АННОТАЦИЯ 3
ВВЕДЕНИЕ 3
1. Теоретические основы наблюдаемого явления 5
2 Аппаратное и программное обеспечение 16
2.1 Лабораторная установка 16
2.2 Описание основных модулей 17
2.2.1 Платформа Arduino 17
2.2.2. Приемник звука 26
2.2.3 Пьезоизлучатель звука 27
2. 3. Используемые программные средства 27
2.3.1 Среда разработки Arduino IDE 27
2.3.2 Среда разработки PyCharm 30
2.3.3 Среда разработки Microsoft visual studio 2019 33
2.4. Обеспечение удаленного доступа 35
3. Результаты и выводы 36
3.1 Разработанное программное обеспечение 36
3.2 Методика проведения работы 38
3.3 Результаты 42
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 43
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 44
Реалии современного образования диктуют и современные задачи, стоящие перед образованием. В учебном процессе ряда естественнонаучных специальностей важное место занимают лабораторные работы [1]. А дистанционный формат образования требует создания удаленных лабораторных комплексов. В данной работе как раз рассматривается пример разработки такого комплекса. Необходимость измерения большого числа параметров требует автоматизации этого, так как измерение характеристик на традиционном устаревшем оборудовании приводит к большим потерям времени на выполнение рутинных операций. Например, одной из типовых задач общего физического практикума по молекулярной физике является измерение скорости звука в двух вариантах- на рубке Кундта и трубке Квинке.
Опыты Кундта и Квинке являются фундаментальными опытами в разделе акустики и не только в нем, и относятся вообще к лабораторным работам по изучению волновых явлений и процессов [2].
За счет развития современной вычислительной техники открывается возможность автоматизации эксперимента, существенного сокращения его продолжительности и повышения точности. Использование современного цифрового оборудования позволит выстроить цепочку операций автоматизированного эксперимента в виде этапов регистрации, обработки и представления данных.
Актуальность работы определяется необходимостью включения в проектную и учебную деятельность образовательных учреждений лабораторных работ, содержащих исследования волновых явлений и процессов на основе современного оборудования. Но обычно готовые лабораторные установки довольно дорогие, их устройство неизвестно, а обслуживание слишком затратное. Поэтому было принято решение разработать собственный автоматизированный лабораторный стенд. Для этой работы необходимо выбрать недорогие автоматизированные устройства генерации и записи звуковых сигналов, а также разработать программное обеспечение для их обработки.
Целью данной работы является создание автоматизированного лабораторного практикума по определению скорости звука методом стоячей волны[3] на базе платформы Arduino.
Решаемые задачи:
1. сборка лабораторной установки;
2. программирование аппаратных модулей, входящих в установку;
3. тестирование лабораторной установки.
В результате работы на основе обзора существующих решений построения лабораторных систем был создан бюджетный автоматизированный лабораторный практикум с удаленным доступом на базе платформы Arduino. Практикум включает в себя одну лабораторную работу для определения скорости звука в воздухе методом стоячих волн в трубе.
Были написаны и протестированы программы для модулей Arduino, входящих в лабораторную установку.
В целом, семейство плат Arduino может быть довольно успешно использовано для решения различных задач дистанционного управления и измерений, которые не требуют производительности, превышающей возможности плат Arduino. Невысокая цена, низкое потребление, небольшие габариты, наличие всех необходимых функциональных возможностей делают Arduino и бренды подобных плат идеальными кандидатами для их применения в разработке бюджетных лабораторий по физике с удаленным доступом.
