微计算机单摆实验仪的制作方法
【专利摘要】微计算机单摆实验仪主要用于教学演示，它可以定量进行下列实验：1、研究单摆振动偏见在10°能跟周期T与振幅无关；2、研究T跟摆球质量无关；3、研究T跟摆长L的平方根成正比；4、测定重力加速度g值。它由主控电路和组件构成。主控电路实现激光探头信息采集、数码管显示、通过USB接口跟电脑通信，C语言编程来完成摆次、摆长的输入以及自动计数、计时、计算结果、显示的功能；单摆组件由底座、对称式三角形支架、摆线、摆球、水准仪构成。其中对称式三角形支架是由两组对称的支架通过顶部的横杆连接构成。具体是其中一组支架由一面梯形板作为支撑板垂直于底座，另外采用一面三角形板作为加强板垂直于底座并且垂直于支撑板组成。
【专利说明】微计算机单摆实验仪【技术领域】
[0001]本实用新型涉及教学、演示用具领域，具体地说是一种抗干扰能力强，计时、计数精确，测量和更换摆球以及演示更加方便的电子类单摆实验仪。
【背景技术】
[0002]目前，所使用的电子类单摆实验仪采用光电门受外界光线干扰大(光电门采用光敏电阻，容易受自然光干扰)；不能更换实验摆球(物理学中的单摆实验涉及到使用不同密度、体积的物体做实验可以验证该实验是受空气浮力影响的)；显示数据不方便，不形象(只采用几位数码管或者单色LCD屏);连接电脑不方便(串口已经不再是电脑标配接口，如目前的笔记本)实验仪(包括目前非电子类单摆实验仪)支撑架不稳，加大实验误差。
【发明内容】
[0003]为了克服现有的电子类单摆实验仪中易受干扰，不能更换摆球，显示数据不方便以及实验仪支撑架不稳的弊端，本实用新型使用微计算机即单片机技术通过激光探头观测摆球，具有记录时间、次数以计算重力加速度值的功能，可以通过USB接口跟电脑通信，可以在实验仪或者电脑上输入摆长、摆次，也可以在实验仪和电脑上同时显示摆长、摆次、过程变化时间、重力加速度值以及摆动周期；可以方便实现多种不同质量、体积小球的更换；采用三角原理设计实验仪的支撑架，使得支架更加稳固，实验数据更加精确。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:微计算机单摆实验仪是一个整体，由单摆组件和单片机控制电路组成。
[0005]单片机控制电路采用单片机作为中心控制芯片，实现激光探头信息采集、数码管显示、通过USB接口跟电脑通信、C语言编程来完成摆次、摆长的输入以及自动计数、计时、计算结果、显示的功能。在单摆仪底座安装有USB接口、4*4矩阵键盘、激光探头、5组数码管(摆长6位数码管、摆次3位数码管、时间7`位数码管、周期5位数码管、重力加速度值4位)。
[0006]单摆组件由底座、对称式三角形支架、摆线、摆球、水准仪构成。底座作为支撑支架和掩盖电路板，同时装有水准仪以及可调水平螺钉。对称式三角形支架是由两组对称的支架通过顶部的横杆连接构成，具体是其中一组支架由一面梯形板作为支撑板垂直于底座，另外采用一面三角形板作为加强板垂直于底座并且垂直于支撑板组成。为了便于实验摆球起摆的角度，在对称式三角形支架的梯形板上刻有起摆角度。对称式三角形支架的横杆上有通过螺丝调整的松紧压板，固定摆线，摆线垂下，末端有摆球。摆球设计有两个中心具有母螺，有凹槽半径的对称半球，和有凹槽的空心公螺，通过摆线末端的小球装到公螺，拧进对称半球组成摆球。
[0007]整个实验仪可以通过USB延长线连接电脑的USB接口，电源采用5V的适配电源器供电。
[0008]本实用新型的有益效果是，采用编码激光探头，实现抗强干扰；通过USB接口更方便实现与目前常用电脑实时通信；具有自定义摆长、摆次的输入，可更换摆球，提高实验的灵活度；对称式三角形支架可提高实验仪的稳定性，从而提高实验数据的精度；与电脑通信，可实现在电脑端输入和显示数据，提高教学演示的便利性。
[0009]【专利附图】
【附图说明】
[0010]下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明
[0011]图1是本实用新型的电路图
[0012]图2是本实用新型实施例结构组成图
[0013]图3是图2的摆线、摆球内部结构图
[0014]图中1、激光探头，2、输入键盘，3、USB接口，4、对称式三角形支架，5、横杆，6、摆绳，7、摆球，8、空心公螺，9、起点角度刻量器，10、电源开关、11、显示数码管，12、水准仪，13、底座，14、电源接口，15、可调水平螺钉。
[0015]【具体实施方式】
[0016]在图1所示例实施例中，单片机STC12C5A60S2、数码管显示电路、激光发射接收电路、键盘电路、USB接口电路组成的观测小球、计时、计数、输入显示以及USB连接电脑通信控制系统。(I)激光探头，光电转换器做测量:采用调制管作为激光编码，接收管作为解码并输出信号。(2)输入键盘，(T9数值输入键盘，确定键，取消键，上移下移键，(3)USB接口，连接电脑USB接口。软件采用模块化设计，分主程序，中断程序，主程序初始化后判断是否连接电脑，如果没有连接电脑，则调用显示数码管模块，扫描键盘输入模块。如果连接了电脑，则调用读取电脑输入参数模块。主程序得到参数后，进行数码管显示，与电脑通讯。中断程序负责计数，优先权最高。
[0017]在图2所示实施例中，对称式三角形支架(4)由两组相同的组件和横杆组成，其中一组组件是IOmm厚,65cm高,上梯25cm,下梯40cm的梯形亚克力板作为支撑板垂直于底座
(13),另外IOmm厚的三边边长为65cm、20cm、68cm的三角形亚克力板作为加强板垂直于底座(13)同时垂直于支撑板；另外一组以对称式方式安装在距离13cm的另外一端，通过两组组件顶部长为13.8cm,半径为IOmm的圆柱形横杆(5)连接成对称式三角形支架(4);激光探头(I)安装对称式三角形支架(4)上，距离底板(13)5mm，包括发射探头和接收探头；摆绳
(6)是由一根细绳，末端垂直挂着半径2mm热固性塑料小球组成，摆球(7)悬挂于摆绳(6)的末端；摆球(7)由两部分组成:两个半径Icm并具有半径0.5mm凹槽的半球、长5mm半径4mm的空心公螺(8);起点角度刻量器(9)在对称式三角形支架(4)的支撑板上部分，以横杆接触点为圆心；输入键盘(2)、电源开关(10)、显示数码管(11)、水准仪(12)分布在IOmm厚，53cm长，40cm宽的亚克力材料底座(13)上；5V电源接口( 14)、USB接口(3)、可调水平螺钉(15)分布在底座(13)的底部。
[0018]操作步骤:
[0019]1、使用直尺量好摆长，将摆绳挂于横杆处，选择好需要的摆球通过螺纹拧好，装在摆绳末端；
[0020]2、调节底部三枚水平螺钉，使水准仪的气泡位于水准仪的中央圆形中心点；
[0021]3、接上电源，开启开关(如需连接电脑则通过USB延长线接到电脑USB接口)，通过键盘输入摆长、摆次(如果连接电脑，则在电脑上输入摆长、摆次)，移开摆球至所需角度，按确定按键，松开小球；
[0022]4、等待实验完毕，记录数据。
【权利要求】
1.微计算机单摆实验仪，其特征是它由底座、安装在底座上的对称式三角形支架和挂在对称式三角形支架横杆上的摆球组件构成，通过安装在对称式三角形支架上的激光探头连接主控电路板上的单片机、键盘、USB接口和数码显示管组成；其中对称式三角形支架是由两组一样的支撑架通过顶部的横杆连接构成，具体是其中一组支撑架由一面梯形板作为支撑板垂直于底座，另外采用一面三角形板作为加强板垂直于底座并且垂直于支撑板组成；而其中的摆球组件由摆球和摆线组成，摆球和摆线之间采用可拆卸设计，摆球由对称半球组成，中心具有母螺、凹槽半径，通过凹槽空心公螺连接在一起；摆线是末端挂着小球，可装入空心公螺中。
2.根据权利要求1所述的微计算机单摆实验仪，其特征是具有可直接跟电脑连接的USB接口，并且可以在电脑上输入和显示实验数据。
【文档编号】G09B23/10GK203588521SQ201320238528
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年5月7日 优先权日:2013年5月7日
【发明者】关作金, 廖显平, 刘建华, 李彦令 申请人:关作金, 廖显平, 刘建华, 李彦令