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霍尔实验数据采集系统的设计

刘江  
【摘要】: 物理实验是培养学生的科学思维方法和科学研究能力的重要途径。将计算机技术引入物理实验教学中可促进教学质量的提高。本文以霍尔实验为试点进行了实验器材的改造,将计算机技术、智能仪表技术与物理实验教学相结合,设计了霍尔实验数据采集系统。 本文主要完成了以下工作:(1)系统方案选择。经过论证,我们采用了分散型数据采集方案。由一台上位机和多台下位机构成主从式数据采集系统。下位机作为数据采集单元完成实验信号的采集并将数据上传至主机,上位机完成实验数据的处理与存储等功能。上位机与下位机之间通过RS-232或RS-485总线进行通讯。(2)完成系统硬件设计。包括信号调理、A/D转换、串行通讯、显示存储等几部分。为简化硬件设计,我们采用了I~2C总线扩展技术进行了下位机的存储、显示和键盘几部分的设计。(3)完成系统软件设计。包括下位机和上位机两部分。在下位机部分还设计了I~2C总线软件模拟的通用软件包。上位机采用多线程技术实现通讯程序的设计。(4)在提高系统精度上进行了研究。对霍尔元件的误差进行分析并给出补偿方法;对仪表放大器和A/D转换器引起的误差进行了理论分析;采用了数字滤波技术和采用神经网络方法实现的非线性校正技术进行软件补偿。 本系统已成功应用于实验教学中,对于其他物理实验的改造具有一定的借鉴意义。


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