本實(shí)用新型涉及教具領(lǐng)域，具體的說是一種小球運(yùn)動狀態(tài)顯示實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

小球在力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，小球經(jīng)常被用來做牛頓運(yùn)動定律、動量定理、能量守恒、擺等各種實(shí)驗(yàn)。在這些實(shí)驗(yàn)中，小球狀態(tài)的觀察和記錄非常復(fù)雜但關(guān)鍵的步驟?，F(xiàn)有技術(shù)中，使用高速相機(jī)記錄運(yùn)動過程并分析，成本高、效率低且捕獲的運(yùn)動狀態(tài)分析困難。通過固定軌道和傳感器分析又因?yàn)檫m用范圍窄，占地范圍以及成本較高等缺陷難以被推廣使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本實(shí)用新型提供了一種小球運(yùn)動狀態(tài)顯示實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取方便、精確，可以實(shí)時通過顯示器進(jìn)行查看和操作，并且可在大量的不同類型實(shí)驗(yàn)中靈活運(yùn)用。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種小球運(yùn)動狀態(tài)顯示實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括用于進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并作為外殼為內(nèi)部組成提供支撐和緩沖保護(hù)的球體、用于檢測小球運(yùn)動狀態(tài)的三軸加速度傳感器、用于實(shí)時發(fā)送小球運(yùn)動狀態(tài)的無線發(fā)送模塊、用于讀取及分析三軸加速度傳感器測量的數(shù)據(jù)生成運(yùn)動狀態(tài)信息并發(fā)送給無線發(fā)送模塊的單片機(jī)、用于控制設(shè)備打開機(jī)及關(guān)閉的開關(guān)、用于將速度清零的清零按鈕、用于提供電源的電池和用于顯示小球運(yùn)動狀態(tài)的顯示器；所述的三軸加速度傳感器、無線發(fā)送模塊、單片機(jī)和電池設(shè)置在所述的球體的內(nèi)部；所述的開關(guān)和清零按鈕安裝在球體表面；三軸加速度傳感器和無線發(fā)送模塊分別通過導(dǎo)線與單片機(jī)相連接；清零按鈕通過導(dǎo)線與單片機(jī)相連接；三軸加速度傳感器、無線發(fā)送模塊和單片機(jī)分別通過開關(guān)與所述的電池相連接；

所述的顯示器所述的顯示器包括顯示器殼體、用于顯示速度信息和加速度信息以及速度隨時間變化曲線或加速度隨時間變化曲線的液晶顯示屏、用于打開或關(guān)閉顯示器的顯示器開關(guān)、用于切換顯示速度隨時間變化曲線或加速度隨時間變化曲線的顯示模式設(shè)定按鈕、用于鎖定或解除鎖定生成曲線的數(shù)據(jù)的圖像鎖定按鈕、用于調(diào)整速度顯示或加速度顯示的分度值的圖像縱軸方向分度值調(diào)整旋鈕、用于調(diào)整時間分度值的圖像橫軸方向分度值調(diào)整旋鈕、用于水平方向平移曲線的圖像橫軸方向平移旋鈕(48)、用于接收單片機(jī)通過無線發(fā)送模塊發(fā)送來的速度及加速度數(shù)據(jù)的無線接收模塊、用于為液晶顯示屏提供電源以及檢測顯示器上的所有按鈕及旋鈕并分析無線接收模塊接收到的數(shù)據(jù)并控制液晶顯示屏進(jìn)行顯示的顯示器控制電路；所述的顯示器殼體呈長方體結(jié)構(gòu)；所述的液晶顯示屏設(shè)置在顯示器殼體的前表面左部；所述的顯示器開關(guān)、顯示模式設(shè)定按鈕、圖像鎖定按鈕從下至上依次安裝在顯示器殼體前表面中部；所述的圖像縱軸方向分度值調(diào)整旋鈕、圖像橫軸方向分度值調(diào)整旋鈕、圖像橫軸方向平移旋鈕從下至上依次安裝在顯示器殼體前表面右部；所述的無線接收模塊和顯示器控制電路安裝在顯示器殼體的內(nèi)部；所述的液晶顯示屏、顯示器開關(guān)、顯示模式設(shè)定按鈕、圖像鎖定按鈕、圖像縱軸方向分度值調(diào)整旋鈕、圖像橫軸方向分度值調(diào)整旋鈕、圖像橫軸方向平移旋鈕、無線接收模塊分別通過導(dǎo)線與所述的顯示器控制電路相連接。

優(yōu)選地，所述的球體包括殼體、上蓋、空腔和彈性填充物；所述的殼體呈球缺狀殼體結(jié)構(gòu)；所述的上蓋呈球缺狀，與殼體互補(bǔ)成一個完整球體；上蓋的體積小于殼體的體積；上蓋安裝在殼體的上方；所述的空腔呈上方開口的圓柱體殼狀結(jié)構(gòu)，空腔設(shè)置在殼體的上部；所述的彈性填充物設(shè)置在殼體與空腔之間；所述的三軸加速度傳感器、無線發(fā)送模塊、單片機(jī)和電池固定地安裝在空腔內(nèi)；殼體兩側(cè)均設(shè)置有一個圓柱形凹陷(111)；所述的開關(guān)和清零按鈕分別固定地安裝在左右兩側(cè)的凹陷(111)中。

優(yōu)選地，所述的單片機(jī)為stm32f103單片機(jī)；所述的三軸加速度傳感器為MPU6050模塊；所述的無線發(fā)送模塊為2.4GHz發(fā)射模塊；所述的無線接收模塊為2.4GHz接收模塊。

優(yōu)選地，所述的殼體、上蓋和空腔由金屬材質(zhì)構(gòu)成；所述的彈性填充物由硅膠材質(zhì)構(gòu)成。

優(yōu)選地，所述的殼體和上蓋通過螺紋相連接。

優(yōu)選地，所述的上蓋，頂部還設(shè)置有一個用于串繩子做擺運(yùn)動實(shí)驗(yàn)的環(huán)形孔。

優(yōu)選地，所述的電池為紐扣電池。

優(yōu)選地，所述的開關(guān)為自鎖開關(guān)；所述的清零按鈕為鍋?zhàn)衅粹o。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型的一種小球運(yùn)動狀態(tài)顯示實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取方便、精確、可以實(shí)時通過具有藍(lán)牙功能的設(shè)備進(jìn)行查看和操作，并且可在大量的不同類型實(shí)驗(yàn)中靈活運(yùn)用。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的球體立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型的顯示器立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型的球體剖視圖；

圖中：球體(1)、開關(guān)(2)、清零按鈕(3)、顯示器(4)、殼體(11)、上蓋(12)、空腔(13)、彈性填充物(14)、螺紋(15)、環(huán)形孔(16)、凹陷(111)、顯示器殼體(41)、液晶顯示屏(42)、顯示器開關(guān)(43)、顯示模式設(shè)定按鈕(44)、圖像鎖定按鈕(45)、圖像縱軸方向分度值調(diào)整旋鈕(46)、圖像橫軸方向分度值調(diào)整旋鈕(47)、圖像橫軸方向平移旋鈕(48)。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。

實(shí)施例1

如圖1、圖2，本實(shí)施例的一種小球運(yùn)動狀態(tài)顯示實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括用于進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并作為外殼為內(nèi)部組成提供支撐和緩沖保護(hù)的球體1、用于檢測小球運(yùn)動狀態(tài)的三軸加速度傳感器、用于實(shí)時發(fā)送小球運(yùn)動狀態(tài)的無線發(fā)送模塊、用于讀取及分析三軸加速度傳感器測量的數(shù)據(jù)生成運(yùn)動狀態(tài)信息并發(fā)送給無線發(fā)送模塊的單片機(jī)、用于控制設(shè)備打開機(jī)及關(guān)閉的開關(guān)2、用于將速度清零的清零按鈕3、用于提供電源的電池和用于顯示小球運(yùn)動狀態(tài)的顯示器4；所述的三軸加速度傳感器、無線發(fā)送模塊、單片機(jī)和電池設(shè)置在所述的球體1的內(nèi)部；所述的開關(guān)2和清零按鈕3安裝在球體1表面；三軸加速度傳感器和無線發(fā)送模塊分別通過導(dǎo)線與單片機(jī)相連接；清零按鈕3通過導(dǎo)線與單片機(jī)相連接；三軸加速度傳感器、無線發(fā)送模塊和單片機(jī)分別通過開關(guān)2與所述的電池相連接；

所述的顯示器4所述的顯示器4包括顯示器殼體41、用于顯示速度信息和加速度信息以及速度隨時間變化曲線或加速度隨時間變化曲線的液晶顯示屏42、用于打開或關(guān)閉顯示器的顯示器開關(guān)43、用于切換顯示速度隨時間變化曲線或加速度隨時間變化曲線的顯示模式設(shè)定按鈕44、用于鎖定或解除鎖定生成曲線的數(shù)據(jù)的圖像鎖定按鈕45、用于調(diào)整速度顯示或加速度顯示的分度值的圖像縱軸方向分度值調(diào)整旋鈕46、用于調(diào)整時間分度值的圖像橫軸方向分度值調(diào)整旋鈕47、用于水平方向平移曲線的圖像橫軸方向平移旋鈕48、用于接收單片機(jī)通過無線發(fā)送模塊發(fā)送來的速度及加速度數(shù)據(jù)的無線接收模塊、用于為液晶顯示屏42提供電源以及檢測顯示器4上的所有按鈕及旋鈕并分析無線接收模塊接收到的數(shù)據(jù)并控制液晶顯示屏42進(jìn)行顯示的顯示器控制電路；所述的顯示器殼體41呈長方體結(jié)構(gòu)；所述的液晶顯示屏42設(shè)置在顯示器殼體41的前表面左部；所述的顯示器開關(guān)43、顯示模式設(shè)定按鈕44、圖像鎖定按鈕45從下至上依次安裝在顯示器殼體41前表面中部；所述的圖像縱軸方向分度值調(diào)整旋鈕46、圖像橫軸方向分度值調(diào)整旋鈕47、圖像橫軸方向平移旋鈕48從下至上依次安裝在顯示器殼體41前表面右部；所述的無線接收模塊和顯示器控制電路安裝在顯示器殼體41的內(nèi)部；所述的液晶顯示屏42、顯示器開關(guān)43、顯示模式設(shè)定按鈕44、圖像鎖定按鈕45、圖像縱軸方向分度值調(diào)整旋鈕46、圖像橫軸方向分度值調(diào)整旋鈕47、圖像橫軸方向平移旋鈕48、無線接收模塊分別通過導(dǎo)線與所述的顯示器控制電路相連接。

所述的球體1包括殼體11、上蓋12、空腔13和彈性填充物14；所述的殼體11呈球缺狀殼體結(jié)構(gòu)；所述的上蓋12呈球缺狀，與殼體11互補(bǔ)成一個完整球體；上蓋12的體積小于殼體11的體積；上蓋12安裝在殼體11的上方；所述的空腔13呈上方開口的圓柱體殼狀結(jié)構(gòu)，空腔13設(shè)置在殼體11的上部；所述的彈性填充物14設(shè)置在殼體11與空腔13之間；所述的三軸加速度傳感器、無線發(fā)送模塊、單片機(jī)和電池固定地安裝在空腔13內(nèi)；殼體11兩側(cè)均設(shè)置有一個圓柱形凹陷111；所述的開關(guān)2和清零按鈕3分別固定地安裝在左右兩側(cè)的凹陷111中。

所述的單片機(jī)為stm32f103單片機(jī)；所述的三軸加速度傳感器為MPU6050模塊；所述的無線發(fā)送模塊為2.4GHz發(fā)射模塊；所述的無線接收模塊為2.4GHz接收模塊。

所述的殼體11、上蓋12和空腔13由金屬材質(zhì)構(gòu)成；所述的彈性填充物14由硅膠材質(zhì)構(gòu)成。

所述的殼體11和上蓋12通過螺紋15相連接。

所述的上蓋12，頂部還設(shè)置有一個用于串繩子做擺運(yùn)動實(shí)驗(yàn)的環(huán)形孔16。

所述的電池為紐扣電池。

所述的開關(guān)2為自鎖開關(guān)；所述的清零按鈕3為鍋?zhàn)衅粹o。

在使用時的工作過程：

①用戶打開顯示器開關(guān)43，按下開關(guān)2，顯示器和小球自動連接，小球開始工作；

②用戶按下清零按鈕3，開始實(shí)驗(yàn)，單片機(jī)將三個方向的初速度均清零；

③單片機(jī)通過SPI總線向三軸加速度傳感器發(fā)送運(yùn)動狀態(tài)獲取請求；

④三軸加速傳感器測量小球運(yùn)動狀態(tài)，并將其中的三個直線方向的加速度發(fā)送到SPI總線；

⑤單片機(jī)讀取三個加速度值，分別通過積分得到三個方向上的當(dāng)前速度Vx、Vy、Vz，將三個方向的速度分別進(jìn)行平方再相加，將結(jié)果開方得到速度V；

⑥單片機(jī)將三個加速度值以及Vx、Vy、Vz、V供7個參數(shù)通過無線發(fā)送模塊發(fā)送給顯示器4；

⑦用戶在顯示器4上通過顯示模式設(shè)定按鈕44在以下兩種顯示模式中切換：速度曲線、加速度曲線；

⑧顯示器4接收到小球發(fā)送來的信息后顯示器控制電路對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并根據(jù)用戶設(shè)定的顯示模式在液晶顯示屏42上顯示出來；

⑨在得到比較理想的曲線后，用戶按下圖像鎖定按鈕45，曲線生成所需的數(shù)據(jù)不再更新，再次按下圖像鎖定按鈕45后，鎖定解除；

⑩用戶通過圖像縱軸方向分度值調(diào)整旋鈕46、圖像橫軸方向分度值調(diào)整旋鈕47、圖像橫軸方向平移旋鈕48調(diào)整曲線圖，并觀察曲線進(jìn)行分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。。

以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施方式和說明書中的描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。