ЭЛЕКТРОННЫЙ СТЕНД

МПК G09B 5/02
Электронный стенд
Полезная модель  относится к конструкторам по  робототехнике, электронике, радиотехнике, и   может быть использовано для сборки, электрических цепей, технических устройств и механизмов, устройств автоматизации, робототехнических конструкций,  применяемых для изучения физических явлений и различных устройств.
Известен модульный электронный конструктор, состоящий из набора модулей, в каждом из которых расположены электронный элемент, электронная схема или электронное устройство, электрическое соединение между которыми осуществляется посредством контактов, расположенных на боковых гранях модулей, в каждом из которых расположено устройство индикации состояния находящегося в модуле элемента, электронной схемы или электронного устройства, при этом модули снабжены выступами или впадинами для механического соединения друг с другом (см. заявку на изобретение РФ №94020058, МПК A61F 9/24, 1995).
Известное устройство применяется только для сборки электронных схем или устройств, т.е. обладает ограниченными функциональными возможностями, так как не может быть использовано для исследования других физических явлений. Соединение боковыми гранями не позволяет легко  разнести элементы и располагать элементы  разнообразно в пространстве, в том числе и на элементах механических конструкций. Отсутствие микропроцессора доступного для программирования и изучения делает невозможным использование для изучения программирования микропроцессоров.
Известно учебно-наглядное пособие для изучения оптических явлений, включающее установочный столик (монтажную панель), выполненный в виде листа из магнитопроводящего материала, на котором посредством подставок установлен набор оптических элементов оборудования, причем основание подставок снабжено магнитными полосками, а на лицевой стороне подставок закреплены либо призмы, либо экран, либо лампочки, либо светодиодный излучатель, либо фотодиодный датчик, либо фотоэлемент, снабженные выводными электрогнездами с хвостовиками, либо вертикальный универсальный держатель прямоугольной формы со сквозным круглым отверстием в центре и магнитными полосками на торцевой плоскости для фиксации, либо линза, либо дифракционная решетка, либо зеркало, либо поляроид (см. патент РФ на полезную модель №5466, МПК G09B 3/10 1997).
Известное пособие применяется только для изучения оптических явлений, что ограничивает его функциональные возможности. Отсутствие микропроцессора доступного для программирования и изучения делает невозможным использование для изучения программирования микропроцессоров.
Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является расширение ассортимента электронных обучающих устройств с расширенными функциональными возможностями, с максимально открытым  доступом, в том числе визуального, к  изучаемым элементам, радиоэлементу, микропроцессору, интегральной схеме, и уменьшить риск  повреждения изучаемых элементов,  и других негативных последствий связанных с ошибками пользователя и ошибок его программного кода и сигналов управления.
Технический результат -  расширение функциональных возможностей за счет повышения наглядности механизмов реализации основных функций электронных устройств и с уменьшением риска  повреждения изучаемых элементов и других негативных последствий, связанных с различными ошибками пользователя, в том числе ошибками его программного кода и сигналов управления.
Поставленная задача решается тем, что заявляемый электронный стенд содержит размещенные на платформе и соединенные с ней посредством элементов крепления блок управления с управляющими элементами, блоки управления нагрузками, один из которых снабжен антенной,  модули с радиоэлементами и модули с датчиками физических параметров которые между собой и с управляющими элементами блока управления соединены посредством гибких электрических проводов, электропривод, при этом управляющие элементы блока управления  выполнены в виде двух модулей управления, каждый из которых содержит  элемент управления, разъемы и антенны, при этом один модуль управления подсоединен к электроприводу и одному блоку управления нагрузками посредством гибких электрических проводов и дополнительно содержит дисплей с индикацией состояния в реальном времени и встроенный интерфейс для ручного управления и сервисного обслуживания, подключенные к элементу управления, а другой модуль управления снабжен дополнительным разъемом для  подключения внешнего интерфейса управления и сервисного обслуживания, платформа выполнена в виде механически соединенных друг с другом макетной пластины и плоских  прямоугольных пластин, снабженных отверстиями для размещения электропривода, указанных модулей и блоков.
Блок управления в качестве  управляющих элементов содержит два модуля управления (Б1 и Б2), которые могут быть представлены печатными платами с антеннами.  Модуль управления Б1 дополнительно содержит дисплей с индикацией состояния в реальном времени и встроенный интерфейс для ручного управления и сервисного обслуживания, выполненные, например, в виде кнопок управления.
Модуль  управления Б1 содержит радиоэлектронные компоненты, с помощью которых модуль управления Б1 имеет возможность контролировать  и регулировать количество питающей  энергии, подаваемой в  модуль управления Б2. К каждому из модулей управления Б1 и Б2  подсоединены посредством разъемов  модули с радиоэлементами и модули датчиков физических параметров. Модуль управления Б1 дополнительно подсоединен к электроприводу и блокам управления нагрузками, один из которых соединен посредством гибких электрических проводов с модулем управления Б1, а второй блок управления нагрузками связан с модулем управления Б1 посредством беспроводного канала связи, обеспечиваемого встроенными антеннами.  Модуль управления Б2 посредством дополнительного разъема  подключен к   интерфейсному устройству для управления и сервисного обслуживания, например к  манипулятору в виде джойстика или пульта управления или исполнительного механизма.
Каждый модуль управления Б1 и Б2 содержит элемент управления, представленные микропроцессорами, контроллерами, интегральными микросхемами. Модуль управления Б1 выполняет функцию модуля управления и сравнения, а модуль управления Б2 выполняет функцию тестируемого модуля управления, в который задаются тестируемые программные коды и алгоритмы взаимодействия внутренних частей элемента управления в том числе микропроцессора, электронных компонентов друг с другом для обеспечения процесса обучения в создании робототехнических устройств.
Формула полезной модели представлена без выделения отличительной части для лучшего понимания сущности заявленного устройства.
Заявляемое устройство иллюстрируется следующими чертежами, но не ограничивается ими.
На фиг. 1 схематически показана конструктивная часть заявляемого устройства.
На фиг. 2 показан пример конкретного выполнения блок-схемы заявляемого устройства.
Заявляемое устройство состоит из блока управления который содержит два модуля управления Б1 - 1 и Б2 - 2, модуля с радиоэлементами - 3, электропривода - 4, блока управления нагрузками - 5, блока управления нагрузками - 6, модуля датчиков физических параметров - 7, макетной пластины - 8, прямоугольной пластины - 9, элементов крепления - 10, гибких электрических проводов - 11.
В качестве элементов управления модули управления Б1 и Б2 содержат микропроцессоры, контроллеры, интегральные микросхемы (не показаны),  которые обеспечивают информационную взаимосвязь модулей управления Б1 и Б2 друг с другом с помощью команд и сигналов с возможностью отображения в реальном времени этой взаимосвязи на дисплее с индикацией состояния в реальном времени, размещенном в модуле управления Б1. Модуль управления Б2 содержит элемент управления в виде микропроцессора, который выполнен с возможностью программирования его пользователем. Информационная взаимосвязь  модулей управления Б1 и Б2 реализована  в программном коде в модуле управления  Б2, как  взаимодействие  с модулем управления Б1 и другими блоками и модулями (3,5,6), электроприводом 4 и модулем датчиков физических параметров 7, как с данными в  переменных  и информацией в определенных ячейках памяти. Оба модуля управления Б1 и Б2 имеют разъемы для подсоединения модуля с радиоэлементами 3, модуля датчиков физических параметров 7. Модуль управления Б1 снабжен  встроенным интерфейсом для ручного управления и сервисного обслуживания в виде кнопок управления, может быть выполнен с возможностью подключения внешних интерфейсных устройств в виде манипулятора (не показаны) или других внешних устройств(не показаны) .
Модуль с радиоэлементами 3 содержит радиоэлементы, в том числе оптические, соединенные печатными проводниками с электрическим соединителем для многократного присоединения гибких проводов к модулю. Радиоэлементы модуля конструктивно установлены на пластинку с отверстием для крепления на макетной пластине, и на этой же пластинке.
Электропривод 4 может быть представлен мотором в корпусе прямоугольной формы с  разборными соединителями для подключения к другим элементам конструктора. Корпус электропривода 4 снабжен отверстиями для крепления посредством элементов крепления на макетной пластине или прямоугольной пластине.
Блок управления нагрузками 5  представлен печатной платой, с разборными соединителями для его подключения и отверстиями для его размещения посредством крепежных элементов на макетной пластине или прямоугольной пластине, соединен посредством гибких электрических проводов к модулю управления Б1.
Блок управления нагрузками 6 представлен печатной платой с антеннами для приема и передачи команд управления от модуля управления Б1 и  разборными соединителями для его подключения и отверстиями для его размещения посредством крепежных элементов на макетной пластине или прямоугольной пластине.
Датчики физических параметров 7 конструктивно закреплены на пластинке  с разборными соединителями и разъемами для их подключения, указанная пластинка снабжена отверстиями для крепления посредством элементов крепления на макетной пластине или прямоугольной пластине. В качестве датчиков физических параметров могут быть использованы любые датчики, требующие изучения механизма их работы, например, датчики освещенности, влажности, положения в пространстве, ускорения, напряжения тока магнитного поля   и другие аналогичные датчики.
Макетная пластина 8 представляет собой макетную пластину для сборки электрических цепей, которая конструктивно выполнена в виде пластины с отверстиями и стойками для крепления на ней посредством элементов крепления модулей и блоков.
Прямоугольная пластина 9 выполнена в виде пластины с отверстиями для крепления посредством элементов крепления электропривода, модуля с радиоэлементами и модуля с датчиками физических параметров.
Элементы крепления 10 конструктивно выполнены в виде уголков с отверстиями с винтами, болтами, гайками, шайбами.
Гибкие электрические провода 11 конструктивно выполнены в виде изолированных и проводников из металла с неизолированными участками на концах для подключения.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Модуль управления Б1  контролирует сигналы и команды управления,  в том числе в цифровом формате, получаемые от модуля управления Б2   к модулю управления Б1  в том числе его внутренним элементам  и устройствам,  подключенным к модулю управления Б1, интерфейсные устройства, манипуляторы, в том числе (электропривод 4, блок управления нагрузками 5, блок управления нагрузками 6, датчики физических параметров 7),  и при необходимости визуализирует их на дисплее с индикацией состояния в реальном времени, и отображает на нем возможные ошибки. Это позволяет пользователю в реальном времени видеть различия между тем что он планировал в процессе программирования модуля управления Б2 и тем как фактически работает его программный код в модуле управления Б2. В случае ошибочной команды и сигнала управления от модуля управления Б2 и сигнала от модуля датчиков физических параметров 7, модуль  управления Б1 или прерывает передачу  ошибочной команды или сигнала или исправляет ее в зависимости от действий оператора и от выбранного интерфейса для ручного управления. Указанные действия модуля управления Б1 осуществляются по программе действий, заложенных в него заранее, например записанных на микропроцессор. Модуль  управления Б1 производит двухстороннее исправление ошибок команд управления  от модуля управления Б2, и сигналов от модуля датчиков физических параметров 7. Дополнительно модуль управления Б1 контролирует и регулирует количество энергии, потребляемой модулем управления Б2 и, соответственно, количество энергии, которую модуль управления Б2 может предать устройствам и блокам подключенных  непосредственно к модулю управления Б2 (модуль с радиоэлементами 3, модуль датчиков физических параметров 7). Модуль управления Б2 содержит свои дополнительные защиты в виде радиокомпонентов для ограничения количества энергии, потребляемой модулями с радиоэлементами 3, модулями датчиков физических параметров 7, непосредственно подключенных  к модулю управления Б2. В качестве внешних устройств используют, различные исполнительные механизмы в виде сервоприводов, шаговых двигателей, частотных преобразователей, клапанов, реле, контакторов, программаторов, дисплеев.
Заявляемое устройство за счет наличия  дисплея с индикацией состояния в реальном времени позволяет обеспечить максимально открытый доступ, в том числе визуальный, к  изучаемому микропроцессору или контроллеру или другому элементу управления или радиоэлементу,  в том числе при сборке электрических схем,  программировании микропроцессора или  другого управляющего элемента, и уменьшает риск его повреждения  и других рисков негативных последствий, связанных с ошибками программного кода и сигналов управления.  Соответственно заявляемый стенд позволяет обнаружить при обучении ошибки программного кода, неправильно  подключенные  блоки, модули, радиоэлементы и датчики, что позволило дополнительно   облегчить изучение различных микропроцессоров и переход между разными архитектурами микропроцессоров.  Заявляемое устройство позволяет не только  визуализировать сигналы и команды управления с помощью дисплея с индикацией состояния в реальном времени, а также изучать их ошибки в реальном времени, исправлять  ошибки команд управления  и сигналов от датчиков. Это позволяет обучающимся  выработать требуемые навыки, а также повысить квалификацию путем снижения ошибок в практической деятельности.
Таким образом, заявляемая полезная модель  позволяет одновременно изучать электрические схемы, и программирование микропроцессора или другого программируемого элемента с обеспечением максимально открытого доступа к реализуемым процессам, в том числе визуального.