JustAPendulum: Нээлттэй эх сурвалжтай дижитал дүүжин: 13 алхам

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:04

JustAPendulum бол дэлхийн таталцлын хурдатгалыг (~ 9, 81 м/с²) олохын тулд хэлбэлзлийн үеийг хэмжиж, тооцдог Arduino-д суурилсан нээлттэй эх үүсвэртэй дүүжин юм. Энэ нь гар хийцийн Arduino UNO-ийг агуулдаг бөгөөд энэ нь USB-ээс цуваа адаптер ашиглан компьютертайгаа харилцдаг. JustAPendulum нь маш нарийвчлалтай бөгөөд хамтрагчтай (Visual Basic. NET дээр бичигдсэн) бөгөөд бодит цаг хугацаанд массын байрлал, хүснэгт, графикийг өмнөх бүх арга хэмжээг харуулах болно. Бүрэн лазер хайчлах, гар хийцийн хувьд хэрэглэхэд тун хялбар: товчлуур дарахад л масс унахад самбар бүх зүйлийг тооцоолох болно. Физикийн хичээлийн шалгалтанд хамгийн тохиромжтой!

Төслийн үндсэн хуудас: marcocipriani01.github.io/projects/JustAPendulum

Үүнийг өөрөө хөтөч болгох

YouTube видео

Алхам 1: Үүний цаад физик

Эдгээр нь JustAPendulum -д ашигласан бүх томъёо юм. Би тэдгээрийг үзүүлэхгүй, гэхдээ хэрэв та сонирхож байвал энэ мэдээллийг физикийн ном бүрээс олоход хялбар байдаг. Дэлхийн таталцлын хурдатгалыг тооцоолохын тулд савлуур нь хэлбэлзлийн хугацааг (T) хэмжиж, дараах томъёог ашиглан (g) тооцоолно.

ба хурдатгалын үнэмлэхүй алдааг тооцоолохын тулд:

l - дүүжин утасны урт. Энэ параметрийг Companion програмаас тохируулах ёстой (доороос үзнэ үү). 0.01м бол уртыг хэмжих алдаа юм (захирагчийн мэдрэх чадварыг 1 см гэж үздэг), 0.001s бол Ардуиногийн цагны нарийвчлал юм.

Алхам 2: Галилео Галилей ба энэ томъёо

Энэхүү томъёог анх 1602 онд Галилео Галилей нээсэн бөгөөд дүүжин савны тогтмол хөдөлгөөнийг судалж, 1930 он хүртэл кварцын осцилляторыг зохион бүтээх хүртэл дүүжлүүрийг хамгийн нарийвчлалтай хэмжих машин болгон баталж, дараа нь Дэлхийн 2 -р дайны дараа атомын цагийг олж байжээ. Галилеогийн оюутнуудын нэгний ярьснаар Галилео Пизад болсон нэгэн цуглаанд оролцож байхдаа салхинд хийссэн сүмийн лааны суурь бага зэрэг хөдөлж байгааг анзаарчээ. Тэр лааны суурьны хөдөлгөөнийг харсаар байгаад салхи сэвэлзэж, дүүжингээр нааш цааш явах зай богиноссон ч лааны суурь чичиргээ хийхэд шаардагдах хугацаа тогтмол хэвээр байх шиг байгааг анзаарав. Тэрээр лааны суурьны эргэлтийг бугуйныхаа лугшилтыг тогтмол цохих замаар хэмжиж, өөрийнхөө зөв байсныг ойлгосон: холын зайнаас үл хамааран явсан хугацаа үргэлж ижил байдаг. Илүү их хэмжилт, судалгаа хийсний дараа тэр үүнийг олж мэдэв

Өмнөх тэгшитгэлийн адил хоёр удаа π нь пропорциональ илэрхийлэлийг жинхэнэ тэгшитгэл болгон хувиргадаг боловч үүнд Галилейд байгаагүй математикийн стратеги орно.

Алхам 3: Хэрэглээ

Дижитал дүүжин мэдрэгчийг ашиглахаасаа өмнө тохируулга хийж, утасны уртыг тохируулах шаардлагатайг анхаарна уу. JustAPendulum -ийг дүүжингийн доор байрлуулна уу (хамгийн багадаа 1м өндөр байхыг зөвлөж байна), хэлбэлзэл хийх үед масс нь бүх гурван мэдрэгчийг халхалж байгаа эсэхийг шалгаарай. Гэрэл багатай нөхцөлд мэдрэгч илүү сайн ажилладаг тул гэрлээ унтраа. Самбарыг асаана уу. "Бэлэн" дэлгэц гарч ирнэ. Энд цэсийн бүтэц байна:

• Зүүн товчлуур: хэмжилтийг эхлүүлэхийн тулд бөмбөгийг баруун тийш нь тавиад товчлуурыг дарна уу. Arduino бөмбөгний байрлалыг автоматаар илрүүлж эхэлдэг.

  • "Эхлээд… o.p.: x ms" гарч ирнэ

    • Зүүн талд: таталцлын хурдатгалыг тооцоолох
    • Баруун талд: үндсэн дэлгэц рүү буцах

• Баруун товчлуур: тохиргоог харуулах

  • Зөв: тийм ээ
  • Зүүн талд: үгүй

Алхам 4: Хамтрагч

JustAPendulum-ийн хамтрагч нь Visual Basic. NET (Visual Studio 2015-д бичигдсэн) програм бөгөөд хэрэглэгчид дүүжин компьютерээс бодит цаг хугацаанд хянах боломжийг олгодог. Энэ нь хамгийн сүүлийн утга, алдааг харуулдаг, өнгөрсөн арга хэмжээг харуулах хүснэгт, график, мэдрэгчийг тохируулах, утасны уртыг тохируулах хэрэгслүүдтэй. Түүхийг Excel руу экспортлох боломжтой.

Эндээс татаж авна уу

Алхам 5: Мэдрэгчийг тохируулах

Нарийвчилсан таб руу очоод "ADC дэлгэц" -ийг асаагаад бөмбөгний байрлалаас хамааран дэлгэц дээрх утгууд хэрхэн өөрчлөгдөж байгааг ажиглаарай. Зөвшөөрөгдөх босгыг олж мэдэхийг хичээгээрэй: энэ нь детекторуудын хооронд масс байхгүй болно гэсэн үг бөгөөд үүнээс дээш жин нь тэдгээрийн хооронд өнгөрч байгааг илтгэнэ. Хэрэв утга өөрчлөгдөхгүй бол өрөөнд хэт их гэрэл байгаа тул чийдэнгээ унтраа. Дараа нь "Гараар тохируулах" товчийг дарна уу. Текст хайрцагт шийдсэн босгыг бичээд enter дарна уу.

Алхам 6: Утасны уртыг өөрчлөх

Утасны уртыг тохируулахын тулд "Утасны урт" товчийг дарж утгыг оруулна уу. Дараа нь хэмжилтийн алдааг тохируулна уу: хэрэв та соронзон хальсны хэмжүүрээр хэмжсэн бол мэдрэмж нь 1 мм байх ёстой. Бүх утгууд ATmega328P микроконтроллерийн санах ойд хадгалагдах болно.

Алхам 7: Лазер хайчлах хайрцаг

Энэхүү бүтцийг фанераас (4 мм зузаантай) лазер хайчлах машинаар хайчилж, дараа нь угсарч, эд ангиудыг хавтан дээр тавьж, хадаас, винил цавуугаар засаарай. Энэ хуудасны доод хэсэгт байгаа DXF/DWG файлуудыг татаж аваарай (AutoCAD 2016 -т зориулагдсан).

Алхам 8: Бүтэц

Хэрэв танд дүүжин байхгүй бол та энэ жишээнээс эхлэн өөрөө хийж болно (энэ бол миний хийсэн яг хуулбар юм). 27, 5 · 16 · 1 см хэмжээтэй фанер, 5 · 27, 5 · 2 см -ийн зүү, саваа байхад хангалттай. Дараа нь бөгж, загас барих утас, бөмбөг ашиглан дүүжин савыг бөглөнө үү.

AutoCAD төсөл

Алхам 9: Масс

Надад төмрийн масс байгаагүй (мэдээж илүү дээр байх болно), тиймээс би 3D принтерээр бөмбөг хийж, утсан дээр дүүжлэх бөгж нэмэв. Илүү хүнд, нимгэн (дүүжин цагийг үзнэ үү: масс нь агаарт үрэлт өгөхгүйн тулд хавтгай хэлбэртэй байдаг) урт байх тусам хэлбэлзэх болно.

3D бөмбөг татаж авах

Алхам 10: ПХБ

Энэ бол зөвхөн хямд үнээр гар хийцийн ПХБ хийх хамгийн хямд арга юм.

• Лазер принтер (600 dpi ба түүнээс дээш)
• Гэрэл зургийн цаас
• Хоосон хэлхээний самбар
• Муриатын хүчил (> 10% HCl)
• Устөрөгчийн хэт исэл (10% -ийн уусмал)
• Хувцасны төмөр
• Ацетон
• Ган ноос
• Хамгаалалтын нүдний шил, бээлий
• Натрийн бикарбонат
• Уксус
• Цаасан алчуур

Эхний алхам бол хоосон ПХБ -ийг ган ноос, усаар цэвэрлэх явдал юм. Хэрэв зэс бага зэрэг исэлдсэн мэт харагдаж байвал өмнө нь цуутай усаар угаах хэрэгтэй. Дараа нь зэсийн талыг ацетонд дэвтээсэн цаасан алчуураар арчиж, үлдсэн шороог зайлуулна. Самбарын хэсэг бүрийг нарийвчлан цэвэрлээрэй. Зэс рүү гараараа хүрч болохгүй!

Энэ хуудасны доод хэсэгт байгаа PCB.pdf файлыг лазер принтер ашиглан хэвлээд хуруугаараа бүү хүрээрэй. Үүнийг хайчилж, зургийг зэс талаас нь тэгшлээд, хувцас төмрөөр (халуун байх ёстой, гэхдээ уургүй байх ёстой) таван минут орчим дарна уу. Үүнийг бүх цаасаар хөргөөд дараа нь усан дор маш удаан, болгоомжтой гаргаж аваарай. Хэрэв зэс дээр хор байхгүй бол процедурыг давтана уу. Алга болсон зарим холболтыг засахын тулд жижиг байнгын тэмдэглэгээг ашиглана уу.

ПХБ -ийг сийлбэрлэхийн тулд хүчил хэрэглэх цаг болжээ. Хуванцар хайрцагт гурван шил муриатын хүчил, нэг устөрөгчийн хэт исэл хийнэ; Та мөн илүү хүчтэй сийлбэр хийхийн тулд тэнцүү хэмжээгээр оролдож болно. ПХБ -ийг уусмалд хийж (гар, нүдэндээ анхаарлаа хандуулаад) арав орчим минут хүлээнэ үү. Сийлбэр хийж дуусмагц хавтанг уусмалаас гаргаж аваад усан дор угаана. Уусмалыг саармагжуулахын тулд хоёр халбага натрийн бикарбонатыг хүчил рүү хийж, угаалгын өрөөнд хаяна (эсвэл хог хаягдал цуглуулах төв рүү аваачина).

Алхам 11: Электроник

Шаардлагатай эд ангиуд:

• ATMEGA328P MCU
• 2х22 pF конденсатор
• 3x 100 uF конденсатор
• 2x 1N4148 диод
• 7805TV хүчдэлийн зохицуулагч
• 6х 10К эсэргүүцэл
• 2х 220R эсэргүүцэл
• 16 МГц болор осциллятор
• Зүү толгойнууд
• USB-цуваа адаптер
• 940nm хажуугийн хэт улаан туяаны ялгаруулагч ба IR мэдрэгч (би үүнийг Sparkfun-аас худалдаж авсан)
• 9В батерей ба зай эзэмшигч
• 16x2 хэмжээтэй LCD дэлгэцтэй
• 2 товчлуур
• Потенциометр ба триммер
• Утас, утас, утас

Та бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг худалдаж аваад цуглуулсны дараа гагнуурыг сонгоод бүгдийг нь гагнана уу! Дараа нь хайрцган дахь ПХБ-ийг засаж, бүх утсыг LCD, USB-ээс цуваа адаптер, потенциометр ба шүргэгч рүү холбоно уу (дэлгэцийн тод байдал ба тод байдлыг тодруулах зорилгоор). Өмнөх алхам дээрх ПХБ -ийн загвар, энэ хуудасны доод хэсэгт байгаа Eagle CAD файлуудыг үзээд бүх эд анги, утсыг зөв байрлуулна уу.

Eagle CAD төсөл

Алхам 12: Мэдрэгч

Зураг дээр үзүүлсэн шиг мэдрэгчүүдийг нэмж, тагийг нь таглаж, хамгаалахын тулд хэдэн таг хий (би эргэдэг багаж ашиглан модны сийлбэрээс сийлсэн). Дараа нь тэдгээрийг үндсэн самбар дээр холбоно уу.

Алхам 13: Та бэлэн байна

Үүнийг ашиглаж эхлээрэй! Зугаацаарай!