基于单片机的重力加速度测量
基于压电加速度计速度测量信号调理电路设计
课程设计报告题目基于单片机的压电加速度传感器低频信号采集系统的设计2014-2015 第二学期专业班级2012级电气5班姓名赵倩学号************指导教师马鸣教学单位电子电气工程学院2015年7月6日课程设计任务书一、压电式加速度传感器的概要 (4)二、信号采集系统的总设计方案 (5)三、信号采集系统分析 (6)1、电荷转换部分: (6)2、适调放大部分 (6)3、低通滤波部分: (7)4、输出放大部分 (7)5、积分器部分： (8)四、单片机软件设计 (8)五、Multisim仿真分析 (10)1．仿真电路图 (10)2.仿真波形及分析 (11)六、误差分析 (11)1、连接电缆的固定 (11)2、接地点选择 (12)3、湿度的影响 (12)4、环境温度的影响 (12)七、改进措施 (12)六、心得体会 (12)七、参考文献 (13)前言在数据采集领域，NI作为虚拟仪器技术的开创者和领导者，也是基于PC的数据采集产品的领导者，为用户提供了最为广泛的数据采集设备选择。
但配备NI公司的数据采集硬件及软件比较昂贵，并且对于本文中在实验室进行的压电加速度传感器信号的采集，其输出模拟量为缓变低频信号，采用总线型。
压电式加速度传感器是以压电原材料为转换元件，输出与加速度成正比的电荷或电压量的装置。
由于它具有结构简单、工作可靠等性能，目前已成为冲击振动测试技术中使用广泛的一种传感器。
世界各国作为量值传递标准的高频和中频基准的标准加速度传感器，都是压电式的。
本文基于上述特点对压电加速度传感器低频信号进行了分析，同时在参阅大量文献资料的情况下设计了基于单片机的压电加速度传感器低频信号的采集系统。
基于单片机的压电加速度传感器低频信号采集系统的设计一、压电式加速度传感器的概要压电式加速度传感器是一种典型的自发式传感器，又称压电加速度计，它也属于惯性式传感器。
它是以某些晶体受力后在其表面产生电荷的电压效应为转换原理的传感器。
基于加速度传感器和单片机的毕业设计
生活中矛盾和事件所引起的心理反应，主要是情绪反应，所以心理调节和控制的最基本点，可以说是调节和控制情绪。其中，情绪的舒缓与疏导显得尤为重要。当人们承受着巨大的精神压力时，可以用合理的方式把这种压力表达释放出来。情绪的释放有多种方式，比如说找人谈话、培养乐观生活态度等。而通过玩具等辅助手段来释放情绪的方法也越来越引起人们的关注。这种方式不仅简单方便、易于操作，还具有很多趣味性。
加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力。加速力可以是个常量，比如g，也可以是变量。概括起来，加速度传感器可应用在控制，手柄振动和摇晃，仪器仪表，汽车制动启动检测，地震检测，报警系统，玩具，结构物、环境监视，工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分析；鼠标，高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。
基于SPCE061A的“出气宝宝”系统设计，可以看作是一款智能玩具的开发。该系统具有调节心理、缓解情绪的作用，适应了当代心理问题比较突出的社会现实。这样的开发设计无疑拥有开阔的市场和广大的受用人群，会对调节人们的心理健康、改善人们的工作学习氛围、增进生活氛围的和睦、乃至促进社会和谐都有着重要的意义。
基于单片机的单摆法智能重力加速度测量装置的研制
⑥
２ １ ＳｉＴ ｃ． ｎｒ ０ ２ ｃ ｅｈ Ｅ ｇｇ ． ．
一
般 科 学技 术
基 于 单 片机 的单 摆法 智 能 重 力加 速 度测 量 装 置 的研 制
郭敏 强 郭 启 凯 王 伟 丽 聂 士 忠
（ 国石 油 大学 （ 东 ） 学 院 ， 岛 ２ ６ ８ ） 中 华 理 青 ６ ５ ０
多研究 ， 有 一 些 专 利 或 论 文介 绍 自 己 的 研 制 方 并 法 ， 行重 力 加 速 度 的测 量 。在 前 人 的基 础 上 ， 进 设 计 出了一 种 新 的用 单 摆 法 进 行 重 力 加 速 度 智 能 测
量装 置 。该 方 案 改 变 了传 统 的单 摆 测 量 周 期 的方 法， 采用微 处 理 器 结 合 光 电 技 术 进 行 自动计 时 ， 自 动计 算 ， 以测 量 不 同 区 域 重 力 加 速 度 的 第 一 数 可 据 ， 现重 力 加 速 度 的智 能 化 和 高 精 度 测 定 ， 有 实 具
６６ ７７
ｇ＝
（） １
设摆 动次 数为 ｎ 系统 中断次 数 为 ｍ， 么 凡和 ， 那 ｍ 的关 系 为 ：
ｍ ＝２ ｎ＋ １ （） ３
测 量精 度高 、 度快 ， 便 灵 活 、 携 带 、 本 低 廉 、 速 方 易 成 耗能低 等优 点 。
中， 如果 地壳 上升 或下 降 １ ｍ， 引起 ３×１ ｍ ０ｍ 将 ０ ／
ｓ（ ３微 伽 ） 的重力 加速 度变化 … 。 科 学 界早 已认 识 到这 一 测 量 的重 要 性 ， 是 测 但
中图法分类号
准 确测量 地球 各 点 的绝 对 重力 加 速 度值 ， 国 对 防建设 、 济 建 设 和 科 学 研 究 有 着 十 分 重 要 的 意 经 义 。 比如 ， 远程 洲 际 弹道 导 弹 、 造地 球 卫 星 、 宙 人 宇 飞船 等都 在 地 球 重 力 场 中运 动 。在 设 计 太 空 飞 行 器 时 ， 要首先 知 道 准 确 的重 力 场 数据 。为 提高 导 也 弹射击 准确度 ， 须 准确 测 量 导 弹发 射 点 和 目标 的 必 位置 ， 同时 也 必 须 准 确 掌 握 地 球 形 状 和 重 力 资 料 。 据 有 关 资料 表 明 ， １万公 里 射 程 洲 际导 弹 在 发 射 点 若有 ２×１ ｍ ｓ （ ． ０ ／ ０ ２毫 伽 ） 的重 力 加 速 度误 差 ， 则将 造成 ５ 的射 程误差 ； ０ｍ 发射 卫 星最后 一级火 箭 速度 若有 千分 之二 的相 对误 差 ， 星 就 会 偏 离预 定 卫
基于ATMega16单片机的数字式水平测量仪设计
接下来推导图 １中 的计算公式 。 的计算公式推 导如
下：
ｏ －
ＯＡ＝ ． ａ ＡＯＡＸ是 亘 角 二 角彤 ， Ｏ ＡＸ＝ Ｏ
图 ２ 数 字式 水 平测 量 仪 硬 件 组成
拟输 出能提高信号 的灵 敏度并 大大的减小共模 噪声。 Ｓ Ａ１０ Ｃ ０ Ｔ输 出 的模 拟电压 。 的范 围是 ０５ ． Ｖ到 ４５ 电 ．Ｖ，
压 转 换 成 角 度 的公 式 为 ：
～
明 就是所求倾 角传感器所在平 面与水平 面 的夹 角 （ 两个平 面 的夹角定理 ）其证 明如下 ： ，
通 讯 作 者 ： 庆 泉 （９ ９ ） 男 ， 王 １７ 一 ， 汉族 ， 西 兴 平人 ， 士研 究 生 ， 程 师 ， 究 方 向为 嵌 入 式 系统 应 用研 究 。 陕 硕 工 研
１ ｌ 科技视界 ｓ Ｎｃ ８ ｃ Ｅ Ｅ＆ Ｔ ｃ Ｅ ＨＮ。Ｌ 。ＧＹ Ｖ ｓ。Ｎ
Ｓ ｉｎ ｅ＆ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙＶｉ ｏ ｃｅ ｃ ｃ ｎ ｌｇ ｓ ｎ ｉ
２１ ０ ２年 ０ ３月第 ０ 期 ７
科 技 视 界
项目 与课题
基于 Ａ Ｍｅａ６ Ｔ ｇｌ 单片机的数字式水平测量仪设计
梁 小椿 王庆 泉 （ 兴学 院机 电工程 学 院 浙江 嘉
【 摘
一
嘉兴
３４ ０） １ ０ １
．
．
。
．
得到几何立体 图形 图 １ ：
又 ‘ ． 。 ０ＸＹ ｎＡＸＹ＝ ＸＹ
※项 目资 助 ：０ １年 度 嘉 兴 学 院 校 级 重 点 ＳＲ ２１ Ｔ计 划 项 目 。 目编 号 ８ １ １ ０ ０ 项 ５７ １５ 。
作者简 介： 梁小椿 （９ ６ ） 男， １８ 一 ， 汉族 ， 四川合江人 ， 嘉兴学院 ２ ０ 级本科 生， ｑ ￣ 息工程专业。 ０８ ， － ｇ
基于51单片机的称重系统设计
单片机作业学院计算机与控制工程学院专业自动化132学号2013022030姓名王伟基于 51 单片机的称重系统一动态称重所谓动态称重是指通过分析和测量车胎运动中的力，来计算该运动车辆的总重量、轴重、轮重和部分重量数据的过程。
动态称重系统按经过车辆行驶的速度划分，可分为低速动态称重系统与高速动态称重系统。
因为我国高速公路的限速最高是120，所以高速动态称重系统在理论上可对 5 到 120 之间时速通过称量装置的车辆进行动态称重。
而低速动态称重系统则一定要限制通过车辆的行驶速度，要想有较高的测量精度，理论要求车辆在5km/h 以下时速匀速通过。
在我国，车辆动态称重一般都使用低速动态称重来完成，在很多收费站和车辆检测站都有应用，国家也出台了相关的测量标准。
与传统意义上的静态称重相比，动态称重可以在车辆缓慢运动情况下直接进行称重，这样动态称重的高效率、测量时间短、能流畅交通等主要特点就凸显出来了。
动态称重的问世，不但使车辆的管理上有了很大的促进作用，而且还对我国的公路管理和维护起到了至关重要的作用。
二系统总体结构及其功能设计总体结构是以51 单片机为处理器的系统，如图 3.1 所示。
上位机键盘输入A/D转换器放大器ADC0832OP07AT89C51桥式称重传感器RS232转换器单片机WPL110蜂鸣器LED显示图3.1本设计要求能判断出车辆是否超载，如果车辆超载，本系统能够提供该车辆的超载信息并发出警报。
本设计采用STC89C52单片机作为系统的处理核心，利用桥式称重传感器到A/D 转换器中转换为数字信号，再经过单片机处理、传输到接口电路，最后送到上位机，该数据可以与上位机里用键盘事先输入设定的总重量作比较并判断出该车辆是否超载，如果超载，则可通过显示器、蜂鸣器作显示超载信息并报警，当然，键盘的作用除了输入设定值还可以解除和开启警报。
三动态称重系统的组成动态称重系统主要由车辆重量（含超载、偏载检测）检测子系统、货车长、宽、高三维尺寸超限检测子系统、自动触发摄像拍照子系统、车辆类型自动判别子系统、系统配置及系统维护子系统、行驶车辆速度测量子系统、数据统计、报表处理子系统和单据输出打印子系统这几部分组成。
低功耗倾角测量仪的设计制作 采用美国TI公司超低功耗单片机MSP430
摘要：本系统采用美国TI公司超低功耗单片机MSP430，制作出一台可以测量出倾斜角度，x、y、z三个方向的重力加速度分量的手持倾角测量仪。
系统集成了MSP430、三轴加速度传感器ADXL345、低功耗笔段式液晶显示屏、高效率DC-DC降压模块TPS54331、1.5-25v升压模块等硬件电路。
降压模块效率高达90%，单个2200uf/50v电解电容充电到25v可以让MSP430单片机工作一分多钟，真正实现了超低功耗。
系统角度测量精度达±1度，重力加速度分量精度达±5%，显示分辨率0.1度，符合设计要求。
关键词：超低功耗，MSP430，倾角测量，ADXL345模块1 系统方案本倾角测量仪耗电极低，要求用单个充电到25v的2200uf电解电容可以工作至少60秒，5秒测量一次。
倾角测量仪的测角范围为0～90度，测量精度要求达到±5度。
并且可以测量并显示沿X、Y、Z方向重力加速度分量的功能，要求测量精度为±5%。
可以总结地说，本系统原理简单，但是要求苛刻，需要参赛队员认真选取器件，做到不在任何一个地方浪费电能，同时不为节省电能而丢失半点精度。
1.1设计思路以MSP430单片机位系统控制核心，利用ADXL345三轴加速度传感器把重力加速度分量转化为单片机可以处理的数字量，最终得到我们需要的倾角量。
2200uf\50v 电解电容充电至25v后经DC-DC降压稳压至2.7v后给整个系统供电。
系统结构见图1：图1 系统结构图1.2方案论证1.2.1MCU的选择本系统的一大要求就是低功耗，而MCU是本系统耗电最多的单元之一，如何才能使充电25v的2200uf电容给系统供电一分多钟，毫无疑问MCU的选择至关成败.方案一：mega16单片机功能强大，性能优越，速度快。
但是功耗大，完全不能胜任。
方案二：MSP430单片机是TI推出一种16位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器（Mixed Signal Processor），并且具有强大地休眠和唤醒功能。
测量重力加速度实验报告
本次实验旨在通过单摆法测量重力加速度，加深对简谐运动和单摆理论的理解，并掌握相关实验操作技能。
二、实验原理单摆在摆角很小时，其运动可视为简谐运动。
根据单摆的振动周期T和摆长L的关系，有公式：\[ T^2 = \frac{4\pi^2L}{g} \]其中，g为重力加速度。
通过测量单摆的周期T和摆长L，可以计算出当地的重力加速度。
三、实验仪器1. 铁架台2. 单摆（金属小球、细线）3. 秒表4. 米尺5. 游标卡尺6. 记录本四、实验步骤1. 将单摆固定在铁架台上，确保摆球可以自由摆动。
2. 使用游标卡尺测量金属小球的直径D，并记录数据。
3. 使用米尺测量从悬点到金属小球上端的悬线长度L，并记录数据。
4. 将单摆从平衡位置拉开一个小角度（不大于10°），使其在竖直平面内摆动。
5. 使用秒表测量单摆完成30至50次全振动所需的时间，计算单摆的周期T。
6. 重复步骤4和5，至少测量3次，取平均值作为单摆的周期T。
7. 根据公式 \( g = \frac{4\pi^2L}{T^2} \) 计算重力加速度g。
1. 小球直径D：\(2.00 \, \text{cm} \)2. 悬线长度L：\( 100.00 \, \text{cm} \)3. 单摆周期T：\( 1.70 \, \text{s} \)（三次测量，取平均值）六、数据处理根据公式 \( g = \frac{4\pi^2L}{T^2} \)，代入数据计算重力加速度g：\[ g = \frac{4\pi^2 \times 100.00}{(1.70)^2} \approx 9.78 \,\text{m/s}^2 \]七、误差分析1. 测量误差：由于测量工具的精度限制，如游标卡尺和米尺，可能导致测量数据存在一定误差。
2. 操作误差：在实验过程中，操作者的反应时间、摆动角度的控制等因素也可能导致误差。
八、实验结论通过本次实验，我们成功测量了当地的重力加速度，计算结果为 \( 9.78 \,\text{m/s}^2 \)。
智能化改进单摆测重力加速度实验仪器
技 拳Ｊ
酸处理磷石膏， 把磷 、 氟杂质转化为可水洗 的柠檬酸盐 、 铝酸 壤改 良剂。可用 于生产硫酸钾 、硫酸铵并联产硫酸钾铵和氮
多年来 ，国内农科 院所不断进行 了磷石膏 改良土壤的试
现在 ７ ５ ％的磷石 膏已被用来生产水泥缓凝剂 。 １ ９ ９ ９ 年我 国铜 验研 究， 结果表明： 磷石膏是一种 良好的硫肥 ， 施用后对油料
二 ３
ｕ ｌ ｏ ｎ ｇ ｔ ｉ ｍｅ ， ｄ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ；
．
ｖ ｏ ｉ ｄ ｄ ｅ ｌ ａ ｙ ｍｓ （ ｕ ｃ ｈ ｒ ａ ｍｓ ） 图 ｌ整体设计框 图 ２各个模块工作原理
２ Ａ 激 光 对 射 部 分
ｕ ｅ ｈ ｒｊ ａ ； ｆ ｏ ｒ （ ； ｍｓ ＞ Ｏ ； ｍｓ 一 ）
｛
ｕ ｉ ｎ ｔ ｒ ｌ ｌ ， ｎ ； Ｔ Ｒｌ ＝ ０ ：
图 ３反射式超声波测距仪的方框 图
如 图所示超声波测距 的原理 ，既超声波发生器 Ｔ发 出超
Ｔ Ｈ１ ＝ ０ ｘ ０ ０ ； Ｔ Ｌ１ ＝ Ｏ ｘ Ｏ ０ ；
声波信号 ， 遇 到被 测物 体后 反射 回来 ， 被超声波接收器 Ｒ接收 到 。只要计算 出从发 出超声波信号到接收到返回信号所用的
陵化 工集 团投产 了一套 １ ０ ０ Ｋ ｆ ａ 的水泥 缓凝剂装置 ， 用户 反映 作物 （ 如花生、油菜、大豆 、芝麻、向 同葵等 ）的增产 约为 良好 。杭 州水泥』 、 马鞍 山水泥』 、 上海水泥』 ‘ 的实践表明：
１ ５ ％￣ ３ ０ ％， 每亩盐碱地 Ｐ Ｈ＝９施用 ３ ０ ０ ～ １ ６ ０ ０ ｋ ｇ 磷石膏 ， 改良
ＴＲ １ ＝ｌ ：
其 中： ｄ为被测物于测距器 的距离 ； ｓ 为声波 的来 回路程 ； ｖ为声速； ｔ 为声波来回所用的时间 。 超声波测距器的算法设计
单片机中的加速度传感器应用案例
单片机中的加速度传感器应用案例加速度传感器是一种常见的传感器，广泛应用于各种领域。
在单片机的应用中，加速度传感器可以起到测量物体加速度的作用，并对其进行实时监测和控制。
本文将介绍一些单片机中的加速度传感器应用案例。
一、摔倒检测系统在老年人居住的疗养院或家庭中，摔倒是非常常见的意外事故。
为了及时发现摔倒情况，保障老年人的生命安全，可以采用单片机结合加速度传感器的摔倒检测系统。
该系统通过将加速度传感器固定在老年人身上，感知到突然的加速度变化，判断是否发生了摔倒。
一旦检测到摔倒，单片机可以发出警报并自动拨打紧急电话，及时寻求救助。
二、手机晃动拍照利用单片机和加速度传感器可以实现手机的晃动拍照功能。
当用户需要拍照时，只需晃动手机，单片机通过加速度传感器检测到晃动的变化，触发拍照功能，实现一键拍照。
这种应用场景在旅游、户外等领域非常实用，用户可以更加方便快捷地拍摄照片，不需要手动按下拍照按钮，大大提升了用户的拍照体验。
三、智能车安全防护在智能车领域，加速度传感器可以用于智能车的安全防护系统。
智能车可以搭载加速度传感器，实时检测车辆的加速度变化情况。
当智能车发生碰撞或突然加速、减速时，单片机通过加速度传感器感知到加速度变化，及时触发安全防护系统，例如自动刹车、报警等，以保障车辆和乘客的安全。
四、手势控制利用单片机和加速度传感器可以实现手势控制功能。
将加速度传感器安装在设备上，通过感知手部的加速度变化，来控制设备的操作。
例如，在游戏机中可以通过手势控制游戏角色的行动；在电视遥控器中通过手势控制来调整音量、切换频道等；在智能家居中可以通过手势控制来开启灯光、调整温度等。
五、运动监测在运动领域，单片机结合加速度传感器可用于运动监测系统。
将加速度传感器固定在身体上，可以实时监测运动员的加速度变化情况。
通过单片机对加速度传感器的数据进行分析和处理，可以获得运动员的运动轨迹、速度、步数等相关信息，为训练和竞赛提供有力的数据支持。
测量重力加速度的原理
测量重力加速度的原理一、落体法测量重力加速度1、根据自由落体运动g=2s/t2，测下落的高度和时间。
高度可由米尺测出，测量时间可用手表、秒表、打点计时、闪光照片、滴水法(自来水、滴定管)、光电门、单片机等。
2、利用小球在保证初速度不变的情况下下落两个不同的高度，则有s1=v0t1+½gt12，s2=v0t2+½gt22，v0是小球经过上光电门时的初速度，由上两式得g=[2(s2/t2-s1/t1)]/(t2-t1)。
3、针对上个方案，采用多种数据处理，实验方案也不同，如多次测量、逐差法、作图法、Z小二乘法等。
4、用气垫导轨测量重力加速。
度物体在斜面上作加速运动，测重力加速度g，g=a/sinθ。
5、用斜槽测量重力加速度。
按下图所示装置好仪器，使小钢球从距斜槽底H 处滚下，钢球从水平槽底末端以速度v作平抛运动，落在水平槽末端距其垂足为H’的水平地面上，垂足与落地点的水平距离为S，用秒表测出经H’所用的时间t，用米尺测出S，则钢球作平抛运动的初速度v=S/t。
不考虑摩擦，则小球在斜槽上运动时，由机械能守恒定律mgH=mv2/2，g=v2/(2H)=S2/(2Ht2)，将所测代入即可求得g值。
6、利用v=gt测出落地速度和运动时间。
二、用摆测量重力加速度1、用单摆测量重力加速度。
由单摆的振动周期T=2π√(l/g)，g=4π2l/T2，测出单摆的摆长和周期。
2、用复摆测量重力加速度。
设一质量为m的刚体，其ZXG到转轴O的距离为h，绕O轴的转动惯量为I，刚体绕O轴摆动的周期为T=2π√(l/mgh)。
设复摆绕通过ZX的轴的转动惯量为I G，有T=2π√[(I G+mh2)/mgh]。
对比单摆周期的公式T=2π√(l/g)可得l=(I G+mh2)/mh称为复摆的等效摆长。
因此，只要测出周期和等效摆长便可求得重力加速度。
3、用圆锥摆测量重力加速度。
使单摆的摆锤在水平面内作匀速圆周运动，用直尺测量出h，用秒表测出摆球n转所用的时间t，则摆球角速度ω=2πn/t。
基于重力加速度检测的矿用倾角传感器分析设计
１ 引 言
到传 感 器 相 对 于 水 平 面 的倾 斜 和 俯 仰 角 度。 Ａ Ｘ ２ ３典 型测 量范 围为 ±１ ７ ， 耐受 ３ ０ ｇ的 Ｄ Ｌ０ ．ｇ 可 ５０ 加速度 冲击 震动 。可 测量 动 态 和静 态 加 速度 （ 括 包
重力加 速度 ） 。在 一 ０Ｃ ～１５Ｃ温 度 范 围 内 ， 度 ４ｏ ２ｏ 温 灵 敏性 低至 ± ． ％ 。 ０３
（ｈ ｎｈｉ ｒｎｈｏ ｉ ｄ Ｓｉ ｃ Ｓ ａｇａ Ｂａｃ ｆ ａ ｉ ｃ ｎｅ＆ Ｔｃ ｎｌ ｙＣ ． ｔ． Ｓ ａｇａ ２０ ３ ， ｈｎ ） Ｔｎ ｅ ｅｈｏ ｇ ｏ ，Ｌｄ ， ｈ ｎｈｉ ０ ０ ０ Ｃ ｉａ ｏ
Ａｂ ｔａｃ ： Ｔｈ ｒｎ ｉ ｌ ｆｈ ｇ — ｒ ｃｓｏ ｕ ｌａ ｉ ｃ ｅ ｅ ｏ ｔ ｒＡＤＸＬ ０ ｕ ｅ ｏ ｉ ａ ｇｅ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔｉ ｓｒ ｔ ｅ ｐ ｉｃ ｐ ｅ ｏ ｉｈ ｐ ｅ ｉｉ ｎ ｄ ａ — ｘｓ ａ ｃ ｌｒ ｍｅｅ ２ ３ ｓ ｄ ｆ ｒｄ ｐ— ｎ ｌ ａ ｕ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｎ ｈ ｎｅ ｌｇ ｎ ｉ — ｎ ｌ ｅ ｏ ｅ ｒ ｍｅ ｓ ｒｎｇ ｕ ｄ ｒ ｒ ｕ ｄ ｓ ｅ ｒ ｒ ｓ ｄ ｓｇ ｅ ｙ ｃ ｍｂ ｎ ｎ ｎｒ ｄ ｃ ｄ ａ ｄ ｔｅ ｉ ｔｌｉｅ ｔｄ ｐ ａ ｇ ｅ ｓ ｎｓ ｒｕｓ ｄ ｆ ａ ｕ ｉ ｎ ｅ ｇｏ ｎ ｈ ａ ｅ ｓ ｉ ｅ ｉｎ ｄ ｂ ｏ ｉ ｉ ｇ ｏ ｔ ｅ ａ ｃ ｌｒ ｍｅ ｅ ｔ ｉ ｇｅ ｃ ｉ ｃ ｏ ｏ ｈ ｃ ｅ ｅ ｏ ｔｒｗｉ ｓｎ ｌ ｈｐ ｍｉｒ ｃ ｍｐｕｅ ． Ｔ ａ ｅ ｍｐｈ ｔｃ ｌｙ ａ ａｙ ｅ ｎ ｅ ｅｍｉ ｅ ｈ ｍｐ ｒａ ｔ ｈ ｔｒ ｈｅ ｐ ｐ ｒｅ ａｉａｌ ｎ ｚ ｓ ａ ｄ ｄ ｔｒ ｎ ｓ ｔ ｅ ｉ ｏ ｔ ｎ ｌ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｓａ ｄ ｔ ｅ ａ ｐ ｉａ ｉｎ ｏ ｈ ｃ ｅｅ ｏ ｔ ｒ ｗｈ ｃ ａ ｅ ｌｔｍｅ ｍｏ ｉｏ ｈ ｐ ａ ｇ ｅ ｏ ｈ ａ ｒｒ ｎ ｅ ａ ａ ｔｒ ｎ ｈ ｐ ｌｃ ｔ ｆｔ ｅ ａ ｃ ｌ ｒ ｍｅｅ ｉｈ ｃ ｎ ｒ ａ —ｉ ｎ ｔｒ ｔ ｅ ｄｉ ｎ ｌ ｆ ｓ ｅ ｒ ｏ ａ ｇ ｏ ａ ｍ ，ｔｕｓｓ ｐ ｌ ｉｇ ｓａ ｕ ａ ａ ｆｒｔ ｅ ｅ ｅ ｕｐｍｅ ｔｔ ｅ ｌ ｅ ａ ｔｍａｉ ｐ ｒ ｔｏ ｎ ｏ ｔｏ ． ｒ ｈ ｕ ｐ ｙｎ ｔ ｔ ｓｄ ｔ ｈ ｓ ｑ ｉ ｏ ｎ ｏ ｒ ａ ｉ ｕ ｏ ｔｃ ｏ ｅ ａｉｎ ａ ｄ ｃ ｎ ｒ１ ｚ Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｄ ａ— ｘ ｓａ ｃ ｌ ｒ ｍｅｅ ；ＡＤＸＬ ０ ｕ ｌａ ｉ ｃ ｅｅ ｏ ｔ ｒ ２ ３；ｄｐ— ｎ ｌ ａ ｕ ｅ ｎ ；ＭＣＵ；ｉｔ ｌｉｅ ｔｓ ｎ ｏ ｉ ａ ｇｅ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｎ ｅｌｇ ｎ ｅ ｓ ｒ
智能化测量重力加速度的实验研究
智能化测量重力加速度的实验研究杨桂林【摘要】In our study, the instrument for measuring gravity acceleration is redesigned and improved. The results indicated that the improved measuring instrument eliminated the effects of remanence, reduced time measurement error, enhanced precision, and made measuring more intelligent.%对重力加速度测量装置进行了改进,结果显示:改进后的测量装置消除了电磁铁剩磁对测量结果的影响,减小了小球经过光电门时因偏心带来的时间测量误差,提高了测量精度,使测量更加智能化.【期刊名称】《海南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(030)004【总页数】5页(P329-333)【关键词】智能;重力;加速度;自由落体【作者】杨桂林【作者单位】菏泽学院蒋震机电工程学院,山东菏泽274015【正文语种】中文【中图分类】TP216目前，重力加速度的测量方法主要有单摆法和自由落体法2种方法.用单摆法测量重力加速度时，要求忽略细线的质量，摆线长远大于小球的直径，把小球看成质点，并且小球的摆幅要小于5°;而用自由落体法测量重力加速度时，小球释放前是用通电的电磁铁吸住的，在断电的瞬间，电磁铁有剩磁，小球通过光电门时，往往不是小球的质心遮光计时，此外，还需要手工计算，这些因素都会对重力加速度的测量值产生较大的影响［1－2］.鉴于以上的不足之处，笔者对重力加速度的智能化测量进行了研究，并设计和研制了智能重力加速度测量装置，在设计过程中最大程度地降低了旧式测量存在的误差影响，实现了比较精确的智能化测量.1 实验装置1.1 结构示意图智能重力加速度测量装置的结构［1］如图1所示.支架下端固定在底座上，上端装有小球释放装置，小球放在释放装置上的圆孔中，小球的释放由支撑触头的伸出或缩进来控制，支撑触头的状态由电动机带动传动装置控制.在支架的中间，装有可移动的光电开关，光电开关通过导线与电源和单片机AT89S52相连接.液晶屏、键盘、单片机AT89S52、电源以及报警装置等都封装在一块，共同组成了一个功能强大的控制系统，另外，该装置还装有水平仪和刻度尺.图1 智能重力加速度测量装置结构示意图1.2 硬件设计该智能重力加速度测量装置主要由电源电路、释放小球控制电路、AT89S52控制电路、小球检测电路、显示器、报警电路6部分组成，其结构框图［1，3］如图2所示.图2 系统结构框图图3 +5 V的电源电路1.2.1 电源电路电源电路如图3所示，主要由9 V的电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路4部分组成.首先220 V的交流电压经9 V的电源变压器变为所需要的电压值，然后经过整流电路将交流电压变为脉动直流电压给电磁铁供电，最后通过滤波、稳压电路输出+5 V的稳定电压，给单片机AT89S52、液晶屏、光电开关、报警电路供电［4］.将该电路中的集成块LM78L05换成LM7812即可得到+12 V的电源，从而给电机供电.图4 释放小球的控制电路1.2.2 释放小球装置电路按下开始按键，单片机AT89S52即发出信号使继电器吸合，电机开始转动，从而抽动拉杆释放小球，其电路［4］如图4所示.在该电路中，选用了反应速度快、精度高的电机.1.2.3 AT89S52控制电路 AT89S52控制电路由单片机AT89S52及其外围电路组成，其电路［4－5］如图5所示.1.2.4 小球检测电路小球在自由下落的过程中，小球的底部经过光电开关时，光电开关开始工作，其输出端输出低电平，并送入单片机，停止计时.其电路［4］如图6所示.图5 AT89S52控制电路图6 小球检测电路图7 报警电路1.2.5 报警电路当小球自由下落时，若被光电开关检测到，则报警电路工作，并发出数据有效的信号，其电路［4］如图7所示.另外，选用SMC1602液晶屏以显示相应的信息.1.3 软件设计整个系统的主程序流程图［5］如图8所示，首先按要求调整好所下落的距离，并通过键盘输入单片机，按开始键进行一次测量，然后重新调整下落距离并输入单片机，启动第2次测量，直到完成5次测量，最后单片机自动完成所有的计算，并将结果显示在显示器上.2 实验原理小球自释放处自由下落到光电开关的距离为h，小球下落距离h所用的时间为t，由自由落体运动规律的公式h= 得 g=.图8 主程序流程图3 实验方法与步骤［6］1)调节支架底座上的水平调节旋钮，使水平仪中的气泡处在中间位置，从而使支架处于垂直状态.2)将小球放在释放装置的圆孔内，调节光电开关支架的位置.3)接通电源，输入小球自由下落的距离h.4)打开小球释放按钮，小球自由下落，液晶屏显示此次测量的重力加速度数值.5)重复步骤2)、3)、4)，测量5 次.6)由单片机AT89S52完成较精确的计时、计算、存储以及数据处理等一系列工作，按相应的功能按钮，从显示器获取相应的数据.4 实验结果根据山东省菏泽市所处位置可知(北纬35°11'、东经115°36'、海拔52.5m［7］)，当地的重力加速度g0=9.785 m·s－2［8］，用普通重力加速度测量装置、智能重力加速度测量装置测得的实验数据分别如表1和2所示.表1 普通重力加速度测量装置测得的实验数据注:绝对误差为g－g0;相对误差为(g －g0)/g0，下表同.测量次数距离h/cm 重力加速度/(m·s－2)绝对误差/(m·s－2)相对误差/%1 40.25 9.585 －0.200 －2.044 2 50.60 9.977 0.192 1.962 3 58.85 10.284 0.499 5.100 4 65.40 9.952 0.167 1.707 5 70.20 9.922 0.137 1.4002.443平均值—9.944 0.239表2 智能重力加速度测量装置测得的实验数据测量次数距离h/cm 重力加速度/(m·s－2)绝对误差/(m·s－2)相对误差/%9.787 0.017 0.178 40.25 9.765 －0.020 －0.204 2 50.60 9.766 －0.019 －0.194 3 58.85 9.804 0.019 0.194 4 65.409.801 0.016 0.164 5 70.20 9.798 0.013 0.133平均值—1由以上实验数据可见，用智能加速度测量装置测得的实验数据精度较高，精度提高了约13倍，而且相对误差都在实验规定的误差范围之内.5 小结反复试验证明:该智能重力加速度测量装置不仅能满足实验的要求，而且实现了重力加速度的智能化测量，提高了测量精度，极大地改善了实验环境，丰富了实验内容，提高了实验效率.该仪器结构合理、操作方便、测量误差小，因此，智能重力加速度测量装置在测量重力加速度的实验中有着广泛的应用和良好的推广前景. 参考文献:【相关文献】［1］杜方炳，杨红梅，夏湘芳.重力加速度测量仪的设计与制作［J］.物理实验，2007，27(11):26－27.［2］明文祥.自由落体仪测重力加速度实验误差及教学要求的讨论［J］.物理实验，2008，8(5):220－223.［3］朱端兴，曹正东.落球法测定重力加速度实验的改进［J］.大学物理实验，2009，15(3):26－29.［4］杨桂林.基于 AT89S52的智能小车的设计［J］.微计算机信息，2010，26(7):124－125. ［5］赵建领.51系列单片机开发宝典［M］.北京:电子工业出版社，2010:35－332.［6］朱俊孔，张山彪，高铁军，等.普通物理实验［M］.济南:山东大学出版社，2010:46－47. ［7］王运思.菏泽市情研究［M］.北京:中国工人出版社，2009:6－7.［8］周维新，李建英，丘其宪.气象用重力加速度计算方法的研究［J］.气象，1999，25(6):3－7.。
基于单片机的速度测量系统设计
基于单片机的速度测量系统设计
简介
本文介绍了一种基于单片机的速度测量系统设计方案。
该系统
可以通过输入旋转轴转速测量出物体的线速度。
设计原理
通过旋转轴转速来确定物体的线速度，这是基本的物理学原理。
在该系统中，使用光电编码器来测量旋转轴的转速，并且使用单片
机进行数据处理。
通过旋转轴的周期性信号，我们可以测量每个周
期的时间，进而计算出旋转轴的转速。
最后根据物体旋转半径，计
算出物体的线速度。
系统组成
该系统由光电编码器、单片机、电路板和显示器等组成。
光电
编码器测量旋转轴的转速，并通过IO口将编码器信号输入到单片机。
单片机通过计算来测量旋转轴转速，并且计算物体的线速度。
计算的结果可以在显示器上显示。
系统特点
该系统具有精度高、响应速度快、成本低等特点。
另外，由于旋转轴转速的直接输入，该系统对于不同形状和大小的物体都具有一定的适用性。
总结
基于单片机的速度测量系统是一种简单有效的测量物体线速度的方法。
在实际应用中，可以根据需要进行适当的改进和扩展，以满足更复杂的测量要求。
当地重力加速度的测量文献综述
霍尔效应的应用还存在着很大的开拓空间，而霍尔元件在测量磁场、电流、电压、电功率以及非电量，特别是微小位移量的方法上具有十分重要的用途[2]。
液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到广泛的应用。目前字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信心显示器件。LCD1602液晶显示模块可以显示两行，每行16个字符，采用+5V电源供电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比[3]。
(3)控制功能强
单片机是在一块芯片上集成了中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随即存储器(RAM)和各种输入/输出(I/O)接口的微型计算机，并非常适用于专门的控制用途，同时又推行的串行扩展总线可以显著减少引脚数量，简化系统结构。
(4)低电压、低功耗
单片机大量用于携带式产品和家用消费类产品，低电压和低功耗尤为重要[5]。目前，许多单片机已可在2.2V电压下运行,有的已能在1.2V或0.9V下工作,功耗降至μA级,一粒钮扣电池就可长期使用[6]。
二、主体
1.工作原理
待单摆的摆球经过霍尔元件传感器，输出为数字电平信号，待数字电平信号送入单片机中进行相应的处理，最后将计算所得的重力加速度在液晶显示屏上以ASCII形式显示，并保留两位小数。
2.系统的主要组成部分
1.A3144型霍尔元件传感器
对测量重力加速度实验装置的改进
对测量重力加速度实验装置的改进滕德虎【摘要】在当前自由落体测量重力加速度实验基础上,增设光路指示灯、改造铅垂线,确保实验支架铅垂度.利用设计的输入接口电路、单片机电路、输出接口电路和电磁铁控制电路进行取样、处理和发送实验数据,提高时间测量精度.开发了测量重力加速度实验专用软件,实现了自动计算、保存和显示实验数据,避免手工计算、提高实验效率.改进后的自由落体测量重力加速度实验装置,简化了实验过程、减小了实验误差.%Based on the experiment free falling acceleration, the verticality of the bracket was ensured by adding optical indicators and improving the plumb line.To improve the accuracy of the experiment, input interface circuit, microcontroller circuit, output interface circuit and control circuit of electromagnet were used in sampling, processing and transmitting the experimental data.Measurement software was designed to realize automatic calculation, storage and display of experimental data to improve the experimental efficiency.These improvements on the free fall acceleration device could simplify the experimental process and reduce experimental error.【期刊名称】《物理实验》【年(卷),期】2017(037)006【总页数】3页(P58-60)【关键词】重力加速度;自由落体;单片机【作者】滕德虎【作者单位】芜湖机械工程学校,安徽芜湖 241200【正文语种】中文【中图分类】G633.7自由落体测量重力加速度实验是中学物理教学中的重要实验，也是大学普通物理实验课程中最基本的验证性实验，在物理教学中占有重要地位. 当前，该实验方法是用计时器测量自由下落小球经过两段已知高度的下落时间，计算重力加速度大小. 这种测量方式需要手工记录测量数据并进行复杂计算，数据管理手段简陋、实验效率低下. 应用信息技术对自由落体测量重力加速度实验装置进行改进，不但可有效避免上述弊端，还降低了实验误差.改进后的实验装置主要有支架、铅垂线、小球、光电门、实验仪和实验专用软件. 其工作原理为：光电门状态变化数据经输入电路触发单片机处理，并将结果通过输出电路发送给计算机的实验专用软件，自动完成数据的计算、保存和显示. 数据处理流程如图1所示.铅垂线采用无伸缩变形的尼龙丝织软线制作，上端固定于电磁衔铁中心；中间紧穿3颗可以移动的直径2 mm球形胶粒(与光电门射光孔直径相近)，用于调节支架铅垂时阻挡光电门光路；下段连接铅锤,其具体结构如图2所示.将铅垂线上端衔铁吸附于电磁铁中心定位槽，下端铅锤自由悬挂，逐一微移3个橡胶粒高度，使之与对应的光电门光路平齐；反复调节支架的支脚螺钉，直至实验仪上3个对应的光电门光路切断指示灯同时点亮，保证实验支架绝对铅垂.测试仪为电子装置，由光电门数据输入接口电路、单片机数据处理电路、USB转UART输出电路和电磁铁控制电路构成，用于测量数据的采样、处理与发送.3个光电门与对应的三路两级开关电路连接，构成数据输入电路. 图3为上端光电门及相应的输入接口电路图.光路连通时，光电接收管电阻很小，光电门输出高电平，Q11导通，Q12截止，光路指示灯DS1熄灭，电路输出高电平. 光路切断时，光电接收管电阻很大，光电门输出低电平，Q11截止，Q12导通，光路指示灯DS1点亮，电路输出低电平.中间光电门和下端光电门及其接口电路与之相仿.单片机采用STC89C52芯片，以厂家数据手册推荐的典型电路构建最小系统,其电路图如图4所示.上、中、下3路输入接口电路将光路信号分别输入到单片机3个IO引脚P1.0,P1.1和P1.2，以控制单片机内部程序运行. 光路连通时，该3个引脚为高电平. 当小球下落至上端光电门时，光路断开，P1.0引脚被置低电平，内部计时器TIMER0开始计时；当小球下落至中间光电门时，P1.1引脚被置低电平，程序第1次读出TIMER0计时值，也就是小球从上端光电门到中间光电门的下落时间；当小球下落至下端光电门时，P1.2引脚被置低电平，程序第2次读出TIMER0计时值，也就是小球从上端光电门到下端光电门的下落时间，同时将2次读出的时间数据通过输出接口发送给计算机实验专用软件，并复位单片机内部测量数据，为下次实验做好准备.输出接口电路采用CH340G芯片，使用厂家推荐的典型电路，通过USB口实现UART通信，其电路图如图5所示.电磁铁电路是独立的，由微型自锁开关和电磁线圈构成. 接通开关，线圈产生磁性，吸住小球；断开开关，线圈磁性消失，小球自由下落.实验仪采用5 V电源，功率约为1 W，直接由计算机USB口供电. 使用前，将电磁铁和光电门插头插入实验仪对应插口，用USB延长线连接实验仪和计算机，开启计算机即可开始使用.自由落体重力加速度测量实验专用软件由Visual FoxPro开发，它是无需安装的绿色小软件. 其主界面用于测试环境数据输入和测试结果显示，如图6所示.测量时，用户要事先选择实验城市，并输入小球下落的上端高度和全程高度；小球下落后，单击“接收数据”按钮，软件即可自动收集、计算和保存数据，并立即显示实验结果.为了方便使用，软件提供了数据浏览和管理功能，也可以将测量数据导出到Excel 文件，便于分析、打印.应用信息技术改进自由落体测量重力加速度实验装置后，借助光路指示灯来调节实验支架的铅垂度，避免肉眼观察误差；同时，由光电信号触发单片机程序计时，其精度达0.1 ms，有效降低实验误差. 应用改进后的装置，在不同城市选择不同下落高度进行上千次实验，相同下落高度测量值变化范围在0.02%以内；不同高度测量相对误差范围在-0.15%～-0.09%之间. 采用软件自动收集、计算、保存和显示实验数据，避免了复杂运算、提高了工作效率.【相关文献】[1] 全秀娥,叶伏秋,米贤武. 自由落体测量重力加速度的仪器改进[J]. 实验科学与技术,2007,5(1):126-128.[2] 杜方炳,杨红梅,夏湘芳. 重力加速度测量仪的设计与制作[J]. 物理实验,2007，27(11):26-27.[3] 车立新,白春雨,刘晓萍. 重力加速度测量方法的比较与研究[J]. 白城师范学院学报,2007，21(6):31-34.[4] 苏世栋. 利用单片机改进重力加速度试验仪[J]. 运城学院学报,2006,24(5):27-28.。
重力加速度的精确测量与研究-光电门
重力加速度的精确测量与研究光电门-论文网论文摘要：本文在总结传统测量重力加速度方法的基础上，通过搭建新的实验装置，探究一种新的测量重力加速度的方法。
该方法具有操作方便、简单的优点，并且提高了实验数据精确度，符合探究式学习的教育理念。
论文关键词：自由落体,重力加速度,光电门,瞬时速度引言重力加速度是物理学中的一个重要参量，在实际工作中，常常需要知道重力加速度的大小。
重力加速度的测定是个传统的实验，其实验方法通常有落体法测量重力加速度、用摆测量重力加速度和用液体测量重力加速度。
其中落体法测量重力加速度又可分为自由落体法、气垫导轨法、斜槽法等。
每种方法都有各自的优缺点，测量结果的精确度也不尽相同，但总体来说所测出的实验数据精确度普遍较低。
传统的用光电门测量重力加速度时，通常存在多次测量时小球高度不固定、挡光部分不相同等缺点，并且用小球作重物时经过光电门因偏心引起的会引起误差。
为了提高测量结果的精确度，本文采用自己搭建的实验装置（如图一）进行实验，该装置操作方便简单，原理易懂，并且较好的避免了多次测量时小球高度不固定、挡光部分不相同等缺点，用挡光纸片代替小球挡光，避免了用小球作重物时经过光电门因偏心引起的误差。
且本实验有较高的可重复性，为多次测量求平均值提供了客观条件。
1.实验装置设左侧空气中小球质量为m,上端用细绳通过挂钩连接砝码的质量为；光电门固定在左侧的铁架台上，并与电脑计时器连接；细绳上悬挂一个质量可以忽略的挡光纸片（其结构如图2所示），位置可以移动，纸片的左边缘与光电门的距离就是小球在空气中的下降距离。
释放装置固定在右侧铁架台上，释放时用薄口刀片在其下部沿尖端方向迅速刮出，可以较好的实现零速释放。
实验证明，该方法具有较好的稳定性和重复性。
图1实验装置计数器所测得的时间就是纸片的有效距离△L通过光电门的时间。
当△L足够小的时候，就可用纸片在光电门处通过△L的平均速度代替其瞬时速度。
实验中制作的纸片中△L=1.6mm，纸片和细线的质量忽略不计，△L电脑计时器的计时精度为0.01ms。
测量重力加速度的原理
测量重力加速度的原理
胡巍
【期刊名称】《牡丹江师范学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2006(000)001
【摘要】@@ 1 落体法测量重力加速度rn(1)根据自由落体运动 g=2s/t2,测下落
的高度和时间.高度可由米尺测出.测量时间可用手表、秒表、打点计时、闪光照片、滴水法(自来水、滴定管)、光电门、单片机等.
【总页数】2页(P20-21)
【作者】胡巍
【作者单位】牡丹江师范学院物理系,黑龙江,牡丹江,157012
【正文语种】中文
【中图分类】O4
【相关文献】
1.实验室校准重力加速度式波浪浮标波高与波周期测量值的原理和方法 [J], 于建清;
2.实验室校准重力加速度式波浪浮标波高与波周期测量值的原理和方法 [J], 于建
清
3.周期测量仪和重力加速度的测量 [J], 庞显志;林齐昭
4.物理实验重在原理——以测量当地重力加速度为例 [J], 李树祥
5.浅析气垫导轨测量重力加速度实验原理 [J], 李子怡
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基于单片机的重力加速度测量
王磊
摘要：重力加速度通常使用重力加速度测量仪进行测量，其测量过程是通过两个光电门检测物体的下降时刻，由数字毫秒计显示物体所经历的时间，最后通过繁琐的手工计算求得，主要缺点是效率较低且不可避免粗大误差的影响。
为了提高实验效率以及实验结果的准确度，我们对传统重力加速度测量仪进行了改进，主要是利用单片机对原实验的光电信号进行检测，通过VC编程完成较精确的计算、存储、显示以及数据处理等一系列工作，极大的改善了实验环境、丰富了实验内容以及提高了实验效率。
关键词：重力加速度；单片机；VC++
0 引言
在力学实验中，通常测量重力加速度所用的重力加速度测量仪[1]，是通过光电门得到物体的下降时间，并由数字毫秒计显示，通过设定不同的距离进行多次测量，然后按最小二乘法进行手工计算求得重力加速度值。
其主要缺点是手工计算不方便，会引入计算误差，实验效率较低。
为了精确、有效地测量出重力加速度，设计了以上位PC机VC++程序作为主控制机，以AT89C51单片机作为辅助的重力加速度测量装置，所测时间以10μs 计，误差小，精度高，功耗低，比较适合物理实验用。
1 基本测量原理
物理上测量重力加速度的方法有很多，比如落体法、摆球法、液体测量法等等[2]。
本文采用落体法测量重力加速度。
基本原理如下：
(1)根据自由落体运动，测下落的高度和时间．高度可由米尺测出。
测量时间可用手表、秒表、打点计时、闪光照片、滴水法(自来水、滴定管)、光电门、单片机等。
(2)利用小球在保证初速度不变的情况下下落两个不同的高度，则有
，。
是小球经过上光电门时的初速度。
由上两式得：
(3)针对上个方案。
采用多种数据处理，实验方案也不同，如多次测量、逐差法、作图法、最小二乘法等。
其结构简图如图1所示。
开始时小刚球7被电磁铁6吸住，测量时断开电磁铁，使钢球以初速度为零下落，钢球依次通过二只光电管4和5，落到球座2中的球窝内，测量过程结束。
1—底座 2—球座 3—立柱及标尺 4—移动光
电管 5—固定光电管 6—电磁铁 7—小钢球
图1 测量装置简图
2 系统硬件电路及程序
2.1 硬件电路
本系统采用AT89C51芯片，完成从光电门接收数据，并把接收到的数据发送到PC机，而其他外围设备或芯片都起到辅助作用。
AT89C51的最小系统电路图如图2中间部分所示，它由三部分组成：复位电路、时钟电路、中断指示电路[3]。
复位电路和时钟电路都是使单片机正常工作所必须的电路，而对于指示灯电路是为了说明有外部中断信号。
AT89C51外部中断电路的作用是实现外部中断信号，也就是在遮光杆通过光电门时要单片机产生外部中断。
AT89C51串口通信电路的功能：实现AT89C51单片机的串口和计算机的串口之间基于RS232的串口通信。
这就需要在它们之间接一个RS232串口标准的接口芯片—MAX232。
MAX232是连接AT89C51单片机和计算机DB9插头的中转站，即实现把TTL／CMOS数据转换成RA232数据，从而以实现AT89C51与计算机的串行通信。
MAX232外围电路如图2右边部分所示。
图2 单片机及外围电路图
2.2 单片机程序
单片机主要实现的是光电计时功能：就是要在金属小球通过第一个光电门时
产生一个外部中断，然后进入中断子程序执行开始计时的任务并使中断指示灯点亮；当金属小球通过第二个光电门时，单片机产生一个外部中断，然后进入中断子程序，执行停止计时的任务，并将时间以串口通信的方式发送至PC。
整个程序由二个外部中断子程序、计时子程序(T0来计时)以及串行口数据发送子程序(T1用于波特率的设置)。
而主程序是一个空操作，用于等待中断。
2.3 PC机VC++程序设计
系统的前面板包括：实验参数输入、测量步骤选择和显示三部分[4]。
通过实验参数输入部分可以对小球的质量和两个光电门的位置进行自由设置，例如S1取30cm，S2取130cm。
测量步骤选择下拉列表中包括本实验的二个实验步骤，即测量t1，t2和数据处理，依次选择这二个步骤，可以对t1，t2重复测量5次，计算重力加速度以及误差，并表示出测量结果。
显示部分用于显示测量次数，测得的时间量值及二个光电门的位置、实验结果和相对误差。
图3 程序流程
3 结论
本文讨论的方法主要是利用单片机对原实验装置的光电信号进行检测，省去原实验中用的数字毫秒计，利用PC机进行较精确的计时并完成繁琐的最小二乘法计算过程，进一步显示计算出实验结果，在此基础上还可有效的对实验数据进行存储、打印以及与上位计算机联网以进一步扩充实验功能等，对于促进实验改革具有一定的现实意义。
用单片机取代数字毫秒计测量重力加速度，使得测量结果精确度高，可靠性好[5]。
测量时间的精度比数字毫秒计提高了两个数量级；而且单片机价格便宜、结构简单，一套单片机测量系统的价格仅为原来用数字毫秒计价格的一半，且单片机是集成块插件结构，坏了容易修复。
将计算机技术与测量技术有机结合，测量时只要在开始测量之前一次输入必要的参数，启动测量后仪器即可一次测出多个数据，由程序自动完成各种数据处理和误差计算，可极大地减少人为因素而导致的各种较大误差，提高测量准确度。
而且测量基于VC++编程，只要在软件上稍加改动，就可将其应用到其他相关的测量实验中去。
参考文献：
[1]王云才. 大学物理实验教程[M]. 北京：科学出版社，2008：160—161
[2]胡巍. 测量重力加速度原理[J]. 牡丹江师范学院学报，2006,1(1):20-21
[3]张俊藻. 单片机中级教程[M]. 北京：北京航空航天出版社，2006：25—37
[4]孙鑫. VC++深入详解[M]. 北京：电子工业出版社，2006：200—245
[5]肖运虹，操长茂. 用8031单片机测量重力加速度[J]. 江汉大学学报，1996,13(3):17-18。