一种基于蓝牙的便携式多传感器多功能的物理实验系统的制作方法
【技术领域】
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[0001]本发明涉及一种物理实验系统，尤其涉及一种基于蓝牙的便携式多传感器多功能的物理实验系统。
【背景技术】
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[0002]物理是一门以实验为基础的学科，物理实验的目的是让学生直观、形象地观察物理现象，深入理解物理实验概念和规律。现有的基于传感器的物理实验设备一般同时只能连接1-2个传感器，因此不能同时进行多物理量的测量，能完成的实验题目有限，并且传感器集成度低，体积大，不具有便携性，不具备与手机通信的功能。
[0003]而在物理问题的探索中，常常需要随时随地、同时测量多个物理量，并及时快速地进行数据处理。因此，一种集成多传感器、便于携带、可方便及时地进行数据处理的物理实验系统具有广阔的应用前景，并将带来物理实验方法的变革。
【发明内容】
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[0004]本发明为了解决上述问题，提供一种基于蓝牙的便携式多传感器多功能的物理实验系统。该系统可选择使用手机或计算机进行数据显示。其中，使用手机观察物理量变化规律，增加了便携性，而且体积小、集成多种传感器、可方便及时地进行数据处理；使用计算机观察物理量变化规律，增加了数据处理和保存的功能，可以对数据进行永久保存和多重处理。
[0005]本发明为解决上述问题所采用的技术方案如下:
[0006]—种基于蓝牙的便携式多传感器多功能的物理实验系统，其特征在于包括:数据采集模块、控制器模块、蓝牙无线传输模块、数据处理与存储模块、便携式数据显示模块、交互模块、电源模块；所述电源模块、数据采集模块、交互模块均与控制器模块有连接；所述的数据处理与存储模块、便携式数据显示模块均与蓝牙无线传输模块有无线通信链路。
[0007]所述的数据采集模块，包括:三轴角速率传感器、三轴加速度传感器、三轴磁力计传感器、气压传感器、温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、光敏传感器；所述三轴角速率传感器、三轴加速度传感器、三轴磁力计传感器采用的是芯片MPU-9250 ;所述气压传感器采用的是芯片BMP180 ;所述光敏传感器采用的是5506光敏电阻；所述烟雾传感器采用的是MQ-2烟雾传感器；所述湿度传感器采用的是DHT11 ;所述温度传感器采用的是DS18B20 ;所述芯片MPU-9250和芯片BMP180集成在Grove-頂U 10D0F多功能传感器模块上。
[0008]所述的数据处理与存储模块，包括:计算机模块、USB DONGLE模块；所述计算机模块通过LABVIEW软件控制USB DONGLE实现与蓝牙无线传输模块的配对，并完成数据的接收、处理与存储功能；所述USB DONGLE模块插在计算机模块的USB接口上。
[0009]所述的便携式数据显示模块，包括:手机模块；所述手机模块实现直观显示传感器的数据测量结果。
[0010]所述的交互模块，包括:按键和0LED显示屏；所述电源模块，采用CR2032纽扣电池供电；所述控制器模块，采用TI公司开发的CC2540单片机；所述蓝牙无线传输模块，采用蓝牙4.0技术。
[0011]—种基于蓝牙的便携式多传感器多功能的物理实验系统，其工作流程为:
[0012](1)控制器模块分别初始化数据采集模块、蓝牙无线传输模块、交互模块；
[0013](2)便携式数据显示模块打开手机模块蓝牙功能与蓝牙无线传输模块建立连接；
[0014](3)数据处理与存储模块通过LABVIEW上位机软件控制USB DONGLE与蓝牙无线传输模块建立连接；
[0015](4)控制器模块通过I 1C总线分别读取数据采集模块中三轴角速率传感器、三轴加速度传感器、三轴磁力计传感器、气压传感器的数据；
[0016](5)控制器模块通过读取10 口的状态分别读取光敏传感器、烟雾传感器数据；
[0017](6)控制器模块通过0NE-WIRE总线分别读取湿度传感器、温度传感器数据；
[0018](7)控制器模块将接收到的传感器数据进行处理后通过蓝牙无线传输模块发送给数据处理与存储模块；
[0019](8)控制器模块将接收到的传感器数据进行处理后通过蓝牙无线传输模块发送给便携式数据显示模块；
[0020](9)数据处理与存储模块通过LABVIEW上位机软件控制USB DONGLE接收蓝牙无线传输模块发来的传感器数据，然后对其进行处理、显示与存储；
[0021](10)便携式数据显示模块通过手机APP接收蓝牙无线传输模块发来的传感器数据，并将其绘制成图。
[0022]本发明的有益效果在于，所述的一种基于蓝牙的便携式多传感器多功能的物理实验系统可以测量被测物体在某一时刻的三轴角速率值、三轴加速度值、三轴磁感应强度值，也可以测出该时刻被测物体所处环境的气压值、温度值、湿度值、明暗状态以及烟雾浓度是否超标情况。通过以上得到的数据可以计算出被测物体所处方向位置，还可以根据气压值计算出被测物体在此时刻所处的高度(基于海平面的高度)。此外，根据系统相对时间还可以分别计算三轴方向上的速度、角速度、位移、弧度；在数据测量期间，实验者可以通过便携式数据显示模块观察被测物的角加速度、加速度以及被测物所处环境的磁感应强度、气压、温度、湿度、明暗状态以及气体浓度是否超标情况；通过使用手机模块显示各物理量的变化情况，不仅增强了便携性，也可以让学生对抽象难理解的物理量有一个直观的感知。本发明采用蓝牙方式进行数据传输相比有线传输方式，更加便捷，操作更加方便；在无线传输的速率方面，本发明采用的是蓝牙4.0技术，其速率比ZIGBEE无线传输技术有明显的优势；在功耗方面，蓝牙4.0的功耗远远低于WIFI。相比较而言，适用于没有网络并且速度要求相对较高的无线数据传输环境。本发明体积小、集成多种传感器、便于携带、可方便及时地进行数据处理。
【附图说明】
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[0023]图1为一种基于蓝牙的便携式多传感器多功能的物理实验系统结构图。
【具体实施方式】
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[0024]—种基于蓝牙的便携式多传感器多功能的物理实验系统，其特征在于包括:数据采集模块1、控制器模块2、蓝牙无线传输模块3、数据处理与存储模块4、便携式数据显示模块5、交互模块6、电源模块7 ;所述电源模块7、数据采集模块1、交互模块6均与控制器模块2有连接；所述的数据处理与存储模块4、便携式数据显示模块5均与蓝牙无线传输模块3有无线通信链路。
[0025]所述数据采集模块1，包括:三轴角速率传感器、三轴加速度传感器、三轴磁力计传感器、气压传感器、温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、光敏传感器；所述三轴角速率传感器、三轴加速度传感器、三轴磁力计传感器采用的是芯片MPU-9250 ;所述气压传感器采用的是芯片BMP180 ;所述光敏传感器采用的是5506光敏电阻；所述烟雾传感器采用的是MQ-2烟雾传感器；所述湿度传感器采用的是DHT11 ;所述温度传感器采用的是DS18B20 ;所述芯片MPU-9250和芯片BMP180集成在Grove-頂U 10D0F多功能传感器模块上。
[0026]所述数据处理与存储模块4，包括:计算机模块、USB DONGLE模块；所述计算机模块通过LABVIEW软件控制USB DONGLE实现与蓝牙无线传输模块3的配对，并完成数据的接收、处理与存储功能；所述USB DONGLE模块插在计算机模块的USB接口上。
[0027]所述便携式数据显示模块5，包括:手机模块；所述手机模块实现直观显示传感器的数据测量结果。
[0028]所述交互模块6，包括:按键和0LED显示屏；所述电源模块7，采用CR2032纽扣电池供电；所述控制器模块2，采用TI公司开发的CC2540单片机；所述蓝牙无线传输模块3，采用蓝牙4.0技术。
[0029]—种基于蓝牙的便携式多传感器多功能的物理实验系统，其工作流程为:
[0030](1)控制器模