DIS上海创造：2D发射接收系统结构与工作原理

“二维运动发射器”[图3—1—3（a）]和“二维运动接收器”[图3—1—3（b）]是整个DIS二维运动实验系统的核心。上述发射器和接收器可安装在研发中心设计的多种二维运动实验装置上，能够完成十几项二维运动实验。

图3—1—3

为获得相对理想的二维运动模型，研发中心对二维运动发射器和二维运动实验装置进行了综合设计，并经过反复试验确定了二维运动发射器的外形结构和二维运动实验装置的基本构成—前者为滚轮造型，而后者大多安装有适合滚轮滚动的铝合金轨道。

二维运动发射器内含电源及超声、红外发射装置，可同时发射超声波和红外线；二维运动接收器内含两个超声波接收和一个红外线接收装置，并且拥有数据接收和计算电路及USB通信电路。开始二维运动研究的原因在于没有找到合适的技术手段。而最终促成二维运动实验系统研发启动的，则是笔者的一次大胆移用—将一种在电子白板系统中广泛应用的定位技术移植到DIS中来。这次移用的成功也使得我们进一步认识到：对DIS研发来说，很少需要在材料和原理层面从头进行研发，现成的技术解决方案说不定就在我们身边。我们需要做的，首先是努力发现，其次是果断移用。

移用—解决二维运动实验系统的核心技术问题：

研发中心一直没有

移用≠照搬：

移用看起来比基础研究省力，但实际上还是对研发实力的考验，因为移用毕竟不等于照搬。就DIS二维运动实验系统来说，其定位的核心技术在电子白板领域虽已相对成熟，但白板的使用环境与实验要求的平抛、斜抛、运动的合成与分解存在很大不同。不说别的，白板系统中的信号源—电子笔是握在人手里的，书写的速度也是有一定限度的，而抛体运动末端的切线速度接近5m/s。要对这样一个信号源进行定位，其技术要求与白板显然有很大不同。所以要认识到：移用的是原理而不是器件，移用之后的二次研发才是关键！(www.xing528.com)

二维运动接收器安装固定在实验装置上，超声和红外接收装置均朝向二维运动发射器的运动区域。实验中，接收器接收发射器发出的超声波和红外线信号，根据接收到的红外线信号与超声波信号的时间差乘以各自的传播速度得到发射器（运动物体）与两超声波接收装置的距离，进而基于事先设定的零点，求解运动物体在二维平面上的坐标值，实现对二维运动物体的实时定位（图3—1—4）。

图3—1—4　运动物体在二维平面上的坐标值

图3—1—5　二维运动发射器的电路框图

图3—1—6　二维运动接收器的电路框图

二维运动发射器的电路框图见图3—1—5。其中，单片机对超声波和红外线的发射进行时序控制并驱动电路超声发射膜和红外发射管工作，发射出脉冲信号。

二维运动接收器的电路框图见图3—1—6。接收器直接使用计算机的USB接口供电。基准电压电路为放大和脉冲提取电路提供基准电压。超声波接收器收到超声波信号，经过前置放大器放大，与红外线信号均进入脉冲提取电路，变为方波脉冲被CPU捕捉。CPU首先计算出发射点（运动物体）与两个超声波接收装置之间的距离，再计算出发射点（运动物体）在平面坐标系内位置，由USB通信模块上传至计算机。