在最后两篇文章中，我们谈到了基于ESP32自带电压传感器和外部制造商常用的超声波测距模块。实验本身没有创意，只是用自制的传感器来实现普通的DIS所有设备都可以实现的功能。但在这篇文章中，我们将自制DIS在实验中引入创新的想法，开发的实验也很常见DIS不能完成设备. 当使用传感器测量物理量时，位移是一个难以测量的量。例如，上一篇文章中的超声波测距仪精度只有厘米级。虽然改进后几乎达不到毫米级，但仍然不够；当然，激光测距模块也有。虽然精度提高了（实际上还不够高），但采样率很低，例如VL6180等，采样率只能达到10Hz左右，或许有更快更准的位移传感器，但是这价格不是我们普通老师所能承受的了。 既然位移很难测，我们能反过来吗？(注意，这是创造力诞生前的那一刻！）单片机测量位移很弱，但测量时间是大师！所以我们不能先确定位移，然后测量物体通过特定位置的时间，也不能得到位移-时间图像啊！那怎样做呢？答案很简单：使用光电门，只需要在车上安装光电门，然后在轨道上安装一列挡光板，所有挡光板的位置提前测量，然后光电门可以测量每个挡光板的时间，当然，不是挡光时间间隔，而是测量一瞬间！这样，位移-时间图像是否自动出来！当然，今天我们只是直接绘制速度-时间图像。 怎么样？挺简单的，但是简单包含创意！这在我最喜欢的作品中排名第二，我感觉很好！ 好吧，就像以前一样，让我们先看一段视频： 你迫不及待地想自己做一个吗！跟着下面的教程，一起做吧！
自制光电门
这个实验首先需要一个光电门。为了写这篇文章，我从一个宝藏买了一个。事实上，我以前是自己做的，但考虑到你刚开始学习，我想省略自制光电门的步骤，直接买一个。出乎意料的是，…直接看图片，这个货居然要17元一个，我还买了两个，心痛死我，直接进垃圾桶。里面只有两个5mm红外二极管，而且通光孔开得很大，而且最重要的是没有电压比较器等芯片啊，不到1元就卖给我17元！！！ 
当然，你也可以从学校现有的设备中拆除一些来玩，但要注意不同DIS例如，我校最早的光电门在实验设备中是不同的GQY的DIS在设备中，它是最简单的，可以直接用于我们，但后来的朗威不能直接用于，当然Pascal也可以直接使用，但是因为这个产品太贵，我舍不得玩。 嗯，事实上，做一个光电门也很简单，红外发光二极管和红外接收二极管加几个电阻就足够了，当然，最重要的是设计一对面孔，孔径越小越好，但当孔径太小时，需要三极管或电压比较器等芯片来帮助。这篇文章先简单一点，不加芯片。我用激光切割的薄板设计了一个光电门。首先，我发现当接收管的电阻不挡光时，电阻变大了很多。所以就可以设计个简单的电路，将这种电阻变化转换成电压的变化，我们设计了不挡光时电压为低，挡光时电压为高，具体电路问物理老师：）。具体制作请看视频：
2、ESP32连接和对应光电门的程序
只有一条连线，直接在光电门输出端ESP32上的P14端口。以下是发送速度和时间的程序，注意程序中双蓝牙通道的设置。
#include <phyphoxBle.h> //加载phyphoxble.h库函数 int IN_PIN = 14; // ESP作为电压输入端的25号端口 int i=0; float tpi,tmb,tm0,tm,v; void setup() {
Serial.begin(115200); pinMode(14,INPUT); PhyphoxBLE::start("速度传感器"); /////蓝牙搜索时出现的名称 PhyphoxBleExperiment Voltmeter; Voltmeter.setTitle("速度传感器实验"); //app界面中实验的名称 Voltmeter.setCategory("宁中物理创新实验室"); //app界面中的实验分类名称 Voltmeter.setDescription("这个实验速度-时间图像."); //在app中会显示的提示语 PhyphoxBleExperiment::View firstView;
firstView.setLabel("Rawdata"); //创建一个视图
//绘图
PhyphoxBleExperiment::Graph firstGraph; //开始绘制一个图像
firstGraph.setLabel("速度-时间图像"); //图像名字
firstGraph.setUnitX("s"); //x轴的单位
firstGraph.setUnitY("m/s"); //y轴的单位
firstGraph.setLabelX("时间"); //x轴的物理量名称
firstGraph.setLabelY("速度"); //y轴的物理量名称
firstGraph.setChannel(1, 2); //打开双蓝牙通道
firstView.addElement(firstGraph); //将图像加载到视图中
Voltmeter.addView(firstView); //将视图显示出来
PhyphoxBLE::addExperiment(Voltmeter); //添加电压变量通过蓝牙输出
}
void loop() {
tpi=pulseIn(IN_PIN, HIGH);//pulseIn函数用来测量挡光的时间间隔
if(tpi>50)//如果tpi读到了时间
{
if(i==0)//经过第一个挡光片时
{
v = 5000/tpi;//计算速度
tmb=(millis()-tpi/2000)/1000;//计算了挡光片中点时刻时的系统时间
tm=0;//此时时刻为0
delay(1);
PhyphoxBLE::write(v,tm); //发送速度和时间给phyphox
i=1;
}
else if(i>0&&i<10)//经过第二个一直到第十个挡光片时
{
v = 5000/tpi;
tm0=(millis()-tpi/2000)/1000; //计算了挡光片中点时刻时的系统时间
tm=tm0-tmb;//计算此刻的时刻
delay(1);
PhyphoxBLE::write(v,tm);
i++;
}
else //超过了10个挡光片后不再测量，主要是为了第二次绘制V-t图时时间可以从0开始，
{
delay(1000);
i=0;
}
}
}
3、ESP32的供电
由于整个设备都要安装在小车上，用充电宝供电就太大了，所以我直接使用了3.2V（注意不要买3.7V的普通锂电池哦！！）磷酸铁锂电池对ESP32进行供电，电池的正极接ESP32的3V3端口，负极接ESP32的GND端口即可，这里需要注意的是由于是非标准电压供电，所以此时的ADC（模数转换）误差较大，需要校准后使用，但是对于本篇的光电门计时影响不大。 将所有的设备固定在激光切割的木板上，然后再将设备安装到小车上，在轨道上安装一列5mm的挡光片就可以进行实验了。 速度传感器可以很方便的绘制出速度时间图像，也可以很快得出匀变速直线运动的加速度，在之后牛二定律实验中我们会继续用到。