數字靜電實驗器制造技術

本發明專利技術提供一種數字靜電實驗器，包括信號調理電路、主控電路、液晶顯示電路、電源電路、無線發射電路和無線接收模塊；信號調理電路、主控電路、液晶顯示電路和無線發射電路均與電源電路連接，信號調理電路與主控電路連接，液晶顯示電路和無線發射電路均與主控電路連接，無線發射電路與無線接收模塊之間采用藍牙無線通訊連接；本發明專利技術設置了大電容電路，帶電后的電勢也相應降低，借助數字化的信號采集功能，可對靜電實驗中的數據進行動態實時顯示和記錄存儲。不僅可以定量顯示電荷的大小，而且可以顯示電荷的正負，不受外部環境因素影響，使用可靠，具有極性指示、高靈敏度且靈敏度可調、定量研究、過程研究、可供大型演示使用等特點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種用于測量靜電電荷量的實驗器，屬于靜電實驗

技術介紹
靜電是中學物理教學內容中非常獨特的ー個部分，也是學生非常難以理解的ー個部分。其獨特在于這部分內容與其它部分的關聯程度不大，相對孤立，且較為抽象；但又因為是中學物理教學中少有的能將學生導向原子物理乃至量子論的基礎知識，靜電內容不可或缺。由于靜電的特性和傳統實驗儀器的限制，導致靜電實驗難做，致使學生難以理解。傳統的靜電計采用了 “電容式”結構，借助儀器本身構成了電容，因此，保持絕緣良好(包括空氣干燥)和器材潔凈，成為實驗成功與否的關鍵。但由于實驗環境的限制，實驗中極容易受到空氣濕度或溫度的影響發生漏電，致使實驗的成功率不高。傳統的靜電計還有兩方面的缺陷，即沒有量化的數據，只能通過指針偏的大小來定性的判斷電荷的大小，也不能夠區分電荷的極性。
技術實現思路
本專利技術針對現有靜電實驗技術存在的不足，提供一種不受外部環境影響、能夠顯示電荷正負和進行定量研究的數字靜電實驗器。本專利技術的數字靜電實驗器采用以下技術方案 該數字靜電實驗器，包括信號調理電路、主控電路、液晶顯示電路、電源電路、無線發射電路和無線接收模塊；信號調理電路、主控電路、液晶顯示電路和無線發射電路均與電源電路連接，信號調理電路與主控電路連接，液晶顯示電路和無線發射電路均與主控電路連接，無線發射電路與無線接收模塊之間采用藍牙無線通訊連接；無線接收模塊包括無線接收電路、數據解析電路、USB接ロ電路和供電電路，無線接收電路與數據解析電路連接，數據解析電路與USB接ロ電路連接，無線接收電路、數據解析電路和USB接ロ電路均與供電電路連接。信號調理電路，包括感應頭、電容C24、干簧管繼電器U8、調零按鍵S1、高阻抗運算放大器U6和雙運算放大器U9 ;感應頭經過電阻R18連接至電容C24，電容C24 —端接地，另一端連接至運算放大器U6，運算放大器U6與雙運算放大器U9連接，雙運算放大器U9與主控電路中的單片機U2連接；干簧管繼電器U8和調零按鍵SI組成調零電路，調零按鍵SI與干簧管繼電器U8連接,干簧管繼電器U8 —方面與電容C24的電壓輸出端連接,一方面接地。主控電路，包括單片機U2、下載接口和電池電量檢測電路(電阻R30和R31);下載接口和電池電量檢測電路均與單片機U2連接。液晶顯示電路，包括IXD驅動器U5、液晶屏和場效應管Ql，液晶屏與IXD驅動器U5連接，場效應管Ql與液晶屏連接，IXD驅動器U5與主控電路中的單片機U2連接。電源電路，包括開關機電路、穩壓電路、正負電源電路和基準源電路四部分；開關機電路由場效應管Q2和開關機按鍵S2 ;穩壓電路使用穩壓芯片U1，將由開關機電路輸入的電源穩定為3. 3V電壓，為主控電路、液晶顯示電路、無線通訊電路提供電源；正負電壓電路采用正負電源芯片U7，輸出±15V電壓為信號調理電路提供正負電源；基準源電路采用基準源芯片U3，穩定輸出紋波很小的2. 5V電壓為主控電路中的單片機內部ADC模塊提供電壓基準。無線發射電路，包括從藍牙串ロ模塊U4和場效應管Q4，從藍牙串ロ模塊U4與主控電路中的單片機U2連接，場效應管Q4與從藍牙串ロ模塊U4連接并與主控電路中的單片機U2連接。無線接收模塊中的無線接收電路，包括主藍牙串ロ模塊U11、藍牙配對指示燈D7以及配對按鍵S2，主藍牙串ロ模塊Ull與藍牙配對指示燈D7連接，指示燈D7用于指示主藍牙串ロ模塊Ul I是否與從藍牙串ロ模塊配對成功，配對按鍵S2與主藍牙串ロ模塊Ul I相連。主藍牙串ロ模塊Ull接收到與之配對的從藍牙串ロ模塊U4發射的電磁波，并將其內部數據信息解析出來，發送給數據解析電路。無線接收模塊中的數據解析電路，包括單片機UlO和程序下載接ロ J3，程序下載接ロ與單片機Uio連接，用于單片機UlO的程序下載，單片機UlO用于接收主藍牙串ロ模塊Ull發送的數據，并進行數據解析。無線接收模塊中的接ロ電路，包括瞬態抑制ニ極管TVSl和USB接ロ，瞬態抑制ニ極管TVSl連接USB接口和單片機U10，對數據通訊起到靜電保護作用，USB接ロ用于與外部計算機相連接。無線接收模塊的供電電路，包括穩壓芯片U12，用于將+5V電壓穩壓后輸出+3. 3V電壓。將無線接收模塊與計算機連接，打開電源開關，并輕按調零按鍵，使液晶屏顯示為零。使用摩擦過的玻璃棒或橡膠棒靠近或接觸輸入端(感應頭)，液晶屏將顯示當前的靜電電荷。計算機顯示當前的電荷量及電荷量示波顯示。本專利技術設置了大電容電路，電容量比傳統靜電計大了若干個量級，帶電后的電勢也相應降低，借助數字化的信號采集功能，可對靜電實驗中的數據進行動態實時顯示和記錄存儲。不僅可以定量顯示電荷的大小，而且可以顯示電荷的正負，不受外部環境因素影響，使用可靠，具有極性指示、高靈敏度且靈敏度可調、定量研究、過程研究、可供大型演示使用等特點。附圖說明靜 圖1是本專利技術數字靜電實驗器的正面結構示意圖。圖2是本專利技術數字靜電實驗器的反面結構示意圖。圖3是本專利技術中信號調理電路的電路原理圖。圖4是本專利技術中主控電路的電路原理圖。圖5是本專利技術中液晶顯示電路的電路原理圖。圖6是本專利技術中穩壓電路的電路原理圖。圖7是本專利技術中開關機電路的電路原理圖。圖8是本專利技術中正負電源電路的電路原理圖。圖9是本專利技術中基準源電路的電路原理圖。圖10是本專利技術中無線發射電路的電路原理圖。圖11是本專利技術中無線接收模塊的電路原理圖。圖12是本專利技術中無線接收模塊的數據解析電路的電路原理圖。圖13是本專利技術中無線接收模塊的USB接ロ電路的電路原理圖。圖14是本專利技術中無線接收模塊的供電電路的電路原理圖。其中1、電源開關，2、調零按鍵，3、輸入端，4、液晶屏，5、支架，6、地線插頭，7、電池倉。具體實施例方式本專利技術的靜電實驗器是ー個包括信號調理電路、主控電路、液晶顯示電路、電源電路、無線發射電路、無線接收模塊和計算機軟件在內的實驗教學系統，其中信號調理電路、主控電路、液晶顯示電路、電源電路和無線發射電路組成靜電計。其中電源電路又包括穩壓電路、開關機電路、正負電源電路、基準源電路。電源電路為整個電路提供電源，信號調理電路與主控電路連接，信號調理電路采集的各種信號送至主控電路進行處理，主控電路與液晶顯示電路和無線發射電路連接，將處理好的數字信號在液晶屏顯示并可通過串ロ接ロ送至無線發射電路。無線發射電路與無線接收模塊之間采用藍牙無線通訊，無線接收模塊將實驗數據上傳至計算機，由計算機中的軟件進行數據處理。靜電實驗器的外觀如圖1和圖2所示，右側設有電源開關1，右上方設有調零按鍵2，左上方設有輸入端3，正面設置液晶屏4，底部設置有支架5。如圖2所示，左面下部設有地線插ロ 6。靜電計底面設置有電池倉7，電池倉7中安裝的是標稱3. 7V的鋰電池。附件有球形輸入端、法拉第圓筒、鋅板、屏蔽板。根據不同的實驗可以更換不同的附件，法拉第圓筒可以做兩種電荷實驗，鋅板可以用來做光電效應實驗，球形輸入端和屏蔽板組合可以用來做靜電屏蔽實驗。實驗時，將無線接收模塊與計算機連接，單擊按下電源開關1，開啟電源。按ー下調零按鍵2，使液晶屏4的顯示為零。帶靜電的物體接近或接觸靜電計的輸入端3時，信號調理電路對電信號進行放大調整。由主控電路中的單片機U2進行處理并轉化成數字信號，隨本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種數字靜電實驗器，包括信號調理電路、主控電路、液晶顯示電路、電源電路、無線發射電路和無線接收模塊；其特征是：信號調理電路、主控電路、液晶顯示電路和無線發射電路均與電源電路連接，信號調理電路與主控電路連接，液晶顯示電路和無線發射電路均與主控電路連接，無線發射電路與無線接收模塊之間采用藍牙無線通訊連接；無線接收模塊包括無線接收電路、數據解析電路、USB接口電路和供電電路，無線接收電路與數據解析電路連接，數據解析電路與USB接口電路連接，無線接收電路、數據解析電路和USB接口電路均與供電電路連接。

【技術特征摘要】
1.一種數字靜電實驗器，包括信號調理電路、主控電路、液晶顯示電路、電源電路、無線發射電路和無線接收模塊；其特征是信號調理電路、主控電路、液晶顯示電路和無線發射電路均與電源電路連接，信號調理電路與主控電路連接，液晶顯示電路和無線發射電路均與主控電路連接，無線發射電路與無線接收模塊之間采用藍牙無線通訊連接；無線接收模塊包括無線接收電路、數據解析電路、USB接口電路和供電電路，無線接收電路與數據解析電路連接，數據解析電路與USB接口電路連接，無線接收電路、數據解析電路和USB接口電路均與供電電路連接。2.根據權利要求1所述的數字靜電實驗器，其特征是所述信號調理電路包括感應頭、 電容C24、干簧管繼電器U8、調零按鍵S1、高阻抗運算放大器U6和雙運算放大器U9 ;感應頭經過電阻R18連接至電容C24，電容C24 —端接地，另一端連接至運算放大器U6，運算放大器U6與雙運算放大器U9連接，雙運算放大器U9與主控電路中的單片機U2連接；干簧管繼電器U8和調零按鍵SI組成調零電路，調零按鍵SI與干簧管繼電器U8連接，干簧管繼電器 U8 一方面與電容C24的電壓輸出端連接，一方面接地。3.根據權利要求1所述的數字靜電實驗器，其特征是所述主控電路，包括單片機U2、 下載接口和電池電量檢測電路；下載接口和電池電量檢測電路均與單片機U2連接。4.根據權利要求1所述的數字靜電實驗器，其特征是所述液晶顯示電路，包括LCD驅動器U5、液晶屏和場...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馮容士，趙進，李鼎，
申請(專利權)人：山東省遠大網絡多媒體股份有限公司，
類型：發明
國別省市：