二维平抛实验仪的制作方法
【专利说明】
[0001][技术领域]平抛运动实验仪是中学物理课中的实验仪器，它测量出小球自始发点到终落点或者得到垂直水平两球相撞点的的时间值然后通过计算来证明"平抛运动是水平方向上的直线匀速运动和竖直方向上的自由落体运动的合成"这一结论。
[0002][【背景技术】]本发明的目的在于推出一种配有新式二维传感系统的二维平抛实验仪，它在实验时能够把钢珠运动的平抛运动特性曲线即时地显示在仪器的平板上，让学生直接看到这条平抛运动曲线。并且通过计算可以证明它符合平抛运动的物理计算公式，并且这条钢球运动所得到的曲线能被储存纪录下来，以供作为实验文档之用，它可重复显示和打印。
[0003]现有的平抛运动实验仪(如专利号为:201110091662.0)其构造大体上与本发明有点相近，但是它是一种需要用传感器测出钢球运动的始发点和终落点，还需要用一个垂直下落的第二钢球参与实验，让它在与第一钢球在空中相撞，在获得这三个点的时候，通过测量钢球的始发、相撞、落点的时间，距离，再用计算方法来证明钢球运动性质符合平抛运动的规律。但这种实验仪器不能给出可即时显示给学生看到的小球运动的完整平抛运动的轨迹曲线。如果一定要获得平抛运动曲线，只能通过很多次地改变可上下移动的X横坐标的不同高度，来获得很多落点的办法，将这许许多多点连接成线的办法，费时、费力。
[0004][
【发明内容】
]1，一种二维平抛实验仪，它由机械部分结构和电子电路两大部分构成，机械部分包含有垂直直立的主体支撑板，水平布置的底座，位于主体支撑板顶端一角屿位置上的滑动导轨，滑动导轨上固定有一电磁铁，它用于吸住或释放钢质小球，其特征是:
[0005]机械部分:在主体支撑板的左侧边沿和右侧边沿上固定有面面相对的两条竖直布置的红外发射条形板，和红外接收条形板；而在主体支撑板的顶端边沿和底端边沿分别设置有水平布置的红外发射条形板和红外接收条形板，它们构成一个由垂直正交的红外射线交织而成的红外射线坐标，即构成二维传感器的传感区域；在水平布置的底座上设有为电磁铁供电用的红黑香蕉插孔、5v电源插孔、电源开关。
[0006]其电子电路:包含有，居核心部位的单片机，其周边电路有外接电源、电源电路、横向红外接收模块、纵向红外接收模块、纵向红外发射模块、横向红外发射模块、存储模块、和电脑软件。
[0007]2，所说的纵、横向红外发射模块就是两块红外发射板，这两块条形板上的电路布置是一样的，第一块是竖直布置的红外发射条形板，其上有7块级联芯片74HC595和54个红外发射管电路和4块74HC14信号整形芯片；而第二块是水平布置的红外发射条形板，其上共有5块级联芯片74HC595芯片和4块74HC14信号整形芯片，以及还有40个红外发射管电路。
[0008]3，所述的纵、横向红外接收模块就是两块红外接收板，这两块条形板上的电路布置是一样的，第一块是竖直布置的红外接收条形板，其上有7块级联芯片74HC595和54个红外接收管电路和3块74HC14信号整形芯片；而第二块是横向水平布置的红外接收条形板，其上共有5块级联芯片74HC595芯片和3块74HC14信号整形芯片，以及还有40个红外接收管电路。
[0009]4,在由垂直直立的主体支撑板、水平布置的底座所构成的仪器的主体外有一个外挂的用于电气连接的主控板盒体。
[0010]5，所述的电气连接的盒体它是一个外挂的方形的盒体，其内包含有控制整个系统运行的单片机芯片，电源输入接口，电源电路，型号为AT24C02的存储模块，与电脑通讯用的USB接口，与两块红外发射管条形板通讯用的两个接口和，与两块红外接收管条形板通讯用的两个接口和。
[0011]6，所说的电源电路是直流电压转换电路，Dl芯片是DC-DC转换芯片，它是把5v的直流电压转换为3.3v的直流电压的DC-DC转换芯片，型号是AS1117-3.3v。
[0012]7，所说的单片机是C8051F380芯片。
[0013]8，所说的信号整形电路的74HC14芯片是非门电路。
[0014]9，所说的外接的主控板上的接口有P1、P2、和P3、P4四个，其中主控板的接口 Pl和P2是与编号为28的红外接收板的接口 P67、P65相对接；而主控板的接口 P3、P4则与编号为38的红外发射板的接口 P67、P68相对接。28红外接收板的接口 P68是与编号为38的红外接收板的接口 P65相对接；编号为38的红外发射板的接口 P66是与编号为28的红外发射板的接口 P67相对接。
[0015]10，所说的外接的主控板盒其内包含有电源输入接口，电源电路，型号为AT24C02的存储模块，与电脑通讯用的USB接口，与两块红外发射管条形板通讯用的两个接口，和与两块红外接收管条形板通讯用的两个接口，和控制整个系统运行的单片机芯片。
[0016]11，所说的仪器主体底座上设有四个水平调节旋钮和一个水平仪，用于调节底座的水平度。
[【附图说明】]
[0017]图1为本发明实施例的电路的系统框图。
[0018]图2为本发明实施例的系统的外接电源接口。
[0019]图3为本发明实施例的DC-DC电源电路。
[0020]图4为本发明实施例的单片机的引脚定义图。
[0021]图5为本发明实施例的单片机晶振电路。
[0022]图6为本发明实施例的单片机烧录接口。
[0023]图7为本发明实施例的存储模块电路图。
[0024]图8为本发明实施例主控板与两个红外发射板的2个连接接口。
[0025]图9为本发明实施例主控板与两个红外接收板的2个连接接口。
[0026]图10为本发明实施例中的红外发射板的左侧、上侧入口接口。
[0027]图11为本发明实施例中红外发射管的红外线发射电路。
[0028]图12为本发明实施例中具有信号整形功能的74HC14芯片。
[0029]图13为本发明实施例红外发射板左侧、上侧级联接口，用于连接下一块板子上的相应接口。
[0030]图14为本发明实施例的红外接收板下侧、右侧入口接口。
[0031]图15为本发明实施例的红外接收管红外信号接收电路。
[0032]图16为本发明实施例级联芯片74HC595数据输出信号.引脚图。
[0033]图17为本发明实施例红外接收板整形电路。
[0034]图18为本发明实施例红外接收板下侧级联接口和右侧级联接口。
[0035]图19为本发明实施例主控板连接电脑接口。
[0036]图20为本发明实施例主控板与仪器主体上的电路的接口连接图。
[0037]图21为本发明实施例的机械立体图。
[0038]图22为本发明实施例的机械图的后视立体图。
[【具体实施方式】]
[0039]本发明的二维平抛实验仪包括机械和电子两部分组成。整体支架外还有一个外接的盒体。本发明的电子电路布置如下:电路的中央核心部分是单片机，它的型号是C8051F380,周边电路有DC-DC电源电路，存储模块，横向红外发射电路模块，横向红外接收模块，纵向红外发射模块，纵向红外接收模块。这种由纵向红外发射和接收模块构成垂直的Y轴坐标由横向红外发射电路模块和接收模块构成的水平X轴坐标所形成的电子传感坐标系就是本发明的主要特点。这一电子传感坐标系构成的主要内容在于电子电路的结构。下面先介绍电子电路部分，机械部分居后介绍。
[0040]图1为二维平抛实验仪电路的系统框图:它包含有居核心部位的单片机芯片4，其周边电路有外接电源1、电源电路2、横向红外接收模块5、纵向红外接收模块7、纵向红外发射模块9、横向红外发射模块8、存储模块6、和电脑软件3。
[0041]图2为图1电路系统总图与外接电源相连接的电源连接口 10，外接直流的5v电源是用来为二维平抛实验仪提供电源的。
[0042]图3为DC-DC电源电路:此电路的功能是把外接电源的直流5v电源转换成为单片机4供电的3.3v直流电源。Dl芯片11的型号是ASl117-3.3v是DC-DC转换芯片，它把5v的直流电压转换为3.3v的直流电压。
[0043]图4为单片机4的引脚定义图。
[0044]单片机引脚定义如下:
[0045]SCL，SDA:存储芯片控制信号。
[0046]595EN, C_595EN:74HC595 芯片片选信号。
[0047]SFT_CLK, C_SFT_CLK:74HC595 芯片移位时钟信号。
[0048]LCH_CLK, C_LCH_CLK:74HC595 芯片信号输出时钟信号。
[0049]DAT, C_DAT