微計算機單擺實驗儀的制作方法
【專利摘要】微計算機單擺實驗儀主要用于教學演示，它可以定量進行下列實驗：1、研究單擺振動偏見在10°能跟周期T與振幅無關；2、研究T跟擺球質量無關；3、研究T跟擺長L的平方根成正比；4、測定重力加速度g值。它由主控電路和組件構成。主控電路實現激光探頭信息采集、數碼管顯示、通過USB接口跟電腦通信，C語言編程來完成擺次、擺長的輸入以及自動計數、計時、計算結果、顯示的功能；單擺組件由底座、對稱式三角形支架、擺線、擺球、水準儀構成。其中對稱式三角形支架是由兩組對稱的支架通過頂部的橫桿連接構成。具體是其中一組支架由一面梯形板作為支撐板垂直于底座，另外采用一面三角形板作為加強板垂直于底座并且垂直于支撐板組成。
【專利說明】微計算機單擺實驗儀【技術領域】
[0001]本實用新型涉及教學、演示用具領域，具體地說是一種抗干擾能力強，計時、計數精確，測量和更換擺球以及演示更加方便的電子類單擺實驗儀。
【背景技術】
[0002]目前，所使用的電子類單擺實驗儀采用光電門受外界光線干擾大(光電門采用光敏電阻，容易受自然光干擾)；不能更換實驗擺球(物理學中的單擺實驗涉及到使用不同密度、體積的物體做實驗可以驗證該實驗是受空氣浮力影響的)；顯示數據不方便，不形象(只采用幾位數碼管或者單色LCD屏);連接電腦不方便(串口已經不再是電腦標配接口，如目前的筆記本)實驗儀(包括目前非電子類單擺實驗儀)支撐架不穩，加大實驗誤差。

【發明內容】

[0003]為了克服現有的電子類單擺實驗儀中易受干擾，不能更換擺球，顯示數據不方便以及實驗儀支撐架不穩的弊端，本實用新型使用微計算機即單片機技術通過激光探頭觀測擺球，具有記錄時間、次數以計算重力加速度值的功能，可以通過USB接口跟電腦通信，可以在實驗儀或者電腦上輸入擺長、擺次，也可以在實驗儀和電腦上同時顯示擺長、擺次、過程變化時間、重力加速度值以及擺動周期；可以方便實現多種不同質量、體積小球的更換；采用三角原理設計實驗儀的支撐架，使得支架更加穩固，實驗數據更加精確。
[0004]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:微計算機單擺實驗儀是一個整體，由單擺組件和單片機控制電路組成。
[0005]單片機控制電路采用單片機作為中心控制芯片，實現激光探頭信息采集、數碼管顯示、通過USB接口跟電腦通信、C語言編程來完成擺次、擺長的輸入以及自動計數、計時、計算結果、顯示的功能。在單擺儀底座安裝有USB接口、4*4矩陣鍵盤、激光探頭、5組數碼管(擺長6位數碼管、擺次3位數碼管、時間7`位數碼管、周期5位數碼管、重力加速度值4位)。
[0006]單擺組件由底座、對稱式三角形支架、擺線、擺球、水準儀構成。底座作為支撐支架和掩蓋電路板，同時裝有水準儀以及可調水平螺釘。對稱式三角形支架是由兩組對稱的支架通過頂部的橫桿連接構成，具體是其中一組支架由一面梯形板作為支撐板垂直于底座，另外采用一面三角形板作為加強板垂直于底座并且垂直于支撐板組成。為了便于實驗擺球起擺的角度，在對稱式三角形支架的梯形板上刻有起擺角度。對稱式三角形支架的橫桿上有通過螺絲調整的松緊壓板，固定擺線，擺線垂下，末端有擺球。擺球設計有兩個中心具有母螺，有凹槽半徑的對稱半球，和有凹槽的空心公螺，通過擺線末端的小球裝到公螺，擰進對稱半球組成擺球。
[0007]整個實驗儀可以通過USB延長線連接電腦的USB接口，電源采用5V的適配電源器供電。
[0008]本實用新型的有益效果是，采用編碼激光探頭，實現抗強干擾；通過USB接口更方便實現與目前常用電腦實時通信；具有自定義擺長、擺次的輸入，可更換擺球，提高實驗的靈活度；對稱式三角形支架可提高實驗儀的穩定性，從而提高實驗數據的精度；與電腦通信，可實現在電腦端輸入和顯示數據，提高教學演示的便利性。
[0009]【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]下面結合附圖和實施例對本實用新型做進一步說明
[0011]圖1是本實用新型的電路圖
[0012]圖2是本實用新型實施例結構組成圖
[0013]圖3是圖2的擺線、擺球內部結構圖
[0014]圖中1、激光探頭，2、輸入鍵盤，3、USB接口，4、對稱式三角形支架，5、橫桿，6、擺繩，7、擺球，8、空心公螺，9、起點角度刻量器，10、電源開關、11、顯示數碼管，12、水準儀，13、底座，14、電源接口，15、可調水平螺釘。
[0015]【具體實施方式】
[0016]在圖1所示例實施例中，單片機STC12C5A60S2、數碼管顯示電路、激光發射接收電路、鍵盤電路、USB接口電路組成的觀測小球、計時、計數、輸入顯示以及USB連接電腦通信控制系統。(I)激光探頭，光電轉換器做測量:采用調制管作為激光編碼，接收管作為解碼并輸出信號。(2)輸入鍵盤，(T9數值輸入鍵盤，確定鍵，取消鍵，上移下移鍵，(3)USB接口，連接電腦USB接口。軟件采用模塊化設計，分主程序，中斷程序，主程序初始化后判斷是否連接電腦，如果沒有連接電腦，則調用顯示數碼管模塊，掃描鍵盤輸入模塊。如果連接了電腦，則調用讀取電腦輸入參數模塊。主程序得到參數后，進行數碼管顯示，與電腦通訊。中斷程序負責計數，優先權最高。
[0017]在圖2所示實施例中，對稱式三角形支架(4)由兩組相同的組件和橫桿組成，其中一組組件是IOmm厚,65cm高,上梯25cm,下梯40cm的梯形亞克力板作為支撐板垂直于底座
(13),另外IOmm厚的三邊邊長為65cm、20cm、68cm的三角形亞克力板作為加強板垂直于底座(13)同時垂直于支撐板；另外一組以對稱式方式安裝在距離13cm的另外一端，通過兩組組件頂部長為13.8cm,半徑為IOmm的圓柱形橫桿(5)連接成對稱式三角形支架(4);激光探頭(I)安裝對稱式三角形支架(4)上，距離底板(13)5mm，包括發射探頭和接收探頭；擺繩
(6)是由一根細繩，末端垂直掛著半徑2mm熱固性塑料小球組成，擺球(7)懸掛于擺繩(6)的末端；擺球(7)由兩部分組成:兩個半徑Icm并具有半徑0.5mm凹槽的半球、長5mm半徑4mm的空心公螺(8);起點角度刻量器(9)在對稱式三角形支架(4)的支撐板上部分，以橫桿接觸點為圓心；輸入鍵盤(2)、電源開關(10)、顯示數碼管(11)、水準儀(12)分布在IOmm厚，53cm長，40cm寬的亞克力材料底座(13)上；5V電源接口( 14)、USB接口(3)、可調水平螺釘(15)分布在底座(13)的底部。
[0018]操作步驟:
[0019]1、使用直尺量好擺長，將擺繩掛于橫桿處，選擇好需要的擺球通過螺紋擰好，裝在擺繩末端；
[0020]2、調節底部三枚水平螺釘，使水準儀的氣泡位于水準儀的中央圓形中心點；
[0021]3、接上電源，開啟開關(如需連接電腦則通過USB延長線接到電腦USB接口)，通過鍵盤輸入擺長、擺次(如果連接電腦，則在電腦上輸入擺長、擺次)，移開擺球至所需角度，按確定按鍵，松開小球；
[0022]4、等待實驗完畢，記錄數據。
【權利要求】
1.微計算機單擺實驗儀，其特征是它由底座、安裝在底座上的對稱式三角形支架和掛在對稱式三角形支架橫桿上的擺球組件構成，通過安裝在對稱式三角形支架上的激光探頭連接主控電路板上的單片機、鍵盤、USB接口和數碼顯示管組成；其中對稱式三角形支架是由兩組一樣的支撐架通過頂部的橫桿連接構成，具體是其中一組支撐架由一面梯形板作為支撐板垂直于底座，另外采用一面三角形板作為加強板垂直于底座并且垂直于支撐板組成；而其中的擺球組件由擺球和擺線組成，擺球和擺線之間采用可拆卸設計，擺球由對稱半球組成，中心具有母螺、凹槽半徑，通過凹槽空心公螺連接在一起；擺線是末端掛著小球，可裝入空心公螺中。
2.根據權利要求1所述的微計算機單擺實驗儀，其特征是具有可直接跟電腦連接的USB接口，并且可以在電腦上輸入和顯示實驗數據。
【文檔編號】G09B23/10GK203588521SQ201320238528
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年5月7日 優先權日:2013年5月7日
【發明者】關作金, 廖顯平, 劉建華, 李彥令 申請人:關作金, 廖顯平, 劉建華, 李彥令