专利名称：智能单摆装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及物理学教具，具体涉及可用于单摆实验演示的装置，更具体地说，涉及一种可与普通PC微机连接用于进行单摆演示实验及研究的智能单摆装置。
传统的单摆物理演示装置，既不可能有精确的测量和计算，也不具备数据处理、原理阐释等功能。现在虽然有基于PC微机的物理模拟演示程序，也可以从屏幕上看到单摆现象及其参数计算结果，但其不足是真实感不够，缺乏探索性，实验印象不深，难以使人信服。
本实用新型的目的在于提供一种智能单摆装置，这种智能单摆装置可以克服传统机械演示装置和现有技术PC机屏幕模拟演示程序的缺点，能够结合两者的优点，既有实物演示、效果真实直观的优点，又有测量精确、参数调节方便和原理阐释的优点。
本实用新型的另一目的在于提供一种智能单摆装置，这种智能单摆装置连接到PC微计算机上的并行通信口，利用在所连接PC微计算机中运行的计算机程序，可以便利地实现对该智能单摆装置的各种状态的检测和动作的控制。
本实用新型的目的是这样实现的，构造一种智能单摆装置可以连接到PC微计算机的并行通信口上并受控于运行在所述微计算机上的程序，所述智能单摆装置包括步进电机驱动及光电耦合驱动单元13，所述步进电机驱动及光电耦合驱动单元13有一电源线及插头18、一个用于连接到PC微计算机上并行打印口的并行连接电缆及插头14、一个用于传输驱动、传感信号等的连线及接插件15，还包括底板20、装在所述底板20上可与所述接插件15配合的接插件16、竖直立在所述底板20上的纵向滑杆10、设在所述纵向滑杆顶部的固定悬点2、设在底板20上方垂直于所述纵向滑杆10的横向滑杆11、装在所述横向滑杆11上滑动的横向摆角控制滑块7、装在所述纵向滑杆10上滑动并带有一个活动悬点3的纵向摆长控制滑块6、设在所述底板20上所述横向滑杆11与所述纵向滑杆10相对位置的两侧的光电耦合元件5、装在所述横向摆角控制滑块7上的电磁铁装置4、一端系有摆球17而另一端通过所述活动悬点3系在所述固定悬点2的摆线1、设在所述横向滑杆11上的滑块活动线支条12，在所述横向摆角控制滑块7上装有步进电机71和归位微动开关72，在所述横向滑杆11上设有可使移动到位的所述横向摆角控制滑块7上归位微动开关72被触发的横向归位挡片8，在所述纵向摆角控制滑块6上装有步进电机61和归位微动开关62，在所述纵向滑杆10上设有可使移动到位的所述纵向摆长控制滑块6上归位微动开关62被触发的纵向归位挡片9。
本实用新型的智能单摆装置，其特征还在于，所述横向摆角控制滑块7和所述纵向摆长控制滑块6所装的步进电机71和61分别驱动可与滑杆齿条啮合而平移的齿轮。
本实用新型的智能单摆装置，其特征还在于，所述步进电机驱动及光电耦合驱动单元13包括步进电机驱动电路及光电耦合、电磁铁驱动电路。
实施本实用新型的智能单摆装置，配合在通过并口连接的计算机上运行的程序，可以直观精确地提供以下实验1)摆的等时性验证；2)摆长与周期的关系；3)摆球质量与周期的关系；4)摆角与周期的关系；5)单摆周期公式的验证；6)单摆测重力加速度；7)设置予定周期；8)等幅摆验证等。由于摆长、摆角、摆球可调整，摆的启动可控制，摆通过平衡位置的时间可精确测定，配合根据教学要求或其他要求设计的软件，还可以设计出其它与摆有关的实验。本实用新型由于充分利用了目前中学已有的大量PC微计算机，且对计算机本身无须作任何改动和添置，便可实现既直观又精确且灵活的单摆实验。
结合附图和实施例，进一步说明本实用新型的特点，附图中
图1是本实用新型的智能单摆装置的结构示意图；图2是本实用新型的智能单摆装置的行走机构中滑杆结构示意图；图3是本实用新型的智能单摆装置的行走机构中滑块结构示意图；图4是本实用新型的智能单摆装置中滑杆滑块和电机的配合示意图；图5是本实用新型的智能单摆装置中步进电机驱动单元的电路原理图；图6是本实用新型的智能单摆装置中光电耦合电磁驱动单元的电路原理图。
在
图1中，本实用新型的智能单摆装置包括单摆实验装置、驱动部分和PC微计算机，驱动部分有盒体13，其内部装有步进电机驱动电路及光电耦合、电磁铁驱动电路，该驱动部分还有一电源线及插头18、用于传输驱动、传感信号等的连线及接插件15，该驱动部分通过并行连接电缆及插头14连接到PC微计算机的并行打印口。该驱动部分通过传输线及插头15连接到单摆实验装置上的接插件16。单摆实验装置装在底板20上，该底板20上竖直装有纵向滑杆10，在纵向滑杆10顶端设有用于固定摆线的并可作微调的固定悬点2，在底板20上方垂直于所述纵向滑杆10方向设有一横向滑杆11，在横向滑杆11上装有可在其上滑动的横向摆角控制滑块7，在所述纵向滑杆10上装有可在其上滑动并带有一个活动悬点3的纵向摆长控制滑块6、在所述底板20上所述横向滑杆11与所述纵向滑杆10相对位置的两侧设有光电耦合元件5、在所述横向摆角控制滑块7上装有电磁铁装置4、一端系有摆球17而另一端通过所述活动悬点3系在所述固定悬点2的摆线1、设在所述横向滑杆11上的滑块活动线支条12，在所述横向摆长控制滑块7上装有步进电机71和归位微动开关72，在所述横向滑杆11上设有可使移动到位的所述横向摆角控制滑块7上归位微动开关72被触发的横向归位挡片8，在所述纵向摆角控制滑块6上装有步进电机61和归位微动开关62，在所述纵向滑杆10上设有可使移动到位的所述纵向摆长控制滑块6上归位微动开关62被触发的纵向归位挡片9。如
图1所示，底板上设有一个竖滑杆板座和两个横滑杆枕架，前者用于安装纵向滑杆10，后者用于支承横向滑杆11。
图2-图4分别示出滑杆与滑块行走机构的结构情况和滑杆滑块和电机的配合情况，如图所示，滑杆(10，11)带有一齿条，滑块(6，7)一槽体结构，滑杆可在该槽内移动，滑块上装有步进电机，步进电机的转轴驱动一齿轮，该齿轮正好可以与滑杆齿条啮合，换言之，当电机旋转时，滑块便在滑杆上移动。
图5是本实用新型的智能单摆装置中步进电机驱动电路部分的电连接图，其原理和现有技术的任何步进电机驱动电路并无实质差别。其中，A、B、C、D为步进电机正反转控制，E端为步进电机+16V电源控制，A’、B’、C’、D’、G’接步进电机61，A、B、C、D和E接并行口。横向电机驱动部分和纵向电机驱动部分相同。
图6是本实用新型的智能单摆装置中光电耦合电磁驱动电路部分的电连接图，其中的光电耦合部分用于周期检测，行程微动开关XK用于归位检测。图中，J是12V继电器，D是220V电磁铁，XK是行程微动开关，K端为周期计时信号端，L端为电磁铁控制端，M为滑块归位信号端。
权利要求1.一种智能单摆装置，可以连接到PC微计算机的并行通信口上并受控于运行在所述微计算机上的程序，其特征在于包括实验装置和驱动单元13，所述实验装置包括底板20、竖直装在所述底板20上的纵向滑杆10、设在所述纵向滑杆顶部的固定悬点2、设在底板20上方垂直于所述纵向滑杆10的横向滑杆11、装在所述横向滑杆11上滑动的横向摆角控制滑块7、装在所述纵向滑杆10上滑动并带有一个活动悬点3的纵向摆长控制滑块6、设在所述底板20上所述横向滑杆11与所述纵向滑杆10相对位置的两侧的光电耦合元件5、装在所述横向摆角控制滑块7上的电磁铁装置4、一端系有摆球17而另一端通过所述活动悬点3系在所述固定悬点2的摆线1、设在所述横向滑杆11上的滑块活动线支条12，在所述横向摆角控制滑块7上装有步进电机71和归位微动开关72，在所述横向滑杆11上设有可使移动到位的所述横向摆角控制滑块7上归位微动开关72被触发的横向归位挡片8，在所述纵向摆长控制滑块6上装有步进电机61和归位微动开关62，在所述纵向滑杆10上设有可使移动到位的所述纵向摆长控制滑块6上归位微动开关62被触发的纵向归位挡片9。
2.根据权利要求1所述的智能单摆装置，其特征还在于，所述横向摆角控制滑块7和所述纵向摆长控制滑块6所装的步进电机71和61分别驱动可与滑杆齿条啮合而平移的齿轮。
3.根据权利要求1所述的智能单摆装置，其特征还在于，所述驱动单元13有一电源线及插头18、一个用于连接到PC微计算机上并行打印口的并行连接电缆及插头14、一个用于传输驱动、传感信号等的连线及接插件15。
4.根据权利要求1所述的智能单摆装置，其特征还在于，所述步进电机驱动及光电耦合驱动单元13包括步进电机驱动电路及光电耦合、电磁铁驱动电路。
专利摘要一种智能单摆装置可以连接到PC微计算机的并行通信口上，并受控于运行在所述微计算机上的程序，该智能单摆装置包括实验装置和驱动单元13，该实验装置包括摆线、摆球、摆长控制装置、摆角控制装置、摆球位置检测装置和摆球驱动装置，所述驱动装置通过连接线与实验装置之间进行数据和信号传输，通过并口和PC微计算机接口。该装置配合在微计算机上运行的程序，可以直观地从屏幕上和实验装置上提供多种单摆实验，并达到既直观又精确且灵活的效果。
文档编号G09B23/08GK2245247SQ9521763
公开日1997年1月15日 申请日期1995年7月13日 优先权日1995年7月13日
发明者方兴, 李聪杨 申请人:深圳华侨城中学