專利名稱：多傳感器物理演示教學裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于物理原理演示與應(yīng)用領(lǐng)域，是一種將多種傳感器固定在以一個生活小區(qū)為背景的平臺上，通過物理現(xiàn)象的演示，揭示傳感器的物理原理及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
目前物理演示內(nèi)容基本上都局限于物理基本概念、定理、定律的驗證的演示，反映新技術(shù)應(yīng)用方面的演示儀器很少，隨著物理前沿理論的最新發(fā)展和高新技術(shù)的應(yīng)用，在物理演示中增加新技術(shù)應(yīng)用的內(nèi)容是發(fā)展的必然趨勢。本實用新型即為演示多種傳感器的原理、應(yīng)用及控制的物理演示教學裝置。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種多傳感器物理演示教學裝置，來完整演示多種常見傳感器的基本原理和應(yīng)用。本裝置是以一個生活小區(qū)為背景，根據(jù)功能將多種傳感器固定在所需位置，通過傳感器采集信息，配以控制系統(tǒng)，實現(xiàn)小區(qū)的智能化管理，體現(xiàn)環(huán)保、節(jié)能的生活理念。一種多傳感器物理演示教學裝置，主要由做成小區(qū)微縮模型的平臺和裝在平臺上用于采集信息的傳感器以及控制系統(tǒng)組成，所述傳感器包括光電傳感器、光敏電阻、太陽能電池板、超聲波傳感器、亞超聲開關(guān)、溫度傳感器、聲音傳感器、霍爾傳感器和門禁讀卡器。門禁讀卡器(10)設(shè)置在小區(qū)的入口處，通過門禁控制器08)和小區(qū)門開關(guān)電機09) 控制小區(qū)門(30)開啟；霍爾傳感器(14)裝在車庫入口處控制欄桿開啟及關(guān)門的始末位置； 光電傳感器的發(fā)射端和接收端(11、1幻分別固定在入庫車道兩側(cè)的兩個固定立板(13)上， 車庫門旁豎立一個由紅色發(fā)光二極管陣列組成減速慢行字樣的聲音傳感器指示牌(16)，該指示牌由安裝在其旁的聲音傳感器(17)控制；溫度傳感器(4)用于測試環(huán)境溫度；壓電晶體(3)放置在小區(qū)街心廣場的水池里；照射燈0 由亞超聲遙控開關(guān)控制亮滅；太陽能電池板鋪設(shè)在照射燈0 下面，為路口的信號燈04)供電；在平臺的一角，放置超聲波測距裝置。所述平臺底部為底座殼體05)，底座殼體05)的控制前面板(9)上設(shè)有觸摸按鍵和有文字提示的顯示器，控制系統(tǒng)的控制元件裝在底座殼體0 內(nèi)。所述超聲波測距裝置由一個沿著帶標尺的立柱(18)上下移動的擋板(19)反射超聲波，超聲傳感器OO)安裝在擋板(19)下方，超聲傳感器OO)由超聲測距控制器(37)控制，通過超聲測距控制器(37)將實際距離顯示到控制前面板(9)的顯示器上。所述門禁讀卡器(10)將接收到的門禁卡06)信號傳送到門禁控制器08)，門禁控制器08)控制小區(qū)門開關(guān)電機09)啟動，開啟小區(qū)門(30)，門禁控制器08)和小區(qū)門開關(guān)電機09)裝在底座殼體05)內(nèi)部。所述某個門禁卡06)在門禁讀卡器(10)的讀卡范圍內(nèi)時，卡內(nèi)的線圈在“激發(fā)信號”的感應(yīng)下產(chǎn)生微弱的電流，作為卡內(nèi)一個小集成電路的電源，該卡內(nèi)的集成電路存
3儲有在制造時輸入的唯一數(shù)字辨識號碼，該號碼從卡中通過一個調(diào)制信號傳回門禁讀卡器 (10)。所述光電傳感器發(fā)射端(11)發(fā)出的光直接照射到光電傳感器接收端(12)上，輸出高電平為無車通過狀態(tài)，光線被通過車輛遮擋，光電傳感器接收端產(chǎn)生低電平脈沖，該脈沖被電子脈沖計數(shù)器(31)接收，判斷并累加計數(shù)，由控制前面板(9)上的顯示器顯示出通過車的數(shù)量。該演示裝置有一控制前面板(9)，觸摸按鍵，面板上有明確的文字提示，因此，操作十分簡便，演示現(xiàn)象非常直觀。該演示裝置還配有教學軟件，查閱可更詳細了解各種傳感器的原理、應(yīng)用、參數(shù)及適用范圍。本專利的有益效果是清晰的演示了每種常見傳感器的工作原理，并配有控制系統(tǒng)，將每種傳感器以小區(qū)應(yīng)用為背景綜合在一起，演示更為生動，加深學生對每種傳感器的理解。
圖1多傳感器物理演示教學裝置立體圖圖2不同方向多傳感器物理演示教學裝置立體圖圖3門禁讀卡器控制小區(qū)門結(jié)構(gòu)圖圖4光電計數(shù)結(jié)構(gòu)圖圖5霍爾傳感器控制車庫欄桿始末位置結(jié)構(gòu)圖圖6聲音傳感器感知車鳴笛結(jié)構(gòu)圖圖7超聲測距結(jié)構(gòu)圖圖8超聲開關(guān)控制照射燈與太陽能對信號燈供電結(jié)構(gòu)圖圖9光敏電阻控制路燈結(jié)構(gòu)圖圖10壓電晶體制作的噴泉結(jié)構(gòu)示意圖圖11超聲霧化結(jié)構(gòu)示意圖圖中1.車庫模型2.住宅樓模型3.壓電晶體4.溫度傳感器5.小區(qū)街道6.光敏電阻7.路燈A 8.路燈B 9.控制前面板10.門禁讀卡器11.光電傳感器發(fā)射端12.光電傳感器接收端13.固定立板14.霍爾傳感器15.小磁鐵16.聲音傳感器指示牌17.聲音傳感器18.立柱19.擋板20.超聲傳感器21.亞超聲遙控開關(guān)22.照射燈23.太陽能電池板 24.路口信號燈25.底座殼體沈.門禁卡27.底座殼體上表面觀.門禁控制器29.小區(qū)門開關(guān)電機30.小區(qū)門31.電子脈沖計數(shù)器32.車庫欄桿33.車庫欄桿控制電機34.車庫欄桿控制器35.聲音傳感器處理電路36.聲音傳感器指示牌電源37.超聲測距控制器38.球形橡膠氣囊39.照射燈電源開關(guān)40.光敏電阻控制電路41.路燈電源開關(guān)42.超聲波發(fā)生器43.水流44.水45.霧化的水46.聚焦透鏡
具體實施方式
以下結(jié)合附圖所示實施例進一步說明本實用新型的具體內(nèi)容及實施方式。多傳感器物理演示教學裝置總體結(jié)構(gòu)參閱圖1和圖2所示，其中圖1和圖2是以不同角度觀察的立體圖。圖1中，整個平臺做成小區(qū)的微縮模型，其中(5)是小區(qū)街道。在
4小區(qū)的入口處設(shè)置了門禁讀卡器(10)。在車庫⑴的入口處，安放了光電傳感器。其中， (11)和(1 分別為光電傳感器的發(fā)射端和接收端，其分別固定在兩個固定立板(1 上。 當車一通過，就自動對入庫車輛計數(shù)，入庫車的數(shù)量由前面板(9)上顯示器顯示出來。街道 (5)兩旁的路燈(7)和(8)由裝有光敏電阻(6)的控制器控制，實現(xiàn)天色亮時路燈自動熄滅，天色暗時自動點亮。用溫度傳感器⑷測試環(huán)境溫度，并由前面板(9)上顯示器顯示溫度。小區(qū)街心廣場的水池里放置了壓電晶體(3)，能夠使水流噴出，形成噴泉，營造景觀。若用塑料材質(zhì)的凹面透鏡聚焦水流，還能迅速使水霧化，演示加濕器原理。車庫門旁豎立一個聲音傳感器指示牌(16)，其由紅色發(fā)光二極管陣列組成“減速慢行”字樣。在聲音傳感器指示牌旁安裝了一個聲音傳感器(17)，車鳴笛時，聲音傳感器指示牌上的字就發(fā)光，延時一分鐘后自動熄滅。圖2中，用霍爾傳感器(14)控制車庫入口欄桿開啟及關(guān)門的始末位置，當小磁鐵(15)轉(zhuǎn)到霍爾傳感器(14)處時，其信號發(fā)生跳變，此信號能夠被控制系統(tǒng)識別，從而能夠判斷欄桿的始末位置。在平臺的一角，放置超聲波測距裝置，由一個沿著帶標尺的立柱(18)上下移動的擋板(19)反射超聲波，超聲傳感器00)安裝在擋板下方。亞超聲遙控開關(guān)能夠控制照射燈02)的亮滅，照射燈02)發(fā)光時會照射在太陽能電池板03) 上，用以模擬太陽光照射到太陽能板上。太陽能電池板03)給路口的信號燈04)供電，以實現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保。本實用新型實施具體采用如下的技術(shù)路線制作參閱圖2中形狀的演示裝置底座殼體(25)，用絲網(wǎng)印刷在底座殼體上表面制作彩色的小區(qū)布置圖，控制前面板(9)有電源總開關(guān)、帶文字的觸摸控制鍵，在底座殼體的上表面安裝各種傳感器，在殼體內(nèi)部安裝各種傳感器的控制器等。1、門禁讀卡器控制小區(qū)大門技術(shù)路線當某個門禁卡06)在讀卡器(10)的讀卡范圍內(nèi)時，卡內(nèi)的線圈在“激發(fā)信號”的感應(yīng)下產(chǎn)生微弱的電流，作為卡內(nèi)一個小集成電路的電源，而該卡內(nèi)的集成電路存儲有制造時輸入的唯一數(shù)字辨識號碼，該號碼從卡中通過一個調(diào)制信號傳回讀卡器。讀卡器(10) 將接收到的信號傳送到門禁控制器08)，門禁控制器08)通過處理做出是否啟動小區(qū)門開關(guān)電機09)的判斷，用以開啟小區(qū)門(30)。其中，門禁控制器08)和小區(qū)門開關(guān)電機 (29)在底座殼體0 內(nèi)部，、2Τ)為底座殼體上表面，其具體結(jié)構(gòu)參閱圖3所示。 2、光電傳感器對通過車自動計數(shù)技術(shù)路線光電傳感器實現(xiàn)對通過車自動計數(shù)具體結(jié)構(gòu)參閱圖4所示，當無車通過時光電傳感器發(fā)射端(11)發(fā)出的光直接照射到光電傳感器接收端(1 上，輸出高電平。當有車通過時，將遮擋光線，光電傳感器接收端將產(chǎn)生低電平脈沖，該脈沖被電子脈沖計數(shù)器(31)接收，判斷并累加計數(shù)，由控制前面板(9)上顯示器顯示出通過車的數(shù)量。3、霍爾傳感器控制車庫欄桿恢復起始位置技術(shù)路線霍爾傳感器是依據(jù)霍爾效應(yīng)原理制作的一種磁場傳感器，當一端裝有小磁鐵(15) 接近霍爾傳感器(14)時，霍爾傳感器(14)信號會發(fā)生跳變。這個跳變信號能夠被車庫欄桿控制器(34)識別，判斷是否到達初始位置，同時，決定是否開啟或關(guān)閉電機(33)，其具體結(jié)構(gòu)參閱圖5所示。4、聲音傳感器感知車鳴笛技術(shù)路線本裝置選用的聲音傳感器(17)為電容式聲音傳感器。當有聲音時，聲音傳感器
5(17)兩端輸出信號發(fā)生變化。變化信號經(jīng)過聲音傳感器處理電路(3 后，打開聲音傳感器指示牌電源(36)開關(guān)，聲音傳感器指示牌(16)點亮。其結(jié)構(gòu)參閱圖6所示。5、溫度傳感器測溫技術(shù)路線溫度傳感器DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的單總線器件，具有線路簡單，體積小，直接輸出數(shù)字量等特點。可以與單片機直接通訊，這樣可以采用單片機直接讀取溫度傳感器 (4)的溫度值數(shù)據(jù)，最后將讀取的結(jié)果顯示到控制前面板(9)的顯示器上。6、超聲測距技術(shù)路線超聲波測距的結(jié)構(gòu)參閱圖7所示。測出從超聲傳感器00)發(fā)射端發(fā)出的超聲波遇到擋板(19)反射回來被超聲傳感器00)接收端接收所經(jīng)歷的時間再乘以超聲波在空氣中的傳播速度，就等于二倍的聲源到障礙物之間的距離。由超聲測距控制器(37)控制超聲傳感器(20)，通過超聲測距控制器的計算，將實際距離顯示到控制前面板(9)的顯示器上。7、亞超聲開關(guān)控制照射燈與太陽能對信號燈供電技術(shù)路線亞超聲遙控開關(guān)分為遙控發(fā)射頭和接收電路兩部分。遙控發(fā)射頭為一開有小孔的球形橡膠氣囊(38)，擠壓氣囊(38)可以發(fā)出頻率為16 20kHz的亞超聲波作為控制源。接收部分主要是由能將亞超聲振動能轉(zhuǎn)化為對應(yīng)頻率電能的壓電陶瓷片和相應(yīng)的處理電路組成，接收部分還可以控制照射燈電源開關(guān)(39)。其結(jié)構(gòu)框圖參閱圖8所示，對著亞超聲開關(guān)捏球形橡膠氣囊(38)，可以控制照射燈02)的亮滅。在圖8中右半部是太陽能對信號燈供電部分，太陽能電池板是將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能，再供給發(fā)光二極管組成的路口信號燈04)，該裝置由于在室內(nèi)使用，光線有時不足，所以用射燈照射太陽能電池板(23)，替代太陽光。這樣，對著亞超聲遙控開關(guān)捏球形橡膠氣囊(38)，照射燈0 發(fā)光，太陽能電池板將照射在其表面的光能轉(zhuǎn)換為電能，給路口信號燈04)供電，點亮信號燈 04)。8、光敏電阻控制路燈技術(shù)路線光敏電阻控制路燈的結(jié)構(gòu)參閱圖9所示。光敏電阻(6)在不同光照環(huán)境下電阻值不同，光敏電阻控制電路GO)的原理是將光敏電阻(6)接在一恒流源兩端，當白天光線充足時光敏電阻(6)阻值變小，光敏電阻(6)兩端電壓變小。光敏電阻(6)兩端電壓經(jīng)比較電路后，判斷電壓值小于設(shè)定的閾值，則關(guān)閉路燈⑵和⑶的路燈電源開關(guān)01)，路燈(7) 和⑶熄滅。晚上光線較暗，光敏電阻阻值變大，則會打開路燈(7)和⑶的路燈電源開關(guān) 01)。9、超聲噴泉和超聲霧化技術(shù)路線當一個在超聲波頻率范圍的震蕩信號輸入到壓電晶體(3)制作的換能器后，就能輸出相應(yīng)頻率的超聲波。當超聲波在水中傳播時，會形成一種較大的壓力，使水噴出，形成水流，其模型參閱圖10所示。如果用凹面塑料透鏡將超聲波聚焦，能夠迅速將透鏡焦點處的水霧化，也就是加濕器的原理，其模型參閱圖11所示。
權(quán)利要求1.一種多傳感器物理演示教學裝置，主要由做成小區(qū)微縮模型的平臺和裝在平臺上用于采集信息的傳感器以及控制系統(tǒng)組成，其特征在于，所述傳感器包括光電傳感器、光敏電阻、太陽能電池板、超聲波傳感器、亞超聲開關(guān)、溫度傳感器、聲音傳感器、霍爾傳感器和門禁讀卡器，門禁讀卡器(10)設(shè)置在小區(qū)的入口處，通過門禁控制器08)和小區(qū)門開關(guān)電機09)控制小區(qū)門(30)開啟；霍爾傳感器(14)裝在車庫入口處，控制欄桿開啟及關(guān)門的始末位置；光電傳感器的發(fā)射端(11)和接收端(1 分別固定在入庫車道兩側(cè)的兩個固定立板(1 上，車庫門旁豎立一個由紅色發(fā)光二極管陣列組成減速慢行字樣的聲音傳感器指示牌(16)，該指示牌由安裝在其旁的聲音傳感器(17)控制；溫度傳感器(4)用于測試環(huán)境溫度；壓電晶體C3)放置在小區(qū)街心廣場的水池里；照射燈0 由亞超聲遙控開關(guān)控制亮滅；太陽能電池板03)鋪設(shè)在照射燈02)下面，為路口的信號燈04)供電；在平臺的一角，放置超聲波測距裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多傳感器物理演示教學裝置，其特征在于，所述平臺底部為底座殼體(25)，底座殼體0 的控制前面板(9)上設(shè)有觸摸按鍵和有文字提示的顯示器，控制系統(tǒng)的控制元件裝在底座殼體0 內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多傳感器物理演示教學裝置，其特征在于，所述超聲波測距裝置由一個沿著帶標尺的立柱(18)上下移動的擋板(19)反射超聲波，超聲傳感器 (20)安裝在擋板(19)下方，超聲傳感器OO)由超聲測距控制器(37)控制，通過超聲測距控制器(37)將實際距離顯示到控制前面板(9)的顯示器上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多傳感器物理演示教學裝置，其特征在于，所述門禁讀卡器(10)將接收到的門禁卡06)信號傳送到門禁控制器08)，門禁控制器08)控制小區(qū)門開關(guān)電機09)啟動，開啟小區(qū)門(30)，門禁控制器08)和小區(qū)門開關(guān)電機09)裝在底座殼體05)內(nèi)部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種多傳感器物理演示教學裝置，其特征在于，所述某個門禁卡06)在門禁讀卡器(10)的讀卡范圍內(nèi)時，卡內(nèi)的線圈在“激發(fā)信號”的感應(yīng)下產(chǎn)生微弱的電流，作為卡內(nèi)一個小集成電路的電源，該卡內(nèi)的集成電路存儲有在制造時輸入的唯一數(shù)字辨識號碼，該號碼從卡中通過一個調(diào)制信號傳回門禁讀卡器(10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多傳感器物理演示教學裝置，其特征在于，所述光電傳感器發(fā)射端(11)發(fā)出的光直接照射到光電傳感器接收端(1 上，輸出高電平為無車通過狀態(tài)，光線被通過車輛遮擋，光電傳感器接收端產(chǎn)生低電平脈沖，該脈沖被電子脈沖計數(shù)器 (31)接收，判斷并累加計數(shù)，由控制前面板(9)上的顯示器顯示出通過車的數(shù)量。
專利摘要本實用新型涉及一種多傳感器物理演示教學裝置，用來完整演示多種常見傳感器的基本原理和應(yīng)用。該裝置主要由做成小區(qū)微縮模型的平臺和裝在平臺上用于采集信息的傳感器以及控制系統(tǒng)組成，包括光電傳感器、光敏電阻、太陽能電池板、超聲波傳感器、亞超聲開關(guān)、溫度傳感器、聲音傳感器、霍爾傳感器和門禁讀卡器。門禁讀卡器設(shè)置在小區(qū)的入口處，霍爾傳感器裝在車庫入口處，光電傳感器的發(fā)射、接收端分別固定在入庫車道兩側(cè)，車庫門旁豎立一個聲音傳感器指示牌，溫度傳感器用于測試環(huán)境溫度，壓電晶體放置在小區(qū)街心廣場的水池里，太陽能電池板鋪設(shè)在照射燈下面，為路口的信號燈供電，在平臺的一角，放置超聲波測距裝置。
文檔編號G09B23/18GK202013684SQ201120110160
公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者馮毅, 張佳全, 林曉瓏 申請人:吉林大學