本發(fā)明涉及物理教學(xué)儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種物理教學(xué)學(xué)生用壓力演示儀。

背景技術(shù)：

物理學(xué)是研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)最一般規(guī)律和物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的學(xué)科。作為自然科學(xué)的帶頭學(xué)科，物理學(xué)研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物質(zhì)最基本的運(yùn)動(dòng)形式和規(guī)律，因此成為其他各自然科學(xué)學(xué)科的研究基礎(chǔ)。它的理論結(jié)構(gòu)充分地運(yùn)用數(shù)學(xué)作為自己的工作語(yǔ)言，以實(shí)驗(yàn)作為檢驗(yàn)理論正確性的唯一標(biāo)準(zhǔn)，它是當(dāng)今最精密的一門自然科學(xué)學(xué)科。物理學(xué)是一種自然科學(xué)，注重于研究物質(zhì)、能量、空間、時(shí)間，尤其是它們各自的性質(zhì)與彼此之間的相互關(guān)系。物理學(xué)是關(guān)于大自然規(guī)律的知識(shí)；更廣義地說(shuō)，物理學(xué)探索分析大自然所發(fā)生的現(xiàn)象，以了解其規(guī)則。著名物理學(xué)家費(fèi)曼說(shuō)：科學(xué)是一種方法，它教導(dǎo)人們：一些事物是怎樣被了解的，什么事情是已知的，了解到了什么程度，如何對(duì)待疑問(wèn)和不確定性，證據(jù)服從什么法則；如何思考事物，做出判斷，如何區(qū)別真?zhèn)魏捅砻娆F(xiàn)象？著名物理學(xué)家愛(ài)因斯坦說(shuō)：發(fā)展獨(dú)立思考和獨(dú)立判斷的一般能力，應(yīng)當(dāng)始終放在首位，而不應(yīng)當(dāng)把專業(yè)知識(shí)放在首位.如果一個(gè)人掌握了他的學(xué)科的基礎(chǔ)理論，并且學(xué)會(huì)了獨(dú)立思考和工作，他必定會(huì)找到自己的道路，而且比起那種主要以獲得細(xì)節(jié)知識(shí)為其培訓(xùn)內(nèi)容的人來(lái)，他一定會(huì)更好地適應(yīng)進(jìn)步和變化。物理教學(xué)大都會(huì)解釋一些生活現(xiàn)象，這些現(xiàn)象有的很常見(jiàn)，有的不是很常見(jiàn)，老師在授課的過(guò)程中，往往只會(huì)解釋一些理論性的知識(shí)，同學(xué)們還是沒(méi)能很好地理解這些現(xiàn)象發(fā)生的原因，造成課堂教學(xué)效率低，教學(xué)過(guò)程枯燥無(wú)味，在物理教學(xué)中，壓力的教學(xué)比較常見(jiàn)，但是缺少簡(jiǎn)易的裝置來(lái)很好的去解釋壓力的現(xiàn)象。在專利號(hào)為cn201710015304的專利文件中，公開(kāi)了一種物理教學(xué)學(xué)生用壓力演示儀，包括底板，底板的上表面設(shè)置有玻璃u型管，玻璃u型管的左管內(nèi)部設(shè)置有第二活塞，玻璃u型管的右管內(nèi)部設(shè)置有第一活塞，右管的頂部設(shè)置有擋板，玻璃u型管、第一活塞和第二活塞組成的封閉空間內(nèi)填充有液體，第一活塞的上表面與彈簧的下端連接，彈簧的上端設(shè)置有壓力傳感器，壓力傳感器固定在擋板的下底面，本物理教學(xué)學(xué)生用壓力演示儀采用液體傳導(dǎo)受力，精度高，效果好，而且設(shè)置有顯示屏，演示效果直觀，還能自動(dòng)增加或減少砝碼，自動(dòng)化程度高，使用方便，該物理教學(xué)學(xué)生用壓力演示儀，簡(jiǎn)潔的反映出物理中壓力學(xué)的現(xiàn)象，自動(dòng)操作，快捷方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且形象，效果直觀。

上述專利文件中，用液體傳導(dǎo)受力，精度高，效果好，而且設(shè)置有顯示屏，演示效果直觀，還能自動(dòng)增加或減少砝碼，自動(dòng)化程度高，使用方便，該物理教學(xué)學(xué)生用壓力演示儀，簡(jiǎn)潔的反映出物理中壓力學(xué)的現(xiàn)象。但是對(duì)于如何提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作便捷，可實(shí)現(xiàn)可視化，系統(tǒng)傳輸更加高效的物理教學(xué)學(xué)生用壓力演示儀缺少技術(shù)性解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)解決的技術(shù)問(wèn)題

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種物理教學(xué)學(xué)生用壓力演示儀，用于解決如何提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作便捷，可實(shí)現(xiàn)可視化，系統(tǒng)傳輸更加高效的物理教學(xué)學(xué)生用壓力演示儀的問(wèn)題。

(二)技術(shù)方案

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種物理教學(xué)學(xué)生用壓力演示儀，包括安裝座、壓力傳感器和壓板，所述壓力傳感器設(shè)置在所述安裝座上，所述壓板設(shè)置在所述壓力傳感器上，其特征在于：包括移動(dòng)部分、自動(dòng)回位部分、射頻傳輸部分、壓力測(cè)量電路和顯示部分，所述安裝座設(shè)置在所述移動(dòng)部分上，所述自動(dòng)回位部分包括彈簧和伸縮桿，所述彈簧套接在所述伸縮桿上，所述彈簧和伸縮桿均連接所述壓板和安裝座，所述壓力傳感器與所述壓力測(cè)量電路相連，所述壓力測(cè)量電路與cpu相連，所述cpu通過(guò)所述射頻傳輸部分與中央處理器相連，所述中央處理器與所述顯示部分相連。

優(yōu)選的，所述移動(dòng)部分包括液壓升降柱、支撐板和萬(wàn)向滾輪，所述液壓升降柱一端設(shè)置在所述安裝座的底部中心位置，另一端與所述支撐板的中心相連，所述萬(wàn)向滾輪以所述支撐板的圓心為中心點(diǎn)圓形設(shè)置在所述支撐板的底部。

優(yōu)選的，所述射頻傳輸部分的射頻識(shí)別系統(tǒng)包括天線、電子標(biāo)簽和讀寫(xiě)器，讀寫(xiě)器將要發(fā)送的信號(hào)，經(jīng)編碼后加載在某一頻率的載波信號(hào)上經(jīng)天線向外發(fā)送，進(jìn)入讀寫(xiě)器工作區(qū)域的電子標(biāo)簽接收此脈沖信號(hào)，卡內(nèi)芯片中的有關(guān)電路對(duì)此信號(hào)進(jìn)行調(diào)制、解碼、解密，然后對(duì)命令請(qǐng)求、密碼、權(quán)限等進(jìn)行判斷；若為讀命令，控制邏輯電路則從存儲(chǔ)器中讀取有關(guān)信息，經(jīng)加密、編碼、調(diào)制后通過(guò)卡內(nèi)天線再發(fā)送給讀寫(xiě)器，讀寫(xiě)器對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、解碼、解密后送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理；若為修改信息的寫(xiě)命令，有關(guān)控制邏輯引起的內(nèi)部電荷泵提升工作電壓，提供擦寫(xiě)e2prom中的內(nèi)容進(jìn)行改寫(xiě)，若經(jīng)判斷其對(duì)應(yīng)的密碼和權(quán)限不符，則返回出錯(cuò)信息。

優(yōu)選的，所述射頻傳輸部分的mfrc522額外的兩個(gè)引腳i2c和ea分別固定接低電平和高電平；這兩個(gè)引腳不參與spi總線傳輸，只起設(shè)定mfrc522數(shù)字界面采用spi接口的作用；片選信號(hào)保證在寫(xiě)入數(shù)據(jù)流期間為低電平，而在無(wú)數(shù)據(jù)流寫(xiě)入時(shí)則為高電平；mfrc522與stm8af51aa的硬件電路連接，在本系統(tǒng)中這兩者之間的通訊采用的是spi方式。

優(yōu)選的，顯示部分對(duì)led屏進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)，地址和數(shù)據(jù)信號(hào)應(yīng)進(jìn)行鎖存，主控板上分別使用u2、u3和u4鎖存對(duì)led寫(xiě)操作時(shí)的地址和數(shù)據(jù)總線的狀態(tài)；led屏分配首址為0x2000000，當(dāng)對(duì)其進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)，s3c44b0x的ngcsl和nwe腳會(huì)出現(xiàn)可編程控制時(shí)延的有效低電平；ngcsl經(jīng)一個(gè)非門作u2、u3和u4的鎖存使能控制信號(hào)，保證僅在對(duì)led屏訪問(wèn)時(shí)，地址和數(shù)據(jù)總線上的信號(hào)才被鎖存；nwe經(jīng)一個(gè)非門作屏端第一級(jí)列數(shù)據(jù)鎖存器的鎖存使能控制信號(hào)，保證只有當(dāng)刷新數(shù)據(jù)穩(wěn)定出現(xiàn)在列數(shù)據(jù)鎖存其輸入端時(shí)才被鎖存；s3c44b0x的pci0作所有屏端第二級(jí)鎖存器的鎖存使能控制信號(hào)線；s3c44box的pc[3∶0]作16行驅(qū)動(dòng)譯碼器的譯碼輸入。

優(yōu)選的，所述壓力測(cè)量電路的壓力傳感器的輸出模型公式為：

vout＝vb(ps0(1+s1(t-t0))+u0+u1(t-t0))(1)

p＝(vout/vb-u0-u1(t-t0))/(s0(1+s1(t-t0))(2)

式中，vout為電橋輸出，vb是電橋的激勵(lì)電壓，p是外加壓力，t0是參考溫度，s0是t0溫度下的靈敏度，s1是靈敏度的溫度系數(shù)，u0是在無(wú)壓力情況下電橋在溫度t0時(shí)的輸出偏移量，而u1則是偏移量的溫度系數(shù)；公式(1)使用一次多項(xiàng)公式來(lái)對(duì)傳感器進(jìn)行建模，而有些應(yīng)用場(chǎng)合可能會(huì)用到高次多項(xiàng)公式、分段線性技術(shù)或者分段二次逼近模型，并為其中的系數(shù)建立一個(gè)查尋表；無(wú)論使用哪種模型，數(shù)字校準(zhǔn)時(shí)都要對(duì)vout、vb和t進(jìn)行數(shù)字化，同時(shí)要采用某種方公式來(lái)確定全部系數(shù)并進(jìn)行必要的計(jì)算；公式(2)由公式(1)變化所得，從中可清楚地看到，通過(guò)數(shù)字計(jì)算而輸出精確壓力值所需的信息。

(三)有益效果

本發(fā)明設(shè)置移動(dòng)部分即利用液壓升降柱和萬(wàn)向滾輪，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)整高度和移動(dòng)的功能，萬(wàn)向滾輪可用于多個(gè)方向的移動(dòng)，設(shè)置自動(dòng)回位部分，當(dāng)壓板測(cè)量后物體移走之后，由于彈簧的作用力可使得壓板自動(dòng)回位，自動(dòng)回位部分中的伸縮桿可防止彈簧偏斜。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作便捷，可實(shí)現(xiàn)可視化，系統(tǒng)傳輸更加高效具有很強(qiáng)的創(chuàng)造性。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的壓力測(cè)量電路原理圖；

圖3是本發(fā)明的射頻傳輸部分的接口電路圖；

圖中的標(biāo)號(hào)分別代表：

1、安裝座；2、壓力傳感器；3、伸縮桿；4、彈簧；5、液壓升降柱；6、支撐板；7、萬(wàn)向滾輪；8、壓板。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1所示的一種物理教學(xué)學(xué)生用壓力演示儀，包括安裝座、壓力傳感器和壓板，壓力傳感器設(shè)置在安裝座上，壓板設(shè)置在壓力傳感器上，還包括移動(dòng)部分、自動(dòng)回位部分、射頻傳輸部分、壓力測(cè)量電路和顯示部分，安裝座設(shè)置在移動(dòng)部分上，自動(dòng)回位部分包括彈簧和伸縮桿，彈簧套接在伸縮桿上，彈簧和伸縮桿均連接壓板和安裝座，壓力傳感器與壓力測(cè)量電路相連，壓力測(cè)量電路與cpu相連，cpu通過(guò)射頻傳輸部分與中央處理器相連，中央處理器與顯示部分相連。

移動(dòng)部分包括液壓升降柱、支撐板和萬(wàn)向滾輪，液壓升降柱一端設(shè)置在安裝座的底部中心位置，另一端與支撐板的中心相連，萬(wàn)向滾輪以支撐板的圓心為中心點(diǎn)圓形設(shè)置在支撐板的底部。

射頻傳輸部分的射頻識(shí)別系統(tǒng)包括天線、電子標(biāo)簽和讀寫(xiě)器，讀寫(xiě)器將要發(fā)送的信號(hào)，經(jīng)編碼后加載在某一頻率的載波信號(hào)上經(jīng)天線向外發(fā)送，進(jìn)入讀寫(xiě)器工作區(qū)域的電子標(biāo)簽接收此脈沖信號(hào)，卡內(nèi)芯片中的有關(guān)電路對(duì)此信號(hào)進(jìn)行調(diào)制、解碼、解密，然后對(duì)命令請(qǐng)求、密碼、權(quán)限等進(jìn)行判斷；若為讀命令，控制邏輯電路則從存儲(chǔ)器中讀取有關(guān)信息，經(jīng)加密、編碼、調(diào)制后通過(guò)卡內(nèi)天線再發(fā)送給讀寫(xiě)器，讀寫(xiě)器對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、解碼、解密后送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理；若為修改信息的寫(xiě)命令，有關(guān)控制邏輯引起的內(nèi)部電荷泵提升工作電壓，提供擦寫(xiě)e2prom中的內(nèi)容進(jìn)行改寫(xiě)，若經(jīng)判斷其對(duì)應(yīng)的密碼和權(quán)限不符，則返回出錯(cuò)信息。

如圖3所示的射頻傳輸部分的mfrc522額外的兩個(gè)引腳i2c和ea分別固定接低電平和高電平；這兩個(gè)引腳不參與spi總線傳輸，只起設(shè)定mfrc522數(shù)字界面采用spi接口的作用；片選信號(hào)保證在寫(xiě)入數(shù)據(jù)流期間為低電平，而在無(wú)數(shù)據(jù)流寫(xiě)入時(shí)則為高電平；mfrc522與stm8af51aa的硬件電路連接，在本系統(tǒng)中這兩者之間的通訊采用的是spi方式。

顯示部分對(duì)led屏進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)，地址和數(shù)據(jù)信號(hào)應(yīng)進(jìn)行鎖存，主控板上分別使用u2、u3和u4鎖存對(duì)led寫(xiě)操作時(shí)的地址和數(shù)據(jù)總線的狀態(tài)；led屏分配首址為0x2000000，當(dāng)對(duì)其進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)，s3c44b0x的ngcsl和nwe腳會(huì)出現(xiàn)可編程控制時(shí)延的有效低電平；ngcsl經(jīng)一個(gè)非門作u2、u3和u4的鎖存使能控制信號(hào)，保證僅在對(duì)led屏訪問(wèn)時(shí)，地址和數(shù)據(jù)總線上的信號(hào)才被鎖存；nwe經(jīng)一個(gè)非門作屏端第一級(jí)列數(shù)據(jù)鎖存器的鎖存使能控制信號(hào)，保證只有當(dāng)刷新數(shù)據(jù)穩(wěn)定出現(xiàn)在列數(shù)據(jù)鎖存其輸入端時(shí)才被鎖存；s3c44b0x的pci0作所有屏端第二級(jí)鎖存器的鎖存使能控制信號(hào)線；s3c44box的pc[3∶0]作16行驅(qū)動(dòng)譯碼器的譯碼輸入。

如圖2所示的壓力測(cè)量電路的壓力傳感器的輸出模型公式為：

vout＝vb(ps0(1+s1(t-t0))+u0+u1(t-t0))(1)

p＝(vout/vb-u0-u1(t-t0))/(s0(1+s1(t-t0))(2)

式中，vout為電橋輸出，vb是電橋的激勵(lì)電壓，p是外加壓力，t0是參考溫度，s0是t0溫度下的靈敏度，s1是靈敏度的溫度系數(shù)，u0是在無(wú)壓力情況下電橋在溫度t0時(shí)的輸出偏移量，而u1則是偏移量的溫度系數(shù)；公式(1)使用一次多項(xiàng)公式來(lái)對(duì)傳感器進(jìn)行建模，而有些應(yīng)用場(chǎng)合可能會(huì)用到高次多項(xiàng)公式、分段線性技術(shù)或者分段二次逼近模型，并為其中的系數(shù)建立一個(gè)查尋表；無(wú)論使用哪種模型，數(shù)字校準(zhǔn)時(shí)都要對(duì)vout、vb和t進(jìn)行數(shù)字化，同時(shí)要采用某種方公式來(lái)確定全部系數(shù)并進(jìn)行必要的計(jì)算；公式(2)由公式(1)變化所得，從中可清楚地看到，通過(guò)數(shù)字計(jì)算而輸出精確壓力值所需的信息。

本發(fā)明設(shè)置移動(dòng)部分即利用液壓升降柱和萬(wàn)向滾輪，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)整高度和移動(dòng)的功能，萬(wàn)向滾輪可用于多個(gè)方向的移動(dòng)，設(shè)置自動(dòng)回位部分，當(dāng)壓板測(cè)量后物體移走之后，由于彈簧的作用力可使得壓板自動(dòng)回位，自動(dòng)回位部分中的伸縮桿可防止彈簧偏斜。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作便捷，可實(shí)現(xiàn)可視化，系統(tǒng)傳輸更加高效具有很強(qiáng)的創(chuàng)造性。

需要說(shuō)明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開(kāi)來(lái)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。