[发明专利]能自识别运动方向及距离的数字化小车轨道系统及其测量方法

说明书

本发明公开了一种能自识别运动方向及距离的数字化小车轨道系统及其测量方法，属于物理教具技术领域。本发明包括轨道和设置在轨道上的运动小车，所述运动小车内设有MCU处理器、反射式光电传感器、电源模块和无线通信模块；所述反射式光电传感器、电源模块和无线通信模块均与MCU处理器相连；所述轨道上设有与运动小车车轮间距相等的两个导向槽，所述轨道之间设有两路相位差为90度的黑白光栅条。本发明基于光电方式，不改变传统实验方式的情况下，采用无接触方式测量出了小车的运动方向及距离，适用于探究匀速直线运动规律，探究加速度与力、质量的关系，小车碰撞等各种实验。

技术领域

本发明涉及能自识别运动方向及距离的数字化小车轨道系统及其测量方法，属于物理教具技术领域。

背景技术

研究小车运动规律是非常重要的高中基础物理实验，物理实验教学是高中物理教学的重要环节之一,也是教师最常使用的教学方法之一.长期的物理教学实践证明,理论与实验相结合的教学方式对高中物理教学作用显著,在促进学生对物理概念的理解和激发学生学习兴趣方面必不可少。

目前使用的探索运动规律等实验主要存在以下不足：（1）采用打点计时器或者外接的位移传感器测试位移等信息组装麻烦，不易操作，对小车运动本身存在额外受力。（2）实验数据测量计算复杂，需要单独针对实验进行测量并计算实验结果。（3）对于涉及到碰撞实验等测试麻烦，不能判断小车运行方向。（4）实验结果不能上传到计算机等显示终端，不能进行数字化教学。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提供一种能自识别运动方向及距离的数字化小车轨道系统，操作简单方便、结构合理、实验结果直观明了。

本发明的另一个目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提供一种能自识别运动方向及距离的数字化小车轨道系统的测量方法。

为了达到以上目的，本发明的具体技术方案如下：

本发明一种能自识别运动方向及距离的数字化小车轨道系统，包括轨道和设置在轨道上的运动小车，所述运动小车内设有MCU处理器、反射式光电传感器、电源模块和无线通信模块；所述反射式光电传感器、电源模块和无线通信模块均与MCU处理器相连；所述轨道上设有与运动小车车轮间距相等的两个导向槽，所述轨道之间设有两路相位差为90度的黑白光栅条。

进一步地，所述运动小车包括相连的车体和车盖，所述MCU处理器、电源模块和无线通信模块均设置在车体和车盖之间，所述反射式光电传感器设置在车体的底部。

进一步地，所述MCU处理器和无线通信模块集成在电路板上。

进一步地，所述反射式光电传感器有两个，分别为第一反射式光电传感器和第二反射式光电传感器，所述轨道之间设有两路黑白光栅条，分别为第一路黑白光栅条和第二路黑白光栅条，所述第一反射式光电传感器对应第一路黑白光栅条，所述第二反射式光电传感器对应第二路黑白光栅条。

进一步地，还包括与无线通信模块相连的带显示功能的终端设备。

进一步地，所述带显示功能的终端设备包括PC机、平板电脑、笔记本、手机、投影仪和智能手表。

能自识别运动方向及距离的数字化小车轨道系统的测量方法，包括如下步骤：

步骤一、小车运行方向的判定；

当小车正向行驶时，光电传感器输出的A相信号超前B相（A相上升沿时，B相低电平，以此来判断出小车正向行驶；当反向行驶时，光电传感器输出的A相信号滞后B相，A相上升沿时，B相高电平，以此来判断出小车反向行驶，MCU处理器以此来识别小车的运动方向；

步骤二、求取小车的速度；