水火箭實時測高器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了水火箭實時測高器，分設(shè)水火箭端和遙控端，避免二者同時加載在水火箭上，增大水火箭承載的重量；在水火箭端使用質(zhì)量輕便的器件，各模塊之間無需設(shè)置額外的電路進行信號處理，將水火箭端的質(zhì)量降到最小，進一步減小說火箭承載的重量，將對水火箭性能的影響降到最??；采用數(shù)字式壓力傳感器，測量水火箭的相對高度，且應(yīng)用于水火箭飛行時，幾乎不受天氣影響，從而保證測試精度；設(shè)有至少一個顯示端，分別安裝在各觀測臺上，便于觀眾和評委實時觀看水火箭的實時飛行狀況。
【專利說明】
水火箭實時測高器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及高度檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及水火箭實時測高器。
【背景技術(shù)】
[0002]水火箭又稱氣壓式噴水火箭，是一種火箭模型，制作出水火箭的動力艙、箭體、箭頭、尾翼和降落傘，往水火箭中灌入水，充入空氣，水和空氣的質(zhì)量比達到一定值時，壓縮空氣把水從水火箭尾部的噴嘴向下高速噴出，在反作用力下，水火箭快速上升，在加速度和慣性作用下飛行，到達最大高度后，水火箭開始下落。水火箭涉及物理、電子知識較多，國家大力倡導(dǎo)水火箭比賽，通過比賽提高參賽者的科學素養(yǎng)以及學以致用的能力。
[0003]高度都是衡量水火箭的性能的參數(shù)之一，現(xiàn)有的測高系統(tǒng)通常是向地面發(fā)送信號，通過檢測信號的發(fā)送和接收時間差，獲取物體所在的高度信息。現(xiàn)有的測高系統(tǒng)應(yīng)用于水火箭上時，其發(fā)射機、接收機、數(shù)據(jù)處理器均安裝于水火箭上，在水火箭正常降落后，再提取數(shù)據(jù)處理器中存儲的高度數(shù)據(jù)，該測高系統(tǒng)自重大，應(yīng)用于水火箭實時測高時，增大了水火箭的負載，在飛行過程中相當于增大水火箭前進的阻力，嚴重影響水火箭的穩(wěn)定性，并限制了水火箭的飛行高度，以影響水火箭的性能為代價獲取水火箭的高度信息，并不是優(yōu)選的方案。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型提供水火箭實時測高器，解決現(xiàn)有測高系統(tǒng)影響水火箭的性能的問題。
[0005]本實用新型通過以下技術(shù)方案解決上述問題:
[0006]水火箭實時測高器，包括水火箭端和遙控端;所述水火箭端安裝于水火箭上，由高度檢測模塊、水火箭端微控制器模塊和水火箭端無線傳輸模塊組成;所述遙控端包括遙控端微控制器模塊、按鍵設(shè)置模塊和遙控端無線傳輸模塊；
[0007]所述高度檢測模塊的輸出端與水火箭端微控制器模塊相連;所述水火箭端無線傳輸模塊與水火箭端微控制器模塊相連，所述水火箭端無線傳輸模塊與遙控端無線傳輸模塊相連;所述按鍵設(shè)置模塊的輸出端與遙控端微控制器模塊相連;所述遙控端無線傳輸模塊與遙控端微控制器模塊相連。
[0008]上述方案中，進一步包括至少一個顯示端;所述顯示端由顯示端無線傳輸模塊、顯示端微控制器模塊和顯示端顯示模塊組成;在每個顯示端中，所述顯示端無線傳輸模塊與遙控端無線傳輸模塊相連，所述顯示端無線傳輸模塊與水火箭端無線傳輸模塊相連，所述顯示端無線傳輸模塊的輸出端與顯示端微控制器模塊相連，所述顯示端顯示模塊的輸入端與顯示端微控制器模塊相連。
[0009]上述方案中，所述遙控端進一步包括遙控端顯示模塊;所述遙控端顯示模塊的輸入端與遙控端微控制器模塊相連
[0010]上述方案中，所述高度檢測模塊為氣壓式高度傳感器。[0011 ]本實用新型的優(yōu)點與效果是:
[0012]1、分設(shè)水火箭端和遙控端，避免二者同時加載在水火箭上，增大水火箭承載的重量;在水火箭端使用質(zhì)量輕便的器件，各模塊之間無需設(shè)置額外的電路進行信號處理，將水火箭端的質(zhì)量降到最小，進一步減小說火箭承載的重量，將對水火箭性能的影響降到最?。?br>[0013]2、采用數(shù)字式壓力傳感器，測量水火箭的相對高度，且應(yīng)用于水火箭飛行時，幾乎不受天氣影響，從而保證測試精度；
[0014]3、設(shè)有至少一個顯示端，分別安裝在各觀測臺上，便于觀眾和評委實時觀看水火箭的實時飛行狀況。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型的原理框圖。
【具體實施方式】
[0016]以下結(jié)合實施例對本實用新型作進一步說明，但本實用新型并不局限于這些實施例。
[0017]水火箭實時測高器，由水火箭端、遙控端和至少一個顯示端組成，用于實測水火箭發(fā)射后的高度，并就實測數(shù)據(jù)進行處理、發(fā)送和接收。水火箭端安裝于水火箭上，實測水火箭發(fā)射后的高度，并進行數(shù)據(jù)處理和回傳，并接收遙控端的命令，進行響應(yīng);遙控端由演示者手持，接收水火箭端發(fā)送來的數(shù)據(jù)，并進行處理和顯示，演示者還可根據(jù)需要向水火箭端和顯示端發(fā)送命令，由水火箭端和顯示端根據(jù)命令響應(yīng);顯示端安裝于各觀測臺，用于接收水火箭端和遙控端的數(shù)據(jù)，進行處理和顯示，給觀眾提供觀看的平臺，并接收遙控端的命令，進行響應(yīng)。
[0018]水火箭端由高度檢測模塊、水火箭端微控制器模塊和水火箭端無線傳輸模塊組成;遙控端由遙控端微控制器模塊、按鍵設(shè)置模塊、遙控端無線傳輸模塊和遙控端顯示模塊組成；顯示端由顯示端無線傳輸模塊、顯示端微控制器模塊和顯示端顯示模塊組成。高度檢測模塊的輸出端與水火箭端微控制器模塊相連;水火箭端無線傳輸模塊與水火箭端微控制器模塊相連，水火箭端無線傳輸模塊與遙控端無線傳輸模塊相連，水火箭端無線傳輸模塊與各顯示端無線傳輸模塊相連;按鍵設(shè)置模塊的輸出端與遙控端微控制器模塊相連;遙控端無線傳輸模塊與遙控端微控制器模塊相連，遙控端無線傳輸模塊與各顯示端無線傳輸模塊相連;遙控端顯示模塊的輸入端與遙控端微控制器模塊相連;顯示端無線傳輸模塊的輸出端與顯示端微控制器模塊相連，顯示端顯示模塊的輸入端與顯示端微控制器模塊相連，如圖1所示。
[0019]水火箭發(fā)射后，其飛行高度可用標準氣壓高度、相對高度和絕對高度衡量?，F(xiàn)有適用于測量水火箭發(fā)射高度的方法有無線電測高法和氣壓式測高法。無線電測高法運用的是無線電波反射原理，在水火箭上安裝無線電發(fā)射機及無線電接收機，無線電發(fā)射機向地面發(fā)射無線電波，無線電接收機先后接收到由無線電發(fā)射機傳來的電波以及經(jīng)地面發(fā)射回來的回波進行比較，兩束電波存在時間差，如果電波在傳送過程中未收到干擾，則時間差正比于被測高度;氣壓式測高法運用大氣靜壓隨著高度的增加而減小的特性，通過測量氣壓，間接獲取高度。無線電測高法的缺點在于:無線電波在空氣中傳播，容易受到大氣折射、地面反射、散射、大氣吸收衰減、雨霧衰減的影響，影響測試數(shù)據(jù)，導(dǎo)致測量精度低;無線電測高法僅能測量水火箭的絕對高度，并不能測量相對高度，而相對高度才是更能顯示水火箭性能的參數(shù);無線電測高法，其發(fā)射機、接收機、處理器以及無線傳輸設(shè)備均安裝于水火箭上，自重大，增大了水火箭承載的重量，大大影響水火箭的飛行性能。氣壓式測高法應(yīng)用于水火箭不會存在上述問題，其測量范圍不至于受到天氣影響，測試對象為水火箭的相對高度，自身重量可降到最低，且可實現(xiàn)部分部分的分設(shè)。
[0020]本實用新型采用氣壓式測高法，高度檢測模塊采用的是氣壓式高度傳感器，進一步為BMP085數(shù)字式壓力傳感器。BMP085數(shù)字式壓力傳感器由電阻式壓力傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器和帶有E2PROM的控制單元組成，控制單元通過I2C總線與水火箭端微控制器模塊相連，E2PROM中存儲了 11個校準參數(shù)，這11個校準參數(shù)涉及到參考溫度下的零點漂移、零點漂移的溫度系數(shù)以及靈敏度的溫度系數(shù)，用于對氣壓值進行溫度補償。BMP085數(shù)字式壓力傳感器采用強大的8-pin陶瓷無引線芯片承載超薄封裝，可以通過I2C總線直接與水火箭端微控制器模塊相連，自重小，且無需增設(shè)額外電路處理BMP085數(shù)字式壓力傳感器輸出端的數(shù)據(jù)，不影響水火箭飛行性能;感受壓力的范圍為300?I 10hPa，即海拔9000m?_500m，測量結(jié)果準確;低功耗模式下，分辨率為可達0.06hPa，8卩0.5米;高線性模式下，其分辨率達0.03hPa，即0.25米;高精度的壓力測量時間25.5ms，測量速度快;輸出數(shù)字式壓力和溫度信號直接通過I2C總線輸入至水火箭端微控制器模塊，無需額外設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器。BMP085數(shù)字式壓力傳感器的自重小、測量結(jié)果準確、分辨率高、精度高、測量速度快、測量結(jié)果直接，以及使用壽命長、不易損壞等性能，使其適用于實測水火箭的高度。
[0021]水火箭端微控制器模塊通過I2C總線直接、實時接收BMP085數(shù)字式壓力傳感器獲取的氣壓和溫度值，無需增設(shè)額外電路處理獲得的氣壓和溫度值;運用BMP085數(shù)字式壓力傳感器廠家提供的補償算法對溫度值和氣壓值進行補償，進而獲取水火箭實時的飛行高度，即當前高度;并通過簡單比較獲取自水火箭發(fā)射至本時刻達到的最大高度;獲得的當前高度和最大高度實時地通過水火箭端無線傳輸模塊發(fā)送至遙控端無線傳輸模塊以及顯示端無線傳輸模塊。
[0022]水火箭端無線傳輸模塊與遙控端無線傳輸模塊和顯示端無線傳輸模塊建立連接，負責給遙控端和顯示端傳輸數(shù)據(jù)，將水火箭端微控制器模塊獲取的水火箭的當前高度以及最大高度發(fā)送至遙控端無線傳輸模塊以及顯示端無線傳輸模塊。
[0023]遙控端無線傳輸模塊實時接收水火箭端無線傳輸模塊傳送來的水火箭的當前高度和最大高度的數(shù)據(jù)信息，由遙控端微控制器模塊控制遙控端顯示模塊，實時顯示水火箭的當前高度和最大高度，便于演示者實時了解水火箭發(fā)射后的飛行動態(tài)。遙控端顯示模塊為LED點陣屏，LED點陣屏由LED組成，以LED燈的亮滅顯示文字，是各組件都模塊化的顯示器件，其控制方便，使用壽命長，易于搭建且搭建成本低，適用于水火箭的遙控端，進行水火箭的當前高度和最大高度的顯示。在按鍵設(shè)置模塊設(shè)有至少兩個按鍵，一個按鍵用于在水火箭發(fā)射前，清零遙控端顯示模塊和顯示端顯示模塊中當前高度的數(shù)據(jù)，一個按鍵用于在水火箭下落時啟動水火箭自帶的降落傘，使得水火箭徐徐下落，避免出現(xiàn)水火箭摔壞的情況發(fā)生，其余按鍵可用于在功能擴展時，作為控制指令下發(fā)至水火箭端和/或顯示端，由水火箭端和/或顯示端進行響應(yīng)。分設(shè)水火箭端和遙控端的方法，能避免二者同時加載在水火箭上，增大水火箭承載的重量。
[0024]根據(jù)需求在觀測臺設(shè)置至少一個顯示端，便于觀眾、評委觀看水火箭的實時飛行狀況。顯示端無線傳輸模塊接收水火箭端無線傳輸模塊和遙控端無線傳輸模塊實時傳輸來的數(shù)據(jù)，并在顯示端微控制器模塊的控制下，在顯示端顯示模塊顯示所接收到的數(shù)據(jù)。顯示端顯示模塊為液晶顯示屏，液晶顯示屏具有機身薄、省電、不產(chǎn)生高溫、輻射低、畫面柔和的優(yōu)點，適于在水火箭賽事中實時觀看。
[0025]本實用新型的工作過程為:在按鍵設(shè)置模塊按下按鍵，清零遙控端顯示模塊和顯示端顯示模塊中當前高度的數(shù)據(jù)；自水火箭發(fā)射后，高度檢測模塊開始實時檢測水火箭的高度，并將檢測數(shù)據(jù)發(fā)送至遙控端微控制器模塊，由遙控端微控制器模塊根據(jù)現(xiàn)有算法換算出水火箭的當前高度，并根據(jù)簡單的比較，得出最大高度，將當前高度和最大高度通過水火箭端無線傳輸模塊發(fā)送至遙控端無線傳輸模塊和各顯示端無線傳輸模塊;遙控端微控制器控制遙控端無線傳輸模塊接收由水火箭端發(fā)送來的實時的當前高度和最大高度，并控制遙控端顯示模塊進行顯示;各顯示端微控制器模塊控制其對應(yīng)的顯示端無線傳輸模塊接收由水火箭端和遙控端發(fā)送來的實時的當前高度和最大高度，并控制顯示端顯示模塊進行顯不O
【主權(quán)項】
1.水火箭實時測高器，其特征在于: 包括水火箭端和遙控端;所述水火箭端安裝于水火箭上，由高度檢測模塊、水火箭端微控制器模塊和水火箭端無線傳輸模塊組成;所述遙控端包括遙控端微控制器模塊、按鍵設(shè)置模塊和遙控端無線傳輸模塊； 所述高度檢測模塊的輸出端與水火箭端微控制器模塊相連;所述水火箭端無線傳輸模塊與水火箭端微控制器模塊相連，所述水火箭端無線傳輸模塊與遙控端無線傳輸模塊相連;所述按鍵設(shè)置模塊的輸出端與遙控端微控制器模塊相連;所述遙控端無線傳輸模塊與遙控端微控制器模塊相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水火箭實時測高器，其特征在于: 進一步包括至少一個顯示端；所述顯示端由顯示端無線傳輸模塊、顯示端微控制器模塊和顯示端顯示模塊組成;在每個顯示端中，所述顯示端無線傳輸模塊與遙控端無線傳輸模塊相連，所述顯示端無線傳輸模塊與水火箭端無線傳輸模塊相連，所述顯示端無線傳輸模塊的輸出端與顯示端微控制器模塊相連，所述顯示端顯示模塊的輸入端與顯示端微控制器模塊相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水火箭實時測高器，其特征在于:所述遙控端進一步包括遙控端顯示模塊;所述遙控端顯示模塊的輸入端與遙控端微控制器模塊相連。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的水火箭實時測高器，其特征在于:所述高度檢測模塊為氣壓式高度傳感器。
【文檔編號】G01C5/06GK205482926SQ201521129685
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年12月30日
【發(fā)明人】許輝, 梁維剛
【申請人】桂林興華科學教育研究院