气垫导轨实验装置的制作方法
专利名称：气垫导轨实验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种物理实验装置，主要涉及一种气垫导轨实验数据的采集、传送和实时处理系统，属于物理实验仪器领域。
背景技术：
气垫导轨是一种现代化的力学实验仪器，它利用小型气源将压缩空气送入导轨内腔，空气再由导轨表面上的小孔中喷出，在导轨表面与滑行器内表面之间形成很薄的气垫层。滑行器就浮在气垫层上，与轨面脱离接触，因而能在轨面上做近似无阻力的直线运动， 极大地减小了在力学实验中由于摩擦引起的误差，使实验结果接近理论值，可以对多种力学物理量进行测定、对多个力学定律进行验证。气垫导轨能够进行多种实验，包括测量速率、加速度大小、弹簧振子简谐振动的周期，验证弹性碰撞和非弹性碰撞条件下的动量守恒、弹簧振子的机械能守恒等定律，其基本原理是都是对时间的测量，气垫导轨实验就是采用数字毫秒计和光电门记录滑行器在气垫导轨上运动的时间。然而，现有的实验过程都是学生对数字毫秒计的读数进行手抄，抄写的时候需要不断的按下数字毫秒计上相应的挡光次数按钮，所提交的实验报告都是以手抄的实验数据为基础的。这样的实验过程存在三个问题，第一对于学生的实验掌握程度不易了解，众所周知，学生之间的抄袭现象是普遍存在的，如果学生在实验后抄袭了他人的实验数据，并以此来提交实验报告，实验老师对此并不能及时发现，因为学生的数据记录过程完全是独立于老师的，这样导致的后果就是老师对于学生的实验掌握程度不能具有一个很好的了解，进而导致对于教学质量的评估出现偏差；第二，学生在数据记录过程中费时、费力，数据彼此间分立，容易产生错误；第三，实验教师对学生数据的处理多凭经验，在评分过程中不可避免的出现偏差。本发明就是针对上述的问题而提出的，提供一种气垫导轨实验数据的采集、传送和实时处理系统，其能够对多种力学物理量进行测定、对力学定律进行验证，而且方便读取实验数据、传送实验数据、实时处理实验数据。在教学中，可以根据实验需要，随时更改实验内容，简单、易行。
发明内容
根据本发明的一实施例，提供了一种气垫导轨实验数据的采集、传送和实时处理系统，包括气垫导轨实验台、嵌有单片机的电路板、与单片机相连用于触发的光电门、蓝牙无线传输模块、液晶显示器、用于实验数据收集和实时处理的计算机和数据处理程序。在做气垫导轨实验时，滑行器上附有遮光片，当遮光片通过光电门时，会形成触发信号。上述内容均是现有技术，在此不再进行赘述。本发明的特征在于将数字毫秒计改换为一嵌有单片机的电路板，使用该电路板上的单片机进行计时。单片机与光电门连接，光电门会将遮光片通过光电门的时间信号传给单片机，然后单片机将这些信号实时传送并显示在与其相连接的液晶显示器上。学生全部测量所需数据后，按嵌有单片机的电路板上的 “发送”按钮，包含上述数据和学生编号和姓名的数据包经蓝牙发射模块发送到老师的计算机上，再由计算机接收后对数据进行后续处理。通过上述装置，就解决前述的问题，每进行一次实验之后，学生都能实时的在显示器上看到该次的实验数据，也即遮光片通过光电门所需的时间，如果对于实验结果不满意， 可直接将数据删除，重新进行实验，其最后看到的是一个整体的全部的实验数据；再者，学生每次实验完毕后，都需要将包含有个人信息的实验数据发送到老师的计算机上，能够保证老师看到每个学生原始的实验数据，有效的防止了学生之间抄袭现象的发生；第三，采用此系统，计算机程序将实验数据处理并存储后，可随时调用，作为教师在给定实验报告分数时的客观依据，从而进行方便、公正的实验评价。
图1为遮光片示意图；图2为气垫导轨实验装置数据的采集、传送和接收模块示意图；在上述图中，1 4表示遮光片的四条边，5表示光电门，6表示单片机，7表示显示器，8表示蓝牙发射模块，9表示配有蓝牙接收模块的计算机。
具体实施例图1示出了本发明中遮光片部分，该遮光片与现有技术中的气垫导轨装置是一致的。附带有遮光片的滑行器在气垫导轨上滑行，代表一个做直线运动的物体。当滑行器经过设在某位置上的光电门时，遮光片对光电门进行遮光。当第一个边1挡住光时，计时器开始计时，第二个边2通过时继续计时，当第三个边3再挡光时，停止计时。测出遮光片第一个边1和第三个边3之间的宽度ΔΧ和遮光时间At，就可以算出滑块通过光电门的平
Ax
均速率7 = 7。由于ΔΧ比较小，且在ΔΧ范围内滑块的速率变化也很小，故可以把上述平 At
均速率看成是滑行器经过光电门时的瞬时速率。本发明的特征在于其还包括数据的采集、传送和接收模块，该模块包括与光电门连接的单片机，该单片机用于接收从光电门传送过来的遮光片经过光电门的时间数据，并将该数据实时传送并显示在与单片机相连的显示器上，并且，嵌有单片机的电路板上还设置有“发送”按钮和蓝牙发射模块，通过按下所述按钮，所述蓝牙发射模块会将包含有学生信息和上述数据的数据包传送到老师计算机上的蓝牙接收模块，接收后在该计算机上存储和处理。显示器单片机芯片采集过来的数据，由一个8时TFT液晶显示器将实验内容和数据全部显示出来。学生通过液晶屏观察的实验数据具有整体感，可以通过对比不同测量组的数据，判断实验中可能存在的操作错误。对于错误数据，可由嵌有单片机的电路板上的 “删除”键直接删除。使用者还可以根据实验中数据多少的不同，选择不同的、合适尺寸的液晶显不器。
数据传送实验数据临时存储在单片机中，嵌有单片机的电路板上设置有“发送” 按钮，按一下该按钮，则数据经蓝牙模块通过蓝牙无线信号发送出去。数据接收计算机上插有蓝牙适配器做为蓝牙接收模块，可以接收蓝牙信号。数据实时处理计算机上有编写好的程序，读取蓝牙适配器接收到的数据，存储实验数据到以学生学号和姓名为文件名的文件中，作为数据备份。同时，计算机程序还可对实验数据进行处理，处理后的结果实时显示在计算机屏幕上，以方便教学的老师实时判断学生做的实验好坏，以及为批改实验报告提供客观依据，方便教师甄别学生数据的准确度。
权利要求
1.一种气垫导轨实验数据的采集、传送和实时处理装置，包括气垫导轨实验台、嵌有单片机的电路板、与单片机相连用于触发的光电门、蓝牙发射模块、显示器、用于实验数据收集和实时处理的配置蓝牙接收模块的计算机和数据处理程序，在做气垫导轨实验时，其特征在于使用该电路板上的单片机进行计时，单片机与光电门连接，光电门会将遮光片通过光电门的时间信号传给单片机，然后单片机将这些信号实时传送并显示在连接在单片机上的显示器上，学生全部测量所需数据后，按嵌有单片机的电路板上的“发送”按钮，包含上述数据和学生编号和姓名的数据包经蓝牙发射模块发送到所述计算机上，再由计算机接收后对数据进行存储和后续处理。
2.根据权利要求1所述的装置，所述显示器为液晶显示器。
3.根据权利要求1所述的装置，所述嵌有单片机的电路板上还设置有的“删除”键，用于在实验过程中删除操作错误的实验数据。
全文摘要
一种气垫导轨实验数据的采集、传送和实时处理装置，包括气垫导轨实验台、嵌有单片机的电路板、与单片机相连用于触发的光电门、蓝牙发射模块、显示器、用于实验数据收集和实时处理的配置蓝牙接收模块的计算机和数据处理程序，在做气垫导轨实验时，其特征在于使用该电路板上的单片机进行计时，单片机与光电门连接，光电门会将遮光片通过光电门的时间信号传给单片机，然后单片机将这些信号实时传送并显示在连接在单片机上的显示器上，学生全部测量所需数据后，按嵌有单片机的电路板上的“发送”按钮，包含上述数据和学生编号和姓名的数据包经蓝牙发射模块发送到所述计算机上，再由计算机接收后对数据进行存储和后续处理。
文档编号G09B23/10GK102354466SQ20111031755
公开日2012年2月15日 申请日期2011年10月14日 优先权日2011年10月14日
发明者任芝, 李松涛, 杨越, 王兰谟 申请人:华北电力大学(保定)
技术领域：
本发明涉及一种物理实验装置，主要涉及一种气垫导轨实验数据的采集、传送和实时处理系统，属于物理实验仪器领域。
背景技术：
气垫导轨是一种现代化的力学实验仪器，它利用小型气源将压缩空气送入导轨内腔，空气再由导轨表面上的小孔中喷出，在导轨表面与滑行器内表面之间形成很薄的气垫层。滑行器就浮在气垫层上，与轨面脱离接触，因而能在轨面上做近似无阻力的直线运动， 极大地减小了在力学实验中由于摩擦引起的误差，使实验结果接近理论值，可以对多种力学物理量进行测定、对多个力学定律进行验证。气垫导轨能够进行多种实验，包括测量速率、加速度大小、弹簧振子简谐振动的周期，验证弹性碰撞和非弹性碰撞条件下的动量守恒、弹簧振子的机械能守恒等定律，其基本原理是都是对时间的测量，气垫导轨实验就是采用数字毫秒计和光电门记录滑行器在气垫导轨上运动的时间。然而，现有的实验过程都是学生对数字毫秒计的读数进行手抄，抄写的时候需要不断的按下数字毫秒计上相应的挡光次数按钮，所提交的实验报告都是以手抄的实验数据为基础的。这样的实验过程存在三个问题，第一对于学生的实验掌握程度不易了解，众所周知，学生之间的抄袭现象是普遍存在的，如果学生在实验后抄袭了他人的实验数据，并以此来提交实验报告，实验老师对此并不能及时发现，因为学生的数据记录过程完全是独立于老师的，这样导致的后果就是老师对于学生的实验掌握程度不能具有一个很好的了解，进而导致对于教学质量的评估出现偏差；第二，学生在数据记录过程中费时、费力，数据彼此间分立，容易产生错误；第三，实验教师对学生数据的处理多凭经验，在评分过程中不可避免的出现偏差。本发明就是针对上述的问题而提出的，提供一种气垫导轨实验数据的采集、传送和实时处理系统，其能够对多种力学物理量进行测定、对力学定律进行验证，而且方便读取实验数据、传送实验数据、实时处理实验数据。在教学中，可以根据实验需要，随时更改实验内容，简单、易行。
发明内容
根据本发明的一实施例，提供了一种气垫导轨实验数据的采集、传送和实时处理系统，包括气垫导轨实验台、嵌有单片机的电路板、与单片机相连用于触发的光电门、蓝牙无线传输模块、液晶显示器、用于实验数据收集和实时处理的计算机和数据处理程序。在做气垫导轨实验时，滑行器上附有遮光片，当遮光片通过光电门时，会形成触发信号。上述内容均是现有技术，在此不再进行赘述。本发明的特征在于将数字毫秒计改换为一嵌有单片机的电路板，使用该电路板上的单片机进行计时。单片机与光电门连接，光电门会将遮光片通过光电门的时间信号传给单片机，然后单片机将这些信号实时传送并显示在与其相连接的液晶显示器上。学生全部测量所需数据后，按嵌有单片机的电路板上的 “发送”按钮，包含上述数据和学生编号和姓名的数据包经蓝牙发射模块发送到老师的计算机上，再由计算机接收后对数据进行后续处理。通过上述装置，就解决前述的问题，每进行一次实验之后，学生都能实时的在显示器上看到该次的实验数据，也即遮光片通过光电门所需的时间，如果对于实验结果不满意， 可直接将数据删除，重新进行实验，其最后看到的是一个整体的全部的实验数据；再者，学生每次实验完毕后，都需要将包含有个人信息的实验数据发送到老师的计算机上，能够保证老师看到每个学生原始的实验数据，有效的防止了学生之间抄袭现象的发生；第三，采用此系统，计算机程序将实验数据处理并存储后，可随时调用，作为教师在给定实验报告分数时的客观依据，从而进行方便、公正的实验评价。
图1为遮光片示意图；图2为气垫导轨实验装置数据的采集、传送和接收模块示意图；在上述图中，1 4表示遮光片的四条边，5表示光电门，6表示单片机，7表示显示器，8表示蓝牙发射模块，9表示配有蓝牙接收模块的计算机。
具体实施例图1示出了本发明中遮光片部分，该遮光片与现有技术中的气垫导轨装置是一致的。附带有遮光片的滑行器在气垫导轨上滑行，代表一个做直线运动的物体。当滑行器经过设在某位置上的光电门时，遮光片对光电门进行遮光。当第一个边1挡住光时，计时器开始计时，第二个边2通过时继续计时，当第三个边3再挡光时，停止计时。测出遮光片第一个边1和第三个边3之间的宽度ΔΧ和遮光时间At，就可以算出滑块通过光电门的平
Ax
均速率7 = 7。由于ΔΧ比较小，且在ΔΧ范围内滑块的速率变化也很小，故可以把上述平 At
均速率看成是滑行器经过光电门时的瞬时速率。本发明的特征在于其还包括数据的采集、传送和接收模块，该模块包括与光电门连接的单片机，该单片机用于接收从光电门传送过来的遮光片经过光电门的时间数据，并将该数据实时传送并显示在与单片机相连的显示器上，并且，嵌有单片机的电路板上还设置有“发送”按钮和蓝牙发射模块，通过按下所述按钮，所述蓝牙发射模块会将包含有学生信息和上述数据的数据包传送到老师计算机上的蓝牙接收模块，接收后在该计算机上存储和处理。显示器单片机芯片采集过来的数据，由一个8时TFT液晶显示器将实验内容和数据全部显示出来。学生通过液晶屏观察的实验数据具有整体感，可以通过对比不同测量组的数据，判断实验中可能存在的操作错误。对于错误数据，可由嵌有单片机的电路板上的 “删除”键直接删除。使用者还可以根据实验中数据多少的不同，选择不同的、合适尺寸的液晶显不器。
数据传送实验数据临时存储在单片机中，嵌有单片机的电路板上设置有“发送” 按钮，按一下该按钮，则数据经蓝牙模块通过蓝牙无线信号发送出去。数据接收计算机上插有蓝牙适配器做为蓝牙接收模块，可以接收蓝牙信号。数据实时处理计算机上有编写好的程序，读取蓝牙适配器接收到的数据，存储实验数据到以学生学号和姓名为文件名的文件中，作为数据备份。同时，计算机程序还可对实验数据进行处理，处理后的结果实时显示在计算机屏幕上，以方便教学的老师实时判断学生做的实验好坏，以及为批改实验报告提供客观依据，方便教师甄别学生数据的准确度。
权利要求
1.一种气垫导轨实验数据的采集、传送和实时处理装置，包括气垫导轨实验台、嵌有单片机的电路板、与单片机相连用于触发的光电门、蓝牙发射模块、显示器、用于实验数据收集和实时处理的配置蓝牙接收模块的计算机和数据处理程序，在做气垫导轨实验时，其特征在于使用该电路板上的单片机进行计时，单片机与光电门连接，光电门会将遮光片通过光电门的时间信号传给单片机，然后单片机将这些信号实时传送并显示在连接在单片机上的显示器上，学生全部测量所需数据后，按嵌有单片机的电路板上的“发送”按钮，包含上述数据和学生编号和姓名的数据包经蓝牙发射模块发送到所述计算机上，再由计算机接收后对数据进行存储和后续处理。
2.根据权利要求1所述的装置，所述显示器为液晶显示器。
3.根据权利要求1所述的装置，所述嵌有单片机的电路板上还设置有的“删除”键，用于在实验过程中删除操作错误的实验数据。
全文摘要
一种气垫导轨实验数据的采集、传送和实时处理装置，包括气垫导轨实验台、嵌有单片机的电路板、与单片机相连用于触发的光电门、蓝牙发射模块、显示器、用于实验数据收集和实时处理的配置蓝牙接收模块的计算机和数据处理程序，在做气垫导轨实验时，其特征在于使用该电路板上的单片机进行计时，单片机与光电门连接，光电门会将遮光片通过光电门的时间信号传给单片机，然后单片机将这些信号实时传送并显示在连接在单片机上的显示器上，学生全部测量所需数据后，按嵌有单片机的电路板上的“发送”按钮，包含上述数据和学生编号和姓名的数据包经蓝牙发射模块发送到所述计算机上，再由计算机接收后对数据进行存储和后续处理。
文档编号G09B23/10GK102354466SQ20111031755
公开日2012年2月15日 申请日期2011年10月14日 优先权日2011年10月14日
发明者任芝, 李松涛, 杨越, 王兰谟 申请人:华北电力大学(保定)
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