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您的位置网站首页>>电子电路实验>>“一站式”新型电子实验装备—探索e宝
责任编辑:刘昆山

  前言
  科技创新实验是科学和社会发展的基础。科技创新人才、科技创新成果无一不是从科技创新实验中产生的。
  电子技术是一种发展速度最快、应用性最广、对其他科学的进步,人类生活的改善以及社会的科学发展的促进作用最大的一种科学技术。电子科技人才的数量和质量是决定一个国家的科技创新水平、经济发展水平以及军事装备技术水平的重要因素。
然而,全球的电子科技人才却越来越缺乏,其表现如下:
  在人才聚集的北美洲,用每小时60美金的薪酬也很难聘到一个称职的高级电工,各发达国家和发展中国家也都在以高薪和高待遇在全球范围内招聘电子科技人才;
  由于各国都十分缺乏新型电子产品的设计、维护和维修人员,缺乏电子新产品售后服务人员,已严重影响到电子新技术的应用和新产品的推广,即使在欧美日等发达国家的高级饭店、购物中心和高收入家庭,现代高智能化电子产品的购置率也相当低,绝大部分电子智能技术还停留在影视作品里和实验室里。中国使用的办公、医疗、手机、影像以及汽车智能电子产品平均都要比发达国家低2-3个技术等级;
在中国这个资源贫乏、13亿人口的大国,由于科技创新人才,尤其是电子科技创新人才匮乏,导致了众多企业无法从加工型转变为创新型,与发达国家科技创新能力的差距越来越大,发达国家都将电子信息产业作为支柱产业,中国很多地方只能把科技含量最低的房地产、文化旅游产业作为支柱产业,2012年,中国出口手机逾10亿部,全球第一,但由于电子信息技术都操控在别人手中,自己只能替别人加工制造,得到的利润还不到1%。
  由于中国缺乏电子科技创新人才,电子数控核心技术和新材料技术落后,导致了机械加工技术落后,航空、航天、潜艇、航母的发动机等关键性的机械装备技术落后,直接影响到中国的国防安全、领土完整和国际威望。
  以上电子科技人才缺乏问题的存在,归根结底是由于长期以来,在全球的电子科技教学领域缺乏一种开放性的,性能优越的电子硬件实验装备。
  本来,电子科学由于在它的应用中常伴随着声、光、影、动、热、磁等宏观现象产生,人们很容易对它产生神秘感和兴趣感,再加上电子电路实验的周期比其他科学实验的周期短,容易很快出现实验结果。它理所应当成为青少年最喜爱、最容易入门的热门科学,然而,由于多年来没有为青少年开发出先进的电子硬件实验装备,无法吸引更多的青少年加入到电子爱好者的队伍中来,才严重影响到全球性的电子科技人才的培养。尤其是在中国的体制下多年来对青少年一代的“统一认识”思维模式和“应试教育”方式更使电子科技创新人才的匮乏雪上加霜。
  全球的电子实验硬件技术落后的现状主要表现在:
  ①从上个世纪70年代到现在已过去近半个世纪,电子技术从半导体管发明开始、发展到小规模集成电路、直到现在能够轻而易举地生产出超大规模集成电路;电子产品从简单的晶体管收音机到现代的各种智能电子设备和微型计算机,以微电子科技为核心的电子技术有了一次次的飞越发展,但全球范围内的大中学校却仍然还在使用上个世纪70年代发明的5孔一点、2.54mm孔距的“面包板”硬件实验技术来做现代电子电路实验,无法让各种封装的集成电路等元器件在“面包板”上完成实验,也无法让初学者对电子科学技术产生兴趣,更谈不上发展到爱好电子科学技术的地步。
PIC16F876_Breadboard_Circuit一站式
用面包板做电子实验
  ②中国的大学生电子设计竞赛参与者、电子爱好者和部分企业电子产品研发人员还在使用落后的”万能板”(洞洞板)而不是PCB(印刷电路板)做开发性电子实验。在技术性能上,洞洞板与PCB无法相提并论,极低的实验效率和成功率不仅阻碍了我国电子产品的研发速度,也严重挫伤了电子爱好者电子创新制作的积极性。
万能版实验副本洞洞板导线连接
用“万能板”做电子实验   “万能板”的导线连接图
PCB板实验副本?一站式
用PCB板做电子实验     PCB板的导线连接图
  ③中国的大中学校在应试教育环境中,使用各种专用实验板、实验箱和实验台做实验(发达国家学校实验室从来不使用这些电子产品类的实验机做实验),虽然操作简单,但实验环境封闭,多年来的使用结果已证明它们不能培养电子科技创新人才,只能让学生产生有限而短暂的兴趣感,无法培养学生和老师的动手创新能力,反而使老师和学生的电子科技创新能力和水平逐年下降。 
专用实验板试验箱实验台
专用实验板、实验箱和实验台
  ④有的学校购买了小型工业制PCB的装备,想采用工业制板工艺制作PCB来参与学生的电子电路实验,但由于老师和学生都难以掌握复杂的制板工艺和操作方法,学校也不敢放手让学生自己动手操作,大多学校的设备都没有投入正常使用,十几万甚至几十万的设备成了一堆摆设,造成了有限的教育资源的浪费。
蚀刻流程
  小型工业制PCB装备
  ⑤还有的学校购买雕刻机制作PCB,不但噪声和粉尘污染大,制作效率极低,因雕刻工艺带来的粗糙面提高了板面的吸尘度和吸湿度,使PCB的线间绝缘性能很难满足实验的要求,尤其是在南方潮湿地区,常常会发生短路故障。 
雕刻机
雕刻机
  ⑥不少电子爱好者迫不得已使用过塑机替代热转印机,转印效率、成功率都很低,尤其是转印双面板时,上下层错位太大,另一方面也无法解决蚀刻精度和成本高的问题。
过塑机2    蚀刻机4
热转印机(过塑机)  蚀刻机(用养鱼增氧泵调节溶液均匀度效果差)
   ⑦各国的电子科研人员、企业电子产品研发人员和发达国家参加电子竞赛的大学生们多年来都采用发外打板(使用工业制PCB技术)参与各种电子电路实验,虽然大家都认为用PCB参与电子电路实验是最理想的方式,但由于工业制PCB的生产周期长,难以做到实验与教学进度相配合;另一方面,由于生产成本高,即使在消费水平较高的发达国家的学校和学生也难以承受。
   只有大公司和国家科研部门才不计PCB打板成本来搞研发,这也是电子科技创新人才为什么都高度集中在大公司和国家科研部门的原因。
电子科学是一门实践性很强的科学,没有硬件实验陪伴,复杂的电子电路、众多的电子元器件会让初学者头昏眼花,不知所措,无法对电子技术产生兴趣爱好。
   实践证明,即使是电子专业的学生,不重视硬件实验照样不能成才;相反,在电子创新人才队伍中,有近30%的人是非电子专业毕业,甚至只上过中学,成才的根本原因就是电子硬件实验既可以诱发他们对电子科学的兴趣,又能促使他们的电子知识和创新技能不断地提高。归根结底,电子硬件实验对电子科技创新人才的培养起着十分关键的兴趣引导和实践能力提高的作用。
  新疆信息工程学校(高级讲师)黎荣昌老先生(70岁高龄),在一生的电子技术教学过程中积累了丰富的教学和培养科技创新人才的实践经验,开发了“探索e宝”系列新型电子实验装备。该装备采用了先进的全开放性的,最能发挥人的个性的元器件(和元器件板)即用即插电子实验技术低成本高精度实验用PCB制作技术。用它来完成现代电子电路实验,会收到低成本高效率地培养电子科技创新人才、开发电子新产品的双重效益。 “一站式”新型电子实验装备“探索e宝”的性能:
  一、“探索e宝”的创新性
  “探索e宝”由多个产品组成,拥有多项中国专利,其中多项技术通过了PCT国际专利检索,属于国际范围内电子实验领域的创新技术。
专利证书1  PCT
  专利证书  PCT国际检索通知书

  二、“探索e宝”装备的功能特点:
1、万能、全开放
1)各种电子元器件(包括各种插接件、贴片件、电子管、集成电路等)以及各种功能板(如声卡、显卡及其他功能电路板等)都能参与实验;
2)各种电子实验板、开发板、实验箱所能完成的电子电路实验,它都能完成。
3)各种复杂电子应用电路,小到家用电器,大到航空母舰控制系统电路的实验它也能完成。 
焊接实验板  黎氏实验板 
单片机开发实验(双面布线实验)
2、效率高、易操作
1)实验技术与制作技术与市场流行的实验装备截然不同,使实验和制作效率均高于目前市场所有的同类产品;
2)具有初中文化程度的实验者都能很快学会使用的方法。
3、系列化 ,扩容能力强
1)按消费群体不同,开发了系列产品 
①初级型;②通用型;③竞赛型。以上系列又各分为AB(简易和非简易)两大类 。??????????
2)实验板具有多种扩容实验方式
①实验板可以双面布线实验,容量增大一倍;
②在低成本高效率的制作技术的支持下,将电子实验系统集成在元器件PCB或功能PCB上后再插到实验板上进行实验(模块化组合实验),既提高了实验效率,也扩大了实验容量;
模块组合实验法
模块化组合实验
③实验板可以拼接为多拼板(2拼、3拼、4拼)完成电子大系统组合扩容实验;
四拼板实验
用四拼板做大系统电子电路实验
④将实验调试成功的多拼实验板系统整齐排列放置,建立稳定、高性能的特大电子实验系统,完成规模化大系统电子电路实验。
4、成本低(购置和使用成本均低于市场所有的同类产品)
1)“探索e宝”实验技术的万能性和高效性,使产品的性价比超过了任何现有的电子硬件实验装置;
2)“探索e宝”由于采用了工序最简单的热转印工艺和蚀刻溶液用量最少(0.05L三氯化铁溶液)的自动蚀刻技术,使制作时间成本和经济成本降到了现有电子硬件实验装置的最低点(低于发外打板的1%)。
转印机1000?     蚀刻机800
双发热板对压式转印机     翻斗式蚀刻机

  三、“探索e宝”培养科技创新人才立竿见影,一步到位
1)兴趣培养是入门的关键,本实验装备采取了众多培养(电子科学)兴趣的有效措施:
①实验板上实验电路和元器件的布局由实验者自己设计和插接,能充分开发和体现实验者自己的个性思维;
初级实验
电子电路实验
②元器件、接线柱即用即插,实验板上干净利落,主题电路鲜明突出; 

  接线柱安装2  元器件板副本   发声模块副本
  接线柱        元器件板    模块板
③免焊接连接,用插接和旋压连接的方法连接电路,接触良好,操作方便;
④实验电路图与原理图相似,对比性强,方便两图对照检查,容易寻找测试点;
⑤用彩色导线和彩色接线柱表示不同的功能电路,将红、黑导线和红、黑接线柱分别同电源、“地”相连接,方便电源线和测试仪表极性的正确连接;
⑥连接导线的长度根据实际距离来截取,容易做到模拟放大电路的输出与输入回路互不干扰;
⑦可以同时完成教学验证实验和应用开发实验,有利于原理和实际应用结合和动手创新能力的培养;
以上功能特点不仅会使初学者的电子电路实验的效率和成功率大大提高。同时会使实验者从“学会画电路图”过度到“会设计电路图”再上升到“会设计简单的电子作品原理图”。 自信心和成就感会随着实验能力的提高而提高,从内心深处感觉到电子科学入门不但不困难,反倒是一件十分有趣的事情。
  本实验装备还为初学者提供了两套电子产品模块电路,进一步让实验者了解元器件、PCB模块的概念,了解电子科技的神秘和创造力。同时也鼓励实验者,不久的将来自己也能够设计制作产品PCB;
在此,也顺便提醒实验者:只会玩(操作)电子产品的人,不是电子科技创新人才。只有学会维护、维修和设计电子产品的本事的人,才是社会需要的电子科技创新人才。“探索e宝”会很快让实验者实现成才的梦想。
2)低成本、高效率完成各种电子实验是培养科技创新人才的技术保障。
  “探索e宝“既方便做各种分体式元器件实验,也方便做各种功能模块组合实验。实验者在该产品的双发热板对压式转印机、翻斗式蚀刻机、手动或自动钻孔机等新技术的支持下,会很方便地自己动手设计制作PCB板完成实验,平均制作过程只需十几分钟。
初学者可以将实验成功的电路系统集成到PCB上,最大限度地提高电路性能。PCB的制作从小到大,电路从简单到复杂,实验者的设计、制作、实验的综合能力会在此过程中逐步得到提高。
  能力较强的实验者从今以后不再使用落后的“洞洞板”(万能板),而是直接用自己设计制作的PCB来完成各种功能模块电路的实验。并且可以十分方便地使用“模块组合实验法“在黎氏实验板上顺利完成各种电子作品或电子产品的开发实验。如各种仪表电路、自动控制、智能控制、机器人控制实验,各种单片机、嵌入式系统的开发实验电路等等。
  运用PCB“模块组合实验法“不仅能很快选择最佳的作品(或产品)设计方案,也为下一步快速完成新作品(或产品)的PCB设计打下了坚实的基础,对参加各种电子设计竞赛的参赛者十分有利。
  这种方法在发达国家已使用多年,学生使用的实验模块大部分都由学校或各种竞赛组织机构免费提供。但由于没有类似“探索e宝”产品中的黎氏实验板作实验基板,实验者只能用螺钉、不干胶等固定在木板或纸板上,不方便调整模块板的位置和方向。
对大多数实验者而言,熟练地使用“探索e宝”完成电子实验不仅能省去一大笔费用,更能积累更多的软硬件电子技术知识,培养“产品PCB”的创新设计能力,轻松而自觉地将自己锻炼成为社会需要的电子科技创新人才。
  四、消费群体和产品市场
  在进入电子信息时代的今天,由于“一站式“新型电子实验装备“探索e宝”的实验技术、制作技术都非常先进,是一种换代性的专利产品,故该实验装备在中国乃至全球范围内都具有众多的消费群体和广阔的市场。
“一站式“新型电子实验装备“探索e宝”的消费对象如下:
1、全世界各国各种理工院校、职业技术学校、军事工程院校电子实验室;
2、各企业电子产品开发实验室;
3、各种电子设计竞赛、机器人竞赛参赛者的理想装备;
4、电子爱好者个人(家庭)实验室;
5、城市街道,小区,农村电子技术培训班的电子实验制作装备;
6、电子信息类远程教育理想的实验装备;
7、城市少年宫、科技活动场馆电子信息技术实验室;
“探索e宝”+互联网是一所完美的自学成才的学校,即使在我国应试教育的环境下,实验者依
靠自己的“探索e宝”也能很快成才。
  五、“一站式“新型电子实验制作系统对我国的现实意义
电子技术是促进经济、军事和所有其他领域事业飞跃发展的基础性的科学技术,新型电子实验技术在我国的广泛应用,一定会:

  为社会培养出大批电子类科技创新人才,促进产业结构的调整和升级;

  各企业会自主研发出更多的现代电子产品,提高各类非电子产业的电子技术含量;

  会加快将我国落后的机械加工技术提升到国际现代数控加工技术水平;

  将落后的国防科学技术加快提升为现代先进的信息电子化国防科学技术水平;

  缩短我国和发达国家科技发展水平的差距,让我国快速成为真正的人才强国、技术强国、经济强国和军事强国。
  在应用“探索e宝”低成本、高效率培养电子科技创新人才,开发电子新产品的速度方面,我国只有尽快落实胡锦涛讲话精神,加快改革步伐,学习发达国家的先进经验,创造一个培养科技创新人才的良好环境,才不至于在这次电子电路新实验技术的实施推广过程中又被发达国家和其他发展中国家抛在后面。 我们将迎来的是一个全球性的电子技术蓬勃发展,电子技术创新人才辈出的春天。

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