Некоторые идеи Шарапова М.П.

Веб-сайт: http://someideas.ru

Многофункциональный блок регистрации и воспроизведения, меняющихся во времени электрических сигналов для учебных электроизмерительных приборов

Как растянуть время,

чтобы наглядно продемонстрировать учащимся быстрые изменения электрического напряжения или электрического тока с использованием обычных демонстрационных электроизмерительных приборов

Описание устройства и способа его использования

E-mail: autocad1012@yahoo.com

Показатели реализации и использования

Область использования

Обучение, лабораторные демонстрации, лабораторные работы.

Эффект для конечного пользователя

Повышение наглядности восприятия учебного материала.

Расширение методических возможностей проектирования фронтальных самостоятельных учебных лабораторных работ.

Для технической реализации необходимо обеспечить

Разработку и изготовление автономного, малогабаритного микроконтроллерного измерительного устройства.

2. Разработку программного обеспечения – сетевых приложений класса Интернета вещей.

Суть способа использования

Суть описываемого способа использования указанного устройства заключается в том, чтобы дать возможность учащимся наблюдать изменяющиеся во времени электрические величины в удобном темпе с использованием традиционных электроизмерительных, демонстрационных приборов, вне зависимости от реальной скорости изменения этих величин.

Суть устройства

Суть описываемого устройства заключается в том, чтобы обеспечивать регистрацию изменяющейся во времени электрической величины с последующим воспроизведением этой величины в исходном масштабе по величине и в измененном масштабе во времени.

Многие

Многие школьные опыты по электричеству связаны с изучением изменяющихся во времени электрических величин – токов, напряжений.

В школе издавна используют стрелочные демонстрационные вольтметры и амперметры.

Эти приборы имеют большие размеры.

Положение стрелки ученику с нормальным зрением хорошо видно.

Но!

Если мы хотим показать школьникам разряд-заряд конденсатора, то демонстрация будет только качественной.

Будет видно, что стрелка «дернется» или достаточно быстро переместится по шкале.

Еще «хуже» ситуация с колебательным контуром.

У нас должны быть вольтметр и амперметр.

Для более понятного объяснения сути наблюдаемых явлений хочется «остановить мгновенье».

И не только «остановить мгновенье», но и прокрутить эти мгновенья со скоростью объяснения.

При необходимости – и вспять.

Для этого и предлагается:

многофункциональный блок регистрации и воспроизведения, меняющихся во времени электрических сигналов для учебных электроизмерительных приборов.

Как!

Должен работать и должен быть устроен многофункциональный блок регистрации и воспроизведения, меняющихся во времени электрических сигналов для учебных электроизмерительных приборов?

Ниже, если не оговорено иного, описываемое устройство именуется: «Блок регистрации-воспроизведения».

Методически

Блок регистрации-воспроизведения должен быть «прозрачным» для регистрации-воспроизведения наблюдаемых электрических сигналов.

Это означает, что блок регистрации-воспроизведения должен «прозрачно» замещать собой соответствующий измерительный прибор.

Это, в свою очередь, означает следующее.

Если мы собрали измерительную электрическую схему и в нее включен, например, вольтметр, то, используя блок регистрации-воспроизведения, мы должны:

1. Отключить провода, подключенные к клеммам вольтметра.

2. Подключить эти провода к входным клеммам блока регистрации-воспроизведения.

3. Подключить выходные клеммы блока регистрации-воспроизведения к соответствующим клеммам вольтметра.

Конструктивно

Блок регистрации-воспроизведения должен включать в себя следующие основные части:

1. Входной узел.

2. Перезаписываемое энергонезависимое запоминающее устройство.

3. Блок управления.

4. Выходной узел.

5. Индикатор.

6. Пульт управления.

7. Выносной индикатор.

8. Выносной пульт управления.

9. Модуль Wi-Fi.

10. Модуль USB.

Входной узел должен выполнять следующие функции:

1. Автоматическое масштабирование (нормализацию) входного сигнала.

2. Аналого-цифровое преобразование нормализованного входного сигнала.

3. Защиту от электрического повреждения блока регистрации-воспроизведения или внешней схемы при неправильном включении.

Перезаписываемое энергонезависимое запоминающее устройство предназначено для записи, хранения и чтения фиксируемой информации.

Фиксируемая информация должна включать:

1. Массивы оцифрованных значений регистрируемого сигнала.

2. Идентифицирующую измерение информацию: номер измерения, дату и время, номер урока, идентификатор схемы и т.п.

Блок управления предназначен для управления работой блока регистрации-воспроизведения.

Выходной узел должен выполнять следующие функции:

1. Цифро-аналоговое преобразование зарегистрированного, оцифрованного сигнала.

2. Автоматическое масштабирование выходного сигнала.

3. Защиту от электрического повреждения блока регистрации-воспроизведения или внешнего прибора при неправильном включении.

Индикатор предназначен для отображения информации, необходимой при выполнении следующих действий:

1. Подготовке блока регистрации-воспроизведения к работе.

2. Регистрации входного сигнала.

3. Воспроизведении зарегистрированного, оцифрованного сигнала.

4. Управлении работой блока регистрации-воспроизведения.

В состав информации, отображаемой на индикаторе может входить следующая информация:

1. Индикация включения блока регистрации-воспроизведения.

2. Индикация режима регистрации.

3. Индикация режима воспроизведения.

4. Индикация срабатывания защиты.

5. Величина шага временной дискретизации входного сигнала в указанных единицах измерения.

6. Единицы измерения величины шага временной дискретизации входного сигнала.

7. Относительное время регистрации-воспроизведения текущего отсчета регистрируемого-воспроизводимого сигнала, отсчитываемое от начала регистрации-воспроизведения данного сигнала в указанных единицах измерения.

8. Обозначение единиц измерения относительного времени регистрации-воспроизведения текущего отсчета регистрируемого-воспроизводимого сигнала, отсчитываемого от начала регистрации-воспроизведения данного сигнала.

9. Шаг изменения относительного времени текущего отсчета при воспроизведении зарегистрированного, оцифрованного сигнала в указанных единицах измерения.

10. Информация, идентифицирующая регистрацию данного сигнала.

Индикация включения блока регистрации-воспроизведения показывает включен этот блок или нет.

Индикация режима регистрации показывает, что блок регистрации-воспроизведения работает в режиме регистрации.

Индикация режима воспроизведения показывает, что блок регистрации-воспроизведения работает в режиме воспроизведения.

Индикация срабатывания защиты показывает, что корректная работа блока регистрации-воспроизведения в собранной схеме не может быть обеспечена.

Пульт управления предназначен для управления работой блока регистрации-воспроизведения при выполнении следующих действий:

1. Подготовке блока регистрации-воспроизведения к работе.

2. Регистрации входного сигнала.

3. Воспроизведении зарегистрированного, оцифрованного сигнала.

4. Управлении работой блока регистрации-воспроизведения.

В состав пульта управления могут входить следующие органы управления:

1. Выключатель включения блока регистрации-воспроизведения.

2. Переключатель режима запуска регистрации.

3. Переключатель режима запуска воспроизведения.

4. Кнопка регистрации.

5. Кнопка-джойстик воспроизведения.

6. Переключатель режима измерения.

7. Кнопка восстановления защиты.

8. Переключатель соединения выходных клемм с входными.

Выключатель включения блока регистрации-воспроизведения предназначен для включения и выключения блока регистрации-воспроизведения.

Переключатель режима запуска регистрации предназначен для установки режима регистрации блока регистрации-воспроизведения .

Возможны следующие режимы регистрации:

1. С запуском вручную.

2. С автоматическим запуском.

3. С внешней синхронизацией.

Переключатель режима запуска воспроизведения предназначен для установки режима воспроизведения блока регистрации-воспроизведения.

Возможны следующие режимы воспроизведения:

1. С ручным управлением.

2. С внешней синхронизацией.

Кнопка регистрации предназначена для ручного запуска регистрации.

Кнопка-джойстик воспроизведения предназначена для управления воспроизведением зарегистрированного сигнала и должна обеспечивать следующие действия:

1. Пуск воспроизведения зарегистрированного сигнала с последовательным увеличением времени регистрации значений отсчетов («время - вперед».

2. Пуск воспроизведения зарегистрированного сигнала с последовательным уменьшением времени регистрации значений отсчетов («время - назад».

3. Остановка воспроизведения зарегистрированного сигнала.

4. Дискретное увеличение шага изменения относительного времени текущего отсчета при пошаговом воспроизведении зарегистрированного, оцифрованного сигнала.

5. Дискретное уменьшение шага изменения относительного времени текущего отсчета при пошаговом воспроизведении зарегистрированного, оцифрованного сигнала.

6. Пошаговое воспроизведение зарегистрированного, оцифрованного сигнала.

7. Непрерывное воспроизведение зарегистрированного, оцифрованного сигнала.

Действия по пп. 1 – 7 могут выполняться неоднократно, в произвольном порядке.

Переключатель режима измерения предназначен для установки одного из следующих режимов измерения:

1. Измерение электрического тока.

2. Измерение электрического напряжения.

Кнопка восстановления защиты предназначена для включения режима защиты.

Переключатель соединения выходных клемм с входными предназначен для попарного соединения выходных клемм блока регистрации-воспроизведения с его входными клеммами.

При этом первая выходная клемма соединяется с первой входной клеммой, а втора выходная клемма – со второй входной.

При таком соединении в уже собранной схеме прибор, подключенный к блоку регистрации-воспроизведения, будет работать также, как этот же прибор работал, будучи включен в схему без блока регистрации-воспроизведения, непосредственно.

Выносной индикатор предназначен для использования в качестве демонстрационного устройства для отображения информации, необходимой при выполнении следующих действий:

1. Регистрации входного сигнала.

2. Воспроизведении зарегистрированного, оцифрованного сигнала.

В состав информации, отображаемой на выносном индикаторе может входить следующая информация:

1. Индикация режима регистрации.

2. Индикация режима воспроизведения.

3. Индикация срабатывания защиты.

4. Величина шага временной дискретизации входного сигнала в указанных единицах измерения.

5. Единицы измерения величины шага временной дискретизации входного сигнала.

6. Относительное время регистрации-воспроизведения текущего отсчета регистрируемого-воспроизводимого сигнала, отсчитываемое от начала регистрации-воспроизведения данного сигнала в указанных единицах измерения.

7. Обозначение единиц измерения относительного времени регистрации-воспроизведения текущего отсчета регистрируемого-воспроизводимого сигнала, отсчитываемое от начала регистрации-воспроизведения данного сигнала.

8. Шаг изменения относительного времени текущего отсчета, при воспроизведении зарегистрированного, оцифрованного сигнала в указанных единицах измерения.

Выносной пульт управления предназначен для управления работой блока регистрации-воспроизведения в режиме проведения демонстрационного занятия при выполнении следующих действий:

1. Регистрации входного сигнала.

2. Воспроизведении зарегистрированного, оцифрованного сигнала.

В состав выносного пульта управления могут входить следующие органы управления:

1. Переключатель режима запуска регистрации.

2. Переключатель режима запуска воспроизведения.

3. Кнопка регистрации.

4. Кнопка-джойстик воспроизведения.

5. Переключатель соединения выходных клемм, с входными.

Модуль Wi-Fi предназначен для связи блока регистрации-воспроизведения с другими устройствами в ЛВС учебного класса или в сети Интернет для обмена данными.

Модуль USB предназначен для связи блока регистрации-воспроизведения с ПК для обмена данными и программирования блока управления.

Как можно

Как можно использовать многофункциональный блок регистрации и воспроизведения, меняющихся во времени электрических сигналов для учебных электроизмерительных приборов в учебном процессе?

Лабораторная демонстрация

Учитель хочет продемонстрировать процесс заряда-разряда конденсатора.

Готовит необходимое оборудование, в том числе – два блока регистрации-воспроизведения.

Один из них будет регистрировать ток, другой – напряжение.

Параметры работы блоков либо устанавливает с пультов этих блоков, либо загружает через Wi-Fi-.

В ходе демонстрации сначала покажет, как неудобно измерять изменяющиеся величины обычными демонстрационными приборами.

Потом воспроизведет запись со своими комментариями, используя выносной индикатор.

Бонус

Запись зарегистрированного сигнала может быть доступна он-лайн, что открывает невиданные дидактические перспективы.

Фронтальная лабораторная работа

Учитель хочет провести фронтальную лабораторную работу по теме: «Изучение процесса заряда-разряда конденсатора».

Готовит необходимое количество комплектов необходимого оборудования, в том числе – по два блока регистрации-воспроизведения в каждом комплекте.

В каждом комплекте один из блоков регистрации-воспроизведения будет регистрировать ток, другой – напряжение.

Параметры работы блоков загружает через Wi-Fi.

В ходе лабораторной работы учащиеся выполняют учебные задания.

При этом используют и блоки регистрации-воспроизведения, и традиционные электроизмерительные приборы.

Учебные задания могут быть индивидуализированы.

Поскольку записи зарегистрированных сигналов доступны по Wi-Fi в режиме он-лайн, можно автоматически контролировать правильность измерений.

Фронтальная лабораторная работа 2

Поскольку блок регистрации-воспроизведения имеет запоминающее устройство и WI-Fi, его можно использовать в качестве «он-лайн, интернет-тестера».

Учитель хочет провести фронтальную лабораторную работу по теме: «Закон Ома».

Параметры работы блоков загружает через Wi-Fi.

В ходе лабораторной работы учащиеся выполняют учебные задания.

При этом используют и блоки регистрации-воспроизведения, и традиционные электроизмерительные приборы.

Учебные задания могут быть индивидуализированы.

Поскольку зарегистрированные данные доступны по Wi-Fi в режиме он-лайн, можно автоматически контролировать правильность измерений.

Аналог

«Блоки регистрации электрических сигналов БРХВ»

https://all-pribors.ru/opisanie/71690-18-brkhv

(дата обращения 06.06.2023).

Для кого идея

Автору кажется, что многофункциональный блок регистрации и воспроизведения, меняющихся во времени электрических сигналов для учебных электроизмерительных приборов в учебном процессе может заинтересовать:

1. Разработчиков инновационной микроэлектроники.

2. Разработчиков, поставщиков учебного оборудования.

3. Образовательные организации.