CN107293161A - 一种多功能物理实验仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及实验系统技术领域，具体涉及一种多功能物理实验仪，包括投影仪灯泡预热保护电路、投影仪防盗系统、CAN总线、光度调节系统和主控系统，投影仪灯泡预热保护电路与投影仪系统的照明系统相连，用于防止冲击电流过大，保护灯泡，投影仪防盗系统和光度调节系统均通过CAN总线与主控系统相连，投影仪防盗系统采用多个水银开关和常闭开关完成，使用Attiny13内部A/D转换器采集电路变化而引起的电压变化，从而判断是否需要报警，光度调节系统终端节点控制器通过CC2420射频模块接收来自协调器节点的数据，并按照协调器节点的指示，完成对继电器控制，从而实现实验室内各个电灯开关状态的转换。本发明实现远程监控，智能化程度高，更安全具有很强的创造性。

Description

一种多功能物理实验仪

技术领域

本发明涉及实验系统技术领域，具体涉及一种多功能物理实验仪。

背景技术

物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科。作为自然科学的带头学科，物理学研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律，因此成为其他各自然科学学科的研究基础。它的理论结构充分地运用数学作为自己的工作语言，以实验作为检验理论正确性的唯一标准，它是当今最精密的一门自然科学学科。物理学是人们对无生命自然界中物质的转变的知识做出规律性的总结。这种运动和转变应有两种。一是早期人们通过感官视觉的延伸，二是近代人们通过发明创造供观察测量用的科学仪器，实验得出的结果，间接认识物质内部组成建立在的基础上。物理学从研究角度及观点不同，可分为微观与宏观两部分，宏观是不分析微粒群中的单个作用效果而直接考虑整体效果，是最早期就已经出现的，微观物理学随着科技的发展理论逐渐完善。其次，物理又是一种智能。诚如诺贝尔物理学奖得主、德国科学家玻恩所言：“如其说是因为我发表的工作里包含了一个自然现象的发现，倒不如说是因为那里包含了一个关于自然现象的科学思想方法基础。”物理学之所以被人们公认为一门重要的科学，不仅仅在于它对客观世界的规律作出了深刻的揭示，还因为它在发展、成长的过程中，形成了一整套独特而卓有成效的思想方法体系。正因为如此，使得物理学当之无愧地成了人类智能的结晶，文明的瑰宝。物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科。作为自然科学的带头学科，物理学研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律，因此成为其他各自然科学学科的研究基础。它的理论结构充分地运用数学作为自己的工作语言，以实验作为检验理论正确性的唯一标准，它是当今最精密的一门自然科学学科。物理学习需要在实验中掌握，预习复习过程中，不能保证实验器材随时出现，给学习者带来极大的不便。在专利号为CN201710118564的专利文件中，公开了一种物理实验系统，包括物理实验设备、数据采集模块、数据控制模块、网络服务器、校园网、摄像模块、学生端和教师端；所述物理实验设备、数据采集模块、数据控制模块、网络服务器、校园网、学生端和教师端依次连接；所述物理实验设备、摄像模块、数据控制模块、网络服务器、校园网、学生端和教师端依次连接；所述物理实验设备和数据控制模块连接。本发明可以虚拟物理实验，为中学同学老师带来自由化物理实验的辅助工具，可自由选择想要体验和操作的实验，根据实验步骤要求进行操作探索。

上述专利文件可以虚拟物理实验，为中学同学老师带来自由化物理实验的辅助工具，可自由选择想要体验和操作的实验，根据实验步骤要求进行操作探索。但是对于如何提供一种可实现远程监控，智能化程度高，更安全的多功能物理实验仪缺少技术性解决方案。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种多功能物理实验仪，用于解决如何提供一种可实现远程监控，智能化程度高，更安全的多功能物理实验仪的问题。

(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：

一种多功能物理实验仪，包括试验仪系统和投影仪系统，其特征在于：包括投影仪灯泡预热保护电路、投影仪防盗系统、CAN总线、光度调节系统和主控系统，所述投影仪灯泡预热保护电路与所述投影仪系统的照明系统相连，用于防止冲击电流过大，保护灯泡，所述投影仪防盗系统和光度调节系统均通过CAN总线与所述主控系统相连，所述投影仪防盗系统采用多个水银开关和常闭开关完成，同时使用Attiny13内部A/D转换器采集电路变化而引起的电压变化，从而判断是否需要报警，所述光度调节系统终端节点控制器通过CC2420射频模块接收来自协调器节点的数据，并按照协调器节点的指示，完成对继电器控制，从而实现实验室内各个电灯开关状态的转换，所述控制系统通过光纤网与远程控制端相连，实现远程控制。

优选的，所述投影仪灯泡预热保护电路在电源开关闭合，电路延时，继电器未闭合，由于电阻R限制，从而抑制了流过灯丝的冲击电流，随着灯丝发热；灯丝电阻达到热态稳定值；延时时间到可控硅导通，继电器吸合，将限流电阻R短路；灯泡两端加上额定电压使灯泡正常发光。

优选的，所述投影仪防盗系统选用Attinv13为MCU；该防盗器系统主要由自定义三线接口，防盗电路，蜂鸣器报警电路和电池等部分组成；在移动投影仪时，Attiny13通过内部A/D转换器采集防盗电路的电压变化，Attiny13向蜂鸣器以及无线模块发送控制信号，从而实现报警。

优选的，所述CAN总线的82C250型号的CAN收发器本身具备瞬间抗干扰、降低射频干扰以及实现热防护的能力，其具有的电流限制电路还提供了对总线的进一步保护功能。

优选的，所述CAN总线不采用光电隔离，以使系统达到最大的通信速率或距离，并且可以简化接口电路；如果现场环境需要光电隔离，则选用高速光电隔离器件，以减少CAN总线有效回路信号的传输延迟时间，如高速光电耦合器6N137，传输延迟时间短，典型值仅为48ns，已接近TTL电路传输延迟时间的水平。

优选的，所述82C250的TXD端的状态决定着高、低电平CAN电压输入/输出端CANH、CANL的状态；CAN总线规定，总线在空闲期间应呈隐性，即CAN网络中节点的缺省状态是隐性，这要求82C25O的TXD端的缺省状态为逻辑高电平；为此，必须通过R3确保在不发送数据或出现异常情况时，TXD端的状态为逻辑高电平。

优选的，所述光度调节系统终端节点可以通过光敏电阻监视室内光线的变化，当光线亮度超过某一特定值时，控制器将检测到来自于光敏电阻的输出信号的变化，并将这种变化告诉协调器；协调器收到信号后会重复前面的操作完成对电灯的开关动作。

优选的，所述协调器节点通过键盘上的按键发送控制信号，开断相应终端节点上的继电器从而控制电灯的亮灭，并通过RS232串口将收到的从节点信号反馈给主节点。

(三)有益效果

本发明的投影仪灯泡预热保护电路与投影仪系统的照明系统相连，用于防止冲击电流过大，保护灯泡，投影仪防盗系统和光度调节系统均通过CAN总线与主控系统相连，投影仪防盗系统采用多个水银开关和常闭开关完成，同时使用Attiny13内部A/D转换器采集电路变化而引起的电压变化，从而判断是否需要报警，所述光度调节系统终端节点控制器通过CC2420射频模块接收来自协调器节点的数据，并按照协调器节点的指示，完成对继电器控制，从而实现实验室内各个电灯开关状态的转换。本发明可实现远程监控，智能化程度高，更安全具有很强的创造性。

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是本发明的投影仪灯泡预热保护电路的原理图；

图2是本发明的投影仪防盗系统的原理框图；

图3是本发明的CAN总线的接口电路图；

图4是本发明的光度调节系统的电路原理图。

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。

一种多功能物理实验仪，包括试验仪系统和投影仪系统，还包括投影仪灯泡预热保护电路、投影仪防盗系统、CAN总线、光度调节系统和主控系统，投影仪灯泡预热保护电路与投影仪系统的照明系统相连，用于防止冲击电流过大，保护灯泡，投影仪防盗系统和光度调节系统均通过CAN总线与主控系统相连，投影仪防盗系统采用多个水银开关和常闭开关完成，同时使用Attiny13内部A/D转换器采集电路变化而引起的电压变化，从而判断是否需要报警，光度调节系统终端节点控制器通过CC2420射频模块接收来自协调器节点的数据，并按照协调器节点的指示，完成对继电器控制，从而实现实验室内各个电灯开关状态的转换，控制系统通过光纤网与远程控制端相连，实现远程控制。

如图1所示的投影仪灯泡预热保护电路在电源开关闭合，电路延时，继电器未闭合，由于电阻R限制，从而抑制了流过灯丝的冲击电流，随着灯丝发热；灯丝电阻达到热态稳定值；延时时间到可控硅导通，继电器吸合，将限流电阻R短路；灯泡两端加上额定电压使灯泡正常发光。

如图2所示的投影仪防盗系统选用Attinv13为MCU；该防盗器系统主要由自定义三线接口，防盗电路，蜂鸣器报警电路和电池等部分组成；在移动投影仪时，Attiny13通过内部A/D转换器采集防盗电路的电压变化，Attiny13向蜂鸣器以及无线模块发送控制信号，从而实现报警。

如图3所示的CAN总线的82C250型号的CAN收发器本身具备瞬间抗干扰、降低射频干扰以及实现热防护的能力，其具有的电流限制电路还提供了对总线的进一步保护功能。

CAN总线不采用光电隔离，以使系统达到最大的通信速率或距离，并且可以简化接口电路；如果现场环境需要光电隔离，则选用高速光电隔离器件，以减少CAN总线有效回路信号的传输延迟时间，如高速光电耦合器6N137，传输延迟时间短，典型值仅为48ns，已接近TTL电路传输延迟时间的水平。

82C250的TXD端的状态决定着高、低电平CAN电压输入/输出端CANH、CANL的状态；CAN总线规定，总线在空闲期间应呈隐性，即CAN网络中节点的缺省状态是隐性，这要求82C25O的TXD端的缺省状态为逻辑高电平；为此，必须通过R3确保在不发送数据或出现异常情况时，TXD端的状态为逻辑高电平。

如图4所示的光度调节系统终端节点可以通过光敏电阻监视室内光线的变化，当光线亮度超过某一特定值时，控制器将检测到来自于光敏电阻的输出信号的变化，并将这种变化告诉协调器；协调器收到信号后会重复前面的操作完成对电灯的开关动作。

协调器节点通过键盘上的按键发送控制信号，开断相应终端节点上的继电器从而控制电灯的亮灭，并通过RS232串口将收到的从节点信号反馈给主节点。

本发明的投影仪灯泡预热保护电路与投影仪系统的照明系统相连，用于防止冲击电流过大，保护灯泡，投影仪防盗系统和光度调节系统均通过CAN总线与主控系统相连，投影仪防盗系统采用多个水银开关和常闭开关完成，同时使用Attiny13内部A/D转换器采集电路变化而引起的电压变化，从而判断是否需要报警，光度调节系统终端节点控制器通过CC2420射频模块接收来自协调器节点的数据，并按照协调器节点的指示，完成对继电器控制，从而实现实验室内各个电灯开关状态的转换。本发明可实现远程监控，智能化程度高，更安全具有很强的创造性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

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。

Claims (8)

1.一种多功能物理实验仪，包括试验仪系统和投影仪系统，其特征在于：包括投影仪灯泡预热保护电路、投影仪防盗系统、CAN总线、光度调节系统和主控系统，所述投影仪灯泡预热保护电路与所述投影仪系统的照明系统相连，用于防止冲击电流过大，保护灯泡，所述投影仪防盗系统和光度调节系统均通过CAN总线与所述主控系统相连，所述投影仪防盗系统采用多个水银开关和常闭开关完成，同时使用Attiny13内部A/D转换器采集电路变化而引起的电压变化，从而判断是否需要报警，所述光度调节系统终端节点控制器通过CC2420射频模块接收来自协调器节点的数据，并按照协调器节点的指示，完成对继电器控制，从而实现实验室内各个电灯开关状态的转换，所述控制系统通过光纤网与远程控制端相连，实现远程控制。

2.根据权利要求1所述的多功能物理实验仪，其特征在于：所述投影仪灯泡预热保护电路在电源开关闭合，电路延时，继电器未闭合，由于电阻R限制，从而抑制了流过灯丝的冲击电流，随着灯丝发热；灯丝电阻达到热态稳定值；延时时间到可控硅导通，继电器吸合，将限流电阻R短路；灯泡两端加上额定电压使灯泡正常发光。

3.根据权利要求1所述的多功能物理实验仪，其特征在于：所述投影仪防盗系统选用Attinv13为MCU；该防盗器系统主要由自定义三线接口，防盗电路，蜂鸣器报警电路和电池等部分组成；在移动投影仪时，Attiny13通过内部A/D转换器采集防盗电路的电压变化，Attiny13向蜂鸣器以及无线模块发送控制信号，从而实现报警。

4.根据权利要求1所述的多功能物理实验仪，其特征在于：所述CAN总线的82C250型号的CAN收发器本身具备瞬间抗干扰、降低射频干扰以及实现热防护的能力，其具有的电流限制电路还提供了对总线的进一步保护功能。

5.根据权利要求1所述的多功能物理实验仪，其特征在于：所述CAN总线不采用光电隔离，以使系统达到最大的通信速率或距离，并且可以简化接口电路；如果现场环境需要光电隔离，则选用高速光电隔离器件，以减少CAN总线有效回路信号的传输延迟时间，如高速光电耦合器6N137，传输延迟时间短，典型值仅为48ns，已接近TTL电路传输延迟时间的水平。

6.根据权利要求4所述的多功能物理实验仪，其特征在于：所述82C250的TXD端的状态决定着高、低电平CAN电压输入/输出端CANH、CANL的状态；CAN总线规定，总线在空闲期间应呈隐性，即CAN网络中节点的缺省状态是隐性，这要求82C25O的TXD端的缺省状态为逻辑高电平；为此，必须通过R3确保在不发送数据或出现异常情况时，TXD端的状态为逻辑高电平。

7.根据权利要求1所述的多功能物理实验仪，其特征在于：所述光度调节系统终端节点可以通过光敏电阻监视室内光线的变化，当光线亮度超过某一特定值时，控制器将检测到来自于光敏电阻的输出信号的变化，并将这种变化告诉协调器；协调器收到信号后会重复前面的操作完成对电灯的开关动作。

8.根据权利要求7所述的多功能物理实验仪，其特征在于：所述协调器节点通过键盘上的按键发送控制信号，开断相应终端节点上的继电器从而控制电灯的亮灭，并通过RS232串口将收到的从节点信号反馈给主节点。