УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМИТАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ Российский патент 1995 года по МПК G09B9/00 

Изобретение относится к техническим средствам обучения, в частности к устройствам, предназначенным для выполнения лабораторных занятий по предметам электрорадиотехнического профиля.

Известно устройство, содержащее блок-реле, табло-указатель места ошибок, штепсельный коммутатор, набор карт-заданий со схемами. Карта-задание с нанесенной на ее поверхности учебной схемой накладывается на штепсельный коммутатор. В прорези карты вставляются штыри, которые становятся контактами тех элементов схемы, которые предварительно набраны на лицевой панели устройства. После этого производят монтаж схемы. Видоизменить схему или их количество в данном устройстве невозможно, так как коммутатор жестко соединен на определенное количество схем (а.с. СССР N 316115, кл. G 09 B 9/00, 1971).

Недостаток этого устройства - низкая эффективность обучения с ограниченными возможностями.

Известен тренажер, содержащий генератор, распределитель импульсов, блок ввода ответных действий оператора, информационное табло и блок-задание. Тренажер представляет собой устройство, состоящее из двух коммутаторов, один из которых является заданием, а на втором выполняют задание. При выполнении задания необходимо проводом прошить соответствующее кольцо и осуществить припайку данного проводника. При этом будут загораться соответствующие светодиоды. Устройство предназначено для монтажа схем с применением паяльника, что не позволяет его использовать для выполнения лабораторных работ. При монтаже схем на данном тренажере тратится очень много времени, что резко снижает его дидактические возможности (а.с. СССР N 1015415, кл. G 09 B 9/00, 1983.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для имитации электрических схем, содержащее электрические соединительные проводники и съемные элементы, планшеты с расположенными в полюсах равномерной прямоугольной координатной сетки электрическими гнездами, из которых размещенные в двух крайних смежных рядах по сторонам прямоугольника соединены последовательно, соединенный с электрическими гнездами планшетов блок формирования управляющих сигналов, включающий узел генерации импульсов, узел сравнения и узел индикации.

Недостаток этого устройства - низкая эффективность обучения.

Цель изобретения - повышение дидактических возможностей устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве содержащем электрические соединительные проводники и съемные элементы, планшеты с расположенными в полюсах равномерной прямоугольной координатной сетки электрическими гнездами, из которых размещенные в двух крайних смежных рядах по сторонам прямоугольника соединены последовательно, соединенный с электрическими гнездами планшетов блок формирования управляющих сигналов, включающий узел генерации импульсов узел сравнения и узел индикации, блок формирования управляющих сигналов снабжен счетчиком, узел генерации импульсов имеет генератор одиночного импульса и генератор логического нуля. Узел индикации имеет табло правильной сборки, индикации первого шага сборки схемы, количества ошибок и неправильной сборки. Расположенные во внутреннем поле прямоугольной равномерной координатной сетки электрические гнезда сгруппированы по четыре и короткозамкнуты в виде прямоугольника. Выход генератора одиночного импульса соединен с первым входом счетчика и электрическими гнездами планшетов, другие электрические гнезда которых подключены ко второму входу счетчика и первому входу табло индикации первого шага сборки схемы. Выход генератора логического нуля соединен со вторым входом табло индикации первого шага сборки схемы, первым входом табло количества ошибок и третьим входом счетчика, который выходами через узел сравнения подключен ко второму входу табло количества ошибок и входом табло правильной и неправильной сборки схемы. Сгруппированные короткозамкнутые гнезда соединены посредством электрических соединительных проводников. Электрические съемные элементы выполнены в виде реальных электрических элементов, а один из планшетов имеет мнемоэлементы.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство имеет новые блоки: блок формирования управляющих сигналов, снабженный счетчиком, узел генерации импульсов с генератором одиночного импульса, генератор логического нуля. Узел индикации имеет табло правильной сборки, индикации первого шага сборки схемы количества ошибок и неправильной сборки. Новые связи характеризуются тем, что расположенные во внутреннем поле прямоугольной равномерной координатной сетки электрические гнезда сгруппированы по четыре и короткозамкнуты в виде прямоугольника. Выход генератора одиночного импульса соединен с первым входом счетчика и электрическими гнездами планшетов, другие электрические гнезда которых подключены ко второму входу счетчика и первому входу табло индикации первого шага сборки схемы. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг.1 изображена лицевая панель, которая состоит из основания 1, на котором расположены планшет 2 с установленными в нем гнездами 3, в которые вставляются съемные элементы 4, мнемопланшет 5, где можно моделировать сборку схем, информационные табло 6-9 программные и блок управления 10.

На фиг.2 изображен планшет 2; на фиг.3 - съемный двухполюсный (резистор постоянный, полупроводниковый диод, конденсатор и т.д.) элемент; на фиг.4 - трехполюсный (полупроводниковый триод, переменный резистор, катушка с отводами и др.) съемный элемент; на фиг.5 - мнемоэлемент; на фиг.6 - сборка электрической схемы поэлементно; на фиг. 7 - сборка параллельных ветвей поэлементно; на фиг.8 - блок формирования управляющих сигналов, включающий табло индикации правильной сборки 6, табло количества шагов 7, табло количества ошибок и неправильной сборки 8, 9.

Устройство работает следующим образом.

На планшете 2 расположены гнезда 3, закрытые диэлектрическим основанием, предназначенные для коммутации и подключения различных элементов физической схемы. Все гнезда пронумерованы и соединены между собой группами. Данный способ соединения гнезд позволяет использовать одни и те же гнезда для сборки различных схем. Параллельные ряды гнезд (1...10; 11...20; 121... 130; 131. ..140; 21, 31 и т.д.; 22, 32 и т.д.) в различных частях планшета можно использовать для подачи на них питания, соединения с блоком управления и сборки схемы имеющей параллельные ветви. Средняя группа гнезд (23, 24, 33, 34 и т.д.) предназначена для различных соединений в схеме и ответвлений.

Сборка схемы на среднем планшете 2 осуществляется с применением съемных элементов 4, которые состоят из диэлектрического основания, в котором просверлены отверстия и вставлены токопроводящие вилки. К вилкам припаян физический реальный элемент (резистор, конденсатор, диод и т.д.). Сверху элемент закрывается крышкой из прозрачного диэлектрического материала.

При сборке электрической схемы съемные элементы 4 вставляются вилками в гнезда физического планшета 2. Соединение между элементами осуществляется перемычкой или проводами с вилками. Сборка схемы может осуществляться следующими способами: 1-й способ - метод проб и ошибок, когда учащийся собирает электрическую схему, вставляя элементы в гнезда планшета и соединяя эти элементы между собой, а затем преподаватель проверяет сборку схемы. Если схема собрана правильно учащийся проводит с ней исследования, если неправильно то учащемуся предлагается снова проверить схему; 2-й способ - сборка схемы по алгоритму. Такой способ сборки схем стал возможным, так как применен планшет, на котором гнезда расположены по углам координатной сетки и пронумерованы, что позволяет электрическую схему разбить на определенное количество шагов. Применяя составленный при этом алгоритм, можно собирать электрическую схему с использованием мнемопланшета и блока формирования управляющих сигналов.

Например: сборка электрической схемы (фиг.6) по алгоритму. Вся схема разбивается на определенные шаги. Каждый шаг это участок схемы. Элементы схемы (резисторы, конденсаторы, диоды и др.) - это те шаги, которые вставляются в гнезда. Гнезда между собой соединяются перемычками. Эти перемычки также являются участками схемы, т.е. определенным шагом. Алгоритмическая инструкция имеет вид: 1 шаг - гнездо 23 соединить с плюсом источника питания; 2 шаг - в гнезда 33 и 43 вставить съемный элемент (резистор R1); 3 шаг - в гнезда 53 и 63 вставить съемный элемент (резистор R2); 4 шаг - гнездо 73 соединить с минусом источника питания. Для подключения измерительных приборов алгоритмическая инструкция имеет вид: вольтметр PV1 вставить в гнезда 34 и 44; вольтметр PV2 вставить в гнезда 54 и 64. Для измерения тока необходимо вытащить перемычку из гнезда 73 и вставить ее в гнездо 76, а в гнезда 74 и 75 вставить амперметр.

Для сборки параллельных ветвей (фиг.7) можно использовать другие группы гнезд. Таким образом, осуществляются унификация и ускорение процесса сборки.

В устройстве (фиг.8) предусмотрен блок формирования управляющих сигналов, включающий узел генерации импульсов (13, 15), узел сравнения 14 и узел индикации - с цифровыми табло (6, 7, 8, 9). Табло 6 индицирует состояние сборки "Правильно" с зеленым подсветом, табло 7 индицирует количество шагов собираемой схемы, табло 8 индицирует количество допускаемых ошибок в процессе сборки схемы в виде цифр. Табло 9 загорается в том случае, если один из шагов схемы собран неправильно. Это табло красного цвета и за ним надпись "Неправильно".

При включении устройства имитации электрических схем блок формирования управляющих сигналов (фиг. 8) подготавливается к работе, что достигается установкой в 0 всех узлов схемы. С генератора 15 подается одиночный импульс, который устанавливает в исходное состояние всю схему блока формирования управляющих сигналов, а именно: двухразрядный счетчик 12, табло индикации количества шагов 7, табло индикации количества ошибок 8. При установке индикационных табло в "нулевое состояние", табло 6 "Правильно" светится, а табло 9 "Неправильно" не светится.

Сборка электрической схемы осуществляется по шагам (фиг.6). После сборки первого шага схемы с генератора 13 через первый участок мнемосхемы подается одиночный импульс. Если участок собран правильно, импульс проходит через мнемосхему 14 на индикационное табло 7, где в виде цифр индицируется первый шаг сборки схемы. Одновременно импульс с генератора 13 подается на двухразрядный счетчик 12, который меняет свое состояние. Импульс прошедший через мнемосхему 14 возвращает счетчик 12 в исходное состояние. Состояние счетчика расшифровывается схемой сравнения 11, которая включает табло 6 "Правильно". Если один из шагов мнемосхемы собран неправильно, импульс с генератора 13 не проходит через мнемосхему 14. Сигнал с генератора подается прямо на счетчик 12, который меняет свое состояние. Это расшифровывается схемой сравнения 11, с которой сигнал поступает на информационные табло 8 и 9. Табло 8 фиксирует допущенную ошибку, которая индицируется в виде цифры 1. Осуществляется также подсветка табло 9, на котором высвечивается надпись "Неправильно". Визуальная информация позволяет сразу же исправить допущенную ошибку. Ошибка шага исправляется и проверка сборки схемы продолжается. Этот блок позволяет не только контролировать правильность сборки схемы, но и быть репетитором.

Предложенное устройство имитации электрических схем позволяет упростить и ускорить процесс сборки электрических схем лабораторной работы. Время сборки, проверки и подготовки лабораторной работы сокращается в 10-15 раз. Варьирование элементами в самой работе позволяет индивидуализировать задания в бригадах одной группы учащихся. Работа по алгоритмическим инструкциям с применением программного блока и информационных табло позволяет исключить метод проб и ошибок широко распространенный в существующем лабораторном оборудовании. Наличие специального мнемопланшета и блока формирования управляющих сигналов позволяет использовать лабораторное оборудование так же, как репетиторы и экзаменаторы.

Унификация съемных элементов позволяет их применять в других лабораторных работах, а также при постановке лабораторных работ по другим предметам (электротехника, промышленная электроника, радиоэлектроника, телевидение, импульсная техника и др.) электротехнического профиля. Унификация конструкции позволяет это оборудование использовать по предмету физики, а также как демонстрационный стенд по предметам энергетического профиля.

Сущность изобретения: устройство содержит планшет, гнезда, съемные элементы, мнемопланшет, четыре информационных табло, блок управления, мнемосхему, счетчик, генератор одиночного импульса, узел сравнения, генератор логического нуля. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМИТАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ, содержащее электрические соединительные проводники и съемные элементы, планшеты с расположенными в полюсах равномерной прямоугольной координатной сетки электрическими гнездами, из которых размещенные в двух крайних смежных рядах по сторонам прямоугольника соединены последовательно, соединенный с электрическими гнездами планшетов блок формирования управляющих сигналов, включающий узел генерации импульсов, узел сравнения и узел индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения дидактических возможностей, блок формирования управляющих сигналов снабжен счетчиком, узел генерации импульсов имеет генератор одиночного импульса и генератор логического нуля, а узел индикации имеет табло правильной сборки, индикации первого шага сборки схемы, количества ошибок и неправильной сборки, а расположенные во внутреннем поле прямоугольной равномерной координатной сетки электрические гнезда сгруппированы по четыре и короткозамкнуты в виде прямоугольника, при этом выход генератора одиночного импульса соединен с первым входом счетчика и электрическими гнездами планшетов, другие электрические гнезда которых подключены к второму входу счетчика и первому входу табло индикации первого шага сборки схемы, выход генератора логического нуля соединен с вторым входом табло индикации первого шага сборки схемы, первым входом табло количества ошибок и третьим входом счетчика, который выходами через узел сравнения подключен к второму входу табло количества ошибок, и входом табло правильной сборки схемы, причем сгруппированные короткозамкнутые гнезда соединены посредством электрических соединительных проводников. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электрические съемные элементы выполнены в виде реальных электрических элементов, а один из планшетов имеет мнемоэлементы.