CN114141086A - 一种内置模拟物理力学实验场景的电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内置模拟物理力学实验场景的电子装置，涉及到模拟物理力学技术领域，包括总处理模块、调配模块、存储模块、分析模块、模拟模块、生成模块和成像模块，总处理模块分别与调配模块、存储模块、分析模块、模拟模块、生成模块和成像模块通信连接。上述方案，通过设置增速单元通过波特率因子为基础进行整体编程数据更改，通过OnComm(静态比量函数)进行比量转换，提升增速传输，其中数据传输速度以5000/mins(分钟)的字节进行传输，所产生的处理加快，处理速度依靠波特率因子进行同比转换，所受到的字节介于4‑5之间，运行此虚拟串口程序时建1个虚拟串口(com10)，把那个软件的串口号由com1改为com10，以此增速单元对规整单元的传输效率。

Description

一种内置模拟物理力学实验场景的电子装置

技术领域

本发明涉及模拟物理力学技术领域，特别涉及一种内置模拟物理力学实验场景的电子装置。

背景技术

随着实验教学的普及，现在越来越重视学生的动手能力及思维能力。但是，实际投入经费多，往往是一节课老师讲一个实验，一个班级的同学做相同的一个实验，模式僵化，教学方式呆板，而且学生进实验室时间又少，效果不理想。另外，很多教师使用网络教学，传授给学生知识的方式仍停留在“教”的基础上，学生实际动手能力不强。而一直以来，物理学就是以探索为学习手段的，让学生自己去探索、研究学习已经刻不容缓。

经检索中国专利CN101377890A公开了内置模拟物理力学实验场景的电子装置及其控制方法，该专利披露了从显存进入DigitalAnalogConverter(中文是“数模转换器”)中，资料转换的工作(把0和1转换成图像)，从DAC通过TV-interface接口进入显示器，VGA视频输出接口电路，主要包括高速DA转换器件，由指定的MCU芯片把RGB数字信号转换成模拟信号。

在研究和使用时发现，从DAC通过TV-interface接口进入显示器，的传输路径中，受到来自VGA视频输出接口电路电流传输的影响，在数据传输的路径过程中，MCU芯片把RGB数字信号转换成模拟信号时产生电位差的干扰，影响接口之间的传输效率，使生成的模拟信号显示时呈单点或者冗沉，造成在图像转换过程中出现模糊和马赛克的现象。

因此，本申请提供了一种内置模拟物理力学实验场景的电子装置来满足需求。

发明内容

本申请的目的在于提供一种内置模拟物理力学实验场景的电子装置，以解决上述背景提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种内置模拟物理力学实验场景的电子装置，包括总处理模块、调配模块、存储模块、分析模块、模拟模块、生成模块和成像模块；

所述总处理模块分别与所述调配模块、存储模块、分析模块、模拟模块、生成模块和成像模块通信连接，并单独控制上述各模块的工作行程；

所述调配模块用于通过流体模拟算法和物理学基本参数的调配与所述总处理模块通信连接，并进行实验参数的调配，所述存储模块对所述总处理模块控制和接收到的信号信息进行云台存储，所述分析模块和外界模拟的物体进行实验数据的分析，所述模拟模块和分析模块通信连接，接收来自所述分析模块的分析数据并进行仿真模拟；

所述生成模块和模拟模块通信连接，通过生成模块的生成对来自模拟模块的模拟数据进行搭建生成处理，所述成像模块和生成模块通信连接，生成模块所搭建的实验数据通过成像模块的成像进行生成以图片或者视频等可视数据进行显示；

所述总处理模块和成像模块通讯连接有显示组件，所述模拟模块、生成模块和成像模块所产生的数据通过总处理模块进行处理并显示至显示组件。

优选地，所述模拟模块包括增速单元和规整单元，所述增速单元和规整单元通信连接，所述规整单元和增速单元分别和模拟模块通信连接，所述增速单元基于传输因子进行数据调整，通过比量转换对所述规整单元提升数据行进速度。

优选地，所述规整单元通过规整来自所述分析模块的分析数据进行截尾定阶，对所述分析模块传输的分析数据进行参数估计并进行规整排列，进行数据处理，所述增速单元进行数据增速的同时，加快所述生成模块和成像模块数据的处理速度。

优选地，所述生成模块包括参数单元、密集单元、融合单元和传输单元，所述参数单元和密集单元通信连接，所述融合单元和传输单元通信连接，且所述参数单元和密集单元、融合单元和传输单元之间数据不互通，所述参数单元基于自由参数形成的单元板块，所述参数单元的自由基数板块由规范耦合常数、费米子质量、矩阵混合相角、真空期望值、希格斯自耦合强度、胶子场张量所组成。

优选地，所述密集单元基于同一空间参考系下表达目标空间分布和目标表面特性的海量点集合所生成的单元板块，所述密集单元针对所述模拟模块模拟的数据进行坐标生成，并进行密集调整，所述融合单元和密集单元为单向通讯连接。

优选地，所述融合单元针对密集单元密集调整的数据进行消除融合设置标准值，并进行误差参考，所述密集单元的误差值小于所述融合单元设定的标准值时，密集单元通过融合单元进行数据点的增减，所述传输单元对所述融合单元的处理速度进行传输。

优选地，所述成像模块包括映射单元和构建单元，所述生成模块通过密集单元和融合单元的整合通过映射单元进行数据构建，所述映射单元和构建单元通信连接，所述构建单元基于映射函数的由映射单元进行数据构建调整，对图像进行生成，利用成像模块并传输至显示组件进行数据图像或者视频的映射。

优选地，还包括连接组件，所述连接组件包括传输器、电性件和触点，所述传输器包覆于电性件的外侧，所述电性件和显示组件通讯连接，所述触点和成像模块或者总处理模块通讯连接，所述传输器的外侧活动安装有活动件，所述传输器的一侧安装有支撑件，所述电性件和传输器之间设有屏蔽件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、上述方案，通过设置增速单元通过波特率因子为基础进行整体编程数据更改，通过OnComm(静态比量函数)进行比量转换，提升增速传输，其中数据传输速度以5000/mins(分钟)的字节进行传输，对规整单元进行高速运行，所产生的处理加快，处理速度依靠波特率因子进行同比转换，所受到的字节介于4-5之间，由OnComm(静态比量函数)进行事件或循环查询，将把目标进程的ReadFile(从文件指针指向的位置开始将数据读出到一个文件中，且支持同步和异步操作)与WriteFile(读写函数)给HOOK(监视窗口的指定信息)，虚拟串口的源码为基础，运行此虚拟串口程序时建1个虚拟串口(com10)，把那个软件的串口号由com1改为com10，以此增速单元对规整单元的传输效率。

2、上述方案，通过设置所述映射单元和构建单元通信连接，构建单元基于映射函数的由映射单元进行数据构建调整，对图像进行生成，利用成像模块并传输至显示组件进行数据图像或者视频的映射，通过求解映射函数和利用映射函数对加噪图像的小波变换子带系数进行变换，达到了降低图像噪声并使加噪图像逼近原始图像的目的，增加上述方案的可行性和鲁棒性，进而对图像或者视频的模糊点进行清晰化处理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明整体结构示意图；

图2为本发明模块传输的结构示意图；

图3为本发明整体模拟信号路径的结构示意图；

图4为本发明模拟模块的结构示意图；

图5为本发明生成模块及其成像模块的结构示意图；

图6为本发明连接组件的剖面结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、总处理模块；2、调配模块；3、存储模块；4、分析模块；5、模拟模块；6、生成模块；7、成像模块；8、连接组件；9、显示组件；10、供能模块；51、增速单元；52、规整单元；61、参数单元；62、密集单元；63、融合单元；64、传输单元；71、映射单元；72、构建单元；81、传输器；82、电性件；83、触点；84、支撑件；85、屏蔽件；86、活动件。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

在该实施例中，参考图1-3所示的一种内置模拟物理力学实验场景的电子装置，包括总处理模块1、调配模块2、存储模块3、分析模块4、模拟模块5、生成模块6和成像模块7，总处理模块1分别与调配模块2、存储模块3、分析模块4、模拟模块5、生成模块6和成像模块7通信连接，并单独控制上述各模块的工作行程；

在该实施例中，调配模块2用于通过流体模拟算法和物理学基本参数的调配与总处理模块1通信连接，并进行实验参数的调配；

存储模块3对总处理模块1控制和接收到的信号信息进行云台存储；

分析模块4和外界模拟的物体进行实验数据的分析；

模拟模块5和分析模块4通信连接，接收来自分析模块4的分析数据并进行仿真模拟；

生成模块6和模拟模块5通信连接，通过生成模块6的生成对来自模拟模块5的模拟数据进行搭建生成处理；

成像模块7和生成模块6通信连接，生成模块6所搭建的实验数据通过成像模块7的成像进行生成以图片或者视频等可视数据进行显示；

进一步地，总处理模块1和成像模块7通讯连接有显示组件9，模拟模块5、生成模块6和成像模块7所产生的数据通过总处理模块1进行处理并显示至显示组件9。

实施例2

在该实施例中，本公开实施例与上述实施例区别在于，参考图3-5所示的一种内置模拟物理力学实验场景的电子装置，模拟模块5包括增速单元51和规整单元52，增速单元51和规整单元52通信连接，规整单元52和增速单元51分别和模拟模块5通信连接，增速单元51基于传输因子进行数据调整，通过比量转换对规整单元52提升数据行进速度；

其中，增速单元51通过波特率因子为基础进行整体编程数据更改，通过OnComm(静态比量函数)进行比量转换，提升增速传输，其中数据传输速度以5000/mins(分钟)的字节进行传输，对规整单元52进行高速运行，所产生的处理加快，处理速度依靠波特率因子进行同比转换，所受到的字节介于4-5之间，由OnComm(静态比量函数)进行事件或循环查询，将把目标进程的ReadFile(从文件指针指向的位置开始将数据读出到一个文件中，且支持同步和异步操作)与WriteFile(读写函数)给HOOK(监视窗口的指定信息)，虚拟串口的源码为基础，运行此虚拟串口程序时建1个虚拟串口(com10)，把那个软件的串口号由com1改为com10，以此增速单元51对规整单元52的传输效率；

值得数以的是，虚拟串口所接收到的波特率需要进行分别设置连接，接收方的接收波特率必须与发送方的发送波特率相同，通信线上所传输的字符数据(代码/数据)是逐为位传送的，例如，1个字符由若干位组成；

因此每秒钟所传输的字符数(字符速率)和波特率是两种概念，在串行通信中，所说的传输速率是指波特率，而不是指字符速率，它们两者的关系是:假如在异步串行通信中，传送一个字符，包括12位(其中有一个起始位，8个数据位，2个停止位)，其传输速率是1200b/s，每秒所能传送的字符数是1200/(1+8+1+2)＝100个。

规整单元52通过规整来自分析模块4的分析数据进行截尾定阶，对分析模块4传输的分析数据进行参数估计并进行规整排列，进行数据处理；

其中，规整单元52通过规整来自分析模块4的分析数据的物体函数的截尾性及D检验准则对模型定阶，采用同步估计法进行AR、MA参数估计，将扫描时的物体进行建模或者成像规整，上述方案为现有技术常见技术手段，不详表述。

增速单元51进行数据增速的同时，加快生成模块6和成像模块7数据的处理速度。

在该实施例中，生成模块6包括参数单元61、密集单元62、融合单元63和传输单元64，参数单元61和密集单元62通信连接，融合单元63和传输单元64通信连接，且参数单元61和密集单元62、融合单元63和传输单元64之间数据不互通，参数单元61基于自由参数形成的单元板块，参数单元61的自由基数板块由规范耦合常数、费米子质量、矩阵混合相角、真空期望值、希格斯自耦合强度、胶子场张量所组成。

其中，标准模型中含有19个自由参数，只能由实验来确定。包括三个规范耦合常数：(或等价于：强耦合常数

精细结构常数

和弱混合角或费米耦合常数)，再加上9个费米粒子质量和4个CKM矩阵混合相角，另外三个是，λ(希格斯场VEV(真空期望值)和希格斯自耦合强度，或等价于)和QCD参数，若中微子有质量需扩展标准模型，假如中微子是一种马约拉纳粒子(目前还不清楚)，则至少需增加9个参数：3个中微子质量和6个混合角；

密集单元62基于同一空间参考系下表达目标空间分布和目标表面特性的海量点集合所生成的单元板块，密集单元62针对模拟模块5模拟的数据进行坐标生成，并进行密集调整，融合单元63和密集单元62为单向通讯连接；

融合单元63针对密集单元62密集调整的数据进行消除融合设置标准值，并进行误差参考，密集单元62的误差值小于融合单元63设定的标准值时，密集单元62通过融合单元63进行数据点的增减，传输单元64对融合单元63的处理速度进行传输；

为了消除密集单元62冗余重复的点，设置一个比较小的距离阈值该阈值以融合单元63配准的误差距离进行参考和标准距离进行参考，比较密集单元62调整的欧氏距离，当密集单元62和同一空间参考系下表达目标空间分布和目标表面特性的海量点集合距离小于设定阈值，则删除冗余点，进行图像或者视频的规整；

成像模块7包括映射单元71和构建单元72，生成模块6通过密集单元62和融合单元63的整合通过映射单元71进行数据构建，映射单元71和构建单元72通信连接，构建单元72基于映射函数的由映射单元71进行数据构建调整，对图像进行生成，利用成像模块7并传输至显示组件9进行数据图像或者视频的映射。

其中，通过求解映射函数和利用映射函数对加噪图像的小波变换子带系数进行变换，达到了降低图像噪声并使加噪图像逼近原始图像的目的。增加上述方案的可行性和鲁棒性，进而对图像或者视频的模糊点进行清晰化处理。

上述实施例中，总处理模块1通过供能模块10进行工作驱动，总处理模块1为单片机结构。

实施例3

在该实施例中，本实施例与上述实施例区别在于，参考图6所示的一种内置模拟物理力学实验场景的电子装置，还包括连接组件8，连接组件8包括传输器81、电性件82和触点83，传输器81包覆于电性件82的外侧，电性件82和显示组件9通讯连接，触点83和成像模块7或者总处理模块1通讯连接，传输器81的外侧活动安装有活动件86，传输器81的一侧安装有支撑件84，电性件82和传输器81之间设有屏蔽件85，通过上述触点83作为传输点，增加传输效率，进一步地，通过设置屏蔽件85，防止电磁信号的溢出，其中，屏蔽件85为屏磁材料构成。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种内置模拟物理力学实验场景的电子装置，其特征在于：包括总处理模块(1)、调配模块(2)、存储模块(3)、分析模块(4)、模拟模块(5)、生成模块(6)和成像模块(7)；

所述总处理模块(1)分别与所述调配模块(2)、存储模块(3)、分析模块(4)、模拟模块(5)、生成模块(6)和成像模块(7)通信连接，并单独控制上述各模块的工作行程；

所述调配模块(2)用于通过流体模拟算法和物理学基本参数的调配与所述总处理模块(1)通信连接，并进行实验参数的调配，所述存储模块(3)对所述总处理模块(1)控制和接收到的信号信息进行云台存储，所述分析模块(4)和外界模拟的物体进行实验数据的分析，所述模拟模块(5)和分析模块(4)通信连接，接收来自所述分析模块(4)的分析数据并进行仿真模拟；

所述生成模块(6)和模拟模块(5)通信连接，通过生成模块(6)的生成对来自模拟模块(5)的模拟数据进行搭建生成处理，所述成像模块(7)和生成模块(6)通信连接，生成模块(6)所搭建的实验数据通过成像模块(7)的成像进行生成以图片或者视频等可视数据进行显示；

所述总处理模块(1)和成像模块(7)通讯连接有显示组件(9)，所述模拟模块(5)、生成模块(6)和成像模块(7)所产生的数据通过总处理模块(1)进行处理并显示至显示组件(9)。

2.根据权利要求1所述的一种内置模拟物理力学实验场景的电子装置，其特征在于：所述模拟模块(5)包括增速单元(51)和规整单元(52)，所述增速单元(51)和规整单元(52)通信连接，所述规整单元(52)和增速单元(51)分别和模拟模块(5)通信连接，所述增速单元(51)基于传输因子进行数据调整，通过比量转换对所述规整单元(52)提升数据行进速度。

3.根据权利要求2所述的一种内置模拟物理力学实验场景的电子装置，其特征在于：所述规整单元(52)通过规整来自所述分析模块(4)的分析数据进行截尾定阶，对所述分析模块(4)传输的分析数据进行参数估计并进行规整排列，进行数据处理，所述增速单元(51)进行数据增速的同时，加快所述生成模块(6)和成像模块(7)数据的处理速度。

4.根据权利要求1所述的一种内置模拟物理力学实验场景的电子装置，其特征在于：所述生成模块(6)包括参数单元(61)、密集单元(62)、融合单元(63)和传输单元(64)，所述参数单元(61)和密集单元(62)通信连接，所述融合单元(63)和传输单元(64)通信连接，且所述参数单元(61)和密集单元(62)、融合单元(63)和传输单元(64)之间数据不互通，所述参数单元(61)基于自由参数形成的单元板块，所述参数单元(61)的自由基数板块由规范耦合常数、费米子质量、矩阵混合相角、真空期望值、希格斯自耦合强度、胶子场张量所组成。

5.根据权利要求4所述的一种内置模拟物理力学实验场景的电子装置，其特征在于：所述密集单元(62)基于同一空间参考系下表达目标空间分布和目标表面特性的海量点集合所生成的单元板块，所述密集单元(62)针对所述模拟模块(5)模拟的数据进行坐标生成，并进行密集调整，所述融合单元(63)和密集单元(62)为单向通讯连接。

6.根据权利要求5所述的一种内置模拟物理力学实验场景的电子装置，其特征在于：所述融合单元(63)针对密集单元(62)密集调整的数据进行消除融合设置标准值，并进行误差参考，所述密集单元(62)的误差值小于所述融合单元(63)设定的标准值时，密集单元(62)通过融合单元(63)进行数据点的增减，所述传输单元(64)对所述融合单元(63)的处理速度进行传输。

7.根据权利要求6所述的一种内置模拟物理力学实验场景的电子装置，其特征在于：所述成像模块(7)包括映射单元(71)和构建单元(72)，所述生成模块(6)通过密集单元(62)和融合单元(63)的整合通过映射单元(71)进行数据构建，所述映射单元(71)和构建单元(72)通信连接，所述构建单元(72)基于映射函数的由映射单元(71)进行数据构建调整，对图像进行生成，利用成像模块(7)并传输至显示组件(9)进行数据图像或者视频的映射。

8.根据权利要求1所述的一种内置模拟物理力学实验场景的电子装置，其特征在于：还包括连接组件(8)，所述连接组件(8)包括传输器(81)、电性件(82)和触点(83)，所述传输器(81)包覆于电性件(82)的外侧，所述电性件(82)和显示组件(9)通讯连接，所述触点(83)和成像模块(7)或者总处理模块(1)通讯连接，所述传输器(81)的外侧活动安装有活动件(86)，所述传输器(81)的一侧安装有支撑件(84)，所述电性件(82)和传输器(81)之间设有屏蔽件(85)。

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