一种运动学实验系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种运动学实验系统和方法，该系统包括：设置在运动学实验的实验模块上，用于采集实验模块的运动数据的运动传感器；与运动传感器连接，用于获取运动数据，并将运动数据上传至上位机的无线传输装置；对运动数据进行预设处理的上位机。当实验模块做运动时，通过运动传感器能够实时采集其运动数据，为了尽可能地减少实验误差，采用无线传输装置将运动传感器采集的实验数据发送至上位机，通过上位机即可对运动数据进行处理，进行绘图和关键点的判断以及相关物理量的运算，得出实验结果。可以获得高精度的运动数据，且误差较小，且可以直观地得出实验结果，尤其是通过上位机可以会出运动结果图像，使得物理教学更加直观。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及物理实验设备
，特别是涉及一种运动学实验系统及方法。
技术介绍
物理是一门以实验为基础的学科，物理实验的目的是让学生直观、形象地观察物理现象，深入理解物理规律。在传统的运动学实验教学中，一般使用打点计数器对物体运动进行分析，由于受到器材的限制，往往只能做一些简单的直线运动实验，而且实验数据精度不高，缺乏高精度的参数数据。诸如圆周运动、平抛运动、碰撞运动等实验只能从原理分析讲述，缺乏实验数据，从而使得教学质量不佳。因而，如何提供一种高精度的实验设备，以为物理教学提供高精度的测量数据，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种运动学实验系统及方法，可以为物理教学提供高精度的测量数据，且成本低廉。为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种运动学实验系统，包括：设置在运动学实验的实验模块上，用于采集所述实验模块的运动数据的运动传感器；与所述运动传感器连接，用于获取所述运动数据，并将所述运动数据上传至上位机的无线传输装置；对所述运动数据进行预设处理的所述上位机。优选地，所述运动传感器包括：用于获取所述实验模块的运动数据中的原始三轴加速度和欧拉角的三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计。优选地，所述无线传输装置为：根据所述欧拉角，将所述原始三轴加速度恢复至绝对坐标系下的三轴加速度，并将所述绝对坐标系下的三轴加速度上传至所述上位机的蓝牙模块。优选地，还包括：用于进行匀加速直线运动实验的斜坡实验轨道；与所述斜坡实验轨道平滑连接，用于进行匀速直线运动实验的水平实验轨道；与所述水平实验轨道平滑连接，用于进行圆周运动实验的半圆实验轨道；其中，所述试验模块为与所述斜坡实验轨道、水平实验轨道和半圆实验轨道相匹配的实验车。优选地，所述蓝牙模块为CC2540蓝牙。一种运动学实验方法，包括：采集做运动学实验的实验模块的运动数据；对所述运动数据进行预处理，并将经过预处理的运动数据通过无线传输装置发送至外接上位机；通过所述上位机对所述经过预处理的运动数据进行相应的数据处理，得到对应的实验结果。优选地，所述通过所述上位机对所述经过预处理的运动数据进行相应的数据处理，得到对应的实验结果，包括：通过所述上位机对所述经过预处理的运动数据按照预设的绘图标准，实时绘制所述实验模块的运动轨迹。优选地，所述对所述运动数据进行预处理，包括：根据所述运动数据，计算所述实验模块各运动时刻的急动度、运动加速度和位置坐标；根据所述实验模块在各运动时刻的急动度、运动加速度和位置坐标以及预设的关键点判断算法判断所述实验模块的运动关键点。优选地，所述通过所述上位机对所述经过预处理的运动数据进行相应的数据处理，得到对应的实验结果，还包括：在所述运动学实验结束后，通过所述上位机生成与所述运动学实验相应的物理实验报表，其中，所述物理实验报表包括v-t图、1/2v^2-t动能、gh-t势能图、机械能图和/或μ-t摩擦系数图。与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：本专利技术实施例所提供的运动学实验系统，包括：设置在运动学实验的实验模块上，用于采集实验模块的运动数据的运动传感器；与运动传感器连接，用于获取运动数据，并将运动数据上传至上位机的无线传输装置；对运动数据进行预设处理的上位机。当实验模块做运动时，通过运动传感器能够实时采集其运动数据，为了尽可能地减少实验误差，采用无线传输装置将运动传感器采集的实验数据发送至上位机，通过上位机即可对运动数据进行处理，进行绘图和关键点的判断以及相关物理量的运算，得出实验结果。由于本系统基于电子式的运动传感器，可以获得高精度的运动数据，通过上位机对数据进行处理，减少误差，且可以直观地得出实验结果，尤其是通过上位机可以会出运动结果图像，使得物理教学更加直观。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一种具体实施方式所提供的运动学实验系统结构示意图；图2为本专利技术一种具体实施方式所提供的运动学实验系统的实验机构结构示意图；图3为本专利技术一种具体实施方式所提供的运动学实验方法流程图。具体实施方式本专利技术的核心是提供一种运动学实验系统及方法，可以为物理教学提供高精度的测量数据，且成本低廉。为了使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广。因此本专利技术不受下面公开的具体实施方式的限制。请参考图1，图1为本专利技术一种具体实施方式所提供的运动学实验系统结构示意图。本专利技术的一种具体实施方式提供了一种运动学实验系统，包括：设置在运动学实验的实验模块上，用于采集实验模块的运动数据的运动传感器1；与运动传感器1连接，用于获取运动数据，并将运动数据上传至上位机3的无线传输装置2；对运动数据进行预设处理的上位机3。在本实施方式中，优选运动传感器包括：用于获取实验模块的运动数据中的原始三轴加速度和欧拉角的三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计；无线传输装置为：根据欧拉角，将原始三轴加速度恢复至绝对坐标系下的三轴加速度，并将绝对坐标系下的三轴加速度上传至上位机的蓝牙模块，蓝牙模块进一步优选为CC2540蓝牙。在本实施方式中，上位机主要用于根据获取的运动数据进行运动轨迹的实时绘制，针对不同的运动过程进行相应的数据处理，生成相关的数据报表、绘制相关曲线、显示对应的实验模型交互界面等。当实验模块做运动时，通过运动传感器能够实时采集其运动数据，为了尽可能地减少实验误差，采用无线传输装置将运动传感器采集的实验数据发送至上位机，通过上位机即可对运动数据进行处理，进行绘图和关键点的判断以及相关物理量的运算，得出实验结果。由于本系统基于电子式的运动传感器，可以获得高精度的运动数据，通过上位机对数据进行处理，减少误差，且可以直观地得出实验结果，尤其是通过上位机可以会出运动结果图像，使得物理教学更加直观。请参考图2，图2为本专利技术一种具体实施方式所提供的运动学实验系统的实验机构结构示意图。为了对本专利技术的运动学实验系统进行具体说明，在本专利技术的一种实施方式中，该系统还包括：用于进行匀加速直线运动实验的斜坡实验轨道4；与斜坡实验轨道4平滑连接，用于进行匀速直线运动实验的水平实验轨道5；与水平实验轨道5平滑连接，用于进行圆周运动实验的半圆实验轨道6；其中，试验模块为与斜坡实验轨道4、水平实验轨道5和半圆实验轨道6相匹配的实验车7。在本实施方式中，运动传感器和无线传输装置安装在实验车上。其中，无线传输装置以预设的周期读取运动传感器采集的实验车的运动数据。运动传感器主要采集实验车运动时的原始三轴加速度和欧拉角，无线传输装置对获取的运动数据进行预处理，用运动传感器坐标轴下的原始三轴加速度和欧拉角进行数据融合，从而将原始三轴加速度恢复到绝对坐标系下的三轴加速度，所谓的绝对坐标系即自然坐标系(天东北坐标系)，然后无限传输装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种运动学实验系统，其特征在于，包括：设置在运动学实验的实验模块上，用于采集所述实验模块的运动数据的运动传感器；与所述运动传感器连接，用于获取所述运动数据，并将所述运动数据上传至上位机的无线传输装置；对所述运动数据进行预设处理的所述上位机。

【技术特征摘要】
1.一种运动学实验系统，其特征在于，包括：设置在运动学实验的实验模块上，用于采集所述实验模块的运动数据的运动传感器；与所述运动传感器连接，用于获取所述运动数据，并将所述运动数据上传至上位机的无线传输装置；对所述运动数据进行预设处理的所述上位机。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述运动传感器包括：用于获取所述实验模块的运动数据中的原始三轴加速度和欧拉角的三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述无线传输装置为：根据所述欧拉角，将所述原始三轴加速度恢复至绝对坐标系下的三轴加速度，并将所述绝对坐标系下的三轴加速度上传至所述上位机的蓝牙模块。4.根据权利要求1至3任一项所述的系统，其特征在于，还包括：用于进行匀加速直线运动实验的斜坡实验轨道；与所述斜坡实验轨道平滑连接，用于进行匀速直线运动实验的水平实验轨道；与所述水平实验轨道平滑连接，用于进行圆周运动实验的半圆实验轨道；其中，所述试验模块为与所述斜坡实验轨道、水平实验轨道和半圆实验轨道相匹配的实验车。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述蓝牙模块为CC2540蓝牙。6.一种运动学实验方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王嘉伟，曾超威，钟嘉瑜，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44