一种发电模拟展示装置的制作方法

本实用新型属于模拟展示设施技术领域，尤其涉及一种发电模拟展示装置。

背景技术：

在科技展览以及一些专业性的展会如车展中，通常会设置一些趣味环节用于与参展的顾客进行互动。上述环节的作用一方面是提升顾客的参与度以提升展览展示的宣传效果，另一方面是对一些展品运行的原理进行科普和说明，让顾客参与到展品的原理上来，进一步提升顾客的关注度。

在科技展览和车展中常常会布置发电模拟展示的装置，用于模拟发电机的发电过程，在科技展览中设置上述发电模拟装置的作用是让参展的顾客通过触发模拟装置来知晓发电装置的运行原理以及运行过程，车展中设置上述发电模拟装置的作用主要是提供一种与顾客互动的方式，提升顾客对参展项目的关注度。

发电模拟装置通常是一种机电一体化的装置，通过设置可以触发的输入端实现对外界动力的输入，通过设置面板来反映整个发电过程。现有的发电模拟装置存在以下问题：首先，现有的发电模拟装置通常需要连接电源，为构成模拟装置的电气系统供电，这导致发电模拟装置所设置的位置需要提供电源，这限制了其在会场的应用；其次，现有的发电模拟装置其模拟过程较为短暂且不能持续，这导致发电模拟的效果不易被参与者充分体验到；再者，现有的发电模拟装置更倾向于对结果的展示，而缺少对过程的直观展示，导致体验不佳。

技术实现要素：

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种结构简单、模拟显示效果好的发电模拟展示装置。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种发电模拟展示装置包括机架，在机架的顶部设有台面；在机架上还通过轴座安装有转轴，在转轴的前部安装有车轮、后端安装有摇柄，在机架、转轴的侧部还安装有横梁，在横梁的中部安装有永磁直流发电机，在转轴的中部和永磁直流发电机的电机轴上均安装有皮带轮，两个皮带轮采用皮带连接传动，在机架上还安装有用于检测车轮转速的转速传感器；在台面上安装有显示面板，在显示面板的下方设有控制电路板和蓄电池，在显示面板上设有模拟显示区和指标显示区，在模拟显示区上设有多个led灯，在指标显示区上设有转速数码管、电压数码管和指示灯；控制电路板包括控制器、双通道模数转换器、电源管理电路、开关电路以及多个继电器，双通道模数转换器、电源管理电路、开关电路、转速数码管、电压数码管和指示灯均与控制器电连接；转速传感器以及永磁直流发电机的输出端均与双通道模数转换器电连接，永磁直流发电机和蓄电池均连接至电源管理电路，各led灯各自通过继电器与蓄电池电连接，各继电器的控制端口连接至开关电路的各控制端口。

本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型提供了一种结构设计简单合理的发电模拟展示装置，与现有的发电模拟展示装置相比，本实用新型中通过在机架上设置带有摇柄的转轴并设置永磁直流发电机通过皮带和皮带轮与转轴连接，实现了参与者通过摇柄驱动永磁直流发电机进行发电的技术效果，顾客获得的参与感更强。通过在转轴上安装车轮，令转轴在失去手摇驱动的作用时在车轮的惯性下仍保持一定时间的转动效果，因此在进行短暂的手摇驱动之后，参与者能够停止操作并安心观察本展示装置的展示效果，因而展示效果是持续的。通过在显示面板上设置模拟显示区并在模拟显示区的位置设置多个led灯，令发电机的发电效果(输出电压的变化)得到了直观的展示，通过在显示面板上设置指标显示区并在指标显示区的位置设置转速数码管、电压数码管和指示灯，实现了对车轮转速、发电机的输出电压以及当前工作状态得到动态显示，便于参与者量化地感知整个发电过程的指标变化，因此模拟展示效果更好。再者，与现有的发电模拟展示装置相比，本实用新型中通过设置蓄电池，实现了将参与者手摇发电产生的电量进行存储的技术效果，蓄电池将存储的电能供应整个电气系统的运行使用，因此本模拟展示装置摆脱了对外置电源的依赖，可以方便地在会场的不同位置进行快速布置和展示。

优选地：在台面的板体前部设有透窗，车轮的顶部从该透窗伸出。

优选地：显示面板采用左右两个楔形的侧板支撑，令显示面板与水平面具有一个15°至30°的夹角。

优选地：显示面板采用半透明的亚克力板制作，各led灯位于模拟显示区的下方并均与显示面板粘接固定，转速数码管、电压数码管和指示灯位于指标显示区的下方并均与显示面板粘接固定；在显示面板的中部、永磁直流发电机的正上方开设有透窗，在该透窗上安装有透明亚克力板材质的观察面板。

优选地：车轮包括金属材质的轮毂，转速传感器为安装在机架上、车轮侧部的电磁传感器，轮毂的辐条通过电磁传感器时产生检测信号。

优选地：指示灯包括用于指示蓄电池的充电电流增大的指示灯一和用于指示蓄电池的充电电流减小的指示灯二。

优选地：在机架的前后左右均设有盖板，上述盖板与台面共同构成了箱体。

附图说明

图1是本实用新型的主视结构示意图；

图2是本实用新型的俯视结构示意图；

图3是图1中显示面板的a向结构示意图；

图4是图1中控制电路板的电路框图。

图中：1、机架；2、横梁；3、永磁直流发电机；4、转速传感器；5、转轴；6、摇柄；7、轴座；8、台面；9、显示面板；9-1、模拟显示区；9-2、透明观察区；9-3、指标显示区；9-4、led灯；9-5、观察面板；9-6、转速数码管；9-7、电压数码管；9-8、指示灯一；9-9、指示灯二；10、蓄电池；11、控制电路板；12、车轮。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的

技术实现要素：
、特点及功效，兹举以下实施例详细说明。

请参见图1和图2，本实用新型的发电模拟展示装置包括机架1，在机架1的顶部设有台面8。机架1采用金属型材进行搭建，台面8安装固定在机架1的顶部，构成支撑其它部件的支撑面。

本实施例中，在机架1的前后左右均设有盖板，上述盖板与台面8共同构成了箱体，箱体将机架1及其附属内部组件封装在内部，提升安全性的同时能够提升美观效果，可以在箱体的表面喷涂绘制宣传页、广告内容等，令其构成展会展示内容的一部分。

在机架1上还通过轴座7安装有转轴5，在转轴5的前部安装有车轮12、后端安装有摇柄6，如图中所示，两个轴座7分别安装在机架1的前部中间位置和后部中间位置，摇柄6安装在转轴5的后端，参与者通过摇动摇柄6进行动力的输入，转轴5带动车轮12转动。参与者进行短暂的动力输入之后(快速摇动摇柄6三至五圈)，可以将摇柄6释放，之后在车轮12的惯性作用下，转轴5仍然能够继续转动一段时间，直至在摩擦阻力的作用下车轮12完全停转。

车轮12可以是从汽车、电动自行车等设施上拆卸所得，在转轴5上安装车轮12除了利用其转动惯性将发电模拟演示过程延长至一定时间之外，还能够令参与者产生汽车发电原理方面的联想，事实上，在汽车设施上，车轮12的转动(也就是车辆的行驶)与车辆的发电过程是同步进行的，上述联想将有助于参与者对汽车发电原理和过程的理解。

考虑到摇柄6不应随同转轴5同步转动(同步转动的话容易对模拟展示过程的观察产生干扰，而且也不安全)，因此可以在转轴5的外端与摇柄6之间安装离合器装置，该离合器装置在参与者正向转动转轴5时将转轴5与摇柄6结合为一个整体，在参与者释放摇柄6之后，摇柄6在自身重力的作用下悬垂在下方，离合器装置解除转轴5与摇柄6之间的连接。典型的离合器装置为棘轮棘爪组件，在正向转动摇柄6时，棘轮棘爪配合实现转轴5与摇柄6两者的结合，释放摇柄6(也就是反向转动)之后棘轮棘爪解除配合，在重力的作用下摇柄6悬垂到下方。当然可以想到的是，也可以令摇柄6为一个可以从转轴5上取下来的单独部件，在需要动力输入时，操作者将摇柄6与转轴5连接，动力输入完成后顺手从转轴5上取下(类似于拖拉机的启动方式)。

在机架1、转轴5的侧部还安装有横梁2，在横梁2的中部安装有永磁直流发电机3，在转轴5的中部和永磁直流发电机3的电机轴上均安装有皮带轮，两个皮带轮采用皮带连接传动。转轴5在转动时，通过上述皮带轮及皮带的传动，永磁直流发电机3被带动发电，发电的效果(输出的电压)与转轴5转动的速度成正相关。

在机架1上还安装有用于检测车轮12转速的转速传感器4。本实施例中，车轮12包括金属材质的轮毂(带有分立的多个辐条)，转速传感器4为安装在机架1上、车轮12侧部的电磁传感器，轮毂的辐条通过电磁传感器时产生检测信号，通过计量相邻两个检测信号之间的时间间隔可以获知当前车轮12的转速。如相邻两个检测信号的时间间隔为0.5s，辐条为5根的情况下，可知车轮12转动一圈的时间为2.5s，则车轮12的转速为0.4r/s(转每秒)。

本实施例中，在台面8的板体前部设有透窗，车轮12的顶部从该透窗伸出，这样参与者能够直观地观察到车轮12的转动情况。

在台面8上安装有显示面板9，在显示面板9的下方设有控制电路板11和蓄电池10，其中显示面板9用于进行显示，控制电路板11用于提供控制功能，蓄电池10用于储存电能并将电能供应给本展示装置的电气系统，因此本模拟展示装置摆脱了对外置电源的依赖。

本实施例中，显示面板9采用左右两个楔形的侧板支撑，令显示面板9与水平面具有一个15°至30°的夹角，这样便于参与者对显示面板9上的内容进行观察。

在显示面板9上设有模拟显示区9-1和指标显示区9-3，其中模拟显示区9-1用于形象化地展示发电过程，指标显示区9-3用于定量化地显示发电过程。

请参见图3，可以看出：在模拟显示区9-1上设有多个led灯9-4，各led灯9-4成竖向排列，构成了一个阶梯状，这样在发电过程中，各led灯9-4根据发电电压的不同而由下至上依次点亮(电压增加过程中)或者由上至下依次熄灭(电压降低过程中)，在指标显示区9-3上设有转速数码管9-6、电压数码管9-7和指示灯，其中转速数码管9-6用于显示车轮12的转速情况，电压数码管9-7用于显示永磁直流发电机3的输出电压情况，指示灯用于指示当前的工作状态。

本实施例中，指示灯包括用于指示蓄电池10的充电电流增大的指示灯一9-8和用于指示蓄电池10的充电电流减小的指示灯二9-9。其中，指示灯一9-8在参与者通过摇柄6快速驱动转轴5及车轮12转动时(发电机输出的电流逐渐增大)点亮，指示灯二9-9在参与者释放摇柄6、车轮12在惯性作用下带动转轴5作速度逐渐减小(发电机输出的电流逐渐减小)的发电过程中点亮，在车轮12及转轴5完全停转时，两个指示灯均熄灭。

本实施例中，显示面板9采用半透明的亚克力板制作(可以为磨砂效果)，各led灯9-4位于模拟显示区9-1的下方并均与显示面板9粘接固定，转速数码管9-6、电压数码管9-7、指示灯一9-8和指示灯二9-9位于指标显示区9-3的下方并均与显示面板9粘接固定。由于显示面板9为半透明材质，因此通过显示面板9的板体能够看到各led灯9-4的点亮情况，也能看清转速数码管9-6和电压数码管9-7两者的示数情况，也能看清指示灯一9-8和指示灯二9-9两者的点亮情况，而无法通过显示面板9看清下方的机械结构。在显示面板9的中部、永磁直流发电机3的正上方开设有透窗，在该透窗上安装有透明亚克力板材质的观察面板9-2，设置透明的观察面板9-2的作用是为参与者提供一个观察窗，以观察车轮12、转轴5与永磁直流发电机3三者的联动情况。

请参见图4，可以看出：控制电路板11包括控制器、双通道模数转换器、电源管理电路、开关电路以及多个继电器，其中双通道模数转换器、电源管理电路、开关电路、转速数码管、电压数码管和指示灯均与控制器电连接。

转速传感器4以及永磁直流发电机3的输出端均与双通道模数转换器电连接，永磁直流发电机3和蓄电池10均连接至电源管理电路，各led灯9-4各自通过继电器与蓄电池10电连接，各继电器的控制端口连接至开关电路的各控制端口。

其中，控制器用于提供计算及控制功能，可以选取为plc或者mcu，双通道模数转换器用于进行双通道的模数转换功能，其中一个通道用于进行转速的模数转换、另一个通道用于进行发电电压的模数转换，电源管理电路用于对蓄电池10进行充放电的管理，开关电路用于在控制器的控制作用下控制各继电器接通或者断开，由于各继电器位于蓄电池10与各led灯9-4之间，因此开关电路控制各继电器的接通/断开就是控制各led灯9-4的点亮/熄灭。

控制器将转换得到的转速信息和电压信息通过转速数码管9-6和电压数码管9-7显示出来，发电过程的上述两种状态通过控制器驱动指示灯一9-8和指示灯二9-9点亮来实现。

工作过程：

参与者通过摇柄6摇动转轴5带动车轮12转动，进行动力的输入；在此过程中，永磁直流发电机3受到驱动而发电，在多次的上述动力输入的过程中，蓄电池10内的电能由本装置初始组装时的少量电能状态而逐渐增加，蓄电池10为整个电气系统提供所需的电源；

通过摇柄6摇动转轴5带动车轮12转动的过程中(摇动方式由慢至快)，蓄电池10的充电电流在增大，因此指示灯一9-8点亮；车轮12的转速以及永磁直流发电机3的输出电压由双通道模数转换器进行转换，上述信号输送给控制器，控制器将上述信号转换为数码管接收和显示的状态后输出给转速数码管9-6和电压数码管9-7进行显示；同时由于发电电压在逐渐升高，因此控制器根据接收到的电压值，判断将几个led灯9-4点亮(如设定每5v点亮一个led灯9-4，则控制器接收到13v的电压时，判断点亮两个led灯9-4)，完成上述判断之后，通过开关电路控制相应的继电器动作，将相应的led灯9-4点亮，由于发电的电压是线性变化的(而不是阶跃的)，因此从模拟显示区9-1观察，各led灯9-4是由下至上顺次点亮以及由上至下顺次熄灭的，相当于较为直观和形象地展示了发电过程；

当参与者释放摇柄6，转轴5失去动力输入，在车轮12的惯性作用下，永磁直流发电机3的发电过程仍在继续，在摩擦阻力的作用下，车轮12的转速越来越低，则发电电压越来越小、蓄电池10的充电电流也越来越小，则指示灯二9-9点亮且指示灯一9-8熄灭；转速数码管9-6和电压数码管9-7两者显示转速和电压的方式不变(数值逐渐减小)，由于发电电压减小了，控制器根据当前逐渐减小的电压判断led灯9-4需要逐渐熄灭，则发电电压每下降一档，led灯9-4从上方熄灭一个，直至车轮12停转，全部led灯9-4、转速数码管9-6、电压数码管9-7和两个指示灯全部熄灭。