CN101762753B - 智能型静电场测绘仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及智能型静电场测绘仪，包括箱体、摄像头、微晶导电玻璃、集成电路板、探测笔，所述的箱体设置有上下两层，所述的摄像头、微晶导电玻璃分别设于箱体上层内的两端，所述的集成电路板固定于箱体下层内，所述的摄像头、微晶导电玻璃以及探测笔均与集成电路板连接。与现有技术相比，本发明可操作性强、定位精确、安全稳定，并且检修方便。

Description

智能型静电场测绘仪
技术领域
本发明涉及物理实验教学仪器，特别是涉及一种智能型静电场测绘仪。
背景技术
静电场描绘仪是物理实验中为不同类型的静电场而开发的实验教学仪器，实验主要是利用稳恒电流场在导体中的分布来模拟静电场的分布，老式的静电场描绘仪多采用导电纸或是水作为导体进行探针的手动侦测和定位，在前一种方法中，由于导电纸上石墨层厚薄不均匀及电极与导电纸接触不均匀，导致描绘出的电场与预期的相关甚远。在后一方法中，要求上下两探针必须同轴才能较好地描绘出模拟静电场，但在实际使用过程中，由于支撑两探针的长薄铜片极易形变，导致上下两探针严重错位而不能同轴，描迹误差太大，严重影响实验效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种智能型静电场测绘仪。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：智能型静电场测绘仪，其特征在于，包括箱体、摄像头、微晶导电玻璃、集成电路板、探测笔，所述的箱体设置有上下两层，所述的摄像头、微晶导电玻璃分别设于箱体上层内的两端，所述的集成电路板固定于箱体下层内，所述的摄像头、微晶导电玻璃以及探测笔均与集成电路板连接。
所述的箱体的下层设有第一通讯口、第二通讯口、第三通讯口以及电源接入口。
所述的集成电路板包括板体，以及分别设于板体上的控制芯片、第一通讯接口电路模块、第二通讯接口电路模块、第三通讯接口电路模块和信号接受模块，所述的第一通讯接口电路模块、第二通讯接口电路模块、第三通讯接口电路模块以及信号接受模块均与控制芯片控制连接。
所述的微晶导电玻璃的电极与信号接受模块通信连接，所述的探测笔与第二通讯接口电路模块通信连接。
所述的探测笔包括壳体、探针、聚光束发射灯以及拍照按钮模块，所述的探针设于壳体的头端，并通过一模拟电压数据线与第二通讯接口电路模块连接，所述的聚光束发射灯设于壳体内，所述的拍照按钮模块设于壳体上，并通过一信号线与第二通讯接口电路模块连接。
所述的箱体为硬质塑料箱。
所述的控制芯片为PICS16F877。
所述的第一通讯接口电路模块为USB通讯接口电路模块。
所述的第二通讯接口电路模块为RS2321接口电路模块。
所述的第三通讯接口电路模块为RS232接口电路模块。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、可操作性强：利用光学定位的方式，实验者要做的仅仅是移动探测笔，观察电脑上显示的数据，按下按键就可以对电场点进行采集。数据分析和静电场分布图的整个完成过程都由专利自带的软件完成并打印，无需实验者自己绘图，具有很强的操作性，十分方便；
二、定位精确：由于本发明使用的是光学平面定位的方式和坐标系校正的算法，图片的分辨率为640*480，定位的电场点在实际坐标中可以精确到小数点后两位；利用PICS16f877的十位AD转换功能，电压信息可以精确到小数点后两位。
三、安全稳定：于本发明使用的微晶导电玻璃，探测笔和集成电路板所使用的电压通过220V家用电压变压器接入后，都在10V或10V以下，是安全可靠的，不对人身安全构成威胁，电路简单稳定；
四、检修方便：本发明的测绘仪构造层次分明，方便拆卸和更换。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的集成电路板的结构示意图；
图3为本发明的探测笔的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1～3所示，智能型静电场测绘仪，包括箱体1、摄像头2、微晶导电玻璃3、集成电路板4、探测笔5，所述的箱体1设置有上下两层，所述的摄像头2、微晶导电玻璃3分别设于箱体上层内的两端，所述的集成电路板4固定于箱体下层内，所述的摄像头2、微晶导电玻璃3以及探测笔5均与集成电路板4连接。
所述的箱体的下层设有第一通讯口6、第二通讯口7、第三通讯口8以及电源接入口9；所述的集成电路板4包括板体10，以及分别设于板体10上的控制芯片11、第一通讯接口电路模块12、第二通讯接口电路模块13、第三通讯接口电路模块14和信号接受模块15，所述的第一通讯接口电路模块12、第二通讯接口电路模块13、第三通讯接口电路模块14以及信号接受模块15均与控制芯片11控制连接；所述的微晶导电玻璃3的电极与信号接受模块15通信连接，所述的探测笔5与第二通讯接口电路模块13通信连接；所述的探测笔5包括壳体16、探针17、聚光束发射灯18以及拍照按钮模块19，所述的探针17设于壳体16的头端，并通过一模拟电压数据线20与第二通讯接口电路模块13连接，所述的聚光束发射灯18设于壳体16内，所述的拍照按钮模块19设于壳体16上，并通过一信号线21与第二通讯接口电路模块13连接；所述的箱体1为硬质塑料箱；所述的控制芯片11为PICS16F877；所述的第一通讯接口电路模块12为USB通讯接口电路模块；所述的第二通讯接口电路模块13为RS2321接口电路模块；所述的第三通讯接口电路模块14为RS232接口电路模块。
本实施例的微晶导电玻璃采用平行柱状电极，一共有四种电极组合；RS232接口电路模块可通过RS232转USB连接线与电脑的USB口连接，转换后的电压数字信号，通过PIC16f877的USART通信方式按照定义好的通信协议将电压数据发送给电脑；摄像头与电脑连接可通过USB通讯接口电路模块实现；测绘仪箱体采用硬质塑料，具有良好的隔光性能；集成电路板，用来处理探测笔传来的提示拍照信号和电压模拟信号；集成电路板可接外界变压器和220V家用电源；探测笔通过RS2321接口电路模块与集成电路板连接，该接口传输拍照按键信号以及模拟电压信号，并提供探测笔发射聚光束的电源。
本实施例利用微晶导电玻璃作为静电场描绘仪的导体，主要在电场点的采集方式和实验仪器的构造上进行了改进。
在采点方式上选用了光学定位的方式，利用微晶导电玻璃的强光通透性，将探针改进成探测笔，探测笔可以发射出强光束，通过探测笔头处的探针传输电压，利用在测绘仪底部的摄像头进行拍照，探测笔内置按键触发拍照功能，传输的电压模拟信号经过集成电路板AD转换后，数字信号和照片信息通过USB接口输入电脑。由安装在电脑上的测绘软件读取电压和照片信息，进行校正分析，数据处理，最后展示出静电场的分布情况。
在实验仪器额度构造上，本发明采用隔光性能良好的硬质塑料作为测绘仪的材料，呈长方型，分为实验测绘层和数据转换传输层，在实验测绘层中，一端固定摄像头，一端固定微晶导电玻璃，用螺钉固定，留有的机械空间可方便地更换微晶导电玻璃。数据转换层固定供给电极电压和探测电压模数转换的集成电路。利用集成电路上PICS16F877进行AD转换，通过RS232转USB线将数字信号传输电脑，摄像头自带的USB接口直接连接电脑。

Claims (6)

1.智能型静电场测绘仪，其特征在于，包括箱体、摄像头、微晶导电玻璃、集成电路板、探测笔，所述的箱体设置有上下两层，所述的摄像头、微晶导电玻璃分别设于箱体上层内的两端，所述的集成电路板固定于箱体下层内，所述的摄像头、微晶导电玻璃以及探测笔均与集成电路板连接；
所述的箱体的下层设有第一通讯口、第二通讯口、第三通讯口以及电源接入口；
所述的集成电路板包括板体，以及分别设于板体上的控制芯片、第一通讯接口电路模块、第二通讯接口电路模块、第三通讯接口电路模块和信号接收模块，所述的第一通讯接口电路模块、第二通讯接口电路模块、第三通讯接口电路模块以及信号接收模块均与控制芯片控制连接；
所述的微晶导电玻璃的电极与信号接收模块通信连接，所述的探测笔与第二通讯接口电路模块通信连接；
所述的探测笔包括壳体、探针、聚光束发射灯以及拍照按钮模块，所述的探针设于壳体的头端，并通过一模拟电压数据线与第二通讯接口电路模块连接，所述的聚光束发射灯设于壳体内，所述的拍照按钮模块设于壳体上，并通过一信号线与第二通讯接口电路模块连接。
2.根据权利要求1所述的智能型静电场测绘仪，其特征在于，所述的箱体为硬质塑料箱。
3.根据权利要求2所述的智能型静电场测绘仪，其特征在于，所述的控制芯片为PICS16F877。
4.根据权利要求1或3所述的智能型静电场测绘仪，其特征在于，所述的第一通讯接口电路模块为USB通讯接口电路模块。
5.根据权利要求4所述的智能型静电场测绘仪，其特征在于，所述的第二通讯接口电路模块为RS2321接口电路模块。
6.根据权利要求1或5所述的智能型静电场测绘仪，其特征在于，所述的第三通讯接口电路模块为RS232接口电路模块。
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