专利名称：多传感器物理演示教学装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于物理原理演示与应用领域，是一种将多种传感器固定在以一个生活小区为背景的平台上，通过物理现象的演示，揭示传感器的物理原理及其应用。
背景技术：
目前物理演示内容基本上都局限于物理基本概念、定理、定律的验证的演示，反映新技术应用方面的演示仪器很少，随着物理前沿理论的最新发展和高新技术的应用，在物理演示中增加新技术应用的内容是发展的必然趋势。本实用新型即为演示多种传感器的原理、应用及控制的物理演示教学装置。 发明内容本实用新型的目的是提供一种多传感器物理演示教学装置，来完整演示多种常见传感器的基本原理和应用。本装置是以一个生活小区为背景，根据功能将多种传感器固定在所需位置，通过传感器采集信息，配以控制系统，实现小区的智能化管理，体现环保、节能的生活理念。一种多传感器物理演示教学装置，主要由做成小区微缩模型的平台和装在平台上用于采集信息的传感器以及控制系统组成，所述传感器包括光电传感器、光敏电阻、太阳能电池板、超声波传感器、亚超声开关、温度传感器、声音传感器、霍尔传感器和门禁读卡器。门禁读卡器(10)设置在小区的入口处，通过门禁控制器08)和小区门开关电机09) 控制小区门(30)开启；霍尔传感器(14)装在车库入口处控制栏杆开启及关门的始末位置； 光电传感器的发射端和接收端(11、1幻分别固定在入库车道两侧的两个固定立板(13)上， 车库门旁竖立一个由红色发光二极管阵列组成减速慢行字样的声音传感器指示牌(16)，该指示牌由安装在其旁的声音传感器(17)控制；温度传感器(4)用于测试环境温度；压电晶体(3)放置在小区街心广场的水池里；照射灯0 由亚超声遥控开关控制亮灭；太阳能电池板铺设在照射灯0 下面，为路口的信号灯04)供电；在平台的一角，放置超声波测距装置。所述平台底部为底座壳体05)，底座壳体05)的控制前面板(9)上设有触摸按键和有文字提示的显示器，控制系统的控制元件装在底座壳体0 内。所述超声波测距装置由一个沿着带标尺的立柱(18)上下移动的挡板(19)反射超声波，超声传感器OO)安装在挡板(19)下方，超声传感器OO)由超声测距控制器(37)控制，通过超声测距控制器(37)将实际距离显示到控制前面板(9)的显示器上。所述门禁读卡器(10)将接收到的门禁卡06)信号传送到门禁控制器08)，门禁控制器08)控制小区门开关电机09)启动，开启小区门(30)，门禁控制器08)和小区门开关电机09)装在底座壳体05)内部。所述某个门禁卡06)在门禁读卡器(10)的读卡范围内时，卡内的线圈在“激发信号”的感应下产生微弱的电流，作为卡内一个小集成电路的电源，该卡内的集成电路存
3储有在制造时输入的唯一数字辨识号码，该号码从卡中通过一个调制信号传回门禁读卡器 (10)。所述光电传感器发射端(11)发出的光直接照射到光电传感器接收端(12)上，输出高电平为无车通过状态，光线被通过车辆遮挡，光电传感器接收端产生低电平脉冲，该脉冲被电子脉冲计数器(31)接收，判断并累加计数，由控制前面板(9)上的显示器显示出通过车的数量。该演示装置有一控制前面板(9)，触摸按键，面板上有明确的文字提示，因此，操作十分简便，演示现象非常直观。该演示装置还配有教学软件，查阅可更详细了解各种传感器的原理、应用、参数及适用范围。本专利的有益效果是清晰的演示了每种常见传感器的工作原理，并配有控制系统，将每种传感器以小区应用为背景综合在一起，演示更为生动，加深学生对每种传感器的理解。
图1多传感器物理演示教学装置立体图图2不同方向多传感器物理演示教学装置立体图图3门禁读卡器控制小区门结构图图4光电计数结构图图5霍尔传感器控制车库栏杆始末位置结构图图6声音传感器感知车鸣笛结构图图7超声测距结构图图8超声开关控制照射灯与太阳能对信号灯供电结构图图9光敏电阻控制路灯结构图图10压电晶体制作的喷泉结构示意图图11超声雾化结构示意图图中1.车库模型2.住宅楼模型3.压电晶体4.温度传感器5.小区街道6.光敏电阻7.路灯A 8.路灯B 9.控制前面板10.门禁读卡器11.光电传感器发射端12.光电传感器接收端13.固定立板14.霍尔传感器15.小磁铁16.声音传感器指示牌17.声音传感器18.立柱19.挡板20.超声传感器21.亚超声遥控开关22.照射灯23.太阳能电池板 24.路口信号灯25.底座壳体沈.门禁卡27.底座壳体上表面观.门禁控制器29.小区门开关电机30.小区门31.电子脉冲计数器32.车库栏杆33.车库栏杆控制电机34.车库栏杆控制器35.声音传感器处理电路36.声音传感器指示牌电源37.超声测距控制器38.球形橡胶气囊39.照射灯电源开关40.光敏电阻控制电路41.路灯电源开关42.超声波发生器43.水流44.水45.雾化的水46.聚焦透镜
具体实施方式
以下结合附图所示实施例进一步说明本实用新型的具体内容及实施方式。多传感器物理演示教学装置总体结构参阅图1和图2所示，其中图1和图2是以不同角度观察的立体图。图1中，整个平台做成小区的微缩模型，其中(5)是小区街道。在
4小区的入口处设置了门禁读卡器(10)。在车库⑴的入口处，安放了光电传感器。其中， (11)和(1 分别为光电传感器的发射端和接收端，其分别固定在两个固定立板(1 上。 当车一通过，就自动对入库车辆计数，入库车的数量由前面板(9)上显示器显示出来。街道 (5)两旁的路灯(7)和(8)由装有光敏电阻(6)的控制器控制，实现天色亮时路灯自动熄灭，天色暗时自动点亮。用温度传感器⑷测试环境温度，并由前面板(9)上显示器显示温度。小区街心广场的水池里放置了压电晶体(3)，能够使水流喷出，形成喷泉，营造景观。若用塑料材质的凹面透镜聚焦水流，还能迅速使水雾化，演示加湿器原理。车库门旁竖立一个声音传感器指示牌(16)，其由红色发光二极管阵列组成“减速慢行”字样。在声音传感器指示牌旁安装了一个声音传感器(17)，车鸣笛时，声音传感器指示牌上的字就发光，延时一分钟后自动熄灭。图2中，用霍尔传感器(14)控制车库入口栏杆开启及关门的始末位置，当小磁铁(15)转到霍尔传感器(14)处时，其信号发生跳变，此信号能够被控制系统识别，从而能够判断栏杆的始末位置。在平台的一角，放置超声波测距装置，由一个沿着带标尺的立柱(18)上下移动的挡板(19)反射超声波，超声传感器00)安装在挡板下方。亚超声遥控开关能够控制照射灯02)的亮灭，照射灯02)发光时会照射在太阳能电池板03) 上，用以模拟太阳光照射到太阳能板上。太阳能电池板03)给路口的信号灯04)供电，以实现节能、环保。本实用新型实施具体采用如下的技术路线制作参阅图2中形状的演示装置底座壳体(25)，用丝网印刷在底座壳体上表面制作彩色的小区布置图，控制前面板(9)有电源总开关、带文字的触摸控制键，在底座壳体的上表面安装各种传感器，在壳体内部安装各种传感器的控制器等。1、门禁读卡器控制小区大门技术路线当某个门禁卡06)在读卡器(10)的读卡范围内时，卡内的线圈在“激发信号”的感应下产生微弱的电流，作为卡内一个小集成电路的电源，而该卡内的集成电路存储有制造时输入的唯一数字辨识号码，该号码从卡中通过一个调制信号传回读卡器。读卡器(10) 将接收到的信号传送到门禁控制器08)，门禁控制器08)通过处理做出是否启动小区门开关电机09)的判断，用以开启小区门(30)。其中，门禁控制器08)和小区门开关电机 (29)在底座壳体0 内部，、2Τ)为底座壳体上表面，其具体结构参阅图3所示。 2、光电传感器对通过车自动计数技术路线光电传感器实现对通过车自动计数具体结构参阅图4所示，当无车通过时光电传感器发射端(11)发出的光直接照射到光电传感器接收端(1 上，输出高电平。当有车通过时，将遮挡光线，光电传感器接收端将产生低电平脉冲，该脉冲被电子脉冲计数器(31)接收，判断并累加计数，由控制前面板(9)上显示器显示出通过车的数量。3、霍尔传感器控制车库栏杆恢复起始位置技术路线霍尔传感器是依据霍尔效应原理制作的一种磁场传感器，当一端装有小磁铁(15) 接近霍尔传感器(14)时，霍尔传感器(14)信号会发生跳变。这个跳变信号能够被车库栏杆控制器(34)识别，判断是否到达初始位置，同时，决定是否开启或关闭电机(33)，其具体结构参阅图5所示。4、声音传感器感知车鸣笛技术路线本装置选用的声音传感器(17)为电容式声音传感器。当有声音时，声音传感器
5(17)两端输出信号发生变化。变化信号经过声音传感器处理电路(3 后，打开声音传感器指示牌电源(36)开关，声音传感器指示牌(16)点亮。其结构参阅图6所示。5、温度传感器测温技术路线温度传感器DS18B20是DALLAS公司生产的单总线器件，具有线路简单，体积小，直接输出数字量等特点。可以与单片机直接通讯，这样可以采用单片机直接读取温度传感器 (4)的温度值数据，最后将读取的结果显示到控制前面板(9)的显示器上。6、超声测距技术路线超声波测距的结构参阅图7所示。测出从超声传感器00)发射端发出的超声波遇到挡板(19)反射回来被超声传感器00)接收端接收所经历的时间再乘以超声波在空气中的传播速度，就等于二倍的声源到障碍物之间的距离。由超声测距控制器(37)控制超声传感器(20)，通过超声测距控制器的计算，将实际距离显示到控制前面板(9)的显示器上。7、亚超声开关控制照射灯与太阳能对信号灯供电技术路线亚超声遥控开关分为遥控发射头和接收电路两部分。遥控发射头为一开有小孔的球形橡胶气囊(38)，挤压气囊(38)可以发出频率为16 20kHz的亚超声波作为控制源。接收部分主要是由能将亚超声振动能转化为对应频率电能的压电陶瓷片和相应的处理电路组成，接收部分还可以控制照射灯电源开关(39)。其结构框图参阅图8所示，对着亚超声开关捏球形橡胶气囊(38)，可以控制照射灯02)的亮灭。在图8中右半部是太阳能对信号灯供电部分，太阳能电池板是将太阳能直接转换成电能，再供给发光二极管组成的路口信号灯04)，该装置由于在室内使用，光线有时不足，所以用射灯照射太阳能电池板(23)，替代太阳光。这样，对着亚超声遥控开关捏球形橡胶气囊(38)，照射灯0 发光，太阳能电池板将照射在其表面的光能转换为电能，给路口信号灯04)供电，点亮信号灯 04)。8、光敏电阻控制路灯技术路线光敏电阻控制路灯的结构参阅图9所示。光敏电阻(6)在不同光照环境下电阻值不同，光敏电阻控制电路GO)的原理是将光敏电阻(6)接在一恒流源两端，当白天光线充足时光敏电阻(6)阻值变小，光敏电阻(6)两端电压变小。光敏电阻(6)两端电压经比较电路后，判断电压值小于设定的阈值，则关闭路灯⑵和⑶的路灯电源开关01)，路灯(7) 和⑶熄灭。晚上光线较暗，光敏电阻阻值变大，则会打开路灯(7)和⑶的路灯电源开关 01)。9、超声喷泉和超声雾化技术路线当一个在超声波频率范围的震荡信号输入到压电晶体(3)制作的换能器后，就能输出相应频率的超声波。当超声波在水中传播时，会形成一种较大的压力，使水喷出，形成水流，其模型参阅图10所示。如果用凹面塑料透镜将超声波聚焦，能够迅速将透镜焦点处的水雾化，也就是加湿器的原理，其模型参阅图11所示。
权利要求1.一种多传感器物理演示教学装置，主要由做成小区微缩模型的平台和装在平台上用于采集信息的传感器以及控制系统组成，其特征在于，所述传感器包括光电传感器、光敏电阻、太阳能电池板、超声波传感器、亚超声开关、温度传感器、声音传感器、霍尔传感器和门禁读卡器，门禁读卡器(10)设置在小区的入口处，通过门禁控制器08)和小区门开关电机09)控制小区门(30)开启；霍尔传感器(14)装在车库入口处，控制栏杆开启及关门的始末位置；光电传感器的发射端(11)和接收端(1 分别固定在入库车道两侧的两个固定立板(1 上，车库门旁竖立一个由红色发光二极管阵列组成减速慢行字样的声音传感器指示牌(16)，该指示牌由安装在其旁的声音传感器(17)控制；温度传感器(4)用于测试环境温度；压电晶体C3)放置在小区街心广场的水池里；照射灯0 由亚超声遥控开关控制亮灭；太阳能电池板03)铺设在照射灯02)下面，为路口的信号灯04)供电；在平台的一角，放置超声波测距装置。
2.根据权利要求1所述的一种多传感器物理演示教学装置，其特征在于，所述平台底部为底座壳体(25)，底座壳体0 的控制前面板(9)上设有触摸按键和有文字提示的显示器，控制系统的控制元件装在底座壳体0 内。
3.根据权利要求1所述的一种多传感器物理演示教学装置，其特征在于，所述超声波测距装置由一个沿着带标尺的立柱(18)上下移动的挡板(19)反射超声波，超声传感器 (20)安装在挡板(19)下方，超声传感器OO)由超声测距控制器(37)控制，通过超声测距控制器(37)将实际距离显示到控制前面板(9)的显示器上。
4.根据权利要求1所述的一种多传感器物理演示教学装置，其特征在于，所述门禁读卡器(10)将接收到的门禁卡06)信号传送到门禁控制器08)，门禁控制器08)控制小区门开关电机09)启动，开启小区门(30)，门禁控制器08)和小区门开关电机09)装在底座壳体05)内部。
5.根据权利要求4所述的一种多传感器物理演示教学装置，其特征在于，所述某个门禁卡06)在门禁读卡器(10)的读卡范围内时，卡内的线圈在“激发信号”的感应下产生微弱的电流，作为卡内一个小集成电路的电源，该卡内的集成电路存储有在制造时输入的唯一数字辨识号码，该号码从卡中通过一个调制信号传回门禁读卡器(10)。
6.根据权利要求1所述的一种多传感器物理演示教学装置，其特征在于，所述光电传感器发射端(11)发出的光直接照射到光电传感器接收端(1 上，输出高电平为无车通过状态，光线被通过车辆遮挡，光电传感器接收端产生低电平脉冲，该脉冲被电子脉冲计数器 (31)接收，判断并累加计数，由控制前面板(9)上的显示器显示出通过车的数量。
专利摘要本实用新型涉及一种多传感器物理演示教学装置，用来完整演示多种常见传感器的基本原理和应用。该装置主要由做成小区微缩模型的平台和装在平台上用于采集信息的传感器以及控制系统组成，包括光电传感器、光敏电阻、太阳能电池板、超声波传感器、亚超声开关、温度传感器、声音传感器、霍尔传感器和门禁读卡器。门禁读卡器设置在小区的入口处，霍尔传感器装在车库入口处，光电传感器的发射、接收端分别固定在入库车道两侧，车库门旁竖立一个声音传感器指示牌，温度传感器用于测试环境温度，压电晶体放置在小区街心广场的水池里，太阳能电池板铺设在照射灯下面，为路口的信号灯供电，在平台的一角，放置超声波测距装置。
文档编号G09B23/18GK202013684SQ201120110160
公开日2011年10月19日 申请日期2011年4月15日 优先权日2011年4月15日
发明者冯毅, 张佳全, 林晓珑 申请人:吉林大学