上两篇我们讲到了基于ESP32自带的电压传感器，以及外接创客常用的超声波测距模块。实验本身没有什么创意，仅仅是用自制的传感器来实现普通的DIS设备都能实现的功能。但是在这一篇，我们将会在自制DIS实验中引入创新的点子，所开发的实验也是普通的DIS设备无法完成的.
在使用传感器测量物理量时，位移是比较难测量的一个量，例如上一篇中的超声波测距仪，精度只有厘米级的，虽然改进后能勉强到毫米级，但是还是完全不够的；当然还有例如激光测距模块，虽然精度是提高了（其实还是不够高），但是采样率却很低，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，我们能不能反过来呢？（注意，这就是创意诞生前的一刹那！）单片机测位移很弱，但是测时间却是个高手！那么我们岂不是可以先把位移确定下来，然后测物体经过特定位置时的时间，不是也照样能得到位移-时间图像啊！那如何做呢？答案很简单：用光电门，只是需要把光电门安装在小车上，然后在轨道上装上一列挡光片，所有挡光片的位置事先测量好，然后光电门就可以测出经过每个挡光片时的时间了，当然不是测挡光时间间隔，而是测经过一瞬间的时刻！这样，位移-时间图像是不是自动就出来了！当然今天我们索性就直接绘制速度-时间图像。
怎么样，是不是也挺简单的，但是简单中蕴含着创意啊！这在我最喜欢作品里排到第二，自我感觉还是不错的！
好了，还是和之前一样，先来段视频吧：
(视频观看请关注微信公众号：宁中物理创新实验室。）
是不是很迫不及待的想要自己动手做一个了呢！跟着下面的教程，一起来动手吧！
1、自制光电门
本实验首先需要一个光电门，为了写这篇我专门从某宝买了一个回来，其实以前我都是自己做的，但是考虑到大家刚开始学，本想省略自制光电门这一步，直接买一个，没想到…直接看图吧，这货居然要17元一个，我还买了两个，心痛死我了，直接进垃圾桶了。里面居然只有两个5mm的红外二极管，而且通光孔开的贼大，并且最关键是没有电压比较器之类的芯片啊，不到1块钱成本卖我17块！！！
当然你也可以从学校已有的设备中拆几个来玩玩，但是要注意不同DIS实验设备中的光电门都不太一样，例如我校最早的GQY的DIS设备里的，它最简单，可以直接为我们所用，但是后来的朗威的就不能直接用了，当然Pascal的也可以直接用，但是因为这货太贵了，我舍不得拿来玩。
好了，其实自己做一个光电门也非常简单的，就一个红外发光二极管和红外接收二极管加上几个电阻就够了，当然最关键的是要设计一对正对着的小孔，孔径自然是越小越好，但是当孔径过小时，就需要三极管或者电压比较器之类的芯片来帮忙了。这篇就先来个简单的，不加芯片了。我用激光切割的薄木板设计了一个光电门，先测试发现当不挡光时接收管的电阻较小，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：
(视频观看请关注微信公众号：宁中物理创新实验室。）
2、ESP32与光电门的连接和对应的程序
连线只有一根，光电门输出端直接接在ESP32上的P14端口。下面是程序，本程序实现了发送速度和时间两个量，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; // ESP32的25号端口作为电压输入端
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字
PhyphoxBleExperiment Voltmeter;
Voltmeter.setTitle("速度传感器实验"); //app界面中实验的名字
Voltmeter.setCategory("宁中物理创新实验室"); //app界面中的实验分类名称
Voltmeter.setDescription("这个实验会绘制速度-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。