二维平抛实验仪的利记博彩app

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【专利摘要】本实用新型是一种二维平抛实验仪，传统的这种仪器在做实验时无法给学生看到平抛运动的即时轨迹曲线。为了解决这一问题。本实用新型推出一种电子传感二维平抛实验仪，它由机械部分结构和电子电路两大部分构成，包含有主体支撑板，底座，滑动导轨，和滑动导轨上固定的电磁铁，一个由垂直正交的红外射线交织而成的红外射线坐标，有单片机，及其周边的外接电源，电源电路，纵、横向红外发射模块、纵、横向红外接收模块，存储模块、和电脑软件。所说的纵、横向红外发射模块就是竖直和水平布置的红外发射条形板，所述的纵、横向红外接收模块就是竖直和水平布置的红外接收条形板，它们分别包含有级联芯片、数字信号整形芯片、红外发射管电路和红外接收管电路。
【专利说明】二维平抛实验仪
[【技术领域】]
[0001] 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 直线匀速运动和坚直方向上的自由落体运动的合成"这一结论。
[【背景技术】]
[0002] 现有的平抛运动实验仪其构造大体上与本实用新型有点相近，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。
[实用新型内容]
[0003] 本实用新型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。也为了简化 实验操作程序和其机械结构，省略第二钢球这样的部分结构。本实用新型的结构如下：
[0004] 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，滑动导轨上固定有用于吸住或释放钢质小球的一个电磁铁，其特征是：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坚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；水平布置的底座上有电源开关和接插件；电子电路部分包含有：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、和电脑软件以及一个主控板盒，所说的纵向红外 发射模块就是坚直布置的红外发射条形板，所说的横向红外发射模块就是水平布置的红外 发射条形板，两者分别包含有级联芯片74HC595、74HC14数字信号整形芯片、和红外发射管 电路；所述的纵向红外接收模块就是坚直布置的红外接收条形板，所说的横向红外接收模 块是水平布置的红外接收条形板，两者分别包含有级联芯片74HC595、数字信号整形芯片 74HC14、和红外接收管电路。
[0005] 2,所说的主控板盒是一个外接的主控板盒，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，存储模块，与电脑通讯用的USB接口，红外发射管左侧入 口，红外发射管上侧入口，红外接收管右侧入口，红外接收管下侧入口。
[0006] 3,所说的存储模块是型号为AT24C02的存储模块。
[0007] 4,所说的电源电路是DC-DC直流电压转换电路，其芯片是型号为AS1117-3. 3v的 D1直流电压转换芯片，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。
[0008] 5,所说的单片机是C8051F380芯片。
[0009] 6,所述的底座上的接插件有为电磁铁供电的红黑香蕉插孔和5v直流电源插孔。
[0010] 7,所说的底座上设有调节水平度的水平仪和位于底座四角的四个调节旋钮。
[0011] 8,所说的外接的主控板盒上的接口有P1、P2、和P3、P4四个，接口 P1和P2是与红 外接收板的接口 P67、P65相对接；接口 P3、P4则与红外发射板的接口 P67、P68相对接，红 外接收板的接口 P68是与红外接收板的接口 P65相对接；红外发射板的接口 P66是与红外 发射板的接口 P67相对接。
[0012] 本实用新型的方案完全变更和优化了实验的方法，使【背景技术】中描述的传统的繁 琐的实验步骤全部被省略。这种实验仪器能给出可即时显示给学生看到的小球运动即时发 生的完整平抛运动的轨迹曲线。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。同时解决实验过程中的繁复操作，也省略了第二 钢球这样的机械结构。从而，为教学用的平抛实验仪提供了一种升级了的新产品，即，二维 平抛实验仪。
[【专利附图】

【附图说明】]
[0013] 图1为本实用新型实施例的电路的系统框图。
[0014] 图2为本实用新型实施例的系统的外接电源接口。
[0015] 图3为本实用新型实施例的DC-DC电源电路。
[0016] 图4为本实用新型实施例的单片机的引脚定义图。
[0017] 图5为本实用新型实施例的单片机晶振电路。
[0018] 图6为本实用新型实施例的单片机烧录接口。
[0019] 图7为本实用新型实施例的存储模块电路图。
[0020] 图8为本实用新型实施例主控板与两个红外发射板的2个连接接口。
[0021] 图9为本实用新型实施例主控板与两个红外接收板的2个连接接口。
[0022] 图10为本实用新型实施例中的红外发射板的左侦彳、上侧入口接口。
[0023] 图11为本实用新型实施例中红外发射管的红外线发射电路。
[0024] 图12为本实用新型实施例中具有信号整形功能的74HC14芯片。
[0025] 图13为本实用新型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 的相应接口。
[0026] 图14为本实用新型实施例的红外接收板下侧、右侧入口接口。
[0027] 图15为本实用新型实施例的红外接收管红外信号接收电路。
[0028] 图16为本实用新型实施例级联芯片74HC595数据输出信号.引脚图。
[0029] 图17为本实用新型实施例红外接收板整形电路。
[0030] 图18为本实用新型实施例红外接收板下侧级联接口和右侧级联接口。
[0031] 图19为本实用新型实施例主控板连接电脑接口。
[0032] 图20为本实用新型实施例主控板与仪器主体上的电路的接口连接图。
[0033] 图21为本实用新型实施例的机械立体图。
[0034] 图22为本实用新型实施例的机械图的后视立体图。
[【具体实施方式】]
[0035] 本实用新型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。
[0036] 本实用新型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，这样所形成的电子传 感坐标系就是本实用新型的主要特点。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。
[0037] 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。
[0038] 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。
[0039] 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。D1芯片11的型号是AS1117-3. 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。
[0040] 图4为单片机4的引脚定义图。
[0041] 单片机引脚定义如下：
[0042] SCL，SDA :存储芯片控制信号。
[0043] 595EN，C_595EN :74HC595 芯片片选信号。
[0044] SFT_CLK，C_SFT_CLK :74HC595 芯片移位时钟信号。
[0045] LCH_CLK，C_LCH_CLK :74HC595 芯片信号输出时钟信号。
[0046] DAT，C_DAT :74HC595芯片数据输入信号。
[0047] SIG_0UT，SIG_0UT_2 :红外接收总线信号。
[0048] USB_D+，USB_D-:单片机USB接口数据线，连接电脑USB接口。
[0049] RST，P20单片机复位信号和程序烧录控制线。
[0050] XTAL1，XTAL2晶振信号输入。
[0051] 图5是单片机晶振电路。在此电路中Y1晶振元件12的XTAL1，XTAL2分别连接到 单片机4的XTAL1，XTAL2引脚上。XTAL1，XTAL2为单片机4提供12MHz的振荡频率。
[0052] 图6是单片机烧录接口 13,其RST，P20两个信号线是连接单片机4的RST，P20引 脚的。
[0053] 图7为存储模块电路图，SCL，SDA两个信号线连接到单片机4的SCL，SDA引脚。 U1单元芯片14是型号为AT24C02集成块，它是EEPR0M性质的集成块，它用于存储系统实验 数据。
[0054] 图8为主控板与红外发射板的2个连接接口。P3接口 15中信号C_595EN，C_SFT_ CLK，C_LCH_CLK，C_DAT，分别连接到单片机 4 中的 C_595EN，C_SFT_CLK，C_LCH_CLK，C_DAT 引脚。P4接口 16中信号595EN，SFT_CLK，LCH_CLK，DAT分别连接单片机4的595EN，SFT_ CLK，LCH_CLK，DAT 引脚。
[0055] 图9为主控板与红外接收板的2个连接接口。图9中PI接口 17中信号C_595EN， C_SFT_CLK，C_LCH_CLK，C_DAT，SIG_0UT_2 分别连接到单片机 4 的 C_595EN，C_SFT_CLK，C_ LCH_CLK，C_DAT，SIG_0UT_2 引脚。P2 接口 18 中信号 595EN，SFT_CLK，LCH_CLK，DAT，SIG_ OUT 分别连接单片机 4 的 595EN，SFT_CLK，LCH_CLK，DAT，SIG_0UT 引脚。
[0056] 图10为本实用新型实施例中的红外发射板的入口接口。P67接口 19中595EN， SFT_CLK，LCH_CLK，DAT分别连接到发射板上的图11中U1单元21的74HC595 芯片的595EN， SFT_CLK，LCH_CLK，DAT 引脚。P68 接口 20 中 595EN_2, SFT_CLK_2, LCH_CLK_2, DAT_2 分别 连接到图 12 中的 Ull 单元 27 的 74HC14 的 595EN_2，SFT_CLK_2，LCH_CLK_2，U12 单元 28 的 74HC14芯片的DAT_2引脚。
[0057] 图11为红外发射管发射电路。红外发射板共有两块，这两块条形板上的电路布置 是一样的。第一块是坚直布置的红外发射条形板49,其上有7块74HC595芯片和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50,其上 共有5块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。
[0058] 在该电路中，每一块74HC595芯片是与八组由三极管、电阻、红外发射管组成的线 路单元相连的，本电路显示的就是这样的情况。红外发射条形板49上共有7个74HC595芯 片；而红外发射条形板50上共有5个74HC595芯片。
[0059] 芯片74HC595上的595EN，SFT_CLK，LCH_CLK，DAT分别连接到图10中红外发射管 入口中的 P67 接口 19 中信号 595EN，SFT_CLK，LCH_CLK，DAT。
[0060] 芯片 U1 单元 21 的 74HC595 上的 LED1，LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7, LED8 分别连接红外发射管电路的电阻R5, R6, R13, R14, R7, R8, R15, R16。此电路图为整体电路 中许多相似电路的一个代表性的部分。
[0061] 在上侧红外发射管电路板50中，有5个74HC595芯片，40个红外发射管电路。在 左侧红外发射管电路板49中有7个74HC595芯片，54个红外发射管电路。
[0062] 由信号控制线 SFT_CLK，LCH_CLK，595EN，DAT 控制芯片 74HC595 芯片 21，使 LED1 输出高低电平完成对红外发射管23的控制，以此类推，LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7， LED8分别控制各自相应的相似电路块。
[0063] Q1三极管22的集电极通过电阻R1连接到5V电源，当LED1高电平时，Q1三极管 22导通，此时红外发射管P1接口 23发光。当LED1低电平时，Q1三极管22截止，此时红外 发射管P1接口 23熄灭。以此类推，信号LED2控制接口 P2, LED3控制接口 P3, LED4控制接 口 P4，LED5控制接口 P5，LED6控制接口 P6，LED7控制接口 P7，LED8控制接口 P8。芯片21 的74HC595中的信号SD01，用来级联下一块74HC595芯片24的输入端SD01。
[0064] 图12为红外发射板中具有信号整形功能的74HC14芯片电路。
[0065] 红外发射条形板28、和红外发射条形板38上各自有四片信号整形电路芯片 74HC14。
[0066]其中：U2 单元 25 的 74HC14 中 595EN，LCH_CLK，SFT_CLK，U12 单元 28 的 74HC14 中 DAT_2, U11 单元 27 的 74HC14 中 SFT_CLK_2, LCH_CLK_2,595EN_2 分别连接图 10 中的红外 发射管输入P67接口 19, P68接口 20中的相应引脚。
[0067] U4单元26的74HC14的SD0UT引脚连接图16中U5单元39的74HC595中的SD0UT 引脚。
[0068] U2 单元 25 中信号 C_595EN，C_LCH_CLK，C_SFT_CLK，U4 单元 26 中信号 C_SD0UT， U11 单元 27 中信号 SFT_CLK_20UT，LCH_CLK_20UT，595EN_20UT，U12 单元 28 中 DAT_20UT 分 别连接到图13红外发射级联接口上的P65接口 29中的C_595EN，C_LCH_CLK，C_SFT_CLK， C_SD0UT 信号，P66 接口 30 中 SFT_CLK_20UT，LCH_CLK_20UT，595EN_20UT，DAT_20UT。
[0069] 红外发射板信号整形电路的工作如下：图12中，
[0070] 输入信号SFT_CLK经过U2单元的74HC14芯片25的1脚输入，经过U2单元的 74HC14芯片25的非门电路的输出的2脚，连接U2单元的74HC14芯片25输入端3脚，再次 经过U2单元的74HC14芯片25的非门电路，输出信号C_SFT_CLK是输入信号SFT_CLK经过 了两次U2单元的74HC14芯片25的非门电路，仍保持原来信号SFT_CLK的电平信号。
[0071] 以此类推，输入信号595EN经过两次信号整形电路74HC14芯片25,输出信号为 C_595EN。输入信号LCH_CLK经过两次信号整形电路的74HC14芯片25,输出信号为C_ LCH_CLK。输入信号SD0UT，经过两次信号整形U4单元的74HC14芯片26,输出信号为C_ SD0UT。输入信号SFT_CLK_2经过两次信号整形单元U11的74HC14芯片27,输出信号为 SFT_CLK_20UT。输入信号LCH_CLK_2经过两次信号整形单元U11，的74HC14芯片27,输出 信号为LCH_CLK_20UT。输入信号595EN_2经过两次信号整形芯片U11的74HC14芯片27输 出信号为595EN_20UT。输入信号DAT_2经过两次信号整形单元U12的74HC14芯片28,输 出信号为DAT_20UT。
[0072] 图13为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。P65 接口 29 中 C_595EN，C_SFT_CLK，C_LCH_CLK，C_SD0UT，P66 接口 30 中 595EN_20UT，SFT_ CLK_20UT，LCH_CLK_20UT，DAT_20UT 分别连接图 12 中 U2 单元 25, U4 单元 26, Ull 单元 27， U12单元28等74HC14的相应引脚。
[0073] 图14为红外接收板下侧、右侧入口接口。P65接口 31中信号595EN，SFT_CLK，LCH_ CLK，DAT分别连接图15中U1单元33的74HC595芯片的相应引脚，SIG_0UT为红外接收下 侧总线信号它连接每个单独红外接收管的信号输出。P67接口 32中C_595EN，C_SFT_CLK， C_LCH_CLK，C_DAT分别连接图17中U13单元40, U10单元41，U12单元42,芯片74HC14等 信号整形电路相应引脚。SIG_0UT_2为红外接收板右侧总线连接图17中U12单元42芯片 74HC14的相应引脚。
[0074] 图15为红外接收管电路。
[0075] 红外接收板共有两块，这两块条形板上的电路布置是一样的。第一块是坚直布置 的红外接收条形板51，其上有7块74HC595芯片和54个红外接收管电路和3块74HC14信 号整形芯片。而第二块是水平布置的红外接收条形板52,其上共有5块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。
[0076] 74HC595 芯片上的 LED1，LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7, LED8 分别连接二极 管D9，D10，D11，D12，D7，D8，D21，D22。U1单元33的74HC595 芯片的 595EN，SFT_CLK，LCH_ CLK，DAT分别连接图14中的P65接口 31的相应引脚。此电路图为整体电路的一部分，在 下侧红外接收管电路板中，有5个74HC595芯片，所以电路中有5个相似部分。
[0077] 在右侧红外接收管电路板51中有7个74HC595芯片，54个红外接收管电路。图15 中，由信号控制线SFT_CLK，LCH_CLK，595EN，DAT，控制芯片74HC595 芯片33，使LED1，LED2， LED3, LED4, LED5, LED6, LED7, LED8输出高低电平。红外接收三极管P3接口 34通过电阻 R17连接到5V，当有红外光照射到红外接收三极管P3接口 34时，红外接收三极管P3接口 34导通，D3二极管36负极信号为低电平。此时如果D9二极管35的负极信号LED1为高电 平时，D3二极管36正极为低电平，此时Q3三极管37截止，Q3三极管37的集电极连接电阻 R3到5V，输出总线SIG_0UT为高电平。当实验时的钢球54滚动时，它会不断挡住坐标系里 的红外光时，红外接收三极管P3接口 34截止，D3二极管36负极信号为高电平，此时如果 D9二极管35的负极信号LED1为高电平时，D3二极管36正极为高电平，此时Q3三极管37 导通，Q3三极管37的集电极连接电阻R3到5V，输出总线SIG_0UT为低电平。此外如果D9 二极管35的负极信号LED1为低电平时即此路红外接收三极管没有被选中，D3二极管36 正极为低电平，Q3三极管37截止，输出总线SIG_0UT为高电平。以此类推其他的红外接收 三极管电路的输出信号都连接到信号总线SIG_0UT上，并通过信号的选择，以及总线上的 高低电平来判断某个红外接收管是否有物体遮挡。74HC595芯片33上的信号SD01连接到 74HC595芯片38上的信号输入SD01上。
[0078] 图16为级联芯片74HC595数据输出信号。
[0079] 表示在红外发射板和红外接收板中共有的级联芯片74HC595数字信号级联输出 信号。
[0080] 图中SD0UT在红外发射板中连接到图12中U4单元26的74HC14芯片的相应引脚。
[0081] 图中SD0UT在红外接收板中连接到图17中U12单元42的74HC14芯片的相应引 脚。
[0082] 图17为红外接收板信号整形电路，
[0083] U13 单元 40 中 74HC14 中 C_595EN，C_SFT_CLK，C_LCH_CLK，U10 (41)中 595EN，SFT_ CLK，LCH_CLK，U12 (42)中 C_DAT，SIG_0UT，SIG_0UT_2 分别连接红外接收板 P65 接口 31，红 外接收板P67接口 32的相应引脚。U12单元42的74HC14芯片的SD0UT连接到图16中U5 单元39的74HC595芯片的SD0UT脚。Q65三极管43的基极信号R_SIG_0UT，Q66三极管44 的基极信号R_SIG_0UT_2分别连接到红外接收板图18中P68接口 46级联接口的相应引脚 U12单元42的74HC14芯片中R_SIG，R_SIG2连接到Q65三极管31，Q67三极管32的发射 极。
[0084] 红外接收板信号整形电路的工作如下：图17中，输入信号C_SFT_CLK经过U13单 元的74HC14芯片40的1脚输入，经过U13单元的74HC14芯片40的非门电路，输出的2脚 连接U13单元的74HC14芯片40输入端3脚，再次经过U13单元的74HC14芯片40的非门 电路，输出信号R_SFT_CLK是输入信号C_SFT_CLK经过了两次U13单元的74HC14芯片40 的非门电路，仍保持原来信号C_SFT_CLK的电平信号。
[0085] 以此类推，输入信号C_LCH_CLK，经过两次U13单元的74HC14芯片40,输出信号R_ LCH_CLK_2。输入信号C_595EN，经过两次U13单元的74HC14芯片40,输出信号R_595EN_2。 输入信号SFT_CLK，经过两次U10单元的74HC14芯片41，输出信号R_SFT_CLK。输入信号 LCH_CLK，经过两次U10单元的74HC14芯片41，输出信号R_LCH_CLK。输入信号595EN，经过 两次U10单元的74HC14芯片41，输出信号R_595EN。输入信号SD0UT，经过两次U12单元 的74HC14芯片42,输出信号R_SDOUT。输入信号C_DAT，经过两次U12单元的74HC14芯片 42,输出信号R_DAT2。当总线信号R_SIG_OUT高电平时，Q65三极管43导通，信号R_SIG2 为低电平，R_SIG2连接74HC14芯片42的11脚输入，经过非门后，输出信号SIG_OUT为高 电平。总线信号R_SIG_OUT低电平时，Q65三极管43截止，信号R_SIG2为高电平，R_SIG2 连接74HC14芯片42的11脚输入，经过非门后，输出信号SIG_OUT为低电平。初始信号R_ SIG_OUT与输出信号SIG_OUT电平保持一致。以此类推，输入总线信号R_SIG_0UT_2，经过 信号整形电路后，输出信号为SIG_0UT_2。
[0086] 图18为红外接收板下侧连接口和右侧级连接口。其中P66接口 45中信号 R_595EN，R_SFT_CLK，R_LCH_CLK，R_SD0UT，P68 接口 46 的 R_595EN_2, R_SFT_CLK_2, R_LCH_ CLK_2，R_DAT2分别连接到图17中U13单元40，U10单元41，U12单元42的74HC14芯片的 相应引脚。R_SIG_0UT，R_SIG_0UT_2分别连接到信号整形电路的R268, R270端。
[0087] 图19为单片机4与电脑连接接口。J2接口 47用来连接单片机4的引脚与电脑 USB信号接口。
[0088] 图20为与仪器主体分接的主控板与仪器主体上的电路接口的连接图。传感器主 控板盒48上的接口有P1、P2、和P3、P4四个，其中传感器主控板盒48的接口 P1和P2是与 规格为28的红外接收板52的接口 P67、P65相对接；而传感器主控板盒48的接口 P3、P4 则与规格为38的红外发射板49的接口 P67、P68相对接。28红外接收板52的接口 P68是 与规格为38的红外接收板51的接口 P65相对接；规格为38的红外发射板49的接口 P66 是与规格为28的红外发射板50的接口 P67相对接。
[0089] 规格为28的发射板50上主要有40个红外发射管，5片74HC595芯片，4片74HC14 芯片。规格为28的接收板52上主要有40个红外接收管，5片74HC595芯片，3片74HC14芯 片。规格为38的发射板49上主要有54个红外发射管，7片74HC595芯片，4片74HC14芯 片。规格为38的接收板51上主要有54个红外接收管，7片74HC595芯片，3片74HC14芯 片。
[0090] 本实用新型的机械结构如下：
[0091] 图21所示，本实用新型的二维平抛运动实验仪，包含有垂直直立的主体支撑板 53,水平布置的底座54,位于主体支撑板53顶端一角屿位置上的滑动导轨55上固定有一电 磁铁56,它用于吸住或释放钢质小球57。在主体支撑板53的左侧边沿和右侧边沿上固定 有面面相对的两条坚直布置的红外发射条形板49和红外接收条形板51。而在主体支撑板 53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50和红外接收板52。
[0092] 上红外发射条形板50固定有40个红外线发射管，有5个控制芯片74HC595门电 路集成块；左红外发射板49上固定有54个红外线发射管和7个74HC595门电路集成块，还 带有信号整形功能的74HC14门电路集成块。
[0093] 而在下红外接收条形板52上则分别固定有40个红外接收管，5个74HC595门电路 集成块；在右红外接收条形板51上布置有54个红外接收管和7个74HC595门电路集成块。 它们有1条红外接受电路的sigout总线，还带有信号整形功能的74HC14门电路集成块。
[0094] 居上的红外发射板50发出的垂直方向朝下的红外线被在下的红外接收板52所接 收；左侧的红外发射板49发出的水平红外线被右侧的红外接收板51所接收，这样，就在主 体支撑板53上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。实验时处于平抛运动中的钢珠57就是借助于该坐标系形成可视的 平抛运动曲线的。这是本实用新型的一个主要的特点。
[0095] 图22显示了在底座54的后侧立面上设有为电磁铁56供电用的红黑香蕉插孔56， 和一个电源开关57,以及一个为整台仪器供电的5伏直流电源插孔58。底座54上四个角 隅上设有四个调节水平度的旋轮60。底座54上布置有调节用的水平仪61，因为在使用时， 底座54须保持水平，而主体支撑板53则须保持垂直。
[0096] 有一个传感器主控板盒48,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4,其型号为C8051F380,还有电源输入接口 10和电源电路11，以及型 号为AT24C02的存储模块14,还有与电脑通讯用的USB接口 47,以及与两块红外发射管条 形板通讯用的两个接口 15和16(见图8)，与两块红外接收管条形板通讯用的两个接口 17 和18 (见图9)。在做实验时，要将电脑通过USB接口 47与本实用新型的二维平抛仪相连 接。打开电脑里的相应的实验程序，点击软件中开始数据采集的按钮，开始纪录实验的全过 程。即，人工操作电磁铁56释放钢珠57,在小球通过二维传感器的传感区域时，其运动轨迹 就被自动纪录下来。对纪录下来的轨迹数据进行分析，验证了垂直方向的运动符合自由落 体的运动规律，而水平方向的运动符合匀速直线运动的规律。
[0097] 说明书实施例中所有接口 一览表：
[0098] 图2 J310电源连接口
[0099] 图6 J113单片机烧录接口
[0100] 图19 J247单片机与电脑连接接口
[0101] 图 8 P3 是接口 15 P4 是接口 16
[0102] 图 9 P1 是接口 17 P2 是接口 18
[0103] 图 10 P67 是接口 19 P68 是接口 20
[0104] 图 13 P65 是接口 29 P66 是接口 30
[0105] 图 14 P65 是接口 31 P67 是接口 32
[0106] 图 18 P66 是接口 45 P68 是接口 46
[〇1〇7] 本实用新型的二维平抛实验仪的发明保护范围不受实施例电子传感坐标之纵横 尺寸的限制，如若出现仅仅将纵横坐标的尺寸加以改变，即，将附加在红外发射条形板和红 外接收条形板上的发射管和接收管的数目增减以达到改变坐标面的长短尺寸；或把外接的 传感器主控盒48取消，而把其内的电子电路移植到主体上的任何其他部位，这样的改变仍 属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
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（53)，水平布置的底座（54)，位于主体支撑板（53)顶端一角屿 位置上的滑动导轨（55)，滑动导轨（55)上固定有用于吸住或释放钢质小球（57)的一个 电磁铁（56)，其特征是：机械部分：在主体支撑板（53)的左侧边沿和右侧边沿上固定有面 面相对的两条坚直布置的红外发射条形板（49)和红外接收条形板（51);而在主体支撑板 (53)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（50)和红外接收条 形板（52)，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；水平布置的底 座（54)上有电源开关￠2)和接插件；电子电路部分包含有：居核心部位的单片机（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￠)、和电脑软件（3)以及一个主 控板盒（48)，所说的纵向红外发射模块（9)就是坚直布置的红外发射条形板（49)，所说的 横向红外发射模块（8)就是水平布置的红外发射条形板（50)，两者分别包含有级联芯片 74HC595、74HC14数字信号整形芯片、和红外发射管电路；所述的纵向红外接收模块（7)就 是坚直布置的红外接收条形板（51)，所说的横向红外接收模块（5)是水平布置的红外接收 条形板（52)，两者分别包含有级联芯片74HC595、数字信号整形芯片74HC14、和红外接收管 电路。
2. 如权利要求1所述的二维平抛实验仪，其特征是：所说的主控板盒（48)是一个外接 的主控板盒（48)，其内包含有控制整个系统运行的单片机芯片（4)，电源输入接口（10)，电 源电路（11)，存储模块（14)，与电脑通讯用的USB接口（47)，红外发射管左侧入口（15)，红 外发射管上侧入口（16)，红外接收管右侧入口（17)，红外接收管下侧入口（18)。
3. 如权利要求1所述的二维平抛实验仪，其特征是：所说的存储模块是型号为AT24C02 的存储模块（14)。
4. 如权利要求1所述的二维平抛实验仪，其特征是：所说的电源电路（2)是DC-DC直 流电压转换电路，其芯片是型号为AS1117-3. 3v的D1直流电压转换芯片（11)，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。
5. 如权利要求1所述的二维平抛实验仪，其特征是：所说的单片机（4)是C8051F380芯 片。
6. 如权利要求1所述的二维平抛实验仪，其特征是：底座（54)上的接插件有，为电磁 铁（56)供电的红黑香蕉插孔（59)和5v直流电源插孔（58)。
7. 如权利要求1所述的二维平抛实验仪，其特征是：所说的底座（54)上设有调节水平 度的水平仪（61)和位于底座（54)四角的四个调节旋钮（60)。
8. 如权利要求1所述的二维平抛实验仪，其特征是：所说的外接的主控板盒（48)上的 接口有P1、P2、和P3、P4四个，接口 P1和P2是与红外接收板（52)的接口 P67、P65相对接； 接口 P3、P4则与红外发射板（49)的接口 P67、P68相对接，红外接收板（52)的接口 P68是 与红外接收板（51)的接口 P65相对接；红外发射板（49)的接口 P66是与红外发射板（50) 的接口 P67相对接。
【文档编号】G09B23/10GK203895004SQ201320777933
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】陈强, 周彬, 李仙海, 杨磊 申请人:上海数好数字信息科技有限公司