本发明涉及大学物理实验教学仪器技术领域，更具体地指一种基于iot技术的气体比热容比实验测量系统。
背景技术
气体的比热容比是指气体的定压比热容与定容比热容的比值，在热力学理论和工程技术应用中是一个很重要的基本物理量。测量气体的比热容比实验也是大学物理基本实验之一，常用的测量方法一般有多种，譬如绝热膨胀法、声速法等。在这些方法中，通常都要采用压力传感器或温度传感器、光电传感器等。
测量空气比热容比主要通过振动法，其测量原理为：通过光耦开关模块测定小钢球在玻璃管中的振荡周期，记录下数据，利用公式进行手动运算，得出结果。现有的测量比热容比实验装置成本较高，结构复杂，测量原理相对复杂，涉及的技术手段多，需要测量的物理量多，且误差容易过大，操作和学习者理解困难。
现有气体比热容比测量装置存在以下不足之处：
(1)自动化程度不高，实验学生需要手工计算测量结果；
(2)信息化程度不高，指导教师需要逐个检查每组数据。
(一)解决的技术问题
本发明目的是针对上述现有气体比热容比测量装置存在的缺陷问题，提供一种基于iot技术的气体比热容比实验测量系统，通过振动法测定空气比热容比，应用光电传感器itr9606模块和微控制器模块测量的周期值，并将其它物理量通过键盘外设输入到微控制器。微控制器对测量值进行数据处理后送显示器直观显示，同时，经过esp8266无线模块和网关将运算结果发送到教师终端。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种基于iot技术的气体比热容比实验测量系统，包括光电耦合传感器模块、微控制器、显示器、矩阵按键模块、wifi模块、网关、教师终端；光电耦合传感器模块、显示器、矩阵按键模块、wifi模块作为微控制器的外围电路分别与微控制器相连；微控制器通过wifi模块、网关与教师终端相连。
进一步地，所述光电耦合传感器模块包括itr9606光电耦合传感器。
进一步地，所述光电耦合传感器模块包括直流电源vcc、电阻r1、r2、itr9606光电耦合传感器，直流电源vcc分别与电阻r1、r2一端相连，电阻r1、r2另一端分别与itr9606光电耦合传感器的1脚、4脚相连，itr9606光电耦合传感器的2脚、3脚接地。
进一步地，所述直流电源vcc为正5v直流电源。
进一步地，所述微控制器为单片机，单片机为stc89c52。
进一步地，所述显示器为12864显示模块。
进一步地，所述wifi模块为esp8266。
(三)有益效果
本发明的有益效果：一种基于iot技术的气体比热容比实验测量系统，由光电耦合传感器模块、微控制器、显示器、矩阵按键模块、wifi模块、网关、教师终端组成；通过振动法测定空气比热容比，应用光电传感器itr9606模块和微控制器模块测量的周期值，并将其它物理量通过键盘外设输入到微控制器，微控制器对测量值进行数据处理后送显示器直观显示，并经过esp8266无线模块和网关将运算结果发送到教师终端；本发明采用交互式设计，使得实验测量简便、数据处理快捷，从而提高实验效率；测量结果通过显示器进行直观显示，且通过iot技术便于教师教学管理；可手动输入各自变量的值，体现了实验的可操作性和灵活性，具有信息物联化水平高、可操作性强、便于演示特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明测量系统原理框图。
图2为itr9606光电耦合传感器模块原理图。
图3为教师终端界面。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图1，一种基于iot技术的气体比热容比实验测量系统，包括光电耦合传感器模块、微控制器、显示器、矩阵按键模块、wifi模块、网关、教师终端；光电耦合传感器模块、显示器、矩阵按键模块、wifi模块作为微控制器的外围电路分别与微控制器相连；微控制器通过wifi模块、网关与教师终端相连。
光电耦合传感器模块包括itr9606光电耦合传感器。itr9606光电耦合传感器模块的电路图如图2所示，包括直流电源vcc、电阻r1、r2、itr9606光电耦合传感器，直流电源vcc分别与电阻r1、r2一端相连，电阻r1、r2另一端分别与itr9606光电耦合传感器的1脚、4脚相连，itr9606光电耦合传感器的2脚、3脚接地。直流电源vcc为正5v直流电源。
微控制器为单片机，单片机为stc89c52。显示器为12864显示模块。wifi模块为esp8266。教师终端界面如图3所示，教师终端可以观察每个学生的测量结果，同时可以进行打印数据。
具体工作时，通过光电耦合传感器检测和微控制器测定玻璃管中小钢球的振荡周期，并借助于矩阵按键模块手动输入小钢球的质量和直径、玻璃瓶的容积和大气压值，利用微控制器实现气体比热容比γ的计算，其计算公式如下：
其中，p0为大气压，g为重力加速度，r、m、d分别为小钢球的半径、质量和直径，p为玻璃瓶内的气压，v为玻璃瓶的容积，t为小钢球的振动周期。
微控制器计算获得的实验结果γ值送给显示器进行直观实时显示。同时，各实验小组可以利用wifi模块和网关将实验组号、实验结果、实验误差等信息发送至教师终端，便于实验指导教师的在线教学监测，实现信息化管理和实验效率提高。
综上所述，本发明实施例，基于iot技术的气体比热容比实验测量系统，由光电耦合传感器模块、微控制器、显示器、矩阵按键模块、wifi模块、网关、教师终端组成；通过振动法测定空气比热容比，应用光电传感器itr9606模块和微控制器模块测量的周期值，并将其它物理量通过键盘外设输入到微控制器，微控制器对测量值进行数据处理后送显示器直观显示，并经过esp8266无线模块和网关将运算结果发送到教师终端；本发明采用交互式设计，使得实验测量简便、数据处理快捷，从而提高实验效率；测量结果通过显示器进行直观显示，且通过iot技术便于教师教学管理；可手动输入各自变量的值，体现了实验的可操作性和灵活性，具有信息物联化水平高、可操作性强、便于演示特点。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。