CN209447386U - 一种基于arduino控制的物理实验教具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于arduino控制的物理实验教具，包括外壳，外壳的内部下表面开设有套槽，套槽的内部套接有支撑杆，外壳的前端侧表面开设有套接口，套接口的内部套接有教具主体，教具主体的后表面固定安装有动力装置，外壳的后表面固定安装有控制模块，本实用新型设置了一种通过动力装置内部的电机带动拉线移动，带动滑块滑动，从而带动挂接在吊钩内部的砝码，运动，从而利用力传感器测量砝码的匀速或加速运动，有效的提高了演示的精准度，减少实验误差，同时还能通过调节支撑杆后端的定位螺母选择支撑长度，进而调整教具主体的支撑角度，展示摩擦力等等其它机械实验，提高本实用新型的功能性，结构简单，使用方便。

Description

一种基于arduino控制的物理实验教具

技术领域

本实用新型涉及物理实验教具技术领域，具体为一种基于arduino控制的物理实验教具。

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，在物理的教学实验中，物理实验中研究力与加速度关系中，教师通过弹簧秤勾住砝码，向上匀速提起或加速提起，引导学生关注弹簧秤读数变化。由于人在提起过程中，受手的抖动影响，实验会造成很大误差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于arduino控制的物理实验教具，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于arduino控制的物理实验教具，包括外壳，所述外壳的内部下表面开设有套槽，所述套槽的内部套接有支撑杆，所述外壳的前端侧表面开设有套接口，所述套接口的内部套接有教具主体，所述教具主体的后表面固定安装有动力装置，所述外壳的后表面固定安装有控制模块，所述控制模块与外部电源电连接，所述教具主体包括滑轨，所述滑轨的内表面套接有滑块，所述滑块的上表面螺接有吊钩，所述动力装置包括电机，所述电机与控制模块电连接，所述电机的输出端固定安装有绕线辊，所述绕线辊的外表面缠绕有拉线，所述拉线的前端固定安装在滑块的后表面。

优选的，所述外壳包括壳体，所述壳体的上表面后端开设有开口。

优选的，所述支撑杆包括第一固定体和第二固定体，所述第一固定体中心处套接有第一套杆，所述第一套杆的中部外表面套接有第一套轴，所述第一套轴的后表面固定安装有外支撑管，所述第二固定体的中心处套接有第二套杆，所述第二套杆的中部外表面套接有第二套轴，所述第二套轴的前表面固定安装有内支撑杆，所述内支撑杆的前端插接在外支撑管的后端内表面，所述外支撑管的后端外表面螺接有定位螺母。

优选的，所述滑轨的内表面开设有滑槽，所述滑槽的内表面均匀开设有凹槽，所述滑块的外表面均匀开设有滑动槽，所述滑动槽的内部套接有滚珠，所述滚珠的外表面紧密贴合在凹槽的内表面，所述滑块的上表面开设有螺孔，所述吊钩的底端螺接在螺孔的内部。

优选的，所述电机的前表面固定安装有固定体，所述固定体的前表面固定安装有第一固定板，所述第一固定板的前表面均匀固定安装有弹簧片和力传感器，所述力传感器与控制模块电连接，所述弹簧片的下表面紧密贴合有第二固定板，所述第二固定板的前表面固定安装在滑轨的后表面。

优选的，所述弹簧片的使用个数至少为四个，所述力传感器的使用个数至少为六个。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型设置了一种通过动力装置内部的电机带动拉线移动，带动滑块滑动，从而带动挂接在吊钩内部的砝码，运动，从而利用力传感器测量砝码的匀速或加速运动，有效的提高了演示的精准度，减少实验误差，同时还能通过调节支撑杆后端的定位螺母选择支撑长度，进而调整教具主体的支撑角度，展示摩擦力等等其它机械实验，提高本实用新型的功能性，结构简单，使用方便。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型装配示意图。

图3为本实用新型教具主体剖切示意图。

图4为图3中a出结构放大示意图。

图5为本实用新型动力装置装配示意图。

图6为本实用新型支撑杆结构示意图。

图中：1、外壳，11、壳体，12、套接口，13、套槽，14、开口，15、控制模块，2、支撑杆，21、第一固定体，22、第一套杆，23、第一套轴，24、外支撑管，25、第二固定体，26、第二套杆，27、第二套轴，28、内支撑杆，29、定位螺母，3、教具主体，31、滑轨，32、滑槽，33、凹槽，34、滑块，35、滑动槽，36、滚珠，37、螺孔，38、吊钩，39、套接轴，4、动力装置，41、固定体，42、电机，43、绕线辊，44、拉线，45、第一固定板，46、第二固定板，47、弹簧片，48、力传感器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-6，本实用新型提供一种技术方案：一种基于arduino控制的物理实验教具，包括外壳1，外壳1的内部下表面开设有套槽13，套槽13的内部套接有支撑杆2，外壳1的前端侧表面开设有套接口12，套接口12的内部套接有教具主体3，教具主体3的后表面固定安装有动力装置4，外壳1的后表面固定安装有控制模块15，控制模块15与外部电源电连接，教具主体3包括滑轨31，滑轨31的内表面套接有滑块34，滑块34的上表面螺接有吊钩38，动力装置4包括电机42，电机42与控制模块15电连接，电机42的输出端固定安装有绕线辊43，绕线辊43的外表面缠绕有拉线44，拉线44的前端固定安装在滑块34的后表面；

在本实用新型中使用到的控制模块15是一种内部集成有Arduino处理模块和电池的控制感应计算模块，Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（Arduino IDE) ，Arduino能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。板子上的微控制器可以通过Arduino的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，烧录进微控制器。可以只包含Arduino，也可以包含Arduino和其他一些在PC上运行的软件，他们之间进行通信实现信息的展示，在本实用新型中，通过Arduino处理模块与教室多媒体通信展示，并通过Arduino处理模块内部集成的计算功能对实验进行控制，并对实验数据进行记录，在本实用新型中，Arduino处理模块的使用型号为：Arduino uno r3，以保证本实用新型的正常运转，在实际的应用中，可以根据不同的需求进行更换；

本实用新型设置了一种通过动力装置4内部的电机42带动拉线44移动，带动滑块34滑动，从而带动挂接在吊钩38内部的砝码，运动，从而利用力传感器48测量砝码的匀速或加速运动，有效的提高了演示的精准度，减少实验误差，同时还能通过调节支撑杆2后端的定位螺母29选择支撑长度，进而调整教具主体3的支撑角度，展示摩擦力等等其它机械实验，提高本实用新型的功能性，结构简单，使用方便。

具体而言，外壳1包括壳体11，壳体11的上表面后端开设有开口14，通过半圆型的开口14，在需要使用教具主体3时，方便用手将教具主体3抬起，方便操作。

具体而言，支撑杆2包括第一固定体21和第二固定体25，第一固定体21中心处套接有第一套杆22，第一套杆22的中部外表面套接有第一套轴23，第一套轴23的后表面固定安装有外支撑管24，第二固定体25的中心处套接有第二套杆26，第二套杆26的中部外表面套接有第二套轴27，第二套轴27的前表面固定安装有内支撑杆28，内支撑杆28的前端插接在外支撑管24的后端内表面，外支撑管24的后端外表面螺接有定位螺母29，在内支撑杆28的外表面，根据不同的长度距离，确定教具主体3的支撑角度，并在内支撑杆28的外表面印刷有刻度，在使用时，将定位螺母29松开，随后调节内支撑杆28与外支撑管24的相对长度，调整到需求角度后，将定位螺母29旋紧，将支撑杆2支撑固定，方便教具主体3的使用。

具体而言，滑轨31的内表面开设有滑槽32，滑槽32的内表面均匀开设有凹槽33，滑块34的外表面均匀开设有滑动槽35，滑动槽35的内部套接有滚珠36，滚珠36的外表面紧密贴合在凹槽33的内表面，滑块34的上表面开设有螺孔37，吊钩38的底端螺接在螺孔37的内部，通过滚珠36在滑动槽35和凹槽33之间混动，大大的减小滑块34与滑轨31之间的阻力，进行在保证本实用新型使用过程中稳定性的前提下，减小外在阻力对实验结果的影响，同时利用Arduino处理模块的计算功能，将这一部分阻力差进行补偿计算，提高教学效果。

具体而言，电机42的前表面固定安装有固定体41，固定体41的前表面固定安装有第一固定板45，第一固定板45的前表面均匀固定安装有弹簧片47和力传感器48，力传感器48与控制模块15电连接，弹簧片47的下表面紧密贴合有第二固定板46，第二固定板46的前表面固定安装在滑轨31的后表面，在本实用新型中使用到的电机42是一种市面上常见的微型减速电机，其使用型号为：JL-12ZN20-236，以保证本实用新型的正常运行，同时，在运行的过程中，第一固定板45和第二固定板46之间的力传感器48不断地输出电信号，检测实验运行过程中的各部分压力，通过Arduino处理模块进行计算处理，力传感器48的使用型号为：C9C，以保证本实用新型的正常运转，在实际的应用中，可以根据不同的需求进行更换。

具体而言，弹簧片47的使用个数至少为四个，力传感器48的使用个数至少为六个，通过以上最低使用数量的限定，以保证本实用新在使用过程中所能达到的最大效果。

工作原理：在使用本实用新型之前，需要将控制模块15进行设计编程，随后进入使用；

首先手指伸入开口14的内部，将教具主体3抬起，将教具主体3抬起至直立状态，将定位螺母29旋紧，将支撑杆2支撑固定；

随后进入使用，控制模块15启动电机42，电机42转动带动绕线辊43转动，将拉线44拉起，带动滑块34向上移动，并不断加速，达到实验效果，并通过控制模块15内部的Arduino处理模块计算实验并输出实验结果，使用结束。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种基于arduino控制的物理实验教具，其特征在于：包括外壳（1），所述外壳（1）的内部下表面开设有套槽（13），所述套槽（13）的内部套接有支撑杆（2），所述外壳（1）的前端侧表面开设有套接口（12），所述套接口（12）的内部套接有教具主体（3），所述教具主体（3）的后表面固定安装有动力装置（4），所述外壳（1）的后表面固定安装有控制模块（15），所述控制模块（15）与外部电源电连接，所述教具主体（3）包括滑轨（31），所述滑轨（31）的内表面套接有滑块（34），所述滑块（34）的上表面螺接有吊钩（38），所述动力装置（4）包括电机（42），所述电机（42）与控制模块（15）电连接，所述电机（42）的输出端固定安装有绕线辊（43），所述绕线辊（43）的外表面缠绕有拉线（44），所述拉线（44）的前端固定安装在滑块（34）的后表面。

2.根据权利要求1所述的一种基于arduino控制的物理实验教具，其特征在于：所述外壳（1）包括壳体（11），所述壳体（11）的上表面后端开设有开口（14）。

3.根据权利要求2所述的一种基于arduino控制的物理实验教具，其特征在于：所述支撑杆（2）包括第一固定体（21）和第二固定体（25），所述第一固定体（21）中心处套接有第一套杆（22），所述第一套杆（22）的中部外表面套接有第一套轴（23），所述第一套轴（23）的后表面固定安装有外支撑管（24），所述第二固定体（25）的中心处套接有第二套杆（26），所述第二套杆（26）的中部外表面套接有第二套轴（27），所述第二套轴（27）的前表面固定安装有内支撑杆（28），所述内支撑杆（28）的前端插接在外支撑管（24）的后端内表面，所述外支撑管（24）的后端外表面螺接有定位螺母（29）。

4.根据权利要求3所述的一种基于arduino控制的物理实验教具，其特征在于：所述滑轨（31）的内表面开设有滑槽（32），所述滑槽（32）的内表面均匀开设有凹槽（33），所述滑块（34）的外表面均匀开设有滑动槽（35），所述滑动槽（35）的内部套接有滚珠（36），所述滚珠（36）的外表面紧密贴合在凹槽（33）的内表面，所述滑块（34）的上表面开设有螺孔（37），所述吊钩（38）的底端螺接在螺孔（37）的内部。

5.根据权利要求4所述的一种基于arduino控制的物理实验教具，其特征在于：所述电机（42）的前表面固定安装有固定体（41），所述固定体（41）的前表面固定安装有第一固定板（45），所述第一固定板（45）的前表面均匀固定安装有弹簧片（47）和力传感器（48），所述力传感器（48）与控制模块（15）电连接，所述弹簧片（47）的下表面紧密贴合有第二固定板（46），所述第二固定板（46）的前表面固定安装在滑轨（31）的后表面。

6.根据权利要求5所述的一种基于arduino控制的物理实验教具，其特征在于：所述弹簧片（47）的使用个数至少为四个，所述力传感器（48）的使用个数至少为六个。