專利名稱：一種數顯智能圓規的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種數顯智能圓規，屬于一種能夠作圖、測量、計算和數字顯示的圓規，屬工程作圖、教學科研作圖領域。
背景技術：
授權公告號CN1478661、名稱“自動顯數圓規”，該圓規主要由扇形齒輪、小齒輪和數盤組成。特點是扇形齒輪和小齒輪有機的結合隨圓規腿的張合而帶動數字盤有序的轉動，數字盤即顯示圓規的半徑值。其不足之處在于僅能夠通過機械結構顯示半徑值，通過數字盤讀數不方便，而且不能測量多種幾何量如角度，弧度，不具備計算功能如計算三角形面積。

發明內容
為了克服現有技術的不足，本發明提供一種數顯智能圓規。普通圓規只能單一地畫圓，不能將相關數據實時地顯示出來，有較大的局限性。機械顯數圓規讀數不便且功能單一。本發明可以動態測量并實時顯示相關數據(如半徑、角度、面積、弧長等)，并且精度較高，適用于快速作圖。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種數顯智能圓規，在圓規的左臂下方，安裝了測量角度的傳感器。在圓規的中間，安裝了控制和顯示電路。在圓規上部，安裝了測量半徑的傳感器。在圓規頂端，安裝了三個控制按鍵，分別是復位按鍵、功能選擇按鍵和確認按鍵。
綜合使用傳感器、單片機和微型數碼管，將普通圓規在作圖時的半徑、角度測量并顯示出來，在這此基礎上進行運算并實時顯示弧長和相應圖形面積。參看電路原理圖，
測量部分圓規作圖時的半徑和兩臂轉過的角度經傳感器電路及振蕩電路，轉化為頻率值，通過單片機準確測量。
數據處理和顯示部分單片機采集測量數據，根據功能選擇將數據處理計算得出半徑或角度或面積值后送給顯示部分。驅動電路點亮數碼管，實時顯示出來。
控制部分三個按鍵分別是復位按鍵、功能選擇按鍵、確認按鍵。單片機掃描三個按鍵，以確定是哪個按鍵按下，再做出相應的控制或反應。
程序部分采用分支程序設計和復雜的浮點運算實現整體控制和角度、弧度和面積計算。
本發明的有益效果基本功能——作圖時本發明能實時顯示圓規張開的半徑大小，能實時顯示圓規畫弧時轉過角的大小。半徑測量精度達到1毫米，角度測量精度達到2度，與實際相符。測量計算功能——通過按鍵選擇，本發明能測量并計算弧長、圓面積、三角形面積、平行四邊形面積、扇形面積、橢圓面積，結果達到3位有效數字。


圖1為電路原理示意圖。
圖2為結構示意圖。
圖3為程序流程圖。
圖2中1、測量角度的傳感器；2、控制和顯示部分電路；3、測量半徑的傳感器；4、復位按鍵；5、功能選擇按鍵； 6、確認按鍵。
下面結合附圖和實施例對發明進一步說明。
具體實施例方式
實施例1如圖2所示，結構部分，在圓規左臂下方安裝一測量角度的傳感器，在圓規的中間部分，安裝測量半徑的傳感器，圓規的兩臂帶動此兩傳感器轉動，傳感器即輸出相應的電量，此電量經振蕩電路轉換成頻率值，輸入給單片機測量。單片機采集數據量后，轉換成為半徑值，角度值，并實時顯示。通過功能選擇按鍵，單片機還可將此量計算后轉換成為圖形的弧度值，面積值顯示出來。在圓規頂端安裝三個按鍵，分別是復位按鍵、功能選擇按鍵和確認按鍵。通過此三按鍵選擇使用功能。
如圖3所示，打開電源后，按一下復位鍵，圓規開始工作，屏幕顯示001。
以下是各功能使用說明一、測半徑(直線)大小，畫確定半徑的圓按下功能選擇鍵，至屏幕顯示001，按下確認鍵，圓規進入功能一。屏幕顯示值為半徑(直線)的長度，打開圓規兩臂直至屏幕顯示為所需的半徑值即可，用此值即可畫確定半徑的圓。
二、畫角、測角的大小按下功能選擇鍵，至屏幕顯示002，按下確認鍵，圓規進入功能二。輕握圓規帶傳感器的一臂固定不動，旋轉圓規，屏幕會實時顯示當前轉過的角度值。利用此值可畫確定角度的角，也可用來測角的大小。
三、畫弧，測弧長按下功能選擇鍵，至屏幕顯示003，按下確認鍵，圓規進入功能三。屏幕首先顯示的是半徑值的大小，打開圓規兩臂至需要值后按下確認鍵，輕握圓規帶傳感器的一臂固定不動，旋轉圓規，屏幕會實時顯示當前轉過的弧度值。
四、測圓面積
按下功能選擇鍵，至屏幕顯示004，按下確認鍵，圓規進入功能四。屏幕首先顯示的是半徑值的大小，用圓規兩臂測量圓的半徑，再按一下確認鍵，屏幕即顯示此圓的面積。
五、測三角形面積按下功能選擇鍵，至屏幕顯示005，按下確認鍵，圓規進入功能六。屏幕首先顯示的是線段長度的大小，首先用圓規兩臂測量三角形的a邊，按下確認鍵；再測b邊，按下確認鍵；最后測c邊，按下確認鍵，屏幕即顯示此三角形面積。六、測平行四邊形面積按下功能選擇鍵，至屏幕顯示006，按下確認鍵，圓規進入功能七。屏幕首先顯示的是線段長度的大小，首先用圓規兩臂測量平行四邊形的a邊，按下確認鍵；再測b邊，按下確認鍵；最后測對應的對角線c，按下確認鍵，屏幕即顯示平行四邊形面積。
七、測扇形面積按下功能選擇鍵，至屏幕顯示007，按下確認鍵，圓規進入功能八。屏幕首先顯示的是半徑的大小，打開圓規兩臂至需要值后按下確認鍵，然后輕握圓規帶傳感器的一臂固定不動，旋轉圓規。從扇形的一邊旋轉至另一邊，屏幕會顯示所測扇形的面積。
八、測橢圓面積按下功能選擇鍵，至屏幕顯示008，按下確認鍵，圓規進入功能五。屏幕首先顯示的是線段長度的大小，首先用圓規兩臂測量圓橢圓的長軸，按下確認鍵，再測一下短軸，按下確認鍵，屏幕顯示的即是橢圓的面積。
根據以上實例，現描述其電路連接關系
如圖1所示，傳感器C6和傳感器R13將測量的幾何量分別轉換為電容變化量和電阻變化量，輸入出給振蕩集成芯片U2A和振蕩集成芯片U2B。經振蕩集成芯片U2A、U2B、電阻R12、R14、R15、電容C2、C5組成的振蕩電路轉換為頻率不同的方波后，分別輸出至單片機U1的8腳和9腳。單片機U1和其內部程序測量出它8腳和9腳的方波的頻率后，分別轉換為半徑值和角度值，還可將半徑值和角度值加以運算后，得出弧度值和多種圖形的面積值然后通過電阻R1至電阻R8、R18至電阻R20、三極管Q1至三極管Q3輸出到顯示部分電路，點亮數碼管DS1至數碼管DS3，顯示出實時測量數值。控制部分由電阻R9至電阻R11、按鍵S1至S3、電容C1組成。按鍵S1至S3為3個不同功能的按鍵，按下按鍵后，按鍵S1至按鍵S3三個按鍵的信號分別由單片機U1的1、6、7腳送入單片機U1內部，由程序處理后產生控制信號控制測量和顯示任務。電容C9和穩壓二極管D1給整個電路提供5V的穩定電壓。
權利要求
1.一種數顯智能圓規，其特征是在圓規的左臂下方，安裝了測量角度的傳感器，在圓規的中間，安裝了控制和顯示電路，在圓規上部，安裝了測量半徑的傳感器，在圓規頂端，安裝了三個控制按鍵，分別是復位按鍵、功能選擇按鍵和確認按鍵。
2.根據權利要求1所述的一種數顯智能圓規，其特征是傳感器C6和傳感器R13將測量的幾何量分別轉換為電容變化量和電阻變化量，輸入出給振蕩集成芯片U2A和振蕩集成芯片U2B。經振蕩集成芯片U2A、U2B、電阻R12、R14、R15、電容C2、C5組成的振蕩電路轉換為頻率不同的方波后，分別輸出至單片機U1的8腳和9腳。單片機U1和其內部程序測量出它8腳和9腳的方波的頻率后，分別轉換為半徑值和角度值，還可將半徑值和角度值加以運算后，得出弧度值和多種圖形的面積值然后通過電阻R1至電阻R8、R18至電阻R20、三極管Q1至三極管Q3輸出到顯示部分電路，點亮數碼管DS1至數碼管DS3，顯示出實時測量數值。控制部分由電阻R9至電阻R11、按鍵S1至S3、電容C1組成。按鍵S1至S3為3個不同功能的按鍵，按下按鍵后，按鍵S1至按鍵S3三個按鍵的信號分別由單片機U1的1、6、7腳送入單片機U1內部，由程序處理后產生控制信號控制測量和顯示任務。電容C9和穩壓二極管D1給整個電路提供5V的穩定電壓。
全文摘要
一種數顯智能圓規，在圓規的左臂下方，安裝了測量角度的傳感器。在圓規的中間，安裝了控制和顯示電路。在圓規上部，安裝了測量半徑的傳感器。在圓規頂端，安裝了三個控制按鍵，分別是復位按鍵、功能選擇按鍵和確認按鍵。本發明的基本功能——作圖時本發明能實時顯示圓規張開的半徑大小，能實時顯示圓規畫弧時轉過角的大小。半徑測量精度達到1毫米，角度測量精度達到2度，與實際相符。測量計算功能——通過按鍵選擇，能測量并計算弧長、圓面積、三角形面積、平行四邊形面積、扇形面積、橢圓面積，結果達到3位有效數字。
文檔編號B43L9/02GK101058277SQ20071006544
公開日2007年10月24日 申請日期2007年4月13日 優先權日2007年4月13日
發明者張金靈, 蔡群英, 葉謀奮, 蔡天芳, 王玉鳳, 陳征 申請人:北京交通大學