基本信息
- 项目名称：
- 多功能测量笔
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 多功能测量笔集成了多种传感器，可测量速度，长度，加速度，角度。功耗低，稳定性好。便携轻巧，体积小，适用范围广，操作简单。率先将测量仪器与手机结合，不用专门为其开发显示终端。理论上，只要是具有串口发送接收的终端（如PC机），都可以和测量笔进行通信，方便读取数据。
- 详细介绍：
- 多功能测量笔集成了多种传感器，可测量速度，长度，加速度，角度。功耗低，稳定性好。便携轻巧，体积小，适用范围广，操作简单。率先将测量仪器与手机结合，不用专门为其开发显示终端。理论上，只要是具有串口发送接收的终端（如PC机），都可以和测量笔进行通信，方便读取数据。 多功能测量笔通过超声波测距传感器，温度补偿电路以及加速度传感器获取外界多种物理量，通过单片机采集数据，并通过蓝牙串口模块无线传输给接收终端，即手机（PC机等设备也可作为接收终端，理论上只要有串口发送和接收功能，即可作为多功能测量笔的接受终端）。其中对数据的处理主要在手机等终端上完成，以加快响应速度。 多功能测量笔由如下几个模块组成： 蓝牙串口模块，其通信所用的波特率以及通信配对口令可通过设置其内部寄存器设置，从而实现了单片机和显示终端的无线数据传输。 超声波模块，模块工作原理：采用单片机IO口触发测距模块，给至少10us的高电平信号，模块自动发送8个40khz方波，自动检测信号返回，若有信号返回，通过IO输出一高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2)，集成有温度补偿电路，补偿由温度变化引起的误差。 电容式加速度传感器，通过测量三个电容板之间的电压变化，从而达到测量加速度的目的，其通过SPI与单片机实现数据交换，达到测量加速度的目的。通过单片机和蓝牙串口模快将SPI采集的数据传输给手机终端（或其他终端），并在显示终端上通过算法，将测量到的数据转化为加速度值和角度。从而实现了加速度和角度的测量。板子上集成了5v转3v的稳压电路，很好的解决的单片机供电电压与传感器供电电压不一致的问题。 多平台软件客户端支持。 创新点在于，将手机作为手持显示设备，达到手机与多功能测量笔进行数据交换的目的，很好的解决了数据显示问题，将手机软件开发和传感器等硬件相结合，达到了便携的目的。其测量距离为2cm到5m，最大误差在3mm以内，基本满足日常生活要求。其加速度测量量程可选，有2g，4g，8g三个量程，精度可达量程的0.4%，角度测量的误差在1.5°以内，均可满足日常生活需求。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 在日常生活中，测量不同物理量需要特定的仪器，携带不便，为了解决这个问题，我们想到了将多种测量仪器的功能集成在一起，做一个便携式设备并可以通过蓝牙与手机、电脑终端等进行数据交换，将测量值显示在手机、电脑等终端上。 通过测距传感器和加速度计，可以得到长度，速度，加速度和角度等信息，将采集的信息通过单片机初步处理后通过串口蓝牙，无线发送到手机等设备上，在通过显示终端由相应的软件处理并显示在手机等终端上。 创新点在于，将手机作为手持显示设备，达到手机与多功能测量笔进行数据交换的目的，很好的解决了数据显示问题，将手机软件开发和传感器等硬件相结合，达到了便携的目的。其测量距离为2cm到5m，最大误差在3mm以内，基本满足日常生活要求。其加速度测量量程可选，有2g，4g，8g三个量程，精度可达量程的0.4%，角度测量的误差在1.5°以内，均可满足日常生活需求。 需要解决的技术关键在于: 1.该设备与手机的数据交换和数据显示问题,通过蓝牙进行数据交换并在相应手机平台上开发相应软件来处理蓝牙传输数据，并最终显示在手机屏幕上。 2.解决便携问题，将多种传感器集成在一起，做到体积小，功耗低，携带方便，读取数据简单。 3.该设备不但可以与手机通信，同样可以与电脑等设备通信，理论上，只要有串行接口并具备一定计算能力和显示功能的设备，都可以作为多功能测量笔的显示终端，极大的方便了数据读取，省去了显示终端的开发。
科学性、先进性
- 多功能测量笔的突出特点和需要解决的技术关键有三方面。 第一，其融合多种传感器和单片机，可以对多种物理量进行测量，可以满足日常生活所需精度，便携性好。 第二，多功能测量笔与智能手机等其他设备（如电脑）的融合为用户提供了一个方便快捷直观的手持显示设备，方便读取数据。技术关键在于蓝牙通信和对手机操作平台的软件开发。 第三，低功耗，节能省电。 由于该产品可测量多种物理量，且可以与手机进行数据交换，显示方便，目前在国内无相关专利，实用性高，应用前景广泛。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 已经完成制作，可以实体展示
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物，产品、图片、录像、现场演示均可
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 多功能测量笔为便携式手持设备，使用方式如下: 1.打开手机或电脑等设备上的为多功能测量笔开发的软件客户端，并通过软件上的连接键无线连接到多功能测量笔。 2.可以通过手机等设备软件上的功能按钮选择所需测量的物理量，如长度，角度，加速度，速度等。 3.通过蓝牙模块与手机等设备进行数据交换，并在手机等设备上显示出测量数值，方便直观。由于手机的普及使其有很强的推广性。 多功能测量笔的优势是适用范围： 其特点和优势在于体积小，功耗低，读取数据方便可以手机等交换数据。该产品可应用于人们日常生活中，可满足人们对物理量测量的基本要求，应用范围非常广泛。例如，测了家具长宽高，斜坡的角度，车辆的速度等等。 由于该产品可测量多种物理量，且可以手机等进行数据交换，显示方便，目前在国内尚无相关专利，实用性高，由于手机的普及，故该设备易于普及，具有广阔的市场前景。
同类课题研究水平概述
- 目前国内存在很多测量仪器，其精度各异，测量的物理量也不一样。 在测量仪器的研究上，国内和国际上的相关技术都已经相对成熟，如超声波测距，加速度传感器，都已十分成熟，可以模块化，商业化生产。所以，要在测量技术上有所突破非常困难，但可提出具有创新性的思路和想法，是测量工具更加便携，方便，易于读取数据。 现在国内外对测距，测速以及测量加速度和角度等仪器的研究都已非常成熟，从大尺寸测量，到微纳级测量都取得了非常大的突破和进步，日常生活中的测量则更加成熟。但是，现在也出现了测量工具便携性差，读取数据不方便等因素，而我们的测量笔可以很好的解决这些生活中测量出现的问题。 多功能测量笔集成了超声波传感器，加速度传感器，并可通过算法算出长度，速度，和角度，实现多种物理量的测量，并可与手机通过蓝牙交换数据，通过在手机平台上开发的相应软件显示数据。功耗低，精度可满足日常生活需求。 本产品较国内同类产品的优势和特点在于： 1.率先将测量仪器与手机等设备相结合，可不用专门为其开发读取数据的设备，且由于手机的大范围普及，故该产品的普及性高。该模块同样可以和PC机通信。通过开发相应的PC机上的软件，即可实现测量笔与PC的通信。理论上，只要是具有串口发送接收的终端，安装相应开发的软件后，都可以和测量笔进行通信，方便读取数据。 2.将多种传感器集成在一起，可测量多种物理量，功耗低。 3.所应用的传感器的技术都已非常成熟，稳定性好。 4.便携轻巧，体积小，适用范围广，使用方便，操作简单，易于推广。 5.在国内尚无相应专利，可申请专利。
