Исследовательская работа ацп. Температурные зависимости удельного сопротивления металлов
 Скачать 493.88 Kb.
|
|
Муниципальное общеобразовательное учреждение “Гимназия №44 г.Твери” Исследовательская работа АЦП. Температурные зависимости удельного сопротивления металлов Выполнил: Мамутов Егор Константинович, Ученик 9 В класса Содержание: Введение
Заключение Список литературы Введение К сожалению, в настоящее время в школьном курсе физики учебный физический эксперимент занимает всё меньше и меньше места в процессе обучения. Усилия и затраты времени учителя и ученика не окупаются равноценным увеличением уровня знаний физики. Предлагаемое мной решение состоит в частичной или полной систематизации полученного физического знания. Для этого мне понадобятся современные устройства и технологии, которые позволяют во многом упростить и автоматизировать учебный процесс. Широко распространившееся явление компьютеризации физических экспериментов, с моей точки зрения, должно быть улучшено посредством автоматизации процедур измерения и обработки результатов. Эти улучшения призваны сократить затраты времени и сил учеников на действия, которые напрямую не ведут к получению физических знаний, и позволить сэкономить учебное время для освещения более важных и сложных вопросов из школьного курса физики. Цель моей работы – предложить автоматизированный и компьютеризованный вариант эксперимента о температурной зависимости удельного сопротивления металлов с помощью выбранного мною метода и необходимого для него технического и программного обеспечения. Технические возможности современных персональных компьютеров позволяют им сильно упростить учебный процесс и заметно повысить эффективность обучения.
Для того чтобы автоматизировать процесс получения, сохранения и графического отображения информации, я предлагаю использовать Отладочную плату Arduino Uno, построенную на микроконтроллере Atmega328P. Arduino Uno имеет в себе несколько аналоговых входов, с помощью которых можно измерять параметры аналоговых величин, таких как: напряжение, ток, сопротивление, температура, свет и так далее. Однако в отдельных случаях для преобразования физических величин в электрические сигналы могут потребоваться специальные датчики. АЦП Arduino Uno имеет разрешение 10 бит, то есть позволяет выводить значения в десятичном виде от 0 до 1023. В относительных единицах деление шкалы 5/1024 = 4.9 мВ. Эти же самые 5 вольт являются максимальным напряжением, которое можно без дополнительных устройств измерить с помощью платы Arduino Uno. Стоит упомянуть, что при настройке некоторых параметров мы имеем возможность подключить внешний источник опорного напряжения к выводу AREF, опорное напряжение которого будет далее максимально возможно измеримым.  Далее мы рассмотрим программное обеспечение, которое было использовано для получения, обработки, конвертирования, и визуализации данных, передаваемых с АЦП. Для создания прошивки для платы Arduino Uno была использована Arduino IDE (Integrated development environment), а для построения графика и вывода его на экран был использован Visual Studio Code с модулем Python и библиотекой matplotlib.
Для того чтобы понять, каким образом нам поможет аналогово-цифровой преобразователь (далее – АЦП) нам нужно разобраться в его функциях и принципе его работы. АЦП - устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал). Как правило, АЦП – это электронное устройство, которое преобразует напряжение в двоичный цифровой код, что и позволяет нам строить статические и динамические графики на основе параметров любых аналоговых величин. Для начала стоит разобраться, что собой представляет аналоговый сигнал. По сути аналоговые сигналы - сигналы данных, у которых каждый из представляющих параметров описывается функцией времени и непрерывным множеством возможных значений. Основные характерные черты аналоговых сигналов это: - Отсутствие чётко отличимых друг от друга дискретных уровней сигнала. Это качество приводит к невозможности применить для его описания понятие информации в том виде, как она понимается в цифровых технологиях, именно поэтому мы не можем построить график на основе аналогового сигнала - Отсутствие избыточности. Из непрерывности пространства значений следует, что любая помеха, внесенная в сигнал, неотличима от самого сигнала, из-за чего исходная амплитуда не может быть восстановлена.  Как я сказал ранее, АЦП преобразовывает аналоговый сигнал в цифровой. Теперь стоит объяснить, почему мы используем именно цифровой сигнал и в чем его преимущества над аналоговым. Цифровой сигнал — сигнал, который можно представить в виде последовательности цифровых значений. В настоящее время наиболее распространены двоичные цифровые сигналы в связи с простотой кодирования и используемостью в двоичной электронике. Важным свойством цифрового сигнала является его способность к полной регенерации в ретрансляторе (но только до некоторого порогового отношения сигнал/шум). Когда в ретранслятор приходит сигнал с небольшими помехами, он преобразуется в цифровую форму, и ретранслятор заново формирует сигнал, полностью убирая искажения. Аналоговый же сигнал удаётся усилить лишь вместе с наложившимися на него шумами. 
Написание прошивки было начато со встроенной функции analogRead(int pin) – она считывает значение с указанного пина, где pin – номер пина( в нашем случае пина, на котором есть АЦП). Данная выше функция возвращает значение от 0 до 1023, при стандартной настройке 0 соответствует 0 вольт, а 1023 соответствует 5 вольтам. Следующим шагом будет передача считанной с пина информации на наш персональный компьютер (ПК). В нашем случае передача информации осуществляется с помощью универсального асинхронного приёмопередатчика (UART) – это вычислительное устройство, которое преобразует передаваемые данные в последовательный вид так, чтобы было возможно передать их по одной физической цифровой линии другому аналогичному устройству. Передача данных в UART осуществляется по одному биту в равные промежутки времени (в нашем случае скорость будет равна 9600 бит/сек). В прошивке Arduino используется класс Serial. Набор функций Serial служит для связи устройства Arduino с компьютером. Для обмена данными Serial используют цифровые порты ввод/вывода 0 (RX) и 1 (TX), а также USB порт. Для начала работы с Serial нужно прописать в start следующее: Serial.begin(int baudRate), где baudRate - скорость работы (бит/сек). 2019 Г. Тверь |