專利名稱：數(shù)字靜電實(shí)驗(yàn)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測量靜電電荷量的實(shí)驗(yàn)器，屬于靜電實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
靜電是中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中非常獨(dú)特的ー個(gè)部分，也是學(xué)生非常難以理解的ー個(gè)部分。其獨(dú)特在于這部分內(nèi)容與其它部分的關(guān)聯(lián)程度不大，相對孤立，且較為抽象；但又因?yàn)槭侵袑W(xué)物理教學(xué)中少有的能將學(xué)生導(dǎo)向原子物理乃至量子論的基礎(chǔ)知識，靜電內(nèi)容不可或缺。由于靜電的特性和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器的限制，導(dǎo)致靜電實(shí)驗(yàn)難做，致使學(xué)生難以理解。傳統(tǒng)的靜電計(jì)采用了 “電容式”結(jié)構(gòu)，借助儀器本身構(gòu)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(shí)驗(yàn)成功與否的關(guān)鍵。但由于實(shí)驗(yàn)環(huán)境的限制，實(shí)驗(yàn)中極容易受到空氣濕度或溫度的影響發(fā)生漏電，致使實(shí)驗(yàn)的成功率不高。傳統(tǒng)的靜電計(jì)還有兩方面的缺陷，即沒有量化的數(shù)據(jù)，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(qū)分電荷的極性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有靜電實(shí)驗(yàn)技術(shù)存在的不足，提供一種不受外部環(huán)境影響、能夠顯示電荷正負(fù)和進(jìn)行定量研究的數(shù)字靜電實(shí)驗(yàn)器。本發(fā)明的數(shù)字靜電實(shí)驗(yàn)器采用以下技術(shù)方案
該數(shù)字靜電實(shí)驗(yàn)器，包括信號調(diào)理電路、主控電路、液晶顯示電路、電源電路、無線發(fā)射電路和無線接收模塊；信號調(diào)理電路、主控電路、液晶顯示電路和無線發(fā)射電路均與電源電路連接，信號調(diào)理電路與主控電路連接，液晶顯示電路和無線發(fā)射電路均與主控電路連接，無線發(fā)射電路與無線接收模塊之間采用藍(lán)牙無線通訊連接；無線接收模塊包括無線接收電路、數(shù)據(jù)解析電路、USB接ロ電路和供電電路，無線接收電路與數(shù)據(jù)解析電路連接，數(shù)據(jù)解析電路與USB接ロ電路連接，無線接收電路、數(shù)據(jù)解析電路和USB接ロ電路均與供電電路連接。信號調(diào)理電路，包括感應(yīng)頭、電容C24、干簧管繼電器U8、調(diào)零按鍵S1、高阻抗運(yùn)算放大器U6和雙運(yùn)算放大器U9 ;感應(yīng)頭經(jīng)過電阻R18連接至電容C24，電容C24 —端接地，另一端連接至運(yùn)算放大器U6，運(yùn)算放大器U6與雙運(yùn)算放大器U9連接，雙運(yùn)算放大器U9與主控電路中的單片機(jī)U2連接；干簧管繼電器U8和調(diào)零按鍵SI組成調(diào)零電路，調(diào)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(jī)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(jī)U2連接。液晶顯示電路，包括IXD驅(qū)動器U5、液晶屏和場效應(yīng)管Ql，液晶屏與IXD驅(qū)動器U5連接，場效應(yīng)管Ql與液晶屏連接，IXD驅(qū)動器U5與主控電路中的單片機(jī)U2連接。電源電路，包括開關(guān)機(jī)電路、穩(wěn)壓電路、正負(fù)電源電路和基準(zhǔn)源電路四部分；開關(guān)機(jī)電路由場效應(yīng)管Q2和開關(guān)機(jī)按鍵S2 ;穩(wěn)壓電路使用穩(wěn)壓芯片U1，將由開關(guān)機(jī)電路輸入的電源穩(wěn)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(fù)電壓電路采用正負(fù)電源芯片U7，輸出±15V電壓為信號調(diào)理電路提供正負(fù)電源；基準(zhǔn)源電路采用基準(zhǔn)源芯片U3，穩(wěn)定輸出紋波很小的2. 5V電壓為主控電路中的單片機(jī)內(nèi)部ADC模塊提供電壓基準(zhǔn)。無線發(fā)射電路，包括從藍(lán)牙串ロ模塊U4和場效應(yīng)管Q4，從藍(lán)牙串ロ模塊U4與主控電路中的單片機(jī)U2連接，場效應(yīng)管Q4與從藍(lán)牙串ロ模塊U4連接并與主控電路中的單片機(jī)U2連接。無線接收模塊中的無線接收電路，包括主藍(lán)牙串ロ模塊U11、藍(lán)牙配對指示燈D7以及配對按鍵S2，主藍(lán)牙串ロ模塊Ull與藍(lán)牙配對指示燈D7連接，指示燈D7用于指示主藍(lán)牙串ロ模塊Ul I是否與從藍(lán)牙串ロ模塊配對成功，配對按鍵S2與主藍(lán)牙串ロ模塊Ul I相連。主藍(lán)牙串ロ模塊Ull接收到與之配對的從藍(lán)牙串ロ模塊U4發(fā)射的電磁波，并將其內(nèi)部數(shù)據(jù)信息解析出來，發(fā)送給數(shù)據(jù)解析電路。
無線接收模塊中的數(shù)據(jù)解析電路，包括單片機(jī)UlO和程序下載接ロ J3，程序下載接ロ與單片機(jī)Uio連接，用于單片機(jī)UlO的程序下載，單片機(jī)UlO用于接收主藍(lán)牙串ロ模塊Ull發(fā)送的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)解析。無線接收模塊中的接ロ電路，包括瞬態(tài)抑制ニ極管TVSl和USB接ロ，瞬態(tài)抑制ニ極管TVSl連接USB接口和單片機(jī)U10，對數(shù)據(jù)通訊起到靜電保護(hù)作用，USB接ロ用于與外部計(jì)算機(jī)相連接。無線接收模塊的供電電路，包括穩(wěn)壓芯片U12，用于將+5V電壓穩(wěn)壓后輸出+3. 3V電壓。將無線接收模塊與計(jì)算機(jī)連接，打開電源開關(guān)，并輕按調(diào)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(yīng)頭)，液晶屏將顯示當(dāng)前的靜電電荷。計(jì)算機(jī)顯示當(dāng)前的電荷量及電荷量示波顯示。本發(fā)明設(shè)置了大電容電路，電容量比傳統(tǒng)靜電計(jì)大了若干個(gè)量級，帶電后的電勢也相應(yīng)降低，借助數(shù)字化的信號采集功能，可對靜電實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)實(shí)時(shí)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(fù)，不受外部環(huán)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(diào)、定量研究、過程研究、可供大型演示使用等特點(diǎn)。


靜
圖1是本發(fā)明數(shù)字靜電實(shí)驗(yàn)器的正面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明數(shù)字靜電實(shí)驗(yàn)器的反面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明中信號調(diào)理電路的電路原理圖。圖4是本發(fā)明中主控電路的電路原理圖。圖5是本發(fā)明中液晶顯示電路的電路原理圖。圖6是本發(fā)明中穩(wěn)壓電路的電路原理圖。圖7是本發(fā)明中開關(guān)機(jī)電路的電路原理圖。圖8是本發(fā)明中正負(fù)電源電路的電路原理圖。圖9是本發(fā)明中基準(zhǔn)源電路的電路原理圖。
圖10是本發(fā)明中無線發(fā)射電路的電路原理圖。圖11是本發(fā)明中無線接收模塊的電路原理圖。圖12是本發(fā)明中無線接收模塊的數(shù)據(jù)解析電路的電路原理圖。圖13是本發(fā)明中無線接收模塊的USB接ロ電路的電路原理圖。圖14是本發(fā)明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(guān)，2、調(diào)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(shí)施例方式本發(fā)明的靜電實(shí)驗(yàn)器是ー個(gè)包括信號調(diào)理電路、主控電路、液晶顯示電路、電源電路、無線發(fā)射電路、無線接收模塊和計(jì)算機(jī)軟件在內(nèi)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，其中信號調(diào)理電路、主控電路、液晶顯示電路、電源電路和無線發(fā)射電路組成靜電計(jì)。其中電源電路又包括穩(wěn)壓電路、開關(guān)機(jī)電路、正負(fù)電源電路、基準(zhǔn)源電路。電源電路為整個(gè)電路提供電源，信號調(diào)理電路與主控電路連接，信號調(diào)理電路采集的各種信號送至主控電路進(jìn)行處理，主控電路與液晶顯示電路和無線發(fā)射電路連接，將處理好的數(shù)字信號在液晶屏顯示并可通過串ロ接ロ送至無線發(fā)射電路。無線發(fā)射電路與無線接收模塊之間采用藍(lán)牙無線通訊，無線接收模塊將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)中的軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。靜電實(shí)驗(yàn)器的外觀如圖1和圖2所示，右側(cè)設(shè)有電源開關(guān)1，右上方設(shè)有調(diào)零按鍵2，左上方設(shè)有輸入端3，正面設(shè)置液晶屏4，底部設(shè)置有支架5。如圖2所示，左面下部設(shè)有地線插ロ 6。靜電計(jì)底面設(shè)置有電池倉7，電池倉7中安裝的是標(biāo)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(jù)不同的實(shí)驗(yàn)可以更換不同的附件，法拉第圓筒可以做兩種電荷實(shí)驗(yàn)，鋅板可以用來做光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，球形輸入端和屏蔽板組合可以用來做靜電屏蔽實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將無線接收模塊與計(jì)算機(jī)連接，單擊按下電源開關(guān)1，開啟電源。按ー下調(diào)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(jì)的輸入端3時(shí)，信號調(diào)理電路對電信號進(jìn)行放大調(diào)整。由主控電路中的單片機(jī)U2進(jìn)行處理并轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，隨后將信號數(shù)據(jù)在液晶屏4上進(jìn)行顯示，并通過無線發(fā)射電路發(fā)送出去。無線接收模塊接收到信號后，由數(shù)據(jù)解析電路中的單片機(jī)Ul進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，并通過USB ロ將解析數(shù)據(jù)上傳到計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)將依據(jù)所獲得數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示靜電電荷的大小，并可示波顯示數(shù)據(jù)。測量和計(jì)算結(jié)果均通過計(jì)算機(jī)軟件顯示，并可通過人機(jī)交互進(jìn)行原始測量結(jié)果的處理和應(yīng)用。計(jì)算機(jī)軟件采用VC++開發(fā),安裝運(yùn)行于WindowsXP、Windows7等主流操作系統(tǒng)上，內(nèi)置公式庫和算法庫，支持中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的需求。信號調(diào)理電路如圖3所示，主要包括感應(yīng)頭、基丙烯電容C24、干簧管繼電器U8、調(diào)零按鍵SI (即圖1中的調(diào)零按鍵2)、高阻抗運(yùn)算放大器U6 (INA116UA)和雙運(yùn)算放大器U9(TL062)。電容C24為基丙烯電容，電容量為lOOOOpF，聚丙烯電容無極性，絕緣阻抗很高，頻率特性優(yōu)異(頻率響應(yīng)寬廣)，而且介質(zhì)損失很小。基于以上的優(yōu)點(diǎn)，可以有效保證電容存貯的電荷不會在短時(shí)間內(nèi)漏沒。感應(yīng)頭經(jīng)過電阻R18連接至基丙烯電容C24，當(dāng)帶有靜電的物體接近或接觸感應(yīng)頭(輸入端)吋，電荷將對電容C24進(jìn)行充電，在電容C24的兩端會形成電勢差。由C=Q/U可知，電容C24兩端的電壓U與流入的電荷Q成正比。電容C24—端接地，另一端連接至運(yùn)算放大器U6 (INA116UA), INA116UA的輸入阻抗大于IO15Q,漏電流極小，因此可以保證電容C24的電荷不會很快流失。經(jīng)過運(yùn)算放大器U6的阻抗轉(zhuǎn)換后的信號輸入至雙運(yùn)算放大器U9進(jìn)行放大、調(diào)整，以符合單片機(jī)U2的ADC的輸入要求。INAl 16UA的輸出腳經(jīng)過R24、R27電阻分壓后連接至雙運(yùn)算放大器U9 (TL062)。信號經(jīng)雙運(yùn)算放大器U9放大后由第7腳輸出至主控電路。因?yàn)殡娙葜须姾珊茈y漏棹，為了能夠快速進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，因此增加了調(diào)零電路，調(diào)零電路由調(diào)零按鍵SI和干簧管繼電器U8組成，調(diào)零按鍵SI與干簧管繼電器U8連接，干簧管繼電器U8的I腳與聚丙烯電容C24的電壓輸出端連接，干簧管繼電器U8的3、4腳接地。當(dāng)調(diào)零按鍵SI按下時(shí)，干簧管繼電器U8的2腳會有電壓輸入，干簧管繼電器U8的I腳便會在內(nèi)部與地連接，基丙烯電容C24中的電荷便會很快流掉。主控電路如圖4所示，包括單片機(jī)U2 (C8051F410)、下載接口和電池電量檢測電路(電阻R30和R31)。信號調(diào)理電路的輸出信號連接至單片機(jī)U2的第29腳，此腳被單片機(jī)程序配置為單片機(jī)ADC的輸入腳，單片機(jī)U2對信號進(jìn)行AD采樣。下載接口和電池電量檢測電路均與單片機(jī)U2連接。單片機(jī)U2的第21、22串ロ管腳連接至無線發(fā)射電路。單片機(jī)U2的第17、18、19、20腳連接至液晶顯示電路。單片機(jī)U2處理后的數(shù)據(jù)可以在液晶屏上進(jìn)行顯示，也可以通過無線發(fā)射電路傳輸至無線接收模塊。電阻R30和R31對鋰電池電壓分壓后連接至單片機(jī)U2的第24腳，第24腳配置成ADC的輸入腳，單片機(jī)U2進(jìn)行AD采樣后判斷鋰電池的電量數(shù)據(jù)，并將電量信息在液晶屏上顯示，當(dāng)電量低于最小閥值時(shí)，單片機(jī)U2將關(guān)閉電源電路。單片機(jī)U2通過第16腳控制無線發(fā)射電路的電源通斷。液晶顯示電路如圖5所示，主要包括！XD驅(qū)動器U5 (段式液晶屏驅(qū)動芯片HT1621B)、液晶屏(定制的段式液晶屏Icdl)和場效應(yīng)管Ql (A03401)。HT1621B是128點(diǎn)、內(nèi)存映像和多功能的LCD驅(qū)動器，HT1621B的第9、10、11、12腳連接至單片機(jī)似，111'16218的SEG
依次連接至液晶屏的SEG
引腳，單片機(jī)U2將顯示的數(shù)據(jù)傳輸至HT1621B，HT1621B實(shí)現(xiàn)對段式液晶屏的顯示刷新。場效應(yīng)管Ql與液晶屏背光板連接，液晶屏的背光通過場效應(yīng)管Ql被單片機(jī)控制，場效應(yīng)管Ql (A03401)的LCD_EN信號線連接至單片機(jī)U2，可以控制液晶屏背光的売滅。電源電路的穩(wěn)壓電路如圖6所示，主要包括穩(wěn)壓芯片U1(LTC3440EMS)。穩(wěn)壓芯片Ul及周圍電路可以經(jīng)電源輸入轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的3. 3V電壓，為整個(gè)其它電路提供3. 3V電源。電源電路的開關(guān)機(jī)電路如圖7所示，主要包括I節(jié)3. 7V標(biāo)稱鋰電池BTl、場效應(yīng)管Q2。鋰電池BTl連接至開關(guān)機(jī)電路，當(dāng)開關(guān)機(jī)按鍵S2按下吋，開機(jī)電路使場效應(yīng)管Q2導(dǎo)通，同時(shí)將按鍵信號傳至單片機(jī)U2的Pl. 6腳，單片機(jī)U2檢測到按鍵信號，通過Pl. 5腳控制場效應(yīng)管Q2狀態(tài)鎖定，完成開機(jī)。當(dāng)開關(guān)機(jī)按鍵再次按下吋，單片機(jī)U2檢測到按鍵信號，控制Pl. 5腳，使場效應(yīng)管Q2截止，完成關(guān)機(jī)。電源電路的正負(fù)電路如圖8所示，采用正負(fù)電源芯片U7 (LTC1945)。正負(fù)電源芯片U7可以穩(wěn)定輸出土 15V電壓，為信號調(diào)理電路中運(yùn)算放大器U6和雙運(yùn)算放大器U9提供正負(fù)電源。電源電路的基準(zhǔn)源電路如圖9所示，主要包括基準(zhǔn)源芯片U3(ADR391AUJZ)?；鶞?zhǔn)源芯片U3可以輸出紋波很小的2. 5V電壓，輸出連接至單片機(jī)U2的第11腳(VREF腳)，為單片機(jī)U2內(nèi)部的ADC電路提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)源，保證ADC采樣值得準(zhǔn)確穩(wěn)定。無線發(fā)射電路如圖10所示，主要包括從藍(lán)牙串ロ模塊U4和場效應(yīng)管Q4。從藍(lán)牙串ロ模塊U4的第1、2腳與單片機(jī)U2第21、22腳連接。場效應(yīng)管Q4與從藍(lán)牙串ロ模塊U4的12腳連接并與主控電路中單片機(jī)U2的16腳連接。場效應(yīng)管Q4被單片機(jī)U2的16腳控制以靈活開關(guān)藍(lán)牙模塊的電源。無線接收模塊包括無線接收電路、數(shù)據(jù)解析電路、USB接ロ電路和供電電路，無線接收電路與數(shù)據(jù)解析電路連接，數(shù)據(jù)解析電路與USB接ロ電路連接，無線接收電路、數(shù)據(jù)解析電路和USB接ロ電路均與供電電路連接，供電電路為其它電路提供電源。無線接收模塊的無線接收電路如圖11所示，包括主藍(lán)牙串ロ模塊U11、藍(lán)牙配對指示燈D7以及配對按鍵S2。主藍(lán)牙串ロ模塊Ull接收到與之配對的從藍(lán)牙串ロ模塊發(fā)射的2.4GHz電磁波，并將其內(nèi)部數(shù)據(jù)信息解析出來，通過串ロ接ロ發(fā)送給數(shù)據(jù)解析電路。主藍(lán)牙串ロ模塊Ull與藍(lán)牙配對指示燈D7連接，指示燈D7用于指示主藍(lán)牙串ロ模塊是否與從藍(lán)牙串ロ模塊配對成功。配對按鍵S2與主藍(lán)牙串ロ模塊Ull的第26腳相連，按下時(shí)主藍(lán)牙串ロ模塊Ull將重新搜索從藍(lán)牙串ロ模塊U4,自動配對。無線接收模塊的數(shù)據(jù)解析電路如圖12所示，主要包括單片機(jī)UlO和程序下載接ロJ3。單片機(jī)UlO用于接收主藍(lán)牙串ロ模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，并將其進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，再通過接ロ電路上傳至計(jì)算機(jī)。程序下載接ロ連接至單片機(jī)UlO的第13、14腳，用于單片機(jī)UlO的程序下載。無線接收模塊的接ロ電路如圖13所示，主要包括瞬態(tài)抑制ニ極管TVSl和USB接ロ。瞬態(tài)抑制ニ極管TVSl連接USB接口和單片機(jī)UlO的第8、9腳，對數(shù)據(jù)通訊起到靜電保護(hù)作用，USB接ロ與計(jì)算機(jī)相連接。無線接收模塊的供電電路如圖14所示，主要包括穩(wěn)壓芯片U12，+5V電壓連接穩(wěn)壓芯片U12的第1、3腳，經(jīng)其穩(wěn)壓后從第5腳輸出+3. 3V電壓。上述靜電實(shí)驗(yàn)器的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ饺缦滤?br> 將無線接收模塊接入計(jì)算機(jī)，打開電源開關(guān)I，并輕按調(diào)零按鍵2，此時(shí)液晶屏4顯示為零。開機(jī)時(shí)液晶屏4上的無線標(biāo)示閃爍，當(dāng)無線發(fā)射電路與無線接收模塊配對完畢，無線標(biāo)示亮起不再閃爍。使用絲綢摩擦過的玻璃棒或者毛皮摩擦過的橡膠棒靠近或接觸輸入端(感應(yīng)頭)，液晶屏4將顯示當(dāng)前的靜電電荷。打開計(jì)算機(jī)專用軟件，點(diǎn)擊“開始記錄”，計(jì)算機(jī)軟件開始 顯示當(dāng)前的電荷量，點(diǎn)擊“示波”按鈕，電荷量示波顯示。本發(fā)明具有以下的特點(diǎn)1、極性指示當(dāng)需要判斷極性時(shí)，傳統(tǒng)靜電計(jì)必須有ー個(gè)參考電荷，而本發(fā)明靜電計(jì)可以直接指示極性。2、高靈敏度且靈敏度可調(diào)本發(fā)明的靈敏度顯著高于傳統(tǒng)靜電計(jì)且靈敏度可以調(diào)整，靜電實(shí)驗(yàn)的范圍可以因測量工具的升級而擴(kuò)大。3、定量研究本發(fā)明的ー個(gè)重要優(yōu)勢在于有線性標(biāo)度，與只能粗略測量的傳統(tǒng)靜電計(jì)相比，精度更高。因此可以用本發(fā)明來驗(yàn)證物理定律是線性還是指數(shù)關(guān)系。這使得實(shí)驗(yàn)中脫離了定性觀察狀態(tài)，進(jìn)入到了測量、分析階段。不僅可以定量顯示電荷的大小，而且可以顯示電荷的正負(fù)。4、過程研究本發(fā)明可以借助示波顯示方式實(shí)時(shí)動態(tài)地展示、記錄靜電實(shí)驗(yàn)的過程。
5、可供大型演示使用與計(jì)算機(jī)相連，專用軟件有數(shù)字、示波、儀表等多種顯示模式，可與投影、白板等現(xiàn)代化電教手段聯(lián)用。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字靜電實(shí)驗(yàn)器，包括信號調(diào)理電路、主控電路、液晶顯示電路、電源電路、無線發(fā)射電路和無線接收模塊；其特征是信號調(diào)理電路、主控電路、液晶顯示電路和無線發(fā)射電路均與電源電路連接，信號調(diào)理電路與主控電路連接，液晶顯示電路和無線發(fā)射電路均與主控電路連接，無線發(fā)射電路與無線接收模塊之間采用藍(lán)牙無線通訊連接；無線接收模塊包括無線接收電路、數(shù)據(jù)解析電路、USB接口電路和供電電路，無線接收電路與數(shù)據(jù)解析電路連接，數(shù)據(jù)解析電路與USB接口電路連接，無線接收電路、數(shù)據(jù)解析電路和USB接口電路均與供電電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字靜電實(shí)驗(yàn)器，其特征是所述信號調(diào)理電路包括感應(yīng)頭、 電容C24、干簧管繼電器U8、調(diào)零按鍵S1、高阻抗運(yùn)算放大器U6和雙運(yùn)算放大器U9 ;感應(yīng)頭經(jīng)過電阻R18連接至電容C24，電容C24 —端接地，另一端連接至運(yùn)算放大器U6，運(yùn)算放大器U6與雙運(yùn)算放大器U9連接，雙運(yùn)算放大器U9與主控電路中的單片機(jī)U2連接；干簧管繼電器U8和調(diào)零按鍵SI組成調(diào)零電路，調(diào)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(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字靜電實(shí)驗(yàn)器，其特征是所述主控電路，包括單片機(jī)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(jī)U2連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字靜電實(shí)驗(yàn)器，其特征是所述液晶顯示電路，包括LCD驅(qū)動器U5、液晶屏和場效應(yīng)管Q1，液晶屏與LCD驅(qū)動器U5連接，場效應(yīng)管Ql與液晶屏連接， IXD驅(qū)動器U5與主控電路中的單片機(jī)U2連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字靜電實(shí)驗(yàn)器，其特征是所述無線發(fā)射電路，包括從藍(lán)牙串口模塊U4和場效應(yīng)管Q4，從藍(lán)牙串口模塊U4與主控電路中的單片機(jī)U2連接，場效應(yīng)管 Q4與從藍(lán)牙串口模塊U4連接并與主控電路中的單片機(jī)U2連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字靜電實(shí)驗(yàn)器，其特征是所述無線接收模塊中的無線接收電路，包括主藍(lán)牙串口模塊Ul1、藍(lán)牙配對指示燈D7以及配對按鍵S2，主藍(lán)牙串口模塊 Ull與藍(lán)牙配對指示燈D7連接，指示燈D7用于指示主藍(lán)牙串口模塊UlI是否與從藍(lán)牙串口模塊配對成功，配對按鍵S2與主藍(lán)牙串口模塊Ull相連；主藍(lán)牙串口模塊Ull接收到與之配對的從藍(lán)牙串口模塊U4發(fā)射的電磁波，并將其內(nèi)部數(shù)據(jù)信息解析出來，發(fā)送給數(shù)據(jù)解析電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字靜電實(shí)驗(yàn)器，其特征是所述無線接收模塊中的數(shù)據(jù)解析電路，包括單片機(jī)UlO和程序下載接口 J3，程序下載接口與單片機(jī)UlO連接，用于單片機(jī) UlO的程序下載，單片機(jī)UlO用于接收主藍(lán)牙串口模塊Ull發(fā)送的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)解析。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字靜電實(shí)驗(yàn)器，其特征是所述無線接收模塊中的接口電路，包括瞬態(tài)抑制二極管TVSl和USB接口，瞬態(tài)抑制二極管TVSl連接USB接口和單片機(jī) U10，對數(shù)據(jù)通訊起到靜電保護(hù)作用，USB接口用于與外部計(jì)算機(jī)相連接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種數(shù)字靜電實(shí)驗(yàn)器，包括信號調(diào)理電路、主控電路、液晶顯示電路、電源電路、無線發(fā)射電路和無線接收模塊；信號調(diào)理電路、主控電路、液晶顯示電路和無線發(fā)射電路均與電源電路連接，信號調(diào)理電路與主控電路連接，液晶顯示電路和無線發(fā)射電路均與主控電路連接，無線發(fā)射電路與無線接收模塊之間采用藍(lán)牙無線通訊連接；本發(fā)明設(shè)置了大電容電路，帶電后的電勢也相應(yīng)降低，借助數(shù)字化的信號采集功能，可對靜電實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)實(shí)時(shí)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(fù)，不受外部環(huán)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(diào)、定量研究、過程研究、可供大型演示使用等特點(diǎn)。
文檔編號G09B23/18GK103021238SQ20121052141
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月7日
發(fā)明者馮容士, 趙進(jìn), 李鼎 申請人:山東省遠(yuǎn)大網(wǎng)絡(luò)多媒體股份有限公司