本技術涉(she)及(ji)教(jiao)育，尤其涉(she)及(ji)一種基于雙色發光(guang)二極管的三色光(guang)立方教(jiao)具。

背景技術：

1、隨著信息技術(shu)和(he)產(chan)業(ye)革命的(de)(de)(de)深入(ru)發(fa)展(zhan)(zhan)，視覺(jue)顯(xian)示媒體(ti)(ti)技術(shu)也獲得(de)了極(ji)大發(fa)展(zhan)(zhan)，光(guang)立(li)(li)(li)方(fang)被(bei)廣泛應用于文(wen)字(zi)(zi)、游戲(xi)娛樂、圖像(xiang)動(dong)(dong)態顯(xian)示、教(jiao)學呈現(xian)等(deng)應用開發(fa)中，并在(zai)投影(ying)儀、電(dian)(dian)影(ying)放(fang)映機、二維碼掃描、商(shang)業(ye)廣告(gao)中使用，為觀眾提供了良好的(de)(de)(de)視覺(jue)及交(jiao)互(hu)體(ti)(ti)驗(yan)。光(guang)立(li)(li)(li)方(fang)的(de)(de)(de)運行原理(li)(li)包含光(guang)學原理(li)(li)、發(fa)光(guang)二極(ji)管(led)驅(qu)動(dong)(dong)原理(li)(li)、數字(zi)(zi)通訊原理(li)(li)、編程(cheng)原理(li)(li)等(deng)內容(rong)，富有科學知識和(he)精神。同(tong)時(shi)光(guang)立(li)(li)(li)方(fang)憑借其(qi)(qi)逼真的(de)(de)(de)視覺(jue)呈現(xian)效(xiao)果和(he)沉浸(jin)式體(ti)(ti)驗(yan)技術(shu)將在(zai)數字(zi)(zi)化教(jiao)育(yu)領域中發(fa)揮重要作用，如在(zai)中小學實(shi)驗(yan)室的(de)(de)(de)模(mo)(mo)擬實(shi)驗(yan)器材(cai)、應急安全教(jiao)育(yu)、歷史情境體(ti)(ti)驗(yan)教(jiao)育(yu)、博物(wu)館教(jiao)育(yu)、圖像(xiang)展(zhan)(zhan)覽教(jiao)育(yu)等(deng)。現(xian)有關于光(guang)立(li)(li)(li)方(fang)的(de)(de)(de)技術(shu)探討了光(guang)立(li)(li)(li)方(fang)的(de)(de)(de)硬件系統、驅(qu)動(dong)(dong)電(dian)(dian)路、控制系統、焊接(jie)模(mo)(mo)具等(deng)。其(qi)(qi)驅(qu)動(dong)(dong)電(dian)(dian)路主(zhu)(zhu)要為8×8×8個發(fa)光(guang)二極(ji)管組(zu)成(cheng)的(de)(de)(de)點(dian)陣列光(guang)立(li)(li)(li)方(fang)、面驅(qu)動(dong)(dong)電(dian)(dian)路、層驅(qu)動(dong)(dong)電(dian)(dian)路等(deng)。控制系統有多種(zhong)，如基于stc單(dan)(dan)片機、stm32單(dan)(dan)片機、51單(dan)(dan)片機、arduino、at89c52、fpga、ht1632c、zigbee等(deng)建立(li)(li)(li)的(de)(de)(de)控制系統。其(qi)(qi)焊接(jie)模(mo)(mo)具通常由外框支架和(he)多條列定位條組(zu)成(cheng)。其(qi)(qi)軟件設計(ji)多包括(kuo)按鍵程(cheng)序、主(zhu)(zhu)程(cheng)序、顯(xian)示程(cheng)序等(deng)。其(qi)(qi)色彩(cai)多為單(dan)(dan)色或rgb三色并可(ke)調(diao)節(jie)其(qi)(qi)亮度(du)和(he)色度(du)。此外還融(rong)合了藍牙技術(shu)、usb接(jie)口、wifi模(mo)(mo)塊、音樂、游戲(xi)等(deng)內容(rong)實(shi)現(xian)視覺(jue)、聽覺(jue)等(deng)互(hu)動(dong)(dong)功能的(de)(de)(de)同(tong)時(shi)存在(zai)，以提升(sheng)用戶體(ti)(ti)驗(yan)感。

2、現有光立方(fang)技術在教學應(ying)用(yong)方(fang)面存(cun)在以下(xia)不足(zu)：

3、1.有(you)關文獻(xian)(doi:10.19353/j.cnki.dzsj.2018.07.112)、有(you)關文獻(xian)(doi:10.13398/j.cnki.issn1673-260x.2016.15.022)、有(you)關文獻(xian)(doi:10.16184/j.cnki.comprg.2015.11.037)和申請公(gong)開(kai)的實用新型(xing)專利(201520058526.5)介紹了(le)一種(zhong)基于單(dan)(dan)色led的光(guang)立方(fang)裝置。由于采用單(dan)(dan)色的led，對每(mei)個led來說只能(neng)實現(xian)單(dan)(dan)色調節(jie)，無法實現(xian)炫彩(cai)led的效果。

4、2.有(you)關(guan)文獻(doi:10.15966/j.cnki.dnydx.2019.09.014)、申(shen)請公(gong)開的(de)(de)(de)發明(ming)專利(li)(202010119131.7，公(gong)告號cn211481554u)、申(shen)請公(gong)開的(de)(de)(de)實用(yong)新型(xing)專利(li)(202020211497.2)和(he)申(shen)請公(gong)開的(de)(de)(de)實用(yong)新型(xing)專利(li)(201520369466.9)中(zhong)都(dou)介紹了一種(zhong)(zhong)亮度和(he)色度可(ke)調(diao)的(de)(de)(de)組合式(shi)3drgb?led光立方裝置(zhi)，需(xu)要(yao)針對每個(ge)led進行(xing)(xing)(xing)三種(zhong)(zhong)pwm型(xing)驅動，并(bing)且要(yao)涉及開關(guan)時間上的(de)(de)(de)調(diao)節。則需(xu)要(yao)較為復(fu)雜的(de)(de)(de)驅動電路(lu)和(he)控制算法，對控制器的(de)(de)(de)pwm引腳有(you)很高的(de)(de)(de)要(yao)求，因此(ci)其(qi)擴展(zhan)性不(bu)高，且不(bu)利(li)于以低成本和(he)簡(jian)單(dan)易行(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)方式(shi)進行(xing)(xing)(xing)大(da)規模教(jiao)學推廣。

技術實現思路

1、為此，本實用新型(xing)提供一種基于(yu)雙色發(fa)光(guang)二極管的三(san)色光(guang)立方教具，用以克服現有技術中驅動(dong)電路和控制(zhi)算法復雜，不利(li)于(yu)以低(di)成(cheng)本實現大(da)規(gui)模教學推廣的問題。

2、為(wei)實現上述目的，本實用新型(xing)(xing)提供一種(zhong)基(ji)于雙色發光(guang)(guang)二(er)極(ji)管(guan)的三色光(guang)(guang)立方(fang)(fang)教(jiao)具，包括由若干(gan)雙色發光(guang)(guang)二(er)極(ji)管(guan)構成的光(guang)(guang)立方(fang)(fang)單元、開關型(xing)(xing)驅動(dong)電路、微控制器和教(jiao)學(xue)上位機，其中

3、所述雙色發光二極(ji)管內部封(feng)裝(zhuang)了兩(liang)個不同(tong)顏色的(de)發光二極(ji)管，并且兩(liang)種不同(tong)顏色的(de)發光二極(ji)管組合能夠產生(sheng)第三色；

4、所述光立方單(dan)元由n行、n列、n層(ceng)雙(shuang)色(se)發(fa)光二(er)極(ji)管組成，且n行和n列的雙(shuang)色(se)發(fa)光二(er)極(ji)管組成n×n的發(fa)光二(er)極(ji)管面，其中n≥2；

5、所述開關(guan)型(xing)驅(qu)(qu)動電(dian)路僅包(bao)含on/off兩(liang)種狀態切換，包(bao)含開關(guan)型(xing)層驅(qu)(qu)動電(dian)路和開關(guan)型(xing)面驅(qu)(qu)動電(dian)路，所述開關(guan)型(xing)層驅(qu)(qu)動電(dian)路的(de)(de)驅(qu)(qu)動通(tong)道(dao)數量(liang)大于等(deng)于n，所述開關(guan)型(xing)面驅(qu)(qu)動電(dian)路的(de)(de)驅(qu)(qu)動通(tong)道(dao)數量(liang)大于等(deng)于2n×n；

6、所述開關型層驅(qu)(qu)動電(dian)路(lu)(lu)和(he)面驅(qu)(qu)動電(dian)路(lu)(lu)為高(gao)端(duan)(duan)驅(qu)(qu)動電(dian)路(lu)(lu)和(he)低端(duan)(duan)驅(qu)(qu)動電(dian)路(lu)(lu)的(de)組合(he)，一(yi)種為高(gao)端(duan)(duan)驅(qu)(qu)動電(dian)路(lu)(lu)，另一(yi)種為與之匹配的(de)低端(duan)(duan)端(duan)(duan)驅(qu)(qu)動電(dian)路(lu)(lu)，具有互換性，其(qi)對應(ying)的(de)所述雙(shuang)色(se)發(fa)光二極(ji)(ji)管(guan)為共陰極(ji)(ji)雙(shuang)色(se)發(fa)光二極(ji)(ji)管(guan)或者共陽極(ji)(ji)雙(shuang)色(se)發(fa)光二極(ji)(ji)管(guan)；

7、所(suo)述(shu)微(wei)控制器通(tong)過數字通(tong)信與(yu)所(suo)述(shu)開關型(xing)層驅(qu)動電路和所(suo)述(shu)開關型(xing)面驅(qu)動電路相連(lian)接(jie)；

8、所述微控制器通過數字通信與教學上(shang)位(wei)機相(xiang)連(lian)接。

9、進一步地，若干所述雙色(se)發光(guang)二(er)極(ji)管為共陰極(ji)雙色(se)發光(guang)二(er)極(ji)管。

10、進一步地(di)，若干所述(shu)雙色發(fa)光二(er)極(ji)(ji)管(guan)為共陽極(ji)(ji)雙色發(fa)光二(er)極(ji)(ji)管(guan)。

11、進一步地(di)，所(suo)(suo)述(shu)(shu)開關(guan)型(xing)層驅(qu)(qu)(qu)動(dong)電路(lu)(lu)為(wei)(wei)低端(duan)驅(qu)(qu)(qu)動(dong)電路(lu)(lu)，所(suo)(suo)述(shu)(shu)開關(guan)型(xing)面驅(qu)(qu)(qu)動(dong)電路(lu)(lu)為(wei)(wei)高端(duan)驅(qu)(qu)(qu)動(dong)電路(lu)(lu)，對應(ying)所(suo)(suo)述(shu)(shu)共(gong)陰(yin)極雙色發(fa)光二極管；所(suo)(suo)述(shu)(shu)開關(guan)型(xing)層驅(qu)(qu)(qu)動(dong)電路(lu)(lu)為(wei)(wei)基于74hc595芯片(pian)結(jie)合mosfet或者三極管的下拉電路(lu)(lu)的低端(duan)驅(qu)(qu)(qu)動(dong)電路(lu)(lu)；所(suo)(suo)述(shu)(shu)開關(guan)型(xing)面驅(qu)(qu)(qu)動(dong)電路(lu)(lu)為(wei)(wei)基于74hc595芯片(pian)的高端(duan)驅(qu)(qu)(qu)動(dong)電路(lu)(lu)。

12、進(jin)一步地，所(suo)(suo)述(shu)開(kai)關(guan)型(xing)層驅(qu)動(dong)(dong)電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)為(wei)(wei)高端(duan)驅(qu)動(dong)(dong)電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)，所(suo)(suo)述(shu)開(kai)關(guan)型(xing)面驅(qu)動(dong)(dong)電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)為(wei)(wei)低端(duan)驅(qu)動(dong)(dong)電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)，對應所(suo)(suo)述(shu)共陽(yang)極雙色發光二極管；所(suo)(suo)述(shu)開(kai)關(guan)型(xing)層驅(qu)動(dong)(dong)電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)為(wei)(wei)基(ji)(ji)于(yu)74hc595芯片的(de)高端(duan)驅(qu)動(dong)(dong)電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)；所(suo)(suo)述(shu)開(kai)關(guan)型(xing)面驅(qu)動(dong)(dong)電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)為(wei)(wei)基(ji)(ji)于(yu)74hc595芯片結合mosfet或者三極管的(de)下拉電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)的(de)低端(duan)驅(qu)動(dong)(dong)電(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)(lu)。

13、進一步地，所述(shu)微控制器與所述(shu)開關(guan)型(xing)(xing)層驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)和所述(shu)開關(guan)型(xing)(xing)面(mian)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)的數字通(tong)(tong)訊為(wei)串行通(tong)(tong)信或(huo)并行通(tong)(tong)信。

14、進一步(bu)地，所(suo)述微控制器與所(suo)述開關型(xing)層驅動(dong)電路和所(suo)述開關型(xing)面驅動(dong)電路的數字通訊(xun)共用通信總(zong)線。

15、進(jin)一步地，所(suo)述(shu)微控制(zhi)器與所(suo)述(shu)開(kai)關型層驅(qu)動電路和所(suo)述(shu)開(kai)關型面(mian)驅(qu)動電路的數字通訊不共(gong)用(yong)通信總(zong)線(xian)。

16、進一步(bu)地，所述(shu)微控制器(qi)與教學上位機的數字通(tong)訊為串行通(tong)信或并行通(tong)信。

17、進一步(bu)地，所述教(jiao)學上位機展示光學原理(li)(li)(li)(li)、發光二極(ji)管驅動原理(li)(li)(li)(li)、數字通信原理(li)(li)(li)(li)、編程原理(li)(li)(li)(li)、視覺暫留效應至少其中(zhong)一種教(jiao)學內容。

18、與現(xian)有(you)(you)技(ji)術相比，本(ben)實(shi)用新型(xing)(xing)的有(you)(you)益效果(guo)在于(yu)(yu)，本(ben)實(shi)用新型(xing)(xing)提供一種(zhong)具有(you)(you)自身特色(se)的基于(yu)(yu)雙色(se)發(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二(er)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)管(guan)的三色(se)光(guang)(guang)立方(fang)(fang)教具，使得每個二(er)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)管(guan)發(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)點可產生三種(zhong)顏(yan)色(se)，總體呈現(xian)出光(guang)(guang)立方(fang)(fang)的炫彩效果(guo)。進一步地，本(ben)實(shi)用新型(xing)(xing)使用雙色(se)發(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二(er)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)管(guan)有(you)(you)別(bie)于(yu)(yu)三色(se)rgb發(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二(er)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)管(guan)，該雙色(se)發(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二(er)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)管(guan)內部封裝了兩(liang)個不(bu)(bu)同(tong)顏(yan)色(se)的發(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二(er)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)管(guan)，并(bing)且兩(liang)種(zhong)不(bu)(bu)同(tong)顏(yan)色(se)的發(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二(er)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)管(guan)的組合能夠產生第(di)三色(se)，而(er)非直(zhi)接采用pwm信號驅動(dong)的rgb三色(se)發(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)二(er)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)管(guan)。

19、進一步地，本實用(yong)新型使用(yong)雙色(se)發光二(er)極(ji)管的(de)(de)on/off顏色(se)組合調(diao)光有別于基于rgb的(de)(de)發光二(er)極(ji)管的(de)(de)pwm控(kong)制調(diao)光。

20、進一步地，本(ben)實(shi)用(yong)新型(xing)僅(jin)用(yong)on/off兩種狀(zhuang)態切換的(de)(de)(de)開關(guan)型(xing)驅動電(dian)路有別于采用(yong)開關(guan)時間(jian)的(de)(de)(de)調整(zheng)與(yu)同(tong)步的(de)(de)(de)pwm型(xing)驅動電(dian)路，不涉及時間(jian)的(de)(de)(de)調整(zheng)與(yu)同(tong)步問題。可采用(yong)共陰極雙(shuang)色(se)發光二(er)(er)極管或者共陽極雙(shuang)色(se)發光二(er)(er)極管的(de)(de)(de)設計。

21、進一步(bu)地，本實用新型為基(ji)于總線控(kong)制的(de)開(kai)關型面驅動電(dian)(dian)路(lu)(lu)有(you)別于基(ji)于d類鎖存器的(de)pwm型面驅動電(dian)(dian)路(lu)(lu)，靈(ling)活性和(he)擴展(zhan)性都更(geng)高。

22、進一步地，本實用新型(xing)可沿用傳動傳統(tong)單(dan)(dan)(dan)色(se)光立方(fang)的設計方(fang)式和驅(qu)(qu)動電(dian)路(lu)(lu)，系統(tong)設計簡單(dan)(dan)(dan)可靠。其(qi)開關型(xing)層驅(qu)(qu)動電(dian)路(lu)(lu)與傳統(tong)的單(dan)(dan)(dan)色(se)光立方(fang)設計相同；其(qi)開關型(xing)面(mian)驅(qu)(qu)動電(dian)路(lu)(lu)僅需在傳統(tong)的單(dan)(dan)(dan)色(se)光立方(fang)面(mian)驅(qu)(qu)動電(dian)路(lu)(lu)上增加n×n個(一倍(bei)的)面(mian)驅(qu)(qu)動通(tong)道數。

23、進一(yi)步地，本(ben)實用(yong)新型通過教學上(shang)位機達(da)到光學原(yuan)(yuan)理、發光二極管(guan)驅(qu)動原(yuan)(yuan)理、數字通訊原(yuan)(yuan)理、編程原(yuan)(yuan)理方面的教學效(xiao)果。

24、進(jin)一步地，本實(shi)用新型可通過(guo)不同發光(guang)二極管之間的(de)連接方(fang)(fang)式設置不同補償單元以保證教學過(guo)程中光(guang)立(li)方(fang)(fang)呈現(xian)炫彩效(xiao)果的(de)穩定性，從而進(jin)一步提高教學效(xiao)果。

25、總體而言，本實(shi)(shi)用新型可以以成本較低的(de)方式實(shi)(shi)現教學活(huo)動的(de)便捷性(xing)、實(shi)(shi)用性(xing)和(he)知識性(xing)。