一种安培力教学演示系统及装置

1.本发明涉及安培力教学演示技术领域，具体为一种安培力教学演示系统及装置。


背景技术：

2.目前的安培力测量仪器以拉力传感器和电子天平为主，大多利用牛顿第三定律的原理测量出安培力的大小，再通过excel进行数据做图或者通过dis系统显示出实验数据，不能够通过语音进行播报，同时不能够实时进行数据显示，以及语音播报与实时数据显示二者同样具备的装置较少，因此我们提出了一种安培力教学演示系统及装置。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本发明提供了一种安培力教学演示系统及装置，解决了上述背景技术中提出的问题。
4.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种安培力教学演示系统及装置，包括stm控制器、语音播报模块、液晶显示屏模块、电源模块、触摸屏模块、压力传感器模块、rsb转vga接口、压控恒流源模块与壳体，所述stm控制器作为主控模块，所述触摸屏模块进行数据显示，通过所述压力传感器模块测量通电前后导体棒和物体的重量，通过所述压控恒流源模块自动调节电流大小，通过所述rsb转vga接口外接液晶显示屏模块同步触摸屏模块显示，通过所述语音播报模块对安培力大小进行语音播报，所述stm控制器、语音播报模块、液晶显示屏模块、电源模块、触摸屏模块、压力传感器模块与rsb转vga接口均安装在壳体上，所述壳体内部设置有电路主板，所述电路主板上安装有rsb转vga接口，所述stm固定头控制器stm控制器集成在电路主板上。
5.可选的，所述壳体的顶部固定连接有两块侧板，两块所述侧板转动连接有固定板，所述侧板的一侧均固定连接有固定箱，所述固定箱内腔均转动连接有转动杆，所述转动杆的一端均与固定板的一侧相连接，所述转动杆的外侧均套设有蜗轮，所述固定箱内部均转动连接有蜗杆，所述蜗杆均与蜗轮传动连接。
6.可选的，两块所述侧板的一侧固定连接有传动箱，所述传动箱内部且位于固定箱的一侧均固定连接有限位块，所述限位块的一侧均转动连接有传动杆，所述传动杆的一端均延伸至固定箱内部，所述蜗杆与传动杆的外侧均套设有相啮合的第一锥齿轮，所述传动杆的一端均延伸至限位块的另一侧，所述传动箱内部转动连接有驱动杆，所述驱动杆与传动杆的外侧均套设有相啮合的第二锥齿轮，所述驱动杆的一端延伸至传动箱的外侧。
7.可选的，所述壳体的顶部且位于侧板的一侧均固定连接有导轨，所述导轨内部均开设有导槽，所述导槽内部均滑动连接有导块，所述导块的一端均延伸至导轨的外侧并与固定板的一侧相连接。
8.可选的，所述导块内腔的一侧均设置有伺服电机，所述伺服电机的输出端均设置有丝杆，所述丝杆的外侧均螺纹连接有移动块，所述移动块的一端均固定连接有卡柱，所述导轨内部且位于导槽的一侧均开设有若干个卡槽，所述卡柱的一端均延伸至对应的卡槽内
部。
9.可选的，所述壳体的一侧固定连接有收卷箱，所述收卷箱内部转动连接有收卷辊，所述收卷辊的外侧缠绕有导线，所述收卷辊内部固定连接有连接头，所述导线的一端与连接头的一端相连接，所述收卷箱内腔的一侧开设有连接槽，所述连接槽内腔的一侧设置有电子旋转接头，所述连接头的一端与电子旋转接头的一端相连接，所述电子旋转接头的一端延伸至收卷箱的外侧并设置有固定头，所述固定头的一端与rsb转vga接口相连接。
10.可选的，所述液晶显示屏模块与触摸屏模块安装在固定板上，所述导线的一端延伸至收卷箱的外侧并与液晶显示屏模块与触摸屏模块相连接。
11.可选的，所述收卷箱内部转动连接有转动轴，所述转动轴与收卷辊一端的外侧均套设有通过皮带传动连接的第一皮带轮，所述收卷箱的顶部固定连接有保护柱，所述转动轴与驱动杆的外侧均套设有通过皮带传动连接的第二皮带轮。
12.本发明提供了一种安培力教学演示系统及装置，具备以下有益效果：
13.1、该安培力教学演示系统及装置，通过设置有stm控制器、语音播报模块、液晶显示屏模块、电源模块、触摸屏模块、压力传感器模块与rsb转vga接口，使得本演示仪能够实现语音播报安培力的大小，可以在液晶显示屏模块上显示安培力的变化曲线，利于学生观察，同时通过触摸屏模块进行操作，使得本演示仪操作简单，更利于学生对安培力的学习。
14.2、该安培力教学演示系统及装置，通过设置有侧板、转动杆与固定板，操作人员转动驱动杆，使得驱动杆通过第二锥齿轮带动传动杆转动，使得第一锥齿轮带动蜗杆转动，使得蜗杆通过蜗轮带动转动杆转动，使得转动杆带动固定板转动，同时驱动杆通过第二皮带轮带动转动轴转动，使得转动轴通过第一皮带轮带动收卷辊转动，使得导线放出，当调整固定板至适宜的角度时，通过触摸屏模块操作本装置，使得伺服电机的输出端带动丝杆转动，使得移动块推动卡柱的一端插入至对应的一个卡槽内部，从而对固定板的位置进行限位，从而方便学员在合适的角度，方便的使用触摸屏模块与液晶显示屏模块。
附图说明
15.图1为本发明系统结构示意图；
16.图2为本发明装置结构示意图；
17.图3为本发明装置侧视结构示意图；
18.图4为本发明收卷箱俯视部分内部结构示意图；
19.图5为本发明图2的a处放大图；
20.图6为本发明图3的b处放大图；
21.图7为本发明图3的c处放大图；
22.图8为本发明图4的d处放大图；
23.图9为本发明系统流程结构示意图。
24.图中：1、stm32控制器；2、语音播报模块；3、液晶显示屏模块；4、电源模块；5、触摸屏模块；6、压力传感器模块；7、rsb转vga接口；8、压控恒流源模块；9、壳体；10、电路主板；11、侧板；12、固定板；13、转动杆；14、固定箱；15、蜗轮；16、蜗杆；17、传动箱；18、限位块；19、传动杆；20、第一锥齿轮；21、驱动杆；22、第二锥齿轮；23、保护柱；24、收卷箱；25、收卷辊；26、转动轴；27、第一皮带轮；28、导线；29、连接头；30、连接槽；31、电子旋转接头；32、固定
头；33、导轨；34、导槽；35、导块；36、伺服电机；37、丝杆；38、卡柱；39、卡槽；40、移动块；41、第二皮带轮。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
26.实施例一
27.请参阅图1、图2与图9，本发明提供一种技术方案：一种安培力教学演示系统及装置，包括stm32控制器1、语音播报模块2、液晶显示屏模块3、电源模块4、触摸屏模块5、压力传感器模块6、rsb转vga接口7、压控恒流源模块8与壳体9，stm32控制器1作为主控模块，触摸屏模块5进行数据显示，通过压力传感器模块6测量通电前后导体棒和物体的重量，通过压控恒流源模块8自动调节电流大小，通过rsb转vga接口7外接液晶显示屏模块3同步触摸屏模块5显示，通过语音播报模块2对安培力大小进行语音播报，stm32控制器1、语音播报模块2、液晶显示屏模块3、电源模块4、触摸屏模块5、压力传感器模块6与rsb转vga接口7均安装在壳体9上，壳体9内部设置有电路主板10，电路主板10上安装有rsb转vga接口7，stm固定头32控制器stm32控制器1集成在电路主板10上。
28.实施例二
29.请参阅图2至图8，本发明提供一种技术方案：壳体9的顶部固定连接有两块侧板11，两块侧板11转动连接有固定板12，侧板11的一侧均固定连接有固定箱14，固定箱14内腔均转动连接有转动杆13，转动杆13的一端均与固定板12的一侧相连接，转动杆13的外侧均套设有蜗轮15，固定箱14内部均转动连接有蜗杆16，蜗杆16均与蜗轮15传动连接，方便对固定板12的位置进行调整，以便于操作人员使用触摸屏模块5与液晶显示屏模块3。
30.其中，两块侧板11的一侧固定连接有传动箱17，传动箱17内部且位于固定箱14的一侧均固定连接有限位块18，限位块18的一侧均转动连接有传动杆19，传动杆19的一端均延伸至固定箱14内部，蜗杆16与传动杆19的外侧均套设有相啮合的第一锥齿轮20，传动杆19的一端均延伸至限位块18的另一侧，传动箱17内部转动连接有驱动杆21，驱动杆21与传动杆19的外侧均套设有相啮合的第二锥齿轮22，驱动杆21的一端延伸至传动箱17的外侧，方便操作人员通过转动驱动杆21，即可使得固定板12转动。
31.其中，壳体9的顶部且位于侧板11的一侧均固定连接有导轨33，导轨33内部均开设有导槽34，导槽34内部均滑动连接有导块35，导块35的一端均延伸至导轨33的外侧并与固定板12的一侧相连接，使得固定板12转动，带动导块35沿着导轨33内部移动。
32.其中，导块35内腔的一侧均设置有伺服电机36，伺服电机36的输出端均设置有丝杆37，丝杆37的外侧均螺纹连接有移动块40，移动块40的一端均固定连接有卡柱38，导轨33内部且位于导槽34的一侧均开设有若干个卡槽39，卡柱38的一端均延伸至对应的卡槽39内部，通过卡柱38与卡槽39相配合，能够对固定板12的位置进行限位，方便操作人员对触摸屏模块5与液晶显示屏模块3进行使用。
33.其中，壳体9的一侧固定连接有收卷箱24，收卷箱24内部转动连接有收卷辊25，收卷辊25的外侧缠绕有导线28，收卷辊25内部固定连接有连接头29，导线28的一端与连接头29的一端相连接，收卷箱24内腔的一侧开设有连接槽30，连接槽30内腔的一侧设置有电子
旋转接头31，连接头29的一端与电子旋转接头31的一端相连接，电子旋转接头31的一端延伸至收卷箱24的外侧并设置有固定头32，固定头32的一端与rsb转vga接口7相连接，能够对导线28进行收卷或者放出。
34.其中，液晶显示屏模块3与触摸屏模块5安装在固定板12上，导线28的一端延伸至收卷箱24的外侧并与液晶显示屏模块3与触摸屏模块5相连接，电路主板10通过rsb转vga接口7与触摸屏模块5以及液晶显示屏模块3相连接。
35.其中，收卷箱24内部转动连接有转动轴26，转动轴26与收卷辊25一端的外侧均套设有通过皮带传动连接的第一皮带轮27，收卷箱24的顶部固定连接有保护柱23，转动轴26与驱动杆21的外侧均套设有通过皮带传动连接的第二皮带轮41，通过转动驱动杆21，即可驱动收卷辊25转动。
36.综上，该安培力教学演示系统及装置，使用时，操作人员转动驱动杆21，使得驱动杆21通过第二锥齿轮22带动传动杆19转动，使得第一锥齿轮20带动蜗杆16转动，使得蜗杆16通过蜗轮15带动转动杆13转动，使得转动杆13带动固定板12转动，同时驱动杆21通过第二皮带轮41带动转动轴26转动，使得转动轴26通过第一皮带轮27带动收卷辊25转动，使得导线28放出，当调整固定板12至适宜的角度时，通过触摸屏模块5操作本装置，使得伺服电机36的输出端带动丝杆37转动，使得移动块40推动卡柱38的一端插入至对应的一个卡槽39内部，从而对固定板12的位置进行限位，从而方便操作人员使用触摸屏模块5与液晶显示屏模块3，使用时，本装置利用了中学物理中静态平衡法测安培力的原理，导体棒在磁场中始终处于静态平衡，通电后在磁场中受到方向向上的安培力，致使物体与导体棒的总重量减轻，通过物理公式：f＝(m
0-m1)*g，定量的计算出安培力的大小。其中m0代表通电前物体和导体棒的总质量，m1代表通电后物体和导体棒的总质量，g代表重力加速度，g＝9.8n/kg。利用最小二乘法和装置测量出的安培力f值计算得出拟合直线的k和b，根据f＝ki+b可绘制拟合直线，与根据公式f＝(m
0-m1)*g绘制出的曲线进行比较，可探究安培力f与电流i的线性关系，通过触摸屏模块5进行数据显示和输入操作，利用压力传感器模块6测量通电前后导体棒和物体的重量，经压控恒流源模块8自动调节电流大小，结合rsb转vga接口7外接液晶显示屏模块3同步触摸屏模块5显示，同时通过语音播报模块2对安培力大小进行语音播报，方便教学，在不使用时，通过触摸屏模块5操作本装置，使得伺服电机36的输出端带动丝杆37复位转动，使得移动块40拉动卡柱38的一端移动出卡槽39内部，从而对固定板12的位置进行解除限位，然后操作人员复位转动驱动杆21，使得驱动杆21通过第二锥齿轮22带动传动杆19复位转动，使得第一锥齿轮20带动蜗杆16复位转动，使得蜗杆16通过蜗轮15带动转动杆13复位转动，使得转动杆13带动固定板12复位转动，同时驱动杆21通过第二皮带轮41带动转动轴26复位转动，使得转动轴26通过第一皮带轮27带动收卷辊25复位转动，使得导线28缠绕在收卷辊25的外侧，对导线28进行收卷。
37.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种安培力教学演示系统及装置，其特征在于：包括stm32控制器(1)、语音播报模块(2)、液晶显示屏模块(3)、电源模块(4)、触摸屏模块(5)、压力传感器模块(6)、rsb转vga接口(7)、压控恒流源模块(8)与壳体(9)，所述stm32控制器(1)作为主控模块，所述触摸屏模块(5)进行数据显示，通过所述压力传感器模块(6)测量通电前后导体棒和物体的重量，通过所述压控恒流源模块(8)自动调节电流大小，通过所述rsb转vga接口(7)外接液晶显示屏模块(3)同步触摸屏模块(5)显示，通过所述语音播报模块(2)对安培力大小进行语音播报，所述stm32控制器(1)、语音播报模块(2)、液晶显示屏模块(3)、电源模块(4)、触摸屏模块(5)、压力传感器模块(6)与rsb转vga接口(7)均安装在壳体(9)上，所述壳体(9)内部设置有电路主板(10)，所述电路主板(10)上安装有rsb转vga接口(7)，所述stm固定头(32)控制器stm32控制器(1)集成在电路主板(10)上。2.根据权利要求1所述的一种安培力教学演示系统及装置，其特征在于：所述壳体(9)的顶部固定连接有两块侧板(11)，两块所述侧板(11)转动连接有固定板(12)，所述侧板(11)的一侧均固定连接有固定箱(14)，所述固定箱(14)内腔均转动连接有转动杆(13)，所述转动杆(13)的一端均与固定板(12)的一侧相连接，所述转动杆(13)的外侧均套设有蜗轮(15)，所述固定箱(14)内部均转动连接有蜗杆(16)，所述蜗杆(16)均与蜗轮(15)传动连接。3.根据权利要求2所述的一种安培力教学演示系统及装置，其特征在于：两块所述侧板(11)的一侧固定连接有传动箱(17)，所述传动箱(17)内部且位于固定箱(14)的一侧均固定连接有限位块(18)，所述限位块(18)的一侧均转动连接有传动杆(19)，所述传动杆(19)的一端均延伸至固定箱(14)内部，所述蜗杆(16)与传动杆(19)的外侧均套设有相啮合的第一锥齿轮(20)，所述传动杆(19)的一端均延伸至限位块(18)的另一侧，所述传动箱(17)内部转动连接有驱动杆(21)，所述驱动杆(21)与传动杆(19)的外侧均套设有相啮合的第二锥齿轮(22)，所述驱动杆(21)的一端延伸至传动箱(17)的外侧。4.根据权利要求1所述的一种安培力教学演示系统及装置，其特征在于：所述壳体(9)的顶部且位于侧板(11)的一侧均固定连接有导轨(33)，所述导轨(33)内部均开设有导槽(34)，所述导槽(34)内部均滑动连接有导块(35)，所述导块(35)的一端均延伸至导轨(33)的外侧并与固定板(12)的一侧相连接。5.根据权利要求4所述的一种安培力教学演示系统及装置，其特征在于：所述导块(35)内腔的一侧均设置有伺服电机(36)，所述伺服电机(36)的输出端均设置有丝杆(37)，所述丝杆(37)的外侧均螺纹连接有移动块(40)，所述移动块(40)的一端均固定连接有卡柱(38)，所述导轨(33)内部且位于导槽(34)的一侧均开设有若干个卡槽(39)，所述卡柱(38)的一端均延伸至对应的卡槽(39)内部。6.根据权利要求1所述的一种安培力教学演示系统及装置，其特征在于：所述壳体(9)的一侧固定连接有收卷箱(24)，所述收卷箱(24)内部转动连接有收卷辊(25)，所述收卷辊(25)的外侧缠绕有导线(28)，所述收卷辊(25)内部固定连接有连接头(29)，所述导线(28)的一端与连接头(29)的一端相连接，所述收卷箱(24)内腔的一侧开设有连接槽(30)，所述连接槽(30)内腔的一侧设置有电子旋转接头(31)，所述连接头(29)的一端与电子旋转接头(31)的一端相连接，所述电子旋转接头(31)的一端延伸至收卷箱(24)的外侧并设置有固定头(32)，所述固定头(32)的一端与rsb转vga接口(7)相连接。7.根据权利要求6所述的一种安培力教学演示系统及装置，其特征在于：所述液晶显示
屏模块(3)与触摸屏模块(5)安装在固定板(12)上，所述导线(28)的一端延伸至收卷箱(24)的外侧并与液晶显示屏模块(3)与触摸屏模块(5)相连接。8.根据权利要求7所述的一种安培力教学演示系统及装置，其特征在于：所述收卷箱(24)内部转动连接有转动轴(26)，所述转动轴(26)与收卷辊(25)一端的外侧均套设有通过皮带传动连接的第一皮带轮(27)，所述收卷箱(24)的顶部固定连接有保护柱(23)，所述转动轴(26)与驱动杆(21)的外侧均套设有通过皮带传动连接的第二皮带轮(41)。

技术总结
本发明公开了一种安培力教学演示系统及装置，涉及安培力教学演示技术领域，包括STM控制器、语音播报模块、液晶显示屏模块、电源模块、触摸屏模块、压力传感器模块、RSB转VGA接口、压控恒流源模块与壳体，所述STM控制器作为主控模块，所述触摸屏模块进行数据显示，该安培力教学演示系统及装置，通过设置有STM控制器、语音播报模块、液晶显示屏模块、电源模块、触摸屏模块、压力传感器模块与RSB转VGA接口，本演示仪能够实现语音播报安培力的大小，可以在液晶显示屏模块上显示安培力的变化曲线，利于学生观察，同时通过触摸屏模块进行操作，使得本演示仪操作简单，更利于学生对安培力的学习。习。习。


技术研发人员：江绍明 陈湘 胡仲秋 徐苒予 蒲斯莹 周家良 张菠 雷莹 王小蝶 袁野
受保护的技术使用者：内江师范学院
技术研发日：2022.12.20
技术公布日：2023/9/22