工况检测及中学物理单摆仪器研制要点.ppt

基于单片机单摆测重力加速度实验仪器研制 单摆测重力加速度方法回顾 实验内容 1．学习使用秒表、米尺。 2．用单摆法测量重力加速度。 实验器材 单摆装置（自由落体测定仪），秒表，钢卷尺 重力加速度是物理学中一个重要参量。地球上各个地区重力加速度的数值，随该地区的地理纬度和相对海平面的高度而稍有差异。一般说，在赤道附近重力加速度值最小，越靠近南北两极，重力加速度的值越大，最大值与最小值之差约为1/300。研究重力加速度的分布情况，在地球物理学中具有重要意义。利用专门仪器，仔细测绘各地区重力加速度的分布情况，还可以对地下资源进行探测。 伽利略在比萨大教堂内观察一个圣灯的缓慢摆动，用他的脉搏跳动作为计时器计算圣灯摆动的时间，他发现连续摆动的圣灯，其每次摆动的时间间隔是相等的，与圣灯摆动的幅度无关，并进一步用实验证实了观察的结果，为单摆作为计时装置奠定了基础。这就是单摆的等时性原理。 应用单摆来测量重力加速度简单方便，因为单摆的振动周期是决定于振动系统本身的性质，即决定于重力加速度g和摆长L，只需要量出摆长，并测定摆动的周期，就可以算出g值。 实验原理 单摆是由一根不能伸长的轻质细线和悬在此线下端体积很小的重球所构成。在摆长远大于球的直径，摆球质量远大于线的质量的条件下，将悬挂的小球自平衡位置拉至一边（很小距离，摆角小于5°），然后释放，摆球即在平衡位置左右作周期性的往返摆动，如右图所示。 经过计算可以得到： 一、基于单片机单摆测重力加速度实验仪器研制 主要内容 基本要求 1）、光电传感器的程序设计和调试； 2）、 键盘接口和LCD驱动程序的设计、编写和调试； 3）、对数据处理比较完善、算法的正确使用； 4）、单片机STC89C52的硬件搭建和程序联调程。 　　 设计方案 1）、理论准备阶段，研究单摆测重力加速度所涉及到的内容； 2）、方案论证，确定组成结构，提出大体系统框架并在结构框架的基础上提出总流程框图； 3）、确定各个子单元的具体功能，理清各单元之间的关系； 4）、进行所需要的硬件设计与制作； 　　 5）、完成总程序软件设计，进行总程序调试； 6）、对程序进行改进与优化； 7）、 总结，整理设计资料 。 系统框图 1、电源模块实物 2、单片机最小系统模块实物 3、键盘模块实物 4、光电传感器模块实物 5、Lcd1602液晶显示模块实物 6、单摆模块实物 重要的细节 1、传感器的选择 其它备选方案的传感器 2、程序的细节处理 if(flag==0) { if(sig==0) { TR0=1; //开始计时 i++; while(sig==0); //等待下一次通过 } } if(flag==1) { L=n1+n2*0.1+n3*0.01+n4*0.001; a1=(t*10+((TH0*256+TL0)/5000));//a1为取出来的时间 。。。。。。 } * * f =P sinθ f θ T=P cosθ P = mg L 单摆原理图 利用单摆测量重力加速度实验是普通中学物理实验中不可缺少的经典性实验。虽然它所用的器材简单，但学生使用实验器材来做实验主观因素比较大，导致产生人为误差大。使用单片机和光电传感器结合单摆测重力加速，可以有效的减小人为误差。设计的装置尽可能降低实验成本，节约财力，同时能弥补现有产品在教学功能方面的不足，不断丰富实验内涵，提高中学物理实验教学质量。 课题目的及意义： 以单片机为核心，结合光电传感器，4×4键盘以及LCD1602液晶显示等组成了一个完整的系统。通过键盘输入摆长再结合光电传感器对信号的采集，在单片机中以一个相对简单而完善的算法来计算当地的重力加速度，最后通过LCD1602液晶显示出来。 单片机 键盘输入 光电传感器 LCD1602液晶显示 电源模块 单摆模块 选择该对射式光电传感器，有如下好处：可以满足设计精度的要求、受外界的干扰较小、 成本比较低。