一种小球运动状态显示实验系统的制作方法

本实用新型涉及教具领域，具体的说是一种小球运动状态显示实验系统。

背景技术：

小球在力学实验中，小球经常被用来做牛顿运动定律、动量定理、能量守恒、摆等各种实验。在这些实验中，小球状态的观察和记录非常复杂但关键的步骤。现有技术中，使用高速相机记录运动过程并分析，成本高、效率低且捕获的运动状态分析困难。通过固定轨道和传感器分析又因为适用范围窄，占地范围以及成本较高等缺陷难以被推广使用。

技术实现要素：

针对现有技术中的问题，本实用新型提供了一种小球运动状态显示实验系统，实验数据获取方便、精确，可以实时通过显示器进行查看和操作，并且可在大量的不同类型实验中灵活运用。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种小球运动状态显示实验系统，包括用于进行实验并作为外壳为内部组成提供支撑和缓冲保护的球体、用于检测小球运动状态的三轴加速度传感器、用于实时发送小球运动状态的无线发送模块、用于读取及分析三轴加速度传感器测量的数据生成运动状态信息并发送给无线发送模块的单片机、用于控制设备打开机及关闭的开关、用于将速度清零的清零按钮、用于提供电源的电池和用于显示小球运动状态的显示器；所述的三轴加速度传感器、无线发送模块、单片机和电池设置在所述的球体的内部；所述的开关和清零按钮安装在球体表面；三轴加速度传感器和无线发送模块分别通过导线与单片机相连接；清零按钮通过导线与单片机相连接；三轴加速度传感器、无线发送模块和单片机分别通过开关与所述的电池相连接；

所述的显示器所述的显示器包括显示器壳体、用于显示速度信息和加速度信息以及速度随时间变化曲线或加速度随时间变化曲线的液晶显示屏、用于打开或关闭显示器的显示器开关、用于切换显示速度随时间变化曲线或加速度随时间变化曲线的显示模式设定按钮、用于锁定或解除锁定生成曲线的数据的图像锁定按钮、用于调整速度显示或加速度显示的分度值的图像纵轴方向分度值调整旋钮、用于调整时间分度值的图像横轴方向分度值调整旋钮、用于水平方向平移曲线的图像横轴方向平移旋钮(48)、用于接收单片机通过无线发送模块发送来的速度及加速度数据的无线接收模块、用于为液晶显示屏提供电源以及检测显示器上的所有按钮及旋钮并分析无线接收模块接收到的数据并控制液晶显示屏进行显示的显示器控制电路；所述的显示器壳体呈长方体结构；所述的液晶显示屏设置在显示器壳体的前表面左部；所述的显示器开关、显示模式设定按钮、图像锁定按钮从下至上依次安装在显示器壳体前表面中部；所述的图像纵轴方向分度值调整旋钮、图像横轴方向分度值调整旋钮、图像横轴方向平移旋钮从下至上依次安装在显示器壳体前表面右部；所述的无线接收模块和显示器控制电路安装在显示器壳体的内部；所述的液晶显示屏、显示器开关、显示模式设定按钮、图像锁定按钮、图像纵轴方向分度值调整旋钮、图像横轴方向分度值调整旋钮、图像横轴方向平移旋钮、无线接收模块分别通过导线与所述的显示器控制电路相连接。

优选地，所述的球体包括壳体、上盖、空腔和弹性填充物；所述的壳体呈球缺状壳体结构；所述的上盖呈球缺状，与壳体互补成一个完整球体；上盖的体积小于壳体的体积；上盖安装在壳体的上方；所述的空腔呈上方开口的圆柱体壳状结构，空腔设置在壳体的上部；所述的弹性填充物设置在壳体与空腔之间；所述的三轴加速度传感器、无线发送模块、单片机和电池固定地安装在空腔内；壳体两侧均设置有一个圆柱形凹陷(111)；所述的开关和清零按钮分别固定地安装在左右两侧的凹陷(111)中。

优选地，所述的单片机为stm32f103单片机；所述的三轴加速度传感器为MPU6050模块；所述的无线发送模块为2.4GHz发射模块；所述的无线接收模块为2.4GHz接收模块。

优选地，所述的壳体、上盖和空腔由金属材质构成；所述的弹性填充物由硅胶材质构成。

优选地，所述的壳体和上盖通过螺纹相连接。

优选地，所述的上盖，顶部还设置有一个用于串绳子做摆运动实验的环形孔。

优选地，所述的电池为纽扣电池。

优选地，所述的开关为自锁开关；所述的清零按钮为锅仔片按钮。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的一种小球运动状态显示实验系统，实验数据获取方便、精确、可以实时通过具有蓝牙功能的设备进行查看和操作，并且可在大量的不同类型实验中灵活运用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的球体立体结构示意图；

图3是本实用新型的显示器立体结构示意图；

图4是本实用新型的球体剖视图；

图中：球体(1)、开关(2)、清零按钮(3)、显示器(4)、壳体(11)、上盖(12)、空腔(13)、弹性填充物(14)、螺纹(15)、环形孔(16)、凹陷(111)、显示器壳体(41)、液晶显示屏(42)、显示器开关(43)、显示模式设定按钮(44)、图像锁定按钮(45)、图像纵轴方向分度值调整旋钮(46)、图像横轴方向分度值调整旋钮(47)、图像横轴方向平移旋钮(48)。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

实施例1

如图1、图2，本实施例的一种小球运动状态显示实验系统，包括用于进行实验并作为外壳为内部组成提供支撑和缓冲保护的球体1、用于检测小球运动状态的三轴加速度传感器、用于实时发送小球运动状态的无线发送模块、用于读取及分析三轴加速度传感器测量的数据生成运动状态信息并发送给无线发送模块的单片机、用于控制设备打开机及关闭的开关2、用于将速度清零的清零按钮3、用于提供电源的电池和用于显示小球运动状态的显示器4；所述的三轴加速度传感器、无线发送模块、单片机和电池设置在所述的球体1的内部；所述的开关2和清零按钮3安装在球体1表面；三轴加速度传感器和无线发送模块分别通过导线与单片机相连接；清零按钮3通过导线与单片机相连接；三轴加速度传感器、无线发送模块和单片机分别通过开关2与所述的电池相连接；

所述的显示器4所述的显示器4包括显示器壳体41、用于显示速度信息和加速度信息以及速度随时间变化曲线或加速度随时间变化曲线的液晶显示屏42、用于打开或关闭显示器的显示器开关43、用于切换显示速度随时间变化曲线或加速度随时间变化曲线的显示模式设定按钮44、用于锁定或解除锁定生成曲线的数据的图像锁定按钮45、用于调整速度显示或加速度显示的分度值的图像纵轴方向分度值调整旋钮46、用于调整时间分度值的图像横轴方向分度值调整旋钮47、用于水平方向平移曲线的图像横轴方向平移旋钮48、用于接收单片机通过无线发送模块发送来的速度及加速度数据的无线接收模块、用于为液晶显示屏42提供电源以及检测显示器4上的所有按钮及旋钮并分析无线接收模块接收到的数据并控制液晶显示屏42进行显示的显示器控制电路；所述的显示器壳体41呈长方体结构；所述的液晶显示屏42设置在显示器壳体41的前表面左部；所述的显示器开关43、显示模式设定按钮44、图像锁定按钮45从下至上依次安装在显示器壳体41前表面中部；所述的图像纵轴方向分度值调整旋钮46、图像横轴方向分度值调整旋钮47、图像横轴方向平移旋钮48从下至上依次安装在显示器壳体41前表面右部；所述的无线接收模块和显示器控制电路安装在显示器壳体41的内部；所述的液晶显示屏42、显示器开关43、显示模式设定按钮44、图像锁定按钮45、图像纵轴方向分度值调整旋钮46、图像横轴方向分度值调整旋钮47、图像横轴方向平移旋钮48、无线接收模块分别通过导线与所述的显示器控制电路相连接。

所述的球体1包括壳体11、上盖12、空腔13和弹性填充物14；所述的壳体11呈球缺状壳体结构；所述的上盖12呈球缺状，与壳体11互补成一个完整球体；上盖12的体积小于壳体11的体积；上盖12安装在壳体11的上方；所述的空腔13呈上方开口的圆柱体壳状结构，空腔13设置在壳体11的上部；所述的弹性填充物14设置在壳体11与空腔13之间；所述的三轴加速度传感器、无线发送模块、单片机和电池固定地安装在空腔13内；壳体11两侧均设置有一个圆柱形凹陷111；所述的开关2和清零按钮3分别固定地安装在左右两侧的凹陷111中。

所述的单片机为stm32f103单片机；所述的三轴加速度传感器为MPU6050模块；所述的无线发送模块为2.4GHz发射模块；所述的无线接收模块为2.4GHz接收模块。

所述的壳体11、上盖12和空腔13由金属材质构成；所述的弹性填充物14由硅胶材质构成。

所述的壳体11和上盖12通过螺纹15相连接。

所述的上盖12，顶部还设置有一个用于串绳子做摆运动实验的环形孔16。

所述的电池为纽扣电池。

所述的开关2为自锁开关；所述的清零按钮3为锅仔片按钮。

在使用时的工作过程：

①用户打开显示器开关43，按下开关2，显示器和小球自动连接，小球开始工作；

②用户按下清零按钮3，开始实验，单片机将三个方向的初速度均清零；

③单片机通过SPI总线向三轴加速度传感器发送运动状态获取请求；

④三轴加速传感器测量小球运动状态，并将其中的三个直线方向的加速度发送到SPI总线；

⑤单片机读取三个加速度值，分别通过积分得到三个方向上的当前速度Vx、Vy、Vz，将三个方向的速度分别进行平方再相加，将结果开方得到速度V；

⑥单片机将三个加速度值以及Vx、Vy、Vz、V供7个参数通过无线发送模块发送给显示器4；

⑦用户在显示器4上通过显示模式设定按钮44在以下两种显示模式中切换：速度曲线、加速度曲线；

⑧显示器4接收到小球发送来的信息后显示器控制电路对数据进行处理，并根据用户设定的显示模式在液晶显示屏42上显示出来；

⑨在得到比较理想的曲线后，用户按下图像锁定按钮45，曲线生成所需的数据不再更新，再次按下图像锁定按钮45后，锁定解除；

⑩用户通过图像纵轴方向分度值调整旋钮46、图像横轴方向分度值调整旋钮47、图像横轴方向平移旋钮48调整曲线图，并观察曲线进行分析，实验结束。。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施方式和说明书中的描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本实用新型要求保护的范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。