CN104112391A - 建筑物结构力学光电演示系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种建筑物结构力学光电演示系统，能够以直观方式演示建筑物结构力学知识点，直观展示建筑物基本受力情况、受力变形情况，实现理论与实际相结合的教学模式。包括建筑物结构框架，还包括光电演示系统和与光电演示系统连接的控制系统。光电演示系统包括设置在建筑物结构框架上的多个演示灯和演示灯带。控制系统包括控制主机，控制主机包括：通过电路板连接的单片机，还包括与光电演示系统各演示灯、灯带对应的多个继电器，单片机与多个继电器连接，多个演示灯和演示灯带分别经继电器与外部电源连接。还包括远程操作系统。

Description

建筑物结构力学光电演示系统

技术领域

本发明涉及教学实训系统，具体涉及一种建筑物结构力学光电演示系统。

背景技术

高校建筑专业教学中涉及建筑物结构力学课程，教学内容主要有：建筑物的不同部位基本受力情况，例如建筑物的柱、梁、屋顶、地面等部位受力情况；建筑物受到各种力时，力的传递路径和变形情况；具体而言涉及到：梁的集中荷载、梁的均布荷载、悬挑梁集中荷载、悬挑梁均布荷载、柱的轴心受压、柱的小偏心受压、框架结构体系传力、建筑物水平力应力情况等。

现有教学条件下，上述课程或教学内容均通过教师集中讲解，教学内容抽象，与实际建筑物联系不紧密，教学不够直观，理论与实际脱离，影响学生理解和掌握知识点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种建筑物结构力学光电演示系统，能够以直观方式演示建筑物结构力学知识点，直观展示建筑物基本受力情况、受力变形情况，实现理论与实际相结合的教学模式。

为解决上述技术问题，本发明的建筑物结构力学光电演示系统，包括建筑物结构框架，所述建筑物结构框架包括设置在地面上的基础、设置在基础之上的至少四根立柱，相邻立柱之上设置有横梁、横梁之上通过立柱设置有屋顶，还包括光电演示系统和与光电演示系统连接的控制系统。

所述的光电演示系统包括设置在建筑物结构框架上的多个演示灯和演示灯带。

所述控制系统包括控制主机，所述控制主机包括：通过电路板连接的单片机，还包括与光电演示系统各演示灯、灯带对应的多个继电器，所述单片机与所述多个继电器连接，所述的多个演示灯和演示灯带分别经继电器与外部电源连接。

所述的光电演示系统包括以下子系统中的至少一个：A、沿基础布置有多个基础荷载演示灯；B、在立柱内自上而下设置的多组建筑内力荷载演示灯；C、设置在立柱内的至少一条立柱小偏心受压演示灯带；D、设置在所述的横梁之上的多个横梁均布荷载演示灯、设置在横梁之上的横梁集中荷载演示灯；E、所述的横梁内沿其走向设置的横梁一级荷载变形曲线演示灯和至少一条横梁二级荷载变形曲线演示灯；F、设置在所述立柱与横梁结合部位的弯矩受力演示灯；G、沿屋顶其走向设置的多个屋顶荷载演示灯。

还包括设置在所述建筑物结构框架上的悬挑梁，至少一个悬挑梁上方沿其走向设置有多个悬挑梁均布荷载演示灯，所述悬挑梁上方还设置有悬挑梁集中荷载演示灯，悬挑梁上还设置有悬挑梁一级载荷变形演示灯，悬挑梁一级载荷变形演示灯下方设置有悬挑梁二级载荷变形演示灯；所述水平外力受力演示模块还包括设置在建筑物结构框架一侧的多个水平外力演示灯，在水平外力演示灯对侧的建筑物结构框架内设置有多个水平反力演示灯。

还包括远程操作系统，所述远程操作系统包括至少一个终端，所述终端与控制主机之间以有线或无线方式通信。

所述的单片机为C8051F060型单片机。

所述的电路板上还设置有程序烧录及复位电路。

所述终端与控制主机之间以无线方式通信；所述的电路板上设置有电源电路、MCU接口电路、继电器控制电路，所述单片机经MCU接口电路连接至电路板，所述继电器经继电器控制电路连接至电路板，所述的电路板上还设置有无线通信模块。

所述的终端采用HT368型手持型终端设备，所述的终端与控制主机之间采用ZigBee协议无线通信。

所述的终端和控制主机内分别设置有UTC-1212RD无线通信模块。

本发明的建筑物结构力学光电演示系统，其技术特点有： 

1、控制主机通过多个继电器控制各演示灯、灯带通电或断电，以光学模式直观展示基础、立柱、横梁、屋顶等部位的基本受力情况，教师可以通过终端对控制主机进行操作，控制不同演示灯的明灭，从而根据各知识点进行直观教学，实现理论与实际相结合的教学模式。

2、可直观展示建筑物在自重、外力等影响的受力变形情况。

3、上述技术方案中，单片机可以实现编程，从而控制若干个演示灯依次明灭，还可控制演示灯工作时间间隔，从而演示某个节点的受力传递情况。

4、教学过程中，师生可以根据教学点设置走动到模型的不同部位，并通过手持式移动设备与控制主机之间移动通信，通过手持式移动设备对光电演示系统进行远程控制，师生接近建筑物近距离授课。

附图说明

图1是本发明的建筑物结构力学光电演示系统的原理图； 

图2a是本发明的建筑物结构力学光电演示系统的控制系统电路板设计图；

图2b是电源电路原理图；

图2c是MCU烧录及复位电路原理图；

图2d是控制主机的MCU接口电路图；

图2e是无线通信模块UTC-1212RD的引脚分布图；

图2f是无线通信模块UTC-1212RD与MCU的连接示意图； 

图2g是继电器控制原理图；

图2h是继电器控制电路板示意图；

图3是本发明中建筑物结构框架部分的示意图（建筑结构北立面图）；

图4是图3的左视图（建筑结构东立面图）；

图5是图3的①-①线剖视图（建筑结构的①轴立面图）；

图6是图3的②-②线剖视图（建筑结构的②轴立面图）；

图7是图3的③-③线剖视图（建筑结构的③轴立面图）；

图8是图3的④-④线剖视图（建筑结构的④轴立面图）；

图9是图3的⑤-⑤线剖视图（建筑结构的⑤轴立面图）；

图10是本发明中建筑物结构框架部分的立体示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，手持终端将指令数据经无线发送模块发送（传输距离200~300米）。无线接收模块接收后传给单片机模块，单片机根据编好的程序发出不同的指令，来控制相应的电子开关组（继电器）闭合，从而控制灯箱按照需要逐次亮灭。

为了满足教学需要，本发明中，按照1:1比例建立一座全框架钢筋骨架结构的建筑物模型，并严格按照建筑规范要求和101图集要求施工，展示建筑物内在结构特点；该建筑物模型内还可安装消防系统、水电系统、应急照明系统、门禁系统、通风空调系统、智能建筑系统、监控系统等。

如图3至图10可见，所述建筑物结构框架模拟一座二层小楼，其包括设置在地面上的基础1，具体包括独立基础、条形基础、筏形基础及桩基承台，基础1之上设置有若干立柱2，相邻立柱2之上设置有横梁3，横梁3之上通过立柱2设置有屋顶4，建筑物结构框架上还设置有悬挑梁7。以上部分根据教学需要，搭建出包含基础、梁、柱、顶等元素的建筑框架模型，为了保证强度，该建筑框架模型设置有内骨架。该模型是可扩展的，可根据教学需要增加楼梯、挑梁等结构，光学指示设备相应增加。在建筑物结构框架的不同部分分别设置多个演示灯和演示灯带作为光电演示系统。

如图2a可见，控制系统用于对光电演示系统进行控制，其包括控制主机5，所述控制主机5上设置有控制系统电路板，所述的控制系统电路板上设置有电源电路51、程序烧录及复位电路52、MCU接口电路53、UTC1212接口电路54、多个继电器电路板插口55，所述单片机经MCU接口电路53连接至电路板，所述的多个继电器电路板插口55分别连接有继电器控制电路板，每个继电器控制电路板连接若干个继电器，所述的多个演示灯和演示灯带分别经继电器与外部电源连接。

如图2b可见，由于单片机C8051F060和电平转换芯片SP3232需要+3.3V的工作电压，而串并转换芯片DM74LS164M需要+5 V电压，因此输入的+7~40V DC经过电源芯片LM2596-5.0（U1）转换后，输出+5V电压。+5V电压一路输送到串并转换芯片DM74LS164M，另一路输入电源芯片LM1085S-3.3（U2），用来产生+3.3V电压，供单片机等数字电路使用。

项目设计的C8051F060单片机烧录及复位电路如图2c所示，复位电路允许很容易地将控制器置于一个预定的缺省状态。在进入复位状态时，将发生以下过程： 

①CIP-51 停止程序执行 

②特殊功能寄存器（SFR）被初始化为所定义的复位值 

③外部端口引脚被置于一个已知状态 

④中断和定时器被禁止。 

如图2d可见，MCU接口电路是整个控制电路板的核心，由C8051F060单片机实现控制继电器通断、与外界通信等。该模块主要用到单片机的定时器和中断功能。按照控制灯箱亮灭的时间和顺序，单片机分别控制相应的I/O 引脚发出高电平或低电平，并将这些控制信号传输给继电器电路板，从而达到控制继电器开关通断的目的。

本发明中，还包括远程操作系统，所述远程操作系统包括至少一个终端6，所述终端6与控制主机5之间以无线方式通信。

所述的终端6采用HT368型手持型终端设备，所述的终端6与控制主机5之间采用ZigBee协议无线通信。所述的终端6和控制主机5内分别设置有UTC-1212RD无线通信模块。经过比较，我们选用杭州飞拓电子科技有限公司的基于ZigBee通信的无线通信模块UTC-1212RD。UTC-1212RD外观尺寸为32.2 x 18.3 x 7mm，可以安装到手持终端内部。

表1  UTC-1212RD引脚说明

图2e是无线通信模块UTC-1212RD的引脚分布图。无线通信模块UTC-1212RD与MCU的连接如图2f所示。UTC-1212RD模块与用户MCU 连接时，RDT_A 和RDT_B 脚分别接MCU 的两个GPIO 口，模块的RXD和TXD 分别接MCU 串口的TX 脚和RX 脚，AUX 脚接MCU 的外部中断脚（AUX 非必需，如不使用保持悬空即可）。

无线通信模块UTC-1212RD与手持式终端的连接方式与MCU 连接类似。

继电器电路板工作原理图如图2g所示。当控制系统电路板给三极管发出高电平信号（即Q1为高电平）时，三极管导通，从而继电器工作，继电器1、3引脚和2、4引脚分别吸合，从而电磁阀接口K1的两个接线口导通，控制的灯箱开始工作。当Q1为低电平时，K1的两个接线口断开。

如图2a、图2h可见，所述的控制系统电路板上设置有多个继电器电路板插口55，所述的继电器电路板插口55与继电器控制电路板连接，每块继电器控制电路板分别连接多个继电器，图示中连接有12个继电器，相应的可控制12条电路。通过单片机发出高低电平信号控制继电器通断。

实施例1——梁的集中荷载演示模块

如图9可见，在全框架钢结构二层楼中，选一个横梁3作为演示用梁，横梁3上安装一个红色演示灯作为横梁集中荷载演示灯31、二个橙色演示灯作为弯矩受力演示灯230、一条黄色灯带作为一级荷载变形曲线演示灯32、一条红色灯带作为横梁二级荷载变形曲线演示灯33。

所述横梁集中荷载演示灯31包括上下两个光源，通过两个继电器控制以实现横梁集中荷载演示灯31按照上半部分、下半部分各成一组演示。

如图1、图2可见，所述控制系统包括控制主机5，所述控制主机5包括单片机，所述单片机可使用C8051系列单片机，本实施例中使用C8051F060单片机，还包括与演示灯连接的5个继电器(横梁集中荷载演示灯31通过2个继电器控制、二个橙色演示灯作为弯矩受力演示灯230通过1个继电器控制、一条横梁一级荷载变形曲线演示灯32、一条横梁二级荷载变形曲线演示灯33各通过1个继电器控制)，所述单片机与所述多个继电器连接；所有演示灯各自经继电器与电源电连接。

控制主机5内通过电路板为单片机、继电器以及其余部件提供连接载体，并为各设备提供电源等支撑条件。

为了便于教师对演示模块进行远程操作，本实施例中，终端6使用一台HT368型手持型终端设备，无线通信采用杭州飞拓电子科技有限公司的基于ZigBee协议的无线通信模块UTC-1212RD。

梁的集中荷载演示具体如下；

第一步：红色演示灯（横梁集中荷载演示灯31）亮下面1/2部分；

第二步：延时几秒，二个橙色演示灯（弯矩受力演示灯230）点亮；

第三步：延时几秒，黄色灯带（弯矩受力演示灯230）点亮；

第四步：延时几秒，红色演示灯（横梁集中荷载演示灯31）亮上面另外1/2部分，表示集中荷载受力增大，受到二级荷载；

第五步：延时几秒，红色灯带（横梁二级荷载变形曲线演示灯33）点亮，同时黄色灯带（一级荷载变形曲线演示灯32）关闭；

第六步：延时几秒，所有点亮的演示灯全部关闭；

第七步：延时几秒，再次按照第一步--第六步循环。

通过以上步骤，来动态演示梁的集中荷载受力变形情况。

所述单片机按照上述步骤进行编程，教师通过手持终端6发指令给控制主机5，启动单片机内梁的集中荷载演示程序进行演示。在演示过程中，教师通过终端6可进行暂停，并结合演示进行口头讲解，达到虚、实结合。

实施例2——梁的均布荷载演示模块

如图3、图9可见，在建筑物结构框架中，选一个梁作为演示用梁，梁上安装六个黄色演示灯作为横梁均布荷载演示灯30、二个橙色演示灯作为弯矩受力演示灯230、一条黄色灯带作为横梁一级荷载变形曲线演示灯32、一条红色灯带作为和横梁二级荷载变形曲线演示灯33。

所述横梁均布荷载演示灯30包括上下两个光源，相应的通过两个继电器控制。

本实施例中，由F060单片机控制5个继电器，继电器分别控制横梁均布荷载演示灯30、弯矩受力演示灯230、横梁一级荷载变形曲线演示灯32、横梁二级荷载变形曲线演示灯33。所述的所有演示灯、灯带各自经继电器与电源电连接。

梁的均布荷载演示具体如下；

第一步：六个黄色演示灯（横梁均布荷载演示灯30）亮下面1/2部分；

第二步：延时几秒，二个橙色演示灯（弯矩受力演示灯230）通电发光；

第三步：延时几秒，黄色灯带（横梁一级荷载变形曲线演示灯32）通电发光；

第四步：延时几秒，六个黄色演示灯（横梁均布荷载演示灯30）亮上面另外1/2部分，表示均布荷载受力增大，受到二级荷载；

第五步：延时几秒，红色灯带（横梁二级荷载变形曲线演示灯33）通电发光，同时黄色灯带（横梁一级荷载变形曲线演示灯32）关闭；

第六步：延时几秒，所有通电发光的演示灯全部关闭；

第七步：延时几秒，再次循环上述步骤。

通过以上步骤可动态演示梁的均布荷载受力变形情况。

所述单片机按照上述步骤进行编程，教师通过手持终端6发指令给控制主机5，启动单片机内梁的均布荷载演示程序进行演示。在演示过程中，教师通过终端6可进行暂停，并结合演示进行口头讲解，达到虚、实结合。

实施例3——悬挑梁集中荷载演示模块

如图5可见，选一个悬挑梁作为演示用梁，悬挑梁7上安装一个红色演示灯作为悬挑梁集中荷载演示灯71、一个橙色演示灯作为弯矩受力演示灯230、一条蓝色灯带作为悬挑梁一级载荷变形演示灯72、一条黄色灯带作为悬挑梁二级载荷变形演示灯73。

所述悬挑梁集中荷载演示灯71包括上下两个光源，通过两个继电器控制以实现集中荷载演示灯71按照上半部分、下半部分各成一组演示。

如图1、图2可见，所述控制系统包括控制主机5，所述控制主机5包括单片机，所述单片机可使用C8051系列单片机，本实施例中使用C8051F060单片机，还包括与演示灯连接的5个继电器(悬挑梁集中荷载演示灯71通过2个继电器控制、弯矩受力演示灯230通过1个继电器控制、悬挑梁一级载荷变形演示灯72、悬挑梁二级载荷变形演示灯73各通过1个继电器控制)，所述单片机与所述多个继电器连接；所有演示灯各自经继电器与电源电连接。

悬挑梁的集中荷载演示具体如下；

第一步：红色演示灯（悬挑梁集中荷载演示灯71）亮下面1/2部分；

第二步：延时几秒，橙色演示灯（弯矩受力演示灯230）亮起；

第三步：延时几秒，蓝色灯带（悬挑梁一级载荷变形演示灯72）亮起；

第四步：延时几秒，红色演示灯（悬挑梁集中荷载演示灯71）亮上面另外1/2部分，表示集中荷载受力增大，受到二级荷载；

第五步：延时几秒，黄色灯带（悬挑梁二级载荷变形演示灯73）亮起，同时蓝色灯带（悬挑梁一级载荷变形演示灯72）关闭；

第六步：延时几秒，所有亮起的演示灯全部关闭；

第七步：延时几秒，再次循环（按照从第一步--第六步循环）

通过以上步骤，来动态演示悬挑梁的集中荷载受力变形情况。

所述单片机按照上述步骤进行编程，教师通过手持终端6发指令给控制主机5，启动单片机内悬挑梁的集中荷载演示程序进行演示。在演示过程中，教师通过终端6可进行暂停，并结合演示进行口头讲解，达到虚、实结合。

实施例4——悬挑梁均布荷载演示模块

如图5可见，本实施例中悬挑梁7上方沿其走向设置安装六个黄色演示灯作为悬挑梁均布荷载演示灯70、一个橙色演示灯作为弯矩受力演示灯230、一条蓝色灯带作为悬挑梁一级载荷变形演示灯72、一条黄色灯带作为悬挑梁二级载荷变形演示灯73。

悬挑梁均布荷载演示灯70设置上下两个光源，可以分别通电发光，相应的通过两个继电器控制。

控制主机内包括F060单片机，还包括与演示灯、灯带对应的5个继电器，所述单片机与所述多个继电器连接；所有演示灯及灯带各自经继电器与电源电连接。

悬挑梁的均布荷载演示具体如下；

第一步：黄色演示灯（悬挑梁均布荷载演示灯70）亮下面1/2部分；

第二步：延时几秒，橙色演示灯（弯矩受力演示灯230）通电发光；

第三步：延时几秒，蓝色灯带（悬挑梁一级载荷变形演示灯72）通电发光；

第四步：延时几秒，黄色演示灯（悬挑梁均布荷载演示灯70）亮上面另外1/2部分，表示均布荷载受力增大，受到二级荷载；

第五步：延时几秒，黄色灯带（悬挑梁二级载荷变形演示灯73）通电发光，同时蓝色灯带（悬挑梁一级载荷变形演示灯72）关闭；

第六步：延时几秒，所有通电发光的演示灯全部关闭；

通过以上步骤，来动态演示悬挑梁的均布荷载受力变形情况。

所述单片机按照上述步骤进行编程，教师通过手持终端6发指令给控制主机5，启动单片机内悬挑梁的均布荷载演示程序进行演示。在演示过程中，教师通过终端6可进行暂停，并结合演示进行口头讲解，达到虚、实结合。

实施例5——柱的轴心受压演示模块

如图3至图9可见，在全框架钢结构二层楼中，选一个立柱2作为演示用柱，立柱2上沿轴心从上向下按顺序安装四组高亮度白色演示灯作为建筑内力荷载演示灯20。

如图1、图2可见，控制系统包括单片机，还包括与建筑内力荷载演示灯20对应的4个继电器，所述单片机与所述多个继电器连接；所有演示灯各自经继电器与电源电连接。

柱的轴心受压演示具体如下：

第一步：立柱2的最上面一组白色演示灯通电发光，表示立柱2受到轴心受压。

第二步：延时几秒，立柱2上面第二组白色演示灯通电发光，表示柱的轴心受压向下传递。

第三步：延时几秒，立柱2上面第三组白色演示灯通电发光，表示柱的轴心受压继续向下传递。

第四步：延时几秒，立柱2上面第四组白色演示灯通电发光，表示柱的轴心受压继续向下传递。

第五步：延时几秒，立柱2上四组演示灯全部关闭。

第六步：延时几秒，重复上述步骤一至五。

本发明中，各演示灯、灯带延时时长3至15秒为宜。

所述单片机按照上述步骤进行编程，教师通过手持终端6发指令给控制主机5，启动单片机内柱的轴心受压演示程序进行演示。在演示过程中，教师通过终端6可进行暂停，并结合演示进行口头讲解，达到虚、实结合。

实施例6——柱的小偏心受压演示模块

如图6、图7可见，在全框架钢结构二层楼中，选一个立柱2作为演示用柱，立柱2上沿轴心向下顺序安装七组高亮度白色演示灯作为建筑内力荷载演示灯20，立柱2与横梁3结合部位设置一个弧形的橙色演示灯作为弯矩受力演示灯230，立柱2上设置一条红色灯带作为立柱小偏心受压演示灯带21。

控制系统包括单片机，还包括9个继电器，所述单片机与所述多个继电器连接；所有演示灯及灯带各自经继电器与电源电连接。

柱的小偏心受压演示具体如下：

第一步：立柱2的最上面一组白色演示灯通电发光，表示立柱2受到小偏心受压。

第二步：延时几秒，立柱2上面第二组白色演示灯通电发光，表示立柱2的小偏心受压向下传递。

第三步：延时几秒，立柱2上面第三组白色演示灯通电发光，表示立柱2的小偏心受压继续向下传递。

第四步：延时几秒，二层楼上的橙色演示灯（弯矩受力演示灯230）通电发光，表示柱的小偏心受压传递到二层楼时，产生弯矩力。

第五步：延时几秒，立柱2上面第四组白色演示灯通电发光，表示柱的小偏心受压继续向下传递。

第六步：延时几秒，柱上面第五组白色演示灯通电发光，表示柱的小偏心受压继续向下传递。

第七步：延时几秒，柱上面第六组白色演示灯通电发光，表示柱的小偏心受压继续向下传递。

第八步:延时几秒，柱上面第七组白色演示灯通电发光，表示柱的小偏心受压继续向下传递。

第九步：延时几秒，红色灯带（立柱小偏心受压演示灯带21）通电发光，表示立柱受压弯曲变形。

第十步：延时几秒，所有演示灯全部关闭。

通过以上步骤，来动态演示柱的小偏心受压传递、变形情况。

所述单片机按照上述步骤进行编程，教师通过手持式终端6发指令给控制主机5，启动单片机内柱的小偏心受压演示程序进行演示。在演示过程中，教师通过终端6可进行暂停，并结合演示进行口头讲解，达到虚、实结合。

实施例7——框架结构体系传力的演示模块

如图3至图9可见，建筑物结构框架设计为全框架钢结构二层楼，沿着二层楼屋顶四周安装46个高亮度黄色演示灯作为屋顶荷载演示灯40、二层楼所有立柱从上到下按顺序安装七组高亮度白色演示灯作为建筑内力荷载演示灯20、二层楼外围梁的四周安装36个高亮度黄色演示灯作为横梁集中荷载演示灯31、桩基地面上沿四周安装48个高亮度蓝色演示灯作为基础荷载演示灯10。

控制系统包括F060单片机，还包括与演示灯、灯带对应的25个继电器，所述单片机与所述多个继电器连接；所有演示灯及灯带各自经继电器与电源电连接。

框架结构体系传力的具体演示如下：

第一步：屋顶四周46个高亮度黄色演示灯（屋顶荷载演示灯40）通电发光；

第二步：延时几秒，二层楼所有立柱上最上面一组高亮度白色演示灯（建筑内力荷载演示灯20）通电发光；

第三步：延时几秒，二层楼所有立柱上第二组高亮度白色演示灯（建筑内力荷载演示灯20）通电发光；

第四步：延时几秒，二层楼所有立柱上第三组高亮度白色演示灯（建筑内力荷载演示灯20）通电发光；

第五步：延时几秒，二层楼外围梁的四周安装的36个高亮度黄色演示灯（横梁集中荷载演示灯31）通电发光；

第六步：延时几秒，二层楼所有立柱上第四组高亮度白色演示灯（建筑内力荷载演示灯20）通电发光；

第七步：延时几秒，二层楼所有立柱上第五组高亮度白色演示灯（建筑内力荷载演示灯20）通电发光；

第八步：延时几秒，二层楼所有立柱上第六组高亮度白色演示灯（建筑内力荷载演示灯20）通电发光；

第九步：延时几秒，二层楼所有立柱上第七组高亮度白色演示灯（建筑内力荷载演示灯20）通电发光；

第十步：延时几秒，桩基地面上沿四周安装的48个高亮度蓝色演示灯基础荷载演示灯10通电发光。

第十一步：延时几秒，所有演示灯全部关闭。

通过以上步骤，来动态演示框架结构体系传力情况。

所述单片机按照上述步骤进行编程，教师通过手持式终端6发指令给控制主机5，启动单片机内框架结构体系传力的演示程序进行演示。在演示过程中，教师通过终端6可进行暂停，并结合演示进行口头讲解，达到虚、实结合。

实施例8——水平外力受力演示模块

如图7可见，还包括设置在建筑物结构框架一侧的若干个水平外力演示灯8，在水平外力演示灯8对侧的建筑物结构框架内设置有多个水平反力演示灯80。

控制系统包括单片机，还包括与演示灯对应的2个继电器，所述单片机与所述多个继电器连接；所有演示灯各自经继电器与电源电连接。

全框架钢结构二层楼（见图8），取最外面2A柱、3A柱、3A柱三柱作为演示柱，在三柱最上面从上到下按顺序安装五组15个不同长度的高亮度绿色演示灯（表示水平外力演示灯8），在二层楼结构13个柱子下部，每个柱子各安装一个高亮度绿色演示灯（表示水平反力演示灯80）。

建筑物水平力的具体演示如下：

第一步：第一组表示水平外力的15个高亮度绿色演示灯点亮；

第二步:延时几秒，第二组表示水平反力的13个高亮度绿色演示灯点亮；

第三步：延时几秒，所有点亮的演示灯关闭；

第四步：延时几秒，再次循环（按照从第一步--第三步循环）

通过以上步骤，来动态演示建筑物水平力的情况。

所述单片机按照上述步骤进行编程，并在控制主机内设置程序接口。教师通过手持式终端6发指令给控制主机5，启动单片机内水平外力受力演示程序进行演示。在演示过程中，教师通过终端6可进行暂停，并结合演示进行口头讲解，达到虚、实结合。

Claims (9)

1.一种建筑物结构力学光电演示系统，包括建筑物结构框架，所述建筑物结构框架包括设置在地面上的基础（1）、设置在基础（1）之上的至少四根立柱（2），相邻立柱（2）之上设置有横梁（3）、横梁（3）之上通过立柱（2）设置有屋顶（4），其特征在于：还包括光电演示系统和与光电演示系统连接的控制系统；

所述的光电演示系统包括设置在建筑物结构框架上的多个演示灯和演示灯带；

所述控制系统包括控制主机（5），所述控制主机（5）包括：通过电路板连接的单片机，还包括与光电演示系统各演示灯、灯带对应的多个继电器，所述单片机与所述多个继电器连接，所述的多个演示灯和演示灯带分别经继电器与外部电源连接。

2.如权利要求1所述的建筑物结构力学光电演示系统，其特征在于：所述的光电演示系统包括以下子系统中的至少一个：A、沿基础（1）布置有多个基础荷载演示灯（10）；B、在立柱（2）内自上而下设置的多组建筑内力荷载演示灯（20）；C、设置在立柱（2）内的至少一条立柱小偏心受压演示灯带（21）；D、设置在所述的横梁（3）之上的多个横梁均布荷载演示灯（30）、设置在横梁（3）之上的横梁集中荷载演示灯（31）；E、所述的横梁（3）内沿其走向设置的横梁一级荷载变形曲线演示灯（32）和至少一条横梁二级荷载变形曲线演示灯（33）；F、设置在所述立柱（2）与横梁（3）结合部位的弯矩受力演示灯（230）；G、沿屋顶（4）其走向设置的多个屋顶荷载演示灯（40）。

3.如权利要求2所述的建筑物结构力学光电演示系统，其特征在于：还包括设置在所述建筑物结构框架上的悬挑梁（7），至少一个悬挑梁（7）上方沿其走向设置有多个悬挑梁均布荷载演示灯（70），悬挑梁（7）上方还设置有悬挑梁集中荷载演示灯（71），悬挑梁（7）上还设置有悬挑梁一级载荷变形演示灯（72），悬挑梁一级载荷变形演示灯（72）下方设置有悬挑梁二级载荷变形演示灯（73）；所述水平外力受力演示模块还包括设置在建筑物结构框架一侧的多个水平外力演示灯（8），在水平外力演示灯（8）对侧的建筑物结构框架内设置有多个水平反力演示灯（80）。

4.如权利要求1、2或3所述的建筑物结构力学光电演示系统，其特征在于：还包括远程操作系统，所述远程操作系统包括至少一个终端（6），所述终端（6）与控制主机（5）之间以有线或无线方式通信。

5.如权利要求4所述的建筑物结构力学光电演示系统，其特征在于：所述的单片机为C8051F060型单片机。

6.如权利要求4所述的建筑物结构力学光电演示系统，其特征在于：所述的电路板上还设置有程序烧录及复位电路。

7.如权利要求4所述的建筑物结构力学光电演示系统，其特征在于：所述终端（6）与控制主机（5）之间以无线方式通信；所述的电路板上设置有电源电路、MCU接口电路、继电器控制电路，所述单片机经MCU接口电路连接至电路板，所述继电器经继电器控制电路连接至电路板，所述的电路板上还设置有无线通信模块。

8.如权利要求7所述的建筑物结构力学光电演示系统，其特征在于：所述的终端（6）采用HT368型手持型终端设备，所述的终端（6）与控制主机（5）之间采用ZigBee协议无线通信。

9.如权利要求8所述的建筑物结构力学光电演示系统，其特征在于：所述的终端（6）和控制主机（5）内分别设置有UTC-1212RD无线通信模块。