[发明专利]一种伽尔顿板远程控制实验系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种远程控制实验系统，尤其涉及一种伽尔顿板远程控制实验系统。

背景技术

一块竖直固定的板上部钉有许多排列整齐的螺钉，板的下部用等长的木条竖直地隔成许多等宽的狭槽，板顶部的中央有入口处可以投入小球，板前面覆盖透明板，使小球能存留在槽内，这种装置叫作伽尔顿板，伽尔顿板实验用于演示大量随机事件的统计规律与涨落现象，说明物理学中统计与分布概念。具体实验方法如下：如果从板顶漏斗形入口处放下一个小球，小球碰到板上边第一排中某一螺钉后，偏向一方又落到第二排中某一螺钉上，向左或向右偏移，接着再落到下一排某一螺钉上，这样小球依次往下落，最后落入某一槽中，如此反复进行几次实验，可以发现小球每次落入哪个狭槽是不完全相同的，这表明在一次实验中小球落入哪个狭槽中是偶然的；如果同时投入足够多的小球，就会出现落在各槽里的小球数目各不相同的现象，落在中间槽内的小球最多，距离中间槽越远的槽，小球落入的越少，用彩笔在玻璃板上画一条连续的曲线来表示小球分布情况的分布曲线，如果多次重复地做下去，就会出现多次实验所得的分布曲线彼此近似重合的现象，这表明，尽管一个小球落入哪个槽中是偶然的，但大量小球落入槽中的分布规律是确定的，遵循统计分布规律。

物理教学中，上实验课是必不可少的一个环节，而目前中国的教学模式普遍为先上理论课，后上实验课，通常，理论课和实验课都相隔一学期，存在理论教学与实验教学严重脱节的现象；上实验课时，教辅人员需要把实验仪器从实验室搬到课室或者学生需要过去实验室，给上实验课带来诸多不便，导致上实验课比较费时、费力；在传统的实验课上课模式中，实验仪器和实验室的使用受一定的空间限制，基本上本校的实验仪器和实验室只能供本校师生使用，其他学校的师生无法共享，这在实验教学资源上是一种浪费。伽尔顿板实验在物理教学中同样存在上述的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种伽尔顿板远程控制实验系统，具有实验演示方便快捷、可共享实验教学资源、物理教学中理论课与实验课相结合的特点。

本发明的目的通过下述技术方案实现：本伽尔顿板远程控制实验系统，包括人机交互接口、上位机、下位机、摄像监控装置和伽尔顿板实验装置，所述人机交互接口通过网络与上位机相连，所述摄像监控装置与上位机相连，所述上位机通过下位机与伽尔顿板实验装置相连。

所述上位机包括主控微处理器和网络通信模块，主控微处理器分别与下位机、摄像监控装置连接，主控微处理器还通过网络通信模块与人机交互接口连接；主控微处理器通过摄像监控装置内置的图像传感器采集图像数据，并将经JPEG格式编码的图像帧输出，转交由网络通信模块传送到人机交互接口，供用户实时查看，同时从网络通信模块接收数据，经过处理后利用RS232串行通信发送给下位机。

所述伽尔顿板实验装置包括直流电机、槽门、导轨、上限位开关、漏斗、螺钉、光电门传感器、小槽、挡板、电磁阀、底座、下限位开关、移动拉绳、显示屏、收球轨道、滑动槽、槽门开关和伽尔顿板，所述伽尔顿板、电磁阀和显示屏分别安装在底座的上面，所述漏斗设于伽尔顿板上，所述螺钉和小槽分别设于伽尔顿板内，所述光电门传感器设于小槽上端，所述直流电机安装在底座内，所述挡板和收球轨道分别安装在伽尔顿板下部，所述导轨安装在底座侧面，所述滑动槽与导轨通过移动拉绳连接，所述槽门设于滑动槽上，所述上限位开关设于导轨上部，所述下限位开关设于导轨下部。

所述下位机包括相连接的第一单片机和第二单片机，第一单片机分别与上位机、伽尔顿板实验装置的光电门传感器连接，第二单片机分别与伽尔顿板实验装置的显示屏、下限位开关、上限位开关、电磁阀和直流电机连接。

所述第一单片机的外围电路包括若干组光电门信号处理电路和对若干组光电门信号进行逻辑与运算的与门电路，光电门信号处理电路与光电门传感器一一对应连接，每一个光电门传感器负责一个槽的球数统计，与门电路对若干组光电门信号进行逻辑与运算后输入到第一单片机的外部中断。

所述光电门信号处理电路包括对光电门传感器信号进行放大的三极管，三极管的集电极与第一单片机的IO口连接，三极管的基极与光电门传感器的接收信号端连接。

所述第二单片机通过模拟IIC通信接口与第一单片机连接。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、理论课与实验课同步，克服了理论课和实验课严重脱节的现象；远程控制伽尔顿板实验系统，可以让上理论课的教师在教室里通过网络在终端计算机上直接控制和演示伽尔顿板实验，理论与实验同步，能使学生快速地理解和掌握理论知识。