一种用于物理教学的多功能万用表的制作方法

1.本发明涉及教学用具技术领域，尤其涉及一种用于物理教学的多功能万用表。


背景技术：

2.arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。包含硬件(各种型号的arduino板)和基于c语言的开发环境(arduino ide)，它是全球最流行的开源硬件，同时也是一个优秀的硬件开发平台，在硬件开发、物联网等领域有着广泛的应用。
3.在教育领域，目前ardiuno在市场上主要涉及编程以及硬件开发教学这两方面，却鲜有利用其平台开发的教学用具。尤其在中学物理教学上，长期以来实验部分方法老套，实验设备简陋，严重脱离科研以及工业上的普遍适用方法与标准，造成学生知而不能行，行而不得法。
4.一般的教学用具万用表在使用时的功能单一，如法实现物理教学课堂物联网化的教学使用需求。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种用于物理教学的多功能万用表，它基于ardiuno进行开发，采用全新的设计，在使用时不仅具备电流、电阻、电压以及功率测量的功能，并且配合多种传感器对位移、转速、速度、加速度等物理量进行实际测量，在使用时能够结合pc端的软件或才手机端的app，使学生可以灵活使用各种图表以及分析工具对测量数据进行采集、解析和分析处理，能够满足物理课堂物联网化的现代教学需求，并且能够保障检测数据的精准可靠性，方便教学过程中学生的使用，使学生在动手中能够更加方便可靠的学习物理知识，能够更加直观方便学生理解，这样的测量设备更接近于工程现实。
6.本发明的技术方案如下：
7.一种用于物理教学的多功能万用表，其特征在于：包括总输入稳压模块、电流测量模块1、电流测量模块2、arduino模块、电压测量模块1、电压测量模块2和显示屏幕，所述总输入稳压模块提供输出的5v恒电压，所述总输入稳压模块的输入电压为5v-36v，所述总输入稳压模块的输出端通过并联的所述电流测量模块1和所述电流测量模块2与所述arduino模块上的电流信号1和电流信号2分别连接在一起，所述arduino模块上的电压信号1和电压信号2分别与所述电压测量模块1和所述电压测量模块2连接在一起，所述电流测量模块1和所述电流测量模块2上分别设有一组电流测量端口1和电流测量端口2，所述电压测量模块1和所述电压测量模块2上分别设有一组电压测量端口1和电压测量端口2，所述arduino模块与所述显示屏幕连接在一起，所述总输入稳压模块、所述电流测量端口1、所述电流测量端口2、所述电压测量端口1和所述电压测量端口2在同一pcb板上，所述arduino模块上设有滑动变阻器，通过所述滑动变阻器能够改变测量定值电阻的电阻值，所述电流测量模块1和所述电流测量模块2上分别设有放大电路，所述arduino模块上设有位移传感器、转速传感器、速度传感器和加速度传感器。
8.进一步的，所述放大电路上设有三极管放大器。
9.进一步的，所述电流测量模块1和所述电流测量模块2的测量范围为0.03-3a。
10.进一步的，所述电压测量模块1和所述电压测量模块2的测量范围为0.02-20v。
11.进一步的，所述电流测量端口1、所述电流测量端口2、所述电压测量端口1和所述电压测量端口2的位置分别设有方便夹持的测量夹持柱。
12.本发明的有益效果：
13.本发明基于ardiuno进行开发，采用全新的设计，在使用时不仅具备电流、电阻、电压以及功率测量的功能，并且配合多种传感器对位移、转速、速度、加速度等物理量进行实际测量，在使用时能够结合pc端的软件或才手机端的app，使学生可以灵活使用各种图表以及分析工具对测量数据进行采集、解析和分析处理，能够满足物理课堂物联网化的现代教学需求，并且能够保障检测数据的精准可靠性，方便教学过程中学生的使用，使学生在动手中能够更加方便可靠的学习物理知识，能够更加直观方便学生理解。
附图说明
14.图1为本发明电流、电压测量线路的示意图；
15.图2为本发明电压测量数据对照的示意图；
16.图3为本发明电压测量数据对照表示意图；
17.图4为本发明电流测量数据对照的示意图；
18.图5为本发明电流测量数据对照表的示意图；
19.图中：1、主体连接支撑装配柱，2、加固装配连接柱，3、便捷装配切槽，4、第一装配固定支角，5、第二装配固定支角，6、中心装配连接孔，7、紧固装配连接槽，8、卡合防松连接柱，9、装配固定锁紧孔。
具体实施方式
20.如图1所示，一种用于物理教学的多功能万用表，它基于ardiuno进行开发，采用全新的设计，在使用时不仅具备电流、电阻、电压以及功率测量的功能，并且配合多种传感器对位移、转速、速度、加速度等物理量进行实际测量再使用时能够结合pc端的软件或才手机端的app，使学生可以灵活使用各种图表以及分析工具对测量数据进行采集、解析和分析处理，能够满足物理课堂物联网化的现代教学需求，并且能够保障检测数据的精准可靠性，方便教学过程中学生的使用，使学生在动手中能够更加方便可靠的学习物理知识，能够更加直观方便学生理解，这样的测量设备更接近于工程现实。它包括总输入稳压模块、电流测量模块1、电流测量模块2、arduino模块、电压测量模块1、电压测量模块2和显示屏幕，所述总输入稳压模块提供输出的5v恒电压，所述总输入稳压模块的输入电压为5v-36v，所述总输入稳压模块的输出端通过并联的所述电流测量模块1和所述电流测量模块2与所述arduino模块上的电流信号1和电流信号2分别连接在一起，所述arduino模块上的电压信号1和电压信号2分别与所述电压测量模块1和所述电压测量模块2连接在一起，所述电流测量模块1和所述电流测量模块2上分别设有一组电流测量端口1和电流测量端口2，所述电压测量模块1和所述电压测量模块2上分别设有一组电压测量端口1和电压测量端口2，所述arduino模块与所述显示屏幕连接在一起，所述总输入稳压模块、所述电流测量端口1、所述电流测量端
口2、所述电压测量端口1和所述电压测量端口2在同一pcb板上，所述arduino模块上设有滑动变阻器，通过所述滑动变阻器能够改变测量定值电阻的电阻值，所述电流测量模块1和所述电流测量模块2上分别设有放大电路，所述arduino模块上设有位移传感器、转速传感器、速度传感器和加速度传感器。
21.图2和图3所示，电压测量模块利用电阻分压原理，通过测量分压电阻两端的模拟电压信号，经过模数转换以及计算得出测量电压，其最大量程为20v。由于ardiuno的模拟输入端口最大输入电压为5v，因次需要利用串联电阻分压原理来实现大于5v的电压的测量，其分压的比例为1:4。ardiuno芯片提供的模数转换输出位为10位，即0～1023，因此最小测量值为20v/1024＝0.02v。
22.图4和图5所示，电流测量模块则利用放大电路原理，其最大设计量程为3a，为了满足尽可能低的损失功耗，因此使用运算放大器设计了电压信号放大电路，从而使得流过高精度、微小阻值电阻(0.08ohm)的电流所产生的细小电压，在经过放大20倍以后可以被单片机测量到。类似上文介绍的电压模块，通过ardiuno的数模转换以及计算最终可得被测电流。最小可测量电流为：5v/(1024*20*0.08ohm)＝0.03a；
23.当待测电流最大时，将产生最大功耗为0.08ohm*(3a)^2＝0.24w。
24.作为优选，所述电流测量端口1、所述电流测量端口2、所述电压测量端口1和所述电压测量端口2的位置分别设有方便夹持的测量夹持柱，使学生在进行测量时的操作更加方便。
25.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进或替换，这些改进或替换也应视为本发明的保护范围。