Wortal internetowy projektu LEPLA

1. Układ rejestracji danych

Pod pojęciem "handheld technology" rozumiemy przenośny a zarazem kompletny układ rejestracji danych składający się z programowalnego kalkulatora graficznego (lub komputera) kontrolującego poprzez odpowiedni interfejs zestaw wybranych czujników pomiarowych. Układ taki umożliwia szybkie i efektywne wykonanie różnorodnych pomiarów fizycznych zarówno przez studentów pracujących samodzielnie bądź w grupach, jak również przez nauczycieli w formie demonstracji. Użycie kalkulatora graficznego pozwala na bezpośredni, łatwy dostęp do wielu matematycznych jak i graficznych funkcji i procedur co sprawia, że zaawansowana analiza danych eksperymentalnych staje się integralną częścią procesu nauczania fizyki doświadczalnej. Bardziej zaawansowani uczniowie lub studenci mogą pisać programy oraz podejmować próby projektowania własnych eksperymentów fizycznych.

czujnik

interfejs

kalkulator
graficzny

Elementy składowe układu pomiarowego:

czujnik - do pośredniczenia z badanym środowiskiem.
interfejs - do gromadzenia danych pomiarowych.
kalkulator graficzny - do analizowania i prezentowania danych pomiarowych.
dodatkowy osprzęt i oprogramowanie - do kontrolowania, analizowania, transmisji i zapisu danych.

Czujnik dokonuje pomiaru sygnału po uprzednim otrzymaniu polecenia wysłanego z kalkulatora poprzez sprzęgający interfejs. Układ pokazany na rysunku umożliwia dokonanie pomiaru napięcia, natężenia prądu, pola magnetycznego, natężenia oświetlenia, odległości oraz wielu innych wielkości fizycznych. Każda z mierzonych wielkości fizycznych zamieniana jest na napięcie i w takiej postaci rejestrowana przez interfejs. Interfejs zapamiętuje wartości napięcia w funkcji czasu oraz dokonuje ewentualnej wstępnej obróbki danych (liniowe skalowanie, różniczkowanie po czasie). Dane zgromadzone w interfejsie w dogodnym momencie mogą zostać przesłane do kalkulatora graficznego. Umieszczone wcześniej w pamięci kalkulatora, łatwe w użyciu oprogramowanie, napisane z myślą o konkretnym eksperymencie fizycznym, pozwala uczniom i studentom sporządzać wykresy oraz dokonywać analizy danych. Uczniowie i studenci nabywają rownocześnie umiejętności niezbędnych podczas obsługi bardziej złożonych systemów pomiarowych tj. wykonanie kalibracji, wybór częstotliwości próbkowania, ustalanie zakresu pomiarowego, czy wybór odpowiedniej metody analizy danych (dopasowanie krzywej do punktów pomiarowych, analiza statystyczna, szacowanie błędu, itp).

2. Procedura przeprowadzania pomiaru

wczytanie do kalkulatora i uruchomienie odpowiedniego programu.
wybór czujnika, który będzie podłączony do interfejsu.
ustawienie właściwych parametrów pomiaru.
rejestracja i zapis danych pomiarowych.

Przed rozpoczęciem wykonywania doświadczenia należy wgrać odpowiedni program z komputera do kalkulatora graficznego. Można to zrobić wykorzystując np. okablowanie 'GraphLink' oraz program TI-Connect. Analiza zebranych danych pomiarowych może być przeprowadzona natychmiast po zakończeniu pomiarów, albo może zostać odłożona na dogodniejszą porę.
Omówiona tutaj pokrótce procedura przeprowadzania pomiaru ma zastosowanie w przypadku dowolnego z doświadczeń wchodzących w skład projeku LEPLA.

Kalkulatory graficzne TI.
Można wyróżnić dwie rodziny kalkulatorów graficznych wykorzystywanych podczas przeprowadzania doświadczeń w ramach projektu LEPLA:

TI84 lub TI84 Plus, TI-83 Plus lub TI-83SE oraz TI-83
TI-89 lub TI-89 Titanium, Voyager2000 oraz TI-92plus

Kalkulatory każdej z dwu grup rożnią się wbudowanym systemem operacyjnym, co wymaga stosowania innego oprogramowania. Niezależnie od systemu operacyjnego wydajność i możliwości wszystkich kalkulatorów są zbliżone. Szczegółowy opis użycia kalkulatorów graficznych dostępny jest w każdym z modułów projektu LEPLA.

[ Powrót ]

Dodatkowy osprzęt do kalkulatorów.
Wyróżniamy kilka rodzajów połączeń pomiędzy urządzeniami systemu (kalkulator <--> komputer):

Srebrny kabel GraphLink - do portu USB komputera.
Szary kabel GraphLink - do portu szeregowego (PC i Macintosh).
Czarny kabel GraphLink - do portu szeregowego (tylko PC).
Nowa rodzina kalkulatorów (TI84) oferuje bezpośrednie połączenia pomiędzy jednostkami za pomocą złącza USB.

[ Powrót ]

Interfejsy (CBL, CBL2, LabPro oraz CBR2 i CBR).
Podstawowym zadaniem interfejsu jest przetworzenie sygnału analogowego do postaci cyfrowej. Interfejsy CBL, CBL2 oraz LabPro są bardzo podobne i w wielu przypadkach mogą być stosowane zamiennie. Różnią się jedynie wydajnością (i ceną).

CBL (Caculator Based Laboratory) nie jest już produkowany, ale wciąż jest wykorzystywany w wielu szkolnych pracowniach i laboratoriach. Interfejs ten posiada przetwornik A/C o rozdzielczości 10 bitów, 3 analogowe wejścia, 1 wejście dźwiękowe, wyświetlacz LCD oraz 1 cyfrowe we/wy. Brak w nim pamięci FLASH.
CBL2 to następca CBL1. Jest produkowany przez Texas Instruments. Posiada 10 bitowy pzrtwornik A/C, 3 analogowe wejścia, 1 wejście dźwiękowe, 1 cyfrowe we/wy oraz pamięć FLASH. Brak w nim wyświetlacza LCD.
LabPro jest produkowany przez Vernier Software. Posiada 12 bitowy przetwornik A/C, 4 analogowe wejścia, 2 wejścia dźwięko, 1 cyfrowe we/wy oraz pamięć FLASH. Brak w nim wyświetlacza LCD.
CBR2, który zastąpił CBR (Calculator Based Ranger) to specjalizowany interfejs z wbudowanym ultradźwiękowym dalmierzem.

[ Powrót ]

Czujniki.
Napięcie, natężenie prądu, dźwięku, pola magnetycznego, natężenie światła, położenie, ciśnienie, siła, odległość, temperatura i wiele innych wielkości fizycznych może być rejestrowanych przy użyciu specjalnych czujników. Wszystkie czujniki są fabrycznie kalibrowane i cechowane, ale mogą zostać także wykalibrowane przez użytkowanika.
Większość czujników wykorzystywanych podczas wykonywania doświadczeń z projektu LEPLA to analogowe czujniki liniowe dostępne jako standardowe wyposażenie kalkulatorów graficznych TI. Dostępne są także czujniki cyfrowe takie jak np. Sonar (detektor ruchu) oraz nieliniowe (np. czujnik temperatury).
Do wykonania doświadczeń mogą również zostać użyte czujniki dostarczane przez firmę Vernier Software, czy też przez innych producentów. Można także użyć czujników wykonanych samodzielnie przez użytkowików (po wykonaniu niezbędnej kalibracji).

[ Powrót ]

Dodatkowe oprogramowanie do kalkulatorów i komputerów.
Wyróżniamy trzy grupy oprogramowania do kalkulatorów:

Proste programy o ograniczonej funkcjo-nalności tworzone przez użytkowników (dostępne bezpłatnie w internecie).
Uniwersalne programy wielozadaniowe (freeware): Vernier Physics, DataMate, Ranger, Science.
Oprogramowanie komercyjne: LoggerPro (tylko w wersji dla LabPro).

Dostępne są także programy wspomagające proces transmisji danych pomiędzy komuterem a kalkulatorem takie jak: GraphLink, TI-Connect Data analysis, TI-Interactive, Vernier Graphical Analysis, LoggerPro.

[ Powrót ]

Wycieczka po wortalu - Technologia Handheld