专利名称：地动仪模拟演示仪及其控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种地动仪，尤其涉及一种用于演示地动仪检测地震过程的地震仪模拟演示仪及其控制系统。
背景技术：
候风地动仪是我国东汉科学家张衡发明的世界第一架监测地震的仪器。当某个地方发生地震时，发生地震方向的龙口就会吐出铜球，落到下面铜蟾蜍的嘴里，人们就可以知道地震发生的方向。在目前的一些地震展馆里，地动仪一般作为静态展示或者由工作人员采用简单的方式进行演示，观众无法参与体验地动仪监测地震的过程，大大降低了观众的参观兴趣和对展品的了解，为此专利CN200720192584.2中公开了一种地震仪模拟演示仪，它包括筒体、雕龙、小球、蟾蜍、底座、连杆和踏板下端与所述踏板相连，踩下踏板后，连杆随之动作，此时小球从雕龙的口中落入蟾蜍口内，完成整个演示过程。然而这种地震仪模拟演示仪由于其工作原理是通过踏板联动控制连杆动作，对观看者而言，该工作过程与地震仪的工作原理相差博远，不能起到实际的通过检测振动而控制相应方向小球掉落的整个过程。因此，需要一种可演示地震仪的工作过程和工作原理的地震仪模拟演示仪。
发明内容
本发明的目的是提供一种地动仪模拟演示仪控制系统，该地动仪模拟演示仪控制系统可控制地震仪模拟演示仪依据震动信号演示整个地震监测过程，演示直观、准确，使得观看者全面了解地震仪的检测原理和过程。本发明的另一目的是提供一种地动仪模拟演示仪，该地动仪模拟演示仪可依据震动信号演示整个地震监测过程，演示直观、准确，使得观看者全面了解地震仪的检测原理和过程。 为了实现上述目的，本发明提供一种地动仪模拟演示仪控制系统，包括振动检测电路、电动推杆和控制器，所述振动检测电路包括振动传感器，用于采集预定范围内踩踏引起的震动信号；电动推杆用于推动地动仪模拟演示仪内的小球；控制器包括控制模块，所述控制模块依据所述震动信号控制所述电动推杆动作。与现有技术相比，本发明地动仪模拟演示仪控制系统可通过振动传感器检测到的震动信号控制相应的电动推杆动作，实现依据震动信号演示整个地震监测过程，演示直观、准确，使得观看者全面了解地震仪的检测原理和过程。另一方面，本发明通过电动推杆控制小球的动作，相对于传统的连杆，这种电动推杆可稳定的将小球发射出去，使得小球在一定动力作用下从龙嘴掉落至蟾蜍口内，防止小球卡在龙嘴内无法掉落的问题，故障率低。较佳地，所述控制模块依据所述震动信号产生上升控制信号，依据所述上升控制信号控制所述电动推杆从中位上升，直至所述电动推杆在第一预定时间后上升至高位并产生下降控制信号，依据所述下降控制信号控制所述电动推杆从高位下降，直至所述电动推杆在第二预定时间后下降至低位并产生上升控制信号，依据所述上升控制信号控制所述电动推杆从低位上升，直至所述电动推杆在第三预定时间后上升至中位。由于电动推杆的具体速度可控，因此本发明直接通过预设的预定时间控制电动推杆的动作和小球的位置，无需通过专门的检测元件检测验证电动推杆是否到达下位、中位和高位，也无需检测小球是否回到原位，使得整个地动仪模拟演示仪控制系统结构简单，成本低。其中，第一预定时间、第二预定时间、第三预定时间均为预先设定的电动推杆从中位到达高位、从高位到达低位和从低位到达中位的三个预先估计的时间。具体地，所述电动推杆内设有上限位行程开关和下限位行程开关，所述上限位行程开关安装于所述电动推杆的高位以使所述电动推杆上升至高位时断电，所述下限位行程开关安装于所述电动推杆低位以使所述电动推杆下降至低位时断电。该方案可使得电动推杆运行到高位或者低位时自动停止运行，使得因时间控制电动推杆的行程时产生的误差不会影响系统的正常运行，保证了系统在运行过程中出球、回收球、和球回到中位准备位置等一系列动作的准确无误。另一方面，该方案也使得设置第一预定时间和第三预定时间可以稍稍大于的电动推杆的实际的到达时间。具体地,所述控制模块包括处理单元和驱动单元,所述处理单元依据所述震动信号、第一预定时间、第二预定时间和第三预定时间产生所述上升控制信号和下降控制信号，所述驱动单元依据所述上升控制信号和下降控制信号控制所述电动推杆动作。更具体地，所述驱动单元为双路隔离直流电机驱动模块(AQMH2403ND)，该驱动单元采用可自动回复的保险丝作为过载保护，可在过载时自动断开，正常后自动回复，故障率低，另一方面，该驱动单元的信号输入采用光电耦合的方式，防干扰，控制精确。具体地，所述地动仪模拟演示仪控制系统还包括指示灯和指示模块，所述控制模块在所述电动推杆在第三预定时间后上升至中位时发出结束信号，所述指示模块分别依据所述震动信号和结束信号控制所述指示灯指示工作状态。通过指示灯可使得观看者或者演示者了解具体的流程，便于操作。较佳地，所述控制器还包括调度模块，所述调度模块以一定频率依次控制数个所述控制模块工作。由于地·动仪模拟演示仪需要演示四个方向或者八个方向发生振动时小球的状态，因此一般需要四个或者八个地动仪模拟演示仪控制系统，而该方案使得所述控制器可同时建立多个控制模块组成的任务，所述调度模块使得所述控制器可行运行多个任务，因此能很好完成对多个震动信号的实时测量、处理并进行响应的多个实时控制，只需要一个控制器即可控制地动仪模拟演示仪四个或者八个方向的控制模块，因此，该方案使得地动仪模拟演示仪中的所有地动仪模拟演示仪控制系统仅需一个公用的控制器即可完成整个控制过程，无需设置多个独立的控制器。其中，所述控制器为8051系列的微控制器，通过RTX51 Tiny多任务嵌入式系统实现多任务并行运行。本发明还提供了一种地动仪模拟演示仪，包括壳体、安装于所述壳体内的储球管、位于所述储球管内的小球和如上所述的地动仪模拟演示仪控制系统，所述壳体上设有连通壳体内部且位置相对的上开口和下开口，所述储球管的出口与所述上开口相连通，入口与所述下开口相连通，所述电动推杆安装于所述储球管内并将所述储球管内的小球从上开口发射出去。其中，所述壳体上设有雕龙，壳体外设有蟾蜍，所述上开口位于雕龙的龙口中，下开口设于蟾蜍口中。
与现有技术相比，本发明通过检测地动仪模拟演示仪某一方位预定范围内的震动信号控制小球从相应的上开口掉落，实现依据震动信号演示整个地震监测过程，演示直观、准确，使得观看者全面了解地震仪的检测原理和过程。较佳地，所述储球管分为竖直的第一部分、弯折的第二部分和倾斜的第三部分，所述第一部分包括位于第一部分后端的出球口和位于第一部分侧部的进球口，所述第二部分连通所述出球口和上开口，第三部分连通所述进球口和下开口，所述电动推杆安装于所述第一部分的前端，所述控制器控制所述电动推杆沿所述第一部分升降动作。具体地，所述储球管之第一部分的后端设有防止射出第一部分的小球回落的下卡簧，所述第二部分的后端临近所述上开口处设有防止小球误掉落的上卡簧。较佳地，所述地动仪模拟演示仪还包括连通所述上开口和下开口的透明保护管。该方案确保小球从上开口掉落后会落入下开口，防止演示者或者参观者将小球拿走使得地动仪模拟演示仪故障。较佳地，所述振动检测电路安装于所述地动仪模拟演示仪周围的地板下。该方案使演示者在地动仪的某一范围内行走或者跺脚时，该区域对应的小球会从上开口掉落至下开口中，演示过程更加形象生动。
图1是本发明所述地动仪模拟演示仪的结构示意图。图2是图1中所述地动仪模拟演示仪的俯视图。图3是图1中所述储球管的结构示意图。图4是本发明所述地动仪模`拟演示仪控制系统的结构框图。图5是本发明所述地动仪模拟演示仪控制系统的部分结构框图。图6是图4中所述地动仪模拟演示仪控制系统的工作流程图。
具体实施例方式为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。参考图1和图2，本发明还提供了一种地动仪模拟演示仪100，包括壳体10、安装于所述壳体10内的储球管20、位于所述储球管20内的小球30和地动仪模拟演示仪控制系统40，所述壳体10上设有连通壳体10内部且位置相对的上开口 11和下开口 12，所述储球管20的出口与所述上开口 11相连通，入口与所述下开口 12相连通。其中，所述壳体上设有雕龙13，壳体外设有蟾蜍14，所述上开口 11位于雕龙13的龙口中，下开口 12设于蟾蜍14 口中，该地动仪模拟演示仪100可检测四方或者八方震动信号。参考图4,所述地动仪模拟演示仪控制系统40,包括振动检测电路41、电动推杆42和控制器43，所述振动检测电路41包括振动传感器，用于采集预定范围内踩踏引起的震动信号；电动推杆42用于推动地动仪模拟演示仪100内的小球30 ;控制器43包括控制模块431，所述控制模块431依据所述震动信号控制所述电动推杆42动作。其中，所述振动检测电路41安装于所述地动仪模拟演示仪100周围的地板下。具体地，所述控制模块431依据所述震动信号产生上升控制信号，依据所述上升控制信号控制所述电动推杆42从中位上升，直至所述电动推杆42在第一预定时间后上升至高位并产生下降控制信号，依据所述下降控制信号控制所述电动推杆42从高位下降，直至所述电动推杆42在第二预定时间后下降至低位并发出上升控制信号，依据所述上升控制信号控制所述电动推杆42从低位上升，直至所述电动推杆42在第三预定时间后上升至中位。其中，本实施例采用的电动推杆规格为工作电压24V，额定电流1.5A，额定推力12公斤，行程200mm，速度为45mm/s，保证了系统在较短时间内完成一次地动仪的地震监测演示和仪器的复位。具体地，所述电动推杆42内设有上限位行程开关(图中未示)和下限位行程开关(图中未示)，所述上限位行程开关安装于所述电动推杆42的高位以使所述电动推杆42上升至高位时断电，所述下限位行程开关安装于所述电动推杆42低位以使所述电动推杆42下降至低位时断电。该方案可使得电动推杆42运行到高位或者低位时自动停止运行，使得因时间控制电动推杆的行程时产生的误差不会影响系统的正常运行，保证了系统在运行过程中出球、回收球、和球回到中位准备位置等一系列动作的准确无误。另一方面，该方案也使得设置第一预定时间和第三预定时间可以稍稍大于的电动推杆的实际的到达时间。参考图4和图5，所 述控制模块431包括处理单元31和驱动单元32，所述处理单元31依据所述震动信号、第一预定时间、第二预定时间和第三预定时间产生所述上升控制信号和下降控制信号，所述驱动单元32依据所述上升控制信号和下降控制信号控制所述电动推杆动作。更具体地，所述驱动单元32为双路隔离直流电机驱动模块(AQMH2403ND)，该驱动单元32采用可自动回复的保险丝作为过载保护，可在过载时自动断开，正常后自动回复，故障率低，另一方面，该驱动单元的信号输入采用光电耦合的方式，防干扰，控制精确。参考图5，在本发明的另一实施例中，所述控制模块431还包括指示模块33，所述地动仪模拟演示仪控制系统40包括指示灯44，所述控制模块431在所述电动推杆在第三预定时间后上升至中位时发出结束信号，所述指示模块33分别依据所述震动信号和结束信号控制所述指示灯44指示工作状态。其中，所述指示灯44包括停止指示灯和工作指示灯，分别指示停止踩踏(表示已经接收到震动信号，该方向的控制模块处于工作状态)和可以踩踏(表示该方向的控制模块处于空闲状态，未接收到震动信号)。当然，所述指示灯44也可以是彩色灯，通过灯的不同颜色指示工作状态。较佳者，参考图4，所述控制器43还包括调度模块432，所述调度模块432以一定频率依次控制数个所述控制模块431工作。由于地动仪模拟演示仪100需要演示四个方向或者八个方向发生振动时小球的状态，因此一般需要四个或者八个地动仪模拟演示仪控制系统40，而该方案使得所述控制器43可同时建立多个控制模块431组成的任务，所述调度模块432使得所述控制器43可行运行多个任务，因此能很好完成对多个震动信号的实时测量、处理并进行响应的多个实时控制，只需要一个控制器43即可控制地动仪模拟演示仪100四个或者八个方向的控制模块431，因此，该方案使得地动仪模拟演示仪中的所有地动仪模拟演示仪控制系统40仅需一个公用的控制器43即可完成整个控制过程，无需设置多个独立的控制器。其中，所述控制器为8051系列的微控制器，通过RTX51 Tiny多任务嵌入式系统实现多任务并行运行。较佳地，参考图3，所述储球管20分为竖直的第一部分21、弯折的第二部分22和倾斜的第三部分23，所述第一部分21包括位于第一部分21后端的出球口和位于第一部分21侧部的进球口，所述第二部分22连通所述出球口和上开口 11，第三部分23连通所述进球口和下开口 12，所述电动推杆42安装于所述第一部分21的前端，所述控制器43控制所述电动推杆42沿所述第一部分21升降动作。具体地，所述储球管20之第一部分21的后端设有防止射出第一部分21的小球30回落的下卡簧24，所述第二部分22的后端临近所述上开口 11处设有防止小球30误掉落的上卡簧25。较佳者，所述上开口 11和下开口 12之间设有透明的保护管50。参考图6，描述本发明所述地动仪模拟演示仪100的整个演示过程和工作原理，开始工作时，地动仪模拟演示仪控制系统40开始初始化步骤(A):将电动推杆42向下推到下位，以使小球30从储球管20第三部分23沿第一部分21的进球口进入第一部分21，再将电动推杆42回到中位，以使小球30置于电动推杆42上，以上完成开机初始工作；开始工作时，所述振动检测电路41采集震动信号，(61)所述控制器43检测是否有震动信号:并当演示者在地动仪模拟演示仪100的某一方位预定范围内跺脚或者踩踏时,对应的振动检测电路41采集到震动信号并将其输送至控制器43的处理单元31，控制器43接收到所述震动信号，(62)所述指示模块33依据所述震动信号控制所述指示灯44的停止指示灯亮，工作指示灯灭，(63)所述控制器43依据所述震动信号控制所述电动推杆上升至高位以使小球30射出:所述处理单元31依据所述震动信号发出上升控制信号，所述驱动单元32控制所述电动推杆42持续上升第一预定时间，以使所述电动推杆42处于高位，小球30发射出去，小球30穿过所述下卡簧24进入第二部分22，并通过上卡簧25后掉出龙口处的上开口 11，穿过透明的保护管50进入蟾蜍口处的下开口 12，并从下开口 12落入第三部分23 ; (64)所述控制器43依据所述下降控制信号控制所述电动推杆42下降至下位再回到中位以使小球30回收:所述控制器43在发出上升控制信号的第一预定时间后发出下降控制信号，所述驱动单元32依据所述下降控制信号控制所述电动推杆42持续下降第二预定时间，以使所述电动推杆42下降至下位，此时小球30从储球管20第三部分23沿第一部分21的进球口进入第一部分21，完成小球回收；(65)所述控制器43控制电动推杆42上升至中位:所述控制器43在第二预定时间后发出上升控制信号，所述驱动单元32依据所述上升控制信号控制所述电动推杆42持续上升第三预定时间，以使所述电动推杆42上升至中位；(66)所述控制器43在第三预定时间后发出结束信号，所述指示模块33依据所述结束信号控制所述指示灯44的停止指示 灯灭，工作指示灯亮，并返回步骤(61)。以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
权利要求
1.一种地动仪模拟演示仪控制系统，其特征在于，包括: 振动检测电路，包括振动传感器，用于采集预定范围内踩踏引起的震动信号； 电动推杆，用于推动地动仪模拟演示仪内的小球； 控制器，包括控制模块，所述控制模块依据所述震动信号控制所述电动推杆动作。
2.如权利要求1所述的地动仪模拟演示仪控制系统，其特征在于，所述控制模块依据所述震动信号产生上升控制信号，依据所述上升控制信号控制所述电动推杆从中位上升，直至所述电动推杆在第一预定时间后上升至高位并产生下降控制信号，依据所述下降控制信号控制所述电动推杆从高位下降，直至所述电动推杆在第二预定时间后下降至低位并产生上升控制信号，依据所述上升控制信号控制所述电动推杆从低位上升，直至所述电动推杆在第三预定时间后上升至中位。
3.如权利要求2所述的地动仪模拟演示仪控制系统，其特征在于，所述电动推杆内设有上限位行程开关和下限位行程开关，所述上限位行程开关安装于所述电动推杆的高位以使所述电动推杆上升至高位时断电，所述下限位行程开关安装于所述电动推杆低位以使所述电动推杆下降至低位时断电。
4.如权利要求2所述的地动仪模拟演示仪控制系统，其特征在于，所述控制模块包括处理单元和驱动单元，所述处理单元依据所述震动信号、第一预定时间、第二预定时间和第三预定时间产生所述上升控制信号和下降控制信号，所述驱动单元依据所述上升控制信号和下降控制信号控制所述电动推杆动作，所述驱动单元为双路隔离直流电机驱动模块。
5.如权利要求1所述的地动仪模拟演示仪控制系统，其特征在于，所述控制器还包括调度模块，所述调度模块以一定频率依次控制数个所述控制模块工作。
6.一种地动仪模拟演示仪，其特征在于，包括壳体、安装于所述壳体内的储球管、位于所述储球管内的小球和地动仪模拟演示仪控制系统，所述地动仪模拟演示仪控制系统如权利要求1-5中任一项所述，所述壳体上设有连通壳体内部且位置相对的上开口和下开口，所述储球管的出口与所述上开口相连通，入口与所述下开口相连通，所述电动推杆安装于所述储球管内并将所述储球管内的小球从上开口发射出去。
7.如权利要求6所述的地动仪模拟演示仪，其特征在于，所述储球管分为竖直的第一部分、弯折的第二部分和倾斜的第三部分，所述第一部分包括位于第一部分后端的出球口和位于第一部分侧部的进球口，所述第二部分连通所述出球口和上开口，第三部分连通所述进球口和下开口，所述电动推杆安装于所述第一部分的前端，所述控制器控制所述电动推杆沿所述第一部分升降动作。
8.如权利要求7所述的地动仪模拟演示仪，其特征在于，所述储球管之第一部分的后端设有防止射出第一部分的小球回落的下卡簧，所述第二部分的后端临近所述上开口处设有防止小球误掉落的上卡簧。
9.如权利要求6所述的地动仪模拟演示仪，其特征在于，还包括连通所述上开口和下开口的透明保护管。
10.如权利要求7所述的地动仪模拟演示仪，其特征在于，所述振动检测电路安装于所述地动仪模拟演 示仪周围的地板下。
全文摘要
本发明公开了一种地动仪模拟演示仪及其控制系统，该控制系统包括振动检测电路、电动推杆和控制器，所述振动检测电路包括振动传感器，用于采集预定范围内踩踏引起的震动信号；电动推杆用于推动地动仪模拟演示仪内的小球；控制器包括控制模块，所述控制模块依据所述震动信号控制所述电动推杆动作。与现有技术相比，本发明通过振动传感器检测到的震动信号控制相应的电动推杆动作，实现依据震动信号演示整个地震监测过程，演示直观、准确，使得观看者全面了解地震仪的检测原理和过程。
文档编号G09B25/06GK103247222SQ20131014069
公开日2013年8月14日 申请日期2013年4月22日 优先权日2013年4月22日
发明者何沃林, 王日昌, 莫鸿静 申请人:东莞科学馆