Введение 2
1. Измеритель ёмкости постоянных конденсаторов 4
1.1. Основные характеристики постоянных конденсаторов 4
1.2. Ёмкость конденсаторов 8
1.3. Измеритель ёмкости постоянных конденсаторов с помощью Arduino 9
2. Измеритель ёмкости переменных конденсаторов 17
2.1 Конденсатор переменной ёмкости 17
2.2. Типы переменных конденсаторов и закон изменения ёмкости от угла поворота 18
2.3. Измерение ёмкости конденсатора с ручным поворотом ротора 27
2.4. Шаговый двигатель и драйвер 28
2.5. Создание измерителя ёмкости конденсаторов с автоматическим поворотом ротора 41
3. Дистанционный вариант измерителя емкости 51
3.1 Сокеты 51
3.2 Технология Web Broker 54
3.3 Технология WebSnap 56
3.4. Создание дистанционного варианта эксперимента с автоматическим поворотом ротора 58
3.5. Работа с созданной установкой 67
Заключение 69
Список использованной литературы 70
Дистанционное обучение - это обучение, которое проводиться с помощью интернета и современных информационных и телекоммуникационных технологий. Эта область обучения и общения. Исходя из того, что профессиональные знания стареют очень быстро, необходимо их непрерывное совершенствование и введение новых технологий. Дистанционная форма обучения дает на сегодняшний день возможность создания систем массового непрерывного самообучения, всеобщего обмена информацией, независимо от наличия временных и пространственных поясов. При дистанционном обучении происходит обмен учебной информацией с помощью современных средств на любых расстояниях.
Актуальность данной работы обуславливается тем, что дистанционное образование широко используется и активно развивается в наше время. Появилась возможность не только проводить лекции, семинары в режиме онлайн, но так же и выполнять дистанционные лабораторные работы. Лабораторный практикум- это неотъемлемая составная часть учебного процесса при изучении технических и естественнонаучных дисциплин , задачей которого является формирование у студентов практических навыков работы с оборудованием, умений планировать эксперимент, получения и обработки экспериментальных данных, анализирования и сопоставления полученных результатов.
В данной работе рассматривается вариант создания реальной дистанционной работы по изучению зависимости ёмкости воздушного конденсатора от угла поворота ротора. В Интернете можно найти много публикаций, в которых объясняют суть этого эксперимента. Самый простой метод способ измерения емкости неизвестного конденсатора - использование современного мультиметра, в котором есть гнездо для измерения емкостей. Но при этом учащийся, получив результат, не узнает, на каком принципе основан метод измерения. Нужно познакомить его с физическим процессом зарядки и разрядки конденсатора и ввести понятие постоянной времени и ее связи с параметрами электрической цепи R и C. Для школьников и студентов это делается по-разному. Школьникам просто дают формулу, а для студентов показывают ее вывод с использованием дифференциального уравнения. Чтобы экспериментально ее проверить, нужны приборы (например, осциллограф, который вряд ли доступен обучаемому), которые зафиксировали бы изменение напряжения на конденсаторе во времени. Отсутствие аппаратуры можно обойти, используя микроконтроллеры Ардуино, которые в связи с популярностью робототехники получили широкое распространение.
Целью работы является пошаговое создание дистанционной лабораторной работы на базе платформы Arduino и с использованием программного интерфейса.
Arduino представляет из себя небольшую плату с собственным процессором и памятью, которая взаимодействует с окружающей средой. Это отличает данный «микрокомпьютер» от персональных компьютеров, которые не выходят за рамки виртуальности. На плате Arduino есть десятки контактов, к которым можно подключать всевозможные компоненты: датчики, моторы, исполнительные устройства и платы расширения.
Задачи, которые решались при выполнении данной работы:
1. Изучение принципа работы конденсатора переменной ёмкости
2. Создание измерителя ёмкости с помощью Arduino
3. Изучение сокетов
4. Создание дистанционного варианта работы с использованием сокетов
В лабораторной установке использовались шаговый двигатель, драйвер шагового двигателя, микроконтроллер Arduino, воздушный конденсатор с переменной ёмкостью, сенсорная кнопка.
В ходе работы была разработана дистанционная лабораторная работа на тему “Изучение зависимости емкости переменного конденсатора от угла поворота”. Применение микроконтроллера и программы позволяет получить гибкое средство для измерения емкостей различных конденсаторов. Использование сокетов позволяет создать дистанционный вариант лабораторной работы. Данная работа может использоваться в удалённой лаборатории, так как наиболее эффективным способом обучения в физике является учебный эксперимент. Однако в этом направлении при реализации встретилась определенная сложность- невозможность одновременного выполнения несколькими пользователями одной и той же работы (как правило установка имеется в одном экземпляре и управлять ею одновременно может только один пользователь).
В результате проведенных исследований была создана дистанционная лабораторная работа на базе Arduino с использование сокетной технологии. Данную работу можно использовать в удалённой лаборатории при обучении студентов. Результаты работы докладывались на двух конференциях и опубликованы в [18].
