一种基于物联网技术的牛顿第二定律实验系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于物联网技术的牛顿第二定律实验系统，属于物理实验设备技术领域，其包括演示装置、数据采集装置、实验室服务器、Web服务器以及终端；演示装置包括直线轨道、小车、定滑轮、拉绳以及砝码；数据采集装置包括两光电门、拉力检测模块、控制模块、通信模块、供电模块、称重模块、按键模块以及显示模块；实验室服务器通过互联网与数据采集装置的通信模块连接，Web服务器通过互联网与实验室服务器连接，终端通过互联网与Web服务器连接，终端搭载微信客户端；本实用新型专利技术解决了现有牛顿第二定律实验装置不便于学生记录实验数据的问题。

An experimental system of Newton's second law based on Internet of things technology

【技术实现步骤摘要】
一种基于物联网技术的牛顿第二定律实验系统
本技术涉及物理实验设备
，特别涉及一种基于物联网技术的牛顿第二定律实验系统。
技术介绍
牛顿第二定律是中学物理中的经典定律，物理老师讲解牛顿第二定律时，通常都会通过实验来辅助学生理解；传统的牛顿第二定律验证实验是采用打点计时器和纸带来记录小车的运动情况，但是该方式存在误差大以及计算量大的问题；目前，课堂上出现了采用光电门测量小车运动情况的的牛顿第二定律实验装置，但是该实验装置存在不便于学生记录实验数据的问题。
技术实现思路
鉴于以上内容，有必要提供一种基于物联网技术的牛顿第二定律实验系统，用于解决现有牛顿第二定律实验装置不便于学生记录实验数据的问题。为达到上述目的，本技术所采用的技术方案是：一种基于物联网技术的牛顿第二定律实验系统，包括：演示装置，其包括直线轨道、小车、定滑轮、拉绳以及砝码；所述小车滚动地设于所述直线轨道上，所述定滑轮设于所述直线轨道的端部，所述拉绳绕过所述定滑轮，并连接所述砝码；数据采集装置，其包括两光电门、拉力检测模块、控制模块、通信模块、供电模块、称重模块、按键模块以及显示模块；所述两光电门间隔设置在所述直线轨道的一侧，所述拉力检测模块设于所述小车的前端，并与所述拉绳远离所述砝码的一端连接；所述两光电门、所述拉力检测模块、所述通信模块、所述供电模块、所述称重模块、所述按键模块以及所述显示模块均与所述控制模块电性连接；实验室服务器，其通过互联网与所述数据采集装置的通信模块连接；Web服务器，其通过互联网与所述实验室服务器连接；以及终端，其通过互联网与所述Web服务器连接，所述终端搭载微信客户端。优选地，所述控制模块为单片机控制电路，所述单片机的型号为STM32F103。优选地，所述拉力检测模块包括第一压力传感器和第一AD转换芯片，所述第一压力传感器与所述第一AD转换芯片电性连接，所述第一AD转换芯片与所述控制模块电性连接；所述称重模块包括第二压力传感器和第二AD转换芯片，所述第二压力传感器与所述第二AD转换芯片电性连接，所述第二AD转换芯片与所述控制模块电性连接。优选地，所述第一压力传感器和所述第二压力传感器均为电阻应变片式压力传感器，所述第一AD转换芯片和所述第二AD转换芯片的型号均为HX711。优选地，所述显示模块包括用于分别显示称重模块测量数据和拉力检测模块测量数据的两数码管以及用于显示两光电门测量数据及控制模块计算出的小车加速度的液晶显示屏，所述两数码管和所述液晶显示屏均与所述控制模块电性连接。优选地，所述终端为智能手机、平板电脑或者PC电脑。优选地，所述通信模块为ESP8266串口WIFI模块。由于采用上述技术方案，本技术具有以下有益效果：1.本技术的演示装置用于演示牛顿第二定律的运动情况，数据采集装置用于采集实验数据，控制模块通过两光电门分别测量小车经过两光电门时的速度v1、v2，以及时间t1、t2；控制模块根据v1、v2、t1、t2，计算出小车的加速度a(a＝v2-v1/t2-t1)，并将v1、v2以及a发送至显示模块显示，供学生查看；此外，数据采集装置的通信模块与实验室服务器连接，控制模块通过通信模块将实验数据发送至实验室服务器，实验室服务器再将接收到的实验数据转换成数据图表，并将数据图表储存至实验室服务器的数据库内；其中，实验数据包括通过拉力检测模块测量的拉力F，通过称重模块测量的小车质量M，以及由控制模块计算出的加速度a等；实验室服务器与Web服务器网络连接，Web服务器与终端网络连接，终端可以与Web服务器进行信息交互；当学生需要查看实验数据时，学生可通过微信客户端向Web服务器发送数据查看请求，Web服务器则从实验室服务器提取数据图表发送至微信客户端，供学生查看；这样，学生就可以一目了然，掌握F、M以及a之间的相互关系，而且实验数据是直接发送至终端的微信客户端，便于学生记录和保存实验数据，而不需要手动去记录，给学生带来了极大的便利。2.本技术的演示装置在小车与拉绳之间设置有拉力检测模块，可以直接测出小车所受拉力的大小，在平衡小车所受摩擦力的情况下，小车所受的拉力就是小车所受合外力，因此该演示装置区别将砝码重力近似当作小车的合外力，避免拉绳与定滑轮之间的摩擦力对实验的影响，消除了由此产生的系统误差。3.本技术还具有结构简单、使用方便以及开发成本低等诸多优点，能够为学生和教师带来极大的便利，增强学生的学习兴趣和热情，值得推广。附图说明图1是本技术实施例所提供的演示装置和数据采集装置的结构示意图；图2是本技术实施例所提供的牛顿第二定律实验系统的系统框图；图3是本技术实施例所提供的数据采集装置的电路连接示意图；图4是本技术实施例所提供的称重模块的电路原理图；图中主要元件符号说明如下：图中，1-直线轨道、2-小车、3-定滑轮、4-拉绳、5-砝码、6-光电门、7-拉力检测模块、8-控制模块、9-通信模块、10-供电模块、11-称重模块、12-显示模块、13-数码管、14-液晶显示屏、15-按键模块、16-实验室服务器、17-Web服务器、18-终端、19-微信客户端。如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本技术。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制，为了更好地说明本技术的具体实施方式，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸，对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构、部件及其说明可能省略是可以理解的，基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。实施例请参阅图1-3，一种基于物联网技术的牛顿第二定律实验系统，包括演示装置、数据采集装置、实验室服务器16、Web服务器17以及终端18。演示装置包括直线轨道1、小车2、定滑轮3、拉绳4以及砝码5，小车2滚动地设于直线轨道1上，定滑轮3设于直线轨道1的端部，拉绳4绕过定滑轮3，并连接砝码5。数据采集装置包括两光电门6、拉力检测模块7、控制模块8、通信模块9、供电模块10、称重模块11、按键模块15以及显示模块12。两光电门6间隔设置在直线轨道1的一侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于物联网技术的牛顿第二定律实验系统，其特征在于，包括：/n演示装置，其包括直线轨道、小车、定滑轮、拉绳以及砝码；所述小车滚动地设于所述直线轨道上，所述定滑轮设于所述直线轨道的端部，所述拉绳绕过所述定滑轮，并连接所述砝码；/n数据采集装置，其包括两光电门、拉力检测模块、控制模块、通信模块、供电模块、称重模块、按键模块以及显示模块；所述两光电门间隔设置在所述直线轨道的一侧，所述拉力检测模块设于所述小车的前端，并与所述拉绳远离所述砝码的一端连接；所述两光电门、所述拉力检测模块、所述通信模块、所述供电模块、所述称重模块、所述按键模块以及所述显示模块均与所述控制模块电性连接；/n实验室服务器，其通过互联网与所述数据采集装置的通信模块连接；/nWeb服务器，其通过互联网与所述实验室服务器连接；以及/n终端，其通过互联网与所述Web服务器连接，所述终端搭载微信客户端。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于物联网技术的牛顿第二定律实验系统，其特征在于，包括：
演示装置，其包括直线轨道、小车、定滑轮、拉绳以及砝码；所述小车滚动地设于所述直线轨道上，所述定滑轮设于所述直线轨道的端部，所述拉绳绕过所述定滑轮，并连接所述砝码；
数据采集装置，其包括两光电门、拉力检测模块、控制模块、通信模块、供电模块、称重模块、按键模块以及显示模块；所述两光电门间隔设置在所述直线轨道的一侧，所述拉力检测模块设于所述小车的前端，并与所述拉绳远离所述砝码的一端连接；所述两光电门、所述拉力检测模块、所述通信模块、所述供电模块、所述称重模块、所述按键模块以及所述显示模块均与所述控制模块电性连接；
实验室服务器，其通过互联网与所述数据采集装置的通信模块连接；
Web服务器，其通过互联网与所述实验室服务器连接；以及
终端，其通过互联网与所述Web服务器连接，所述终端搭载微信客户端。


2.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的牛顿第二定律实验系统，其特征在于：所述控制模块为单片机控制电路，所述单片机的型号为STM32F103。


3.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的牛顿第二定律实验系统，其特征在于：所述拉力检测模块包括第一压...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞竞彬，刘玉裕，陈雨露，吴颖琳，陈锦怡，刘小兵，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：新型
国别省市：广西;45