專利名稱：平拋運(yùn)動實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
平拋運(yùn)動實(shí)驗(yàn)儀所述技術(shù)領(lǐng)域教學(xué)實(shí)驗(yàn)室和物理試驗(yàn)設(shè)備中的實(shí)驗(yàn)器材。現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)有的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室和物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備中的平拋運(yùn)動實(shí)驗(yàn)儀主要采用簡單的肉眼觀看的方式，由學(xué)生來查看實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，移動小球接收板，根據(jù)小球的落點(diǎn)，測量距離，然后在紙上描點(diǎn)，通過多次試驗(yàn)后，在紙上獲得實(shí)驗(yàn)的曲線。這種方式首先是沒法獲得小球拋出后到落地的時間，所以沒法精確計算出小球在平拋過程中的運(yùn)動分解，也就是在水平面上做勻速直線運(yùn)動，在垂直面上做自由落體運(yùn)動，只是簡單看到了一條拋物線，從中找出運(yùn)動的規(guī)律。由于這種測量方式?jīng)]法利用計算機(jī)來輔助教學(xué)，在電腦和自動控制技術(shù)高度發(fā)展的今天，已經(jīng)顯得落后，不適用。在最近出現(xiàn)了如專利申請200720076912. 2這樣的新型的平拋運(yùn)動教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，該專利申請的技術(shù)方案使用了水平底座、直立面板、斜向滑軌、電磁鐵、鋼球、光電門傳感器等，它的目的是實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化，和本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上相似的地方有不少，但是，它與本發(fā)明屬于不同的技術(shù)方案，它沒有公開機(jī)電一體化的技術(shù)方案細(xì)節(jié)，無法實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的功能。另有一件對比文件是CN85201227號實(shí)用新型專利，它的具體方案與我們的本申請技術(shù)方案的機(jī)械部分基本雷同，但是它沒有電子部分。 本發(fā)明的設(shè)計原理是依據(jù)以下三個數(shù)學(xué)公式X = v0t(I)這是直線勻速運(yùn)動的公式；
權(quán)利要求
1.一種平拋運(yùn)動教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，它包括有一塊直立的面板(I)、在儀器的下部有一個水平布置的底座⑵、一個斜向布置的滑槽(5)、鐵磁性的小鋼球(9)、(9')、兩個電磁持球架(8)、(8')、一個垂直布置的光電門(18)、一個水平布置的承接板(3)，和在承接板(3)與面板(I)之間的連接固定裝置，其特征是 a.一塊直立的面板(I)，在其上一個角落的位置上固定有一個斜向布置的滑槽(5)，在其斜高的起始位置上固定有一個電磁持球架(8')，在滑槽(5)的水平終端位置上固定有一個垂直布置的光電門(18)，在面板(I)的上沿布置一個可以沿水平方向移動的電磁持球架(8)，在面板(I)的正側(cè)面上布置有垂直標(biāo)尺(Ia)和水平的標(biāo)尺(Ib)，在面板(I)左右兩側(cè)的邊沿上有垂直布置的齒槽插板(I')，在面板(I)的下側(cè)布置有一個水平布置的承接落下小鋼球的承接板(3)； b.在儀器的下部有一個水平布置的中空的底座(2)，其內(nèi)裝有電子電路及元器件，在底座(2)的上側(cè)面上設(shè)有與直立的面板(I)相互連接的物件，和兩個電磁鐵釋放開關(guān)手動按鈕(14)、(14')，以及為儀器取電用的電源插口(30)； c.在底座(2)的上側(cè)面上還臥放有一個顯示器盒(13)，其上有顯示拋物運(yùn)動經(jīng)過的時間的數(shù)碼管(11)，還有電路板；
2.如權(quán)利要求I所述的平拋運(yùn)動教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，其特征是所述的鋼球承接板(3)—個水平布置的與所述直立面板(I)貼合并可上下移動的帶壓電陶瓷傳感元件和復(fù)寫紙壓板(17)的鋼球承接板(3)。
3.如權(quán)利要求I或2所述的平拋運(yùn)動教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器其特征是本平拋運(yùn)動教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的電子電路包括有單片機(jī)芯片(21)，以其為中心在其周邊有與其相連的數(shù)碼顯示電路(20)，繼電氣控制電路(22)，模式選擇電路(24)，包括有用于數(shù)字歸零的數(shù)字清零按鍵電路(26)、控制電磁鐵吸住和落下的電磁鐵控制按鍵電路(27)的按鍵電路(23)，包括光電門信號電路(28)和振動信號電路(29)的信號處理電路(25)，用于為光電門(18)供電的USB插口(31)、用于與電腦(19)連接的USB插口(31')，和為整個電路供電的電源電路(35)。
4.如權(quán)利要求3所述的平拋運(yùn)動教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器其特征是所述的單片機(jī)芯片(21)的單片機(jī)引腳定義 DO D7 :數(shù)碼管數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)線共享。
CLEDl CLED4 4個數(shù)碼管片選信號。
CJDl，CJD2 :兩個電磁繼電器控制信號。
KEY :清零按鈕。
KEYl，KEY2 :電磁鐵釋放開關(guān)信號。
KEY3 :模式選擇開關(guān)。
SIGOUT :光電門信號。
INTO :震動信號。
USB_D+，USB_D-:單片機(jī)USB接口數(shù)據(jù)線，連接電腦USB接口。
RST, P20單片機(jī)復(fù)位信號和程序燒錄控制線。
XTALl，XTAL2晶振信號輸入。
5.如權(quán)利要求3所述的平拋運(yùn)動教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器其特征是兩個相同的分別用來控制平拋電磁鐵和自由落體電磁鐵電源的通斷的電磁繼電器控制電路，它包括三極管(36)和繼電器(37)，三極管(36)的基極通過電阻與單片機(jī)(21)的26引腳CJDl相連，集電極通過電阻與5伏電壓的電源相連，其發(fā)射極通過二極管Dl接地同時也與繼電器(37)的引腳5直接相連，繼電器(37)的引腳1、2為輸入側(cè)的引腳，3、4、5為輸出側(cè)的引腳，在單片機(jī)(21)上有引線KEYl或KEY2是與電磁釋放開關(guān)手動按鈕(14)、(14')的按鍵相連的，也還有一個與三極管(36)的基極相連的一個引線CJD1，
6.如權(quán)利要求3所述的平拋運(yùn)動教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器其特征是一個模式選擇電路它由單片機(jī)(21)的KEY3引腳21與一個電阻和一個手動選擇開關(guān)S2串聯(lián)而成，選擇開關(guān)的一頭(49)接地，另一頭接5伏電源。
7.如權(quán)利要求3所述的平拋運(yùn)動教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器其特征是光電門信號處理電路包括紅外三極管(43)，作為比較電路的芯片(45)，為驅(qū)動發(fā)光二極管的三極管(46)，信號驅(qū)動電路的三極管(47)，該電路的連接如下 紅外三極管(43)的基極通過作為紅外線接收電路的接口(43');紅外三極管(43)的集電極與3. 3伏的直流電壓VCC相連，同時也與作為紅外發(fā)射鏈路的接口(44)再通過電阻接地；紅外三極管(43)的發(fā)射極與比較電路(45)的傳感信號接收引腳2相連； 三極管(46)的基極通過電阻與比較電路的芯片(45)的輸出引腳I相連，同時通過電阻與三極管(47)的基極相連；三極管(46)的集電極通過電阻與發(fā)光二極管D2再通過其與3. 3伏的電源VCC相通；三極管(46)的發(fā)射極直接接地； 三極管(47)發(fā)射極直接接地，其基極通過電阻與比較電路的芯片(45)的輸出引腳I相連，其集電極通過電阻與3. 3伏電源VCC相連，其集電極傳感信號輸出端還與比較電路(47')輸入側(cè)的引腳3信號相連； 比較器(45)的輸出傳感信號的引腳I通過電阻分別與三極管(46)、(47)的基極相連；比較電路(47,)的引腳I是直接連通單片機(jī)(21)電路的SIGOUT引腳4相連，其引腳2通過電阻與5伏電源連接，同時通過另一電阻接地，其引腳3是光電傳感信號輸入腳，它與三極管(47)集電極的光電傳感信號輸出端相連。
8.如權(quán)利要求3所述的平拋運(yùn)動教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器其特征是震動信號處理電路包括作為壓電陶瓷連接口(38)，用來放大壓電陶瓷信號用的三極管(39)，用于把壓電陶瓷的信號轉(zhuǎn)化成單片機(jī)的數(shù)字信號的比較器電路芯片(41)，用來指示壓電陶瓷是否被震動的LED指示燈(42)，用于為LED指示燈提供功率的三極管(42')它們的連接方式如下 三極管(39)的集電極相連與比較器電路芯片(41)的輸入側(cè)引腳6相連，同時也通過電阻與5伏直流電源相連，比較器電路(41)的引腳5與一個調(diào)節(jié)傳感信號靈敏度的參考電壓電路相連；參考電壓電路包括兩個固定電阻和一個可變電阻(40)，參考電壓電路被跨接在5伏的直流電源和接地之間； 比較器電路芯片(41)的輸出端的傳感信號輸出引腳7通過電阻與三極管(42')的基極相連，三極管(42')的集電極通過電阻、再通過二極管(42)與直流5伏電源相連； 比較器電路(41')的輸入側(cè)有引腳3、2，引腳3與比較器電路芯片(41)引腳7處相連，引腳2的通過電阻與直流3. 3伏電源相連，還通過電阻與接地相連，輸出側(cè)引腳I與單片機(jī)(21)傳遞震動信號的5腳(INTO)相連。
9.如權(quán)利要求3所述的平拋運(yùn)動教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器其特征是數(shù)碼管電路包括4個8段共陽數(shù)碼管(51)，每個數(shù)碼管(51)的公共端LED CTLl接以單片機(jī)驅(qū)動的三極管(50)驅(qū)動，引腳D、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、直接引入單片機(jī)“0”、“1” 口，三極管(50)是數(shù)碼管(51)的陽極驅(qū)動三極管(50)，其發(fā)射極連接數(shù)碼管的公共端LED CTL1，三極管(50)的集電極通過電阻與直流3. 3伏電源VDD相連，三極管(50)的基極通過電阻與單片機(jī)(21)的引腳(30)CLEDl 相連。
10.如權(quán)利要求3所述的平拋運(yùn)動教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器其特征是清零按鍵(48)電路的跨按鍵(48)的兩端其一端通過電阻與接地相連，同時也與單片機(jī)(21)的KEY2引腳22相連；其另一端通過電阻與直流5伏電源相連。
11.如權(quán)利要求3所述的平拋運(yùn)動教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器其特征是所述的中空的底座(2)上設(shè)有一個工作模式選擇按鈕(15)。
12.如權(quán)利要求3所述的平拋運(yùn)動教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器其特征是電源電路包含一個從電腦主機(jī)取電的J2供電接口(31')，它是USB接口。
13.如權(quán)利要求3所述的平拋運(yùn)動教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器其特征是電源電路是各包含芯片(32)或(33)的兩個相同的電路，該電路中芯片的輸入端引腳3通過二極管D3與直流5伏電源相連，引腳3在其與接地之間與一組并聯(lián)的電容Cl、C5相連；其引腳2在其與接地之間通過并聯(lián)的電容組C6、C9或C8、ClO與二極管D4或D5相并聯(lián)，芯片的引腳I與接地相連，并且引腳4與引腳2直連。
14.如權(quán)利要求3所述的平拋運(yùn)動教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器其特征是電源電路是一個包括有芯片(34)的把5伏的直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?. 3伏的直流電壓并且給單片機(jī)(21)供電的電路，該電源電路芯片(34)的輸入端引腳3直連5伏直流電源并在其與接地之間并聯(lián)一組電容C4、C5 ;該電路芯片(34)的輸出端引腳2是與3伏直流電源VDD直連并在其和接地之間并聯(lián)一組電容 C3、C15、C20。
15.如權(quán)利要求3所述的平拋運(yùn)動教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，其特征是所述的顯示器盒(13)上設(shè)有顯示壓電陶瓷傳感元件受壓時發(fā)出發(fā)光信號的指示燈(4)。
16.如權(quán)利要求3所述的平拋運(yùn)動教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，其特征是所述的顯示器盒(13)上設(shè)有一個調(diào)節(jié)壓電陶瓷傳感器元件振動靈敏度的可變電阻調(diào)節(jié)旋鈕(12)。
17.如權(quán)利要求3所述的平拋運(yùn)動教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，其特征是所述的顯示器盒(13)上設(shè)有一個數(shù)據(jù)清零按鈕(10)。
18.如權(quán)利要求3所述的平拋運(yùn)動教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，其特征是所述的水平底座(2)上設(shè)有一個工作模式選擇開關(guān)(15)。
19.如權(quán)利要求3所述的平拋運(yùn)動教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，其特征是所述的面板(I)的下緣有90°打彎形成的一條下沿水平寬邊(I")與水平底座(2)實(shí)現(xiàn)相互螺接固定。
20.如權(quán)利要求3所述的平拋運(yùn)動教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，其特征是所述的直立的面板(I)和水平底座(2)的直交面上有加強(qiáng)筋。
全文摘要
本發(fā)明涉及教學(xué)實(shí)驗(yàn)室和物理試驗(yàn)設(shè)備中的實(shí)驗(yàn)器材，更具體地說它是一種平拋運(yùn)動教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀。它包括面板、底座、滑槽、小鋼球、電磁持球架、光電門、鋼球承接板，承接板上有壓電陶瓷傳感器和復(fù)寫紙，底座上設(shè)有電源插頭，USB插口，顯示器盒，數(shù)碼管，單片機(jī)芯片，數(shù)碼顯示電路，繼電氣控制電路，模式選擇電路，清零按鍵電路、控制電磁鐵的按鍵電路，包括光電門信號電路和振動信號電路的信號處理電路，電源電路。本發(fā)明使這樣的儀器實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、機(jī)電一體化，它能利用傳感器技術(shù)獲得精確的時間測量，并能記錄小球運(yùn)動的時間值，顯示所測得的時間值數(shù)據(jù)，還實(shí)現(xiàn)了讓教學(xué)實(shí)驗(yàn)和電腦相結(jié)合。
文檔編號G09B23/10GK102737538SQ20111009166
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月12日
發(fā)明者楊磊, 熊雄 申請人:上海辰昊信息科技有限公司