FREE FALL TEST SYSTEM CONTROLLED BY COMPUTER WITH ARDUINO

Abstract

This study aims to devise a computer-aided measurement system for students taking a physics course in secondary schools and universities to use in their laboratory applications. Arduino Uno development board is used in the system structure of the system. The free fall time of steel balls of different size released from the adjustable height is measured and shown on the LCD display, also observed in the software on the host computer. The designed device has electromagnet to hold the steel ball, and LDR light sensor and laser diode to measure the time. The transfer of the results to the host computer is carried out by the Wi-Fi module. A free fall test, comprised of bodies with four different weight released from six different heights, has been performed in order to test the measurement accuracy of the test set. The time is measured in milliseconds for each free fall test. 24 different results obtained from the tests are compared with the results of the theoretical calculations. In accord with this result, there is approximately 1 millisecond difference in accuracy. In addition, the system is more advantageous in terms of multiple measurements, Wi-Fi, and price when compared to other free fall test sets.

Keywords

• Arduino,Free Fall,Laboratory,Test Set,Wifi

ARDUINO İLE BİLGİSAYAR KONTROLLÜ SERBEST DÜŞME DENEY SİSTEMİ

Abstract

Bu uygulama çalışmasında ortaöğretim kurumları ve üniversitelerde fizik dersini alan öğrencilerin laboratuvar uygulamalarında kullanabilecekleri bilgisayar destekli bir ölçüm sistemi tasarlanmıştır. Sistemin donanım yapısında Arduino Uno geliştirme kartı kullanılmıştır. Ayarlanabilir yükseklikten bırakılan farklı boyutlardaki çelik topun serbest düşme zamanı ölçülüp, sonuç LCD ekranda gösterilmektedir. Aynı zamanda ölçülen değerler ana bilgisayardaki yazılımda da görülmektedir. Tasarlanan cihazda; çelik topu tutmak için elektro mıknatıs, süreyi ölçmek için LDR ışık sensörü ve lazer diyot kullanılmıştır. Ayrıca ölçülen değerlerin ana bilgisayara aktarılma işlemi wifi modülü ile gerçekleştirilmiştir. Deney setinin ölçüm hassasiyetinin testi için 6 farklı yükseklikten ve 4 farklı ağırlıktaki cisim ile serbest düşme deneyi yapılmıştır. Her düşme deneyi için milisaniye biriminde süre ölçülmektedir. Deney sonucunda elde edilen 24 farklı süre, teorik hesaplamalarından çıkan sonuçlar ile kıyaslanmıştır. Bu sonuca göre doğruluk hassasiyetinde yaklaşık 1 milisaniyelik farklılık bulunmaktadır. Ayrıca sistem diğer serbest düşme deney setleri ile kıyaslandığında çoklu ölçüm, wifi ve fiyat konusunda avantajlı olduğu görülmektedir. 

Keywords

• Arduino,Deney Seti,Laboratuvar,Serbest Düşme,Wifi

References

1. 3B Scientific, Access: 13.08.2018, Link: https://www.3bscientific.com.tr/
2. Akkağıt, ş. F., & Tekin, a. (2012). Simülasyon Tabanlı Öğrenmenin Ortaöğretim Öğrencilerinin Temel Elektronik ve Ölçme Dersindeki başarılarına etkisi. Ege eğitim dergisi, 13(2).
3. Arogbonlo, A., Usma, C., Kouzani, A. Z., Gibson, I., (2015). “Design and fabrication of a capacitance based wearable pressure sensor using e-textiles”, Procedia Technology, 20, 270-275.
4. Barbon, G., Margolis, M., Palumbo, F., Raimondi, F., Weldin, N., (2016).“Taking Arduino to the Internet of Things: the ASIP programming model”, Computer Communications, 89, 128-140.
5. Boeing, A., & Bräunl, T. (2007). Evaluation of real-time physics simulation systems. In Proceedings of the 5th international conference on Computer graphics and interactive techniques in Australia and Southeast Asia (pp. 281-288). ACM.
6. Bush, G. A., Miles, F. A., (1996). “Short-latency compensatory eye movements associated with a brief period of free fall”, Experimental brain research, 108(2), 337-340.
7. Caner, F.,Bekiroğlu, F., (2012).“Implementation of microcomputer based laboratory in physics class: students’ perceptions”, INTED2012 Proceedings, 3163-3166.
8. Ferdoush, S., & Li, X. (2014). Wireless sensor network system design using Raspberry Pi and Arduino for environmental monitoring applications. Procedia Computer Science, 34, 103-110.

9. İbrahim, D., Onurhan, E., (2003). “Uzaktan Mühendislik Eğitiminde Laboratuvar Kullanımı”, I. Elektrik Elektronik Bilgisayar Mühendislikleri Eğitimi Sempozyumu, Ankara.
10. Jin, H. (1997). Behavior-mode simulation of power electronic circuits. IEEE Transactions on Power Electronics, 12(3), 443-452.
11. Kayra Mühendislik, Access: 13.08.2018, Link: http://www.kayramuhendislik.com.tr/
12. Lackner, J. R., & Graybiel, A. (1986). Head movements in non-terrestrial force environments elicit motion sickness: implications for the etiology of space motion sickness. Aviation, space, and environmental medicine, 57(5), 443-448.
13. Palmerino, C. R., (1999). “Infinite Degrees of Speed Marin Mersenne and the Debate Over Galileo's Law of Free Fall”, Early Science and Medicine, 4(4), 269-328.
14. Rentech, Access: 13.08.2018 Link : https://www.rentech.com.tr
15. Schwartz, M.,(2016). “Internet of Things with ESP8266”, Packt Publishing Ltd.
16. Şimşek, M. A., Taşdelen, K., “Arduino ile Tasarlanmış Sistemlerin İnternet Tabanlı Kontrolü ve İzlenmesi”, Süleyman Demirel Üniversitesi Uluslarası Teknolojik Bilimler Dergisi, 8(1), 20-33, 2017.
17. Singh, P., Saikia, S.,(2016). “Arduino-based smart irrigation using water flow sensor, soil moisture sensor, temperature sensor and ESP8266 WiFi modüle”, In Humanitarian Technology Conference (R10-HTC), 2016 IEEE Region 10 (pp. 1-4). IEEE.
18. Thornton, R.K., (1987). “Tools for scientific thinking-microcomputer-based laboratories for physics teaching”, Physics Education, 22(4), 230.
19. Tüysüz, C. (2010). The Effect of the Virtual Laboratory on Students' Achievement and Attitude in Chemistry. International Online Journal of Educational Sciences, 2(1).