDAR将电池的12V电压稳压成5V电压。市面上同类型的树莓派扩展板，大多通过树莓派的GPIO接口对树莓派进行供电，由于GPIO接口缺少电源保护，当向树莓派输入过大的电流或电压，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于教学的树莓派扩展板，其特征在于，包括扩展板和树莓派，扩展板和树莓派电连接；/n所述扩展板包括电源电路、PWM电路、加密电路、3.3V稳压电路、电机驱动电路、蜂鸣器电路、红外遥控电路、IIC通信接口、SPI通信接口、传感器接口、电机接口、PWM接口以及电池接口；/n所述电源电路分别与树莓派、电池接口电连接，通过外接电池或适配器对树莓派扩展板进行供电；/n所述PWM电路分别与树莓派、电机驱动电路、PWM接口电连接，产生PWM信号，对扩展板上的电机驱动电路、PWM接口进行控制；/n所述电机驱动电路分别与树莓派、电机接口电连接，使用两块芯片，每块芯片产生两路驱动，共四路驱动电流输出到所述电机接口；/n所述加密电路与树莓派电连接，将生成的序列码实时发送至树莓派，当识别到正确的序列码后，用户才能进入到树莓派扩展板界面；/n所述3.3V稳压电路分别与树莓派、蜂鸣器电路电连接，将5V供电稳压为3.3V，为所述蜂鸣器电路进行供电；/n所述IIC通信接口与树莓派电连接，为树莓派扩展板提供IIC通信接口；/n所述SPI通信接口与树莓派电连接，为树莓派扩展板提供SPI通信接口；/n所述红外遥控电路与树莓派电连接，用户通过红外遥控对扩展板进行远距离控制；/n所述传感器接口与树莓派电连接，为树莓派扩展板提供传感器接口。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于教学的树莓派扩展板，其特征在于，包括扩展板和树莓派，扩展板和树莓派电连接；
所述扩展板包括电源电路、PWM电路、加密电路、3.3V稳压电路、电机驱动电路、蜂鸣器电路、红外遥控电路、IIC通信接口、SPI通信接口、传感器接口、电机接口、PWM接口以及电池接口；
所述电源电路分别与树莓派、电池接口电连接，通过外接电池或适配器对树莓派扩展板进行供电；
所述PWM电路分别与树莓派、电机驱动电路、PWM接口电连接，产生PWM信号，对扩展板上的电机驱动电路、PWM接口进行控制；
所述电机驱动电路分别与树莓派、电机接口电连接，使用两块芯片，每块芯片产生两路驱动，共四路驱动电流输出到所述电机接口；
所述加密电路与树莓派电连接，将生成的序列码实时发送至树莓派，当识别到正确的序列码后，用户才能进入到树莓派扩展板界面；
所述3.3V稳压电路分别与树莓派、蜂鸣器电路电连接，将5V供电稳压为3.3V，为所述蜂鸣器电路进行供电；
所述IIC通信接口与树莓派电连接，为树莓派扩展板提供IIC通信接口；
所述SPI通信接口与树莓派电连接，为树莓派扩展板提供SPI通信接口；
所述红外遥控电路与树莓派电连接，用户通过红外遥控对扩展板进行远距离控制；
所述传感器接口与树莓派电连接，为树莓派扩展板提供传感器接口。


2.根据权利要求1所述的用于教学的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨锡宏，张准，温海，廖晓燕，邝健洲，黄焯鹏，黄邦超，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：新型
国别省市：广东;44