CN107146501A - 一种多功能教学实验车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能教学实验车，涉及一种教学实验装置，包括载体实验车、实验设备、智能终端和控制系统，智能终端通过通信设备与控制系统连接，实验设备包括分别与控制系统信号连接的气象监测系统、太阳能系统和水净化循环装置，气象监测系统和太阳能系统分别置于载体实验车的车顶外表面上，通信设备设置于载体实验车内；气象监测系统包括雨量监测装置，水净化循环装置置于载体实验车内，水净化循环装置用于净化实验废水和雨量监测装置收集的雨水。通过将自然天气资源与数字化实验相结合，并通过控制系统与智能终端连接，不仅实现了对实验设备的实时监测与控制，而且增加了实验教学的便捷性和趣味性，提升了学生的学习效率和动手能力。

Description

一种多功能教学实验车

技术领域

本发明涉及一种教学实验装置，特别涉及一种多功能教学实验车。

背景技术

数字化科学探究实验教学是一种全新教育模式，通过现场操作数字化实验设备，将课堂创建为一种“立体化”的学习、求知、探索、创新的场所，整个教学过程生动、简单明了，更能使学生亲自参与到整个实验探究学习中，不仅提高了学生的洞察力、动手能力，而且增强了学习的趣味性，能够使学生更加积极主动地投入到实验探索过程中，增加学生对科学的求知欲望和探索精神，避免了学生被动接受知识、机械模仿教师的学习状态，变被动学习为主动学习，使学生对于教学内容有更加深刻的理解与记忆，从而提高教学质量。

目前，现有的数字化科学探究实验教学所需的实验设备昂贵，建设科学探究实验室耗资较大，使得许多偏远贫困地区的学校无法开展数字化探究实验教学。现有技术中的实验车都是将实验室直接安装在大巴车上，不仅空间狭窄，需要分批次教学，增加了教师的负担的同时也降低了实验教学效率；并且实验车只能够进行单一的实验，功能单一，实验车的适用范围受局限，同时缺乏实验教学的便捷性和趣味性。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种多功能教学实验车，将自然天气资源与数字化实验相结合，并通过通讯系统与学生自己的智能终端连接，增加实验教学的便捷性和趣味性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种多功能教学实验车，包括载体实验车、实验设备、智能终端和控制系统，所述智能终端通过通信设备与所述控制系统连接，所述控制系统设置于所述载体实验车内部，所述实验设备包括分别与所述控制系统信号连接的气象监测系统、太阳能系统和水净化循环装置，所述气象监测系统和所述太阳能系统分别置于所述载体实验车的车顶外表面上，所述通信设备设置于所述载体实验车内；所述气象监测系统包括雨量监测装置，所述水净化循环装置置于所述载体实验车内，所述水净化循环装置用于净化实验废水和所述雨量监测装置收集的雨水。

可选的，所述实验设备还包括用水实验设备，所述水净化循环装置为无机陶瓷膜分离净化装置，所述雨量监测装置的出水管与所述水净化循环装置的雨水集水管连通，所述水净化循环装置的出水管与所述用水实验设备的进水管连通，所述用水实验设备的出水管与所述水净化循环装置的废水集水管连通。

可选的，所述气象监测系统包括一安装底板，所述安装底板固定在所述载体实验车的车厢尾部，所述雨量监测装置设置在所述安装底板的上表面上，所述安装底板的上表面上还设置有风向风速监测装置、湿度监测装置、空气质量监测装置以及大气压强监测装置。

可选的，所述安装底板为正八边形安装底板，所述风向风速监测装置固定在所述安装底板的中间，所述雨量监测装置、所述湿度监测装置、所述空气质量监测装置以及所述大气压强监测装置均匀分布在所述风向风速监测装置的周围。

可选的，所述太阳能系统包括上下顺次连接的光照强度监测部件、太阳能面板和方位调整机构，所述方位调整机构固定在所述载体实验车的车厢头部。

可选的，所述方位调整机构包括底座和三维转盘，所述底座固定在所述载体实验车的车顶外表面上，所述三维转盘设置在所述底座上并与所述底座转动连接，所述三维转盘上方固定连接一扩展板，所述扩展板上设有所述太阳能面板，所述控制系统控制所述三维转盘进行三维方向旋转以及竖直方向翻转。

可选的，所述太阳能面板包括中间面板、第一扩展面板和第二扩展面板，所述第一扩展面板和所述第二扩展面板对称设置在所述中间面板的下方，所述第一扩展面板和所述第二扩展面板与所述中间面板通过滑轨滑块结构连接，所述滑轨滑块结构包括滑轨和滑块，所述中间面板的底面设置所述滑轨，所述第一扩展面板的上表面和所述第二扩展面板的上表面设置与所述滑轨适配的所述滑块。

可选的，所述扩展板的两端各设置一螺母，所述第一扩展面板的下表面和所述第二扩展面板的下表面上分别设置一与所述螺母适配的丝杆，所述第一扩展面板和所述第二扩展面板与所述扩展板之间为螺母丝杆传动。

可选的，所述第一扩展面板和所述第二扩展面板的尺寸大小完全相同，且所述中间面板的尺寸大小是所述第一扩展面板的尺寸大小的2倍，所述光照强度监测部件固定在所述中间面板的中间位置。

可选的，所述智能终端通过所述通信设备与所述控制系统无线连接，所述智能终端为手机、平板和电脑中的一种或多种，且所述智能终端通过APP软件与所述通信设备远程连接，进而通过所述控制系统实现对所述实验设备的实时控制和监测。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的多功能教学实验车，通过设置太阳能系统和气象监测系统，在晴天进行太阳能发电实验，在雨天进行气象监测实验，且可同时进行气象监测实验和生化测试等数字化实验，通过将自然天气资源与数字化实验相结合，不仅能够培养学生基本的数字化实验能力，更有助于学生熟悉太阳能发电原理、初步掌握数控编程技能；此外，通过将水净化循环装置与雨量监测装置和用水实验设备连接，不仅实现了雨水和实验废水的收集、净化、循环再利用，而且还能传授污水处理知识、提高学生环保意识、丰富实验教学内容，从而提高实验教学的教学效率；最后通过将智能终端与控制系统无线连接，不仅实现了对实验设备的实时监测与控制，而且增加了实验教学的便捷性和趣味性，提升了实验教学的教学效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明多功能教学实验车的主视图；

图2为本发明多功能教学实验车中气象监测系统的结构示意图；

图3为本发明多功能教学实验车中太阳能系统的主视图；

图4为本发明多功能教学实验车中太阳能系统的立体结构示意图；

图5为本发明多功能教学实验车中水净化循环系统的工作流程图。

附图标记说明：1、载体实验车；2、气象监测系统；21、雨量监测装置；22、湿度监测装置；23、风向风速监测装置；24、空气质量监测装置；25、大气压强监测装置；26、安装底板；3、太阳能系统；31、光照强度监测部件；32、太阳能面板；321、中间面板；322、第一扩展面板；323、第二扩展面板；33、方位调整机构；331、底座；332、三维转盘；34、丝杆结构；35、螺母结构；36、扩展板；4、水净化循环装置；5、通信设备；6、控制系统；7、智能终端。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种多功能教学实验车，将自然天气资源与数字化实验相结合，并通过通讯系统与学生自己的智能终端连接，增加实验教学的便捷性和趣味性。

基于此，本发明提供一种多功能教学实验车，包括载体实验车、实验设备、智能终端和控制系统，智能终端通过通信设备与控制系统连接，控制系统设置于载体实验车内部，实验设备包括分别与控制系统信号连接的气象监测系统、太阳能系统和水净化循环装置，气象监测系统和太阳能系统分别置于载体实验车的车顶外表面上，通信设备设置于载体实验车内；气象监测系统包括雨量监测装置，水净化循环装置置于载体实验车内，水净化循环装置用于净化实验废水和雨量监测装置收集的雨水。

本发明通过设置太阳能系统和气象监测系统，将自然天气资源与数字化实验相结合，不仅能够培养学生基本的数字化实验能力，更有助于学生熟悉太阳能发电原理、初步掌握数控编程技能；并且，通过将水净化循环装置与雨量监测装置和用水实验设备连接实现了雨水和实验废水的收集、净化、循环再利用，提高了学生环保意识，丰富了实验教学内容；最后通过将智能终端与载体实验车无线连接，不仅实现了对实验设备的实时监测与控制，而且增加了实验教学的便捷性和趣味性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一：

如图1所示，本实施例提供一种多功能教学实验车，包括载体实验车1、实验设备、智能终端7和控制系统6，智能终端7通过通信设备5与控制系统6连接，控制系统6设置于载体实验车1的车厢后壁，实验设备包括分别与控制系统6信号连接的气象监测系统2、太阳能系统3和水净化循环装置4，气象监测系统2置于载体实验车1的车顶尾部，太阳能系统3置于载体实验车1的车顶头部，通信设备5设置于载体实验车1的车顶内表面。气象监测系统2包括雨量监测装置21，水净化循环装置4置于载体实验车1内，并通过雨水集水管与雨量监测装置21的出水管与直接连通，同时水净化循环装置4的出水管与用水实验设备的进水管连通，用水实验设备的出水管又与水净化循环装置4的废水集水管连通，如图5所示，雨量监测装置21收集的雨水被引入水净化循环装置4净化处理后，直接为用水实验设备提供普通实验用水，而实验废水也会被收集到水净化循环装置4进行净化处理，构成雨水、实验废水的收集、净化、循环利用系统。

如图2所示，气象监测系统2包括一正八边形的安装底板26，安装底板26固定在载体实验车1的车厢尾部，除雨量监测装置21之外，气象监测系统2还包括风向风速监测装置23、湿度监测装置22、空气质量监测装置24和大气压强监测装置25。其中，风向风速监测装置23固定在安装底板26的中间，雨量监测装置21、湿度监测装置22、空气质量监测装置24以及大气压强监测装置25则均匀分布在风向风速监测装置26的周围。

如图3和4所示，太阳能系统3包括上下顺次连接的光照强度监测部件31、太阳能面板32和方位调整机构33；其中，方位调整机构33包括底座331和三维转盘332，底座331固定在载体实验车1的车顶外表面上，三维转盘332设置在底座331上并与底座332转动连接，三维转盘332上方固定连接一扩展板36，扩展板36上固定安装太阳能面板32。通过控制系统6数控编程控制三维转盘332进行三维方向旋转以及竖直方向翻转，使得太阳能面板32位于太阳光吸收率最大的角度位置。

如图3和4所示，太阳能面板32包括中间面板321、第一扩展面板322和第二扩展面板323，第一扩展面板322和第二扩展面板323对称设置在中间面板321的下方，在中间面板321的底面设置滑轨，在第一扩展面板322的上表面和第二扩展面板323的上表面彼此相隔较近的一端分别固定安装有与滑轨适配的滑块，第一扩展面板322和第二扩展面板323与中间面板321通过滑轨滑块结构连接。同时，扩展板36的两端各设置一螺母结构35，第一扩展面板的下表面322和第二扩展面板323的下表面上彼此相隔较远的一端分别固定安装一与螺母结构35适配的丝杆结构34，第一扩展面板322和第二扩展面板323与扩展板36之间构成螺母丝杆传动。

于本实施例中，第一扩展面板322和第二扩展面板323的尺寸大小完全相同，且中间面板321的尺寸大小是第一扩展面板322的尺寸大小的2倍，光照强度监测部件31固定在中间面板321的中间位置。当不需要扩展中心面板321时，第一扩展面板322和第二扩展面板收缩于中间面板321的下方，整个太阳能面板32的面积只相当于中间面板321的面积；而当需要大面积收集太阳光时，可通过上述滑轨滑块结构和螺母丝杆传动实现第一扩展面板322和第二扩展面板323对中间面板321的两侧扩展，使得整个太阳能面板32的板面积达到中间面板321面积的1～2倍，从而提高太阳能面板32的太阳能吸收率。

进一步地，水净化循环装置4采用无机陶瓷膜分离净化装置。

进一步地，智能终端7通过通信设备5与控制系统6为无线连接，智能终端7可为手机、平板和电脑中的一种或多种，通过在智能终端7上下载APP软件与通信设备5远程连接，进而可通过控制系统6实现对各个实验设备的实时控制和监测。

使用时，相关人员首先启动载体实验车1，学生进入载体实验车1内，除了理化生数字化科学探究实验，还能进行太阳能发电实验、气象监测实验以及污水处理实验。晴天时，可开启太阳能系统，通过在控制系统6上编写程序控制太阳能面板32的方位，并手动扩展太阳能面板32的面积，使其具有最大的太阳能接收效率，以便于学生更好的理解太阳能发电原理以及太阳能系统的结构设计；同时还可开启光照强度监测部件31进行光照强度实验，有助于熟悉光电传感器原理。阴雨天时，学生可开启载体实验车1顶部的气象监测系统2中的相应部件进行相应的气象监测实验，如：雨量、湿度、风向风速、空气质量、大气压强等气象检测项目；尤其是在进行雨量监测实验时，打开水净化循环装置4，将雨量监测装置21收集的雨水和实验废水用于进行污水处理实验，既实现了实验室水的循环再利用，又可帮助学生了解污水处理的工艺，提高学生环保意识。在进行上述实验时，学生还可以坐在教室里，通过手机、平板等智能终端7下载专用的APP软件，与载体实验车1上的通信设备5远程连接，实现对载体实验车内各个实验设备的实时监测控制以及对实验结果的实时显示传输。

由此可见，本实施例通过设置太阳能系统和气象监测系统，在晴天进行太阳能发电实验，在雨天进行气象监测实验，且可同时进行气象监测实验和生化测试等数字化实验，通过将自然天气资源与数字化实验相结合，不仅增加了实验项目，而且能够培养学生基本的数字化实验能力，更有助于学生熟悉太阳能发电原理、初步掌握数控编程技能；此外，通过将水净化循环装置与雨量监测装置和用水实验设备连接，不仅实现了雨水和实验废水的收集、净化、循环再利用，而且还能传授污水处理知识、提高学生环保意识、丰富实验教学内容，从而提高实验教学的教学效率；最后通过将智能终端与控制系统无线连接，不仅实现了对实验设备的实时监测与控制，而且增加了实验教学的便捷性和趣味性，提升了实验教学的教学效率。

需要说明的是，本发明中的水净化循环装置并不限于上述实施例中的无机陶瓷膜分离净化装置，其他能够实现相同净化效果的净化装置均可；此外，本发明中的气象监测系统也并不限于包括雨量监测装置、风向风速监测装置、湿度监测装置、空气质量监测装置以及大气压强监测装置，可根据实际需求而增设其他的气象监测装置，以更进一步丰富教学实验车的实验内容；同样，太阳能系统中的方位调整机构也并不限于底座和三维转盘，其他可以实现控制太阳能面板三维方向旋转以及竖直方向翻转的调整装置均可；此外，太阳能面板并不限于中间面板、第一扩展面板和第二扩展面板三块，可以根据需求增加面板块数，至于面板之间以及面板与扩展板之间也并不限于滑轨滑块结构连接和螺母丝杆传动，其他可以实现面板扩展和收缩的连接方式均可，扩展面板和中间面板之间的大小关系可是可以根据实际情况而进行的调整的，而并不限于上述实施例中的2倍关系。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种多功能教学实验车，其特征在于，包括载体实验车、实验设备、智能终端和控制系统，所述智能终端通过通信设备与所述控制系统连接，所述控制系统设置于所述载体实验车内部，所述实验设备包括分别与所述控制系统信号连接的气象监测系统、太阳能系统和水净化循环装置，所述气象监测系统和所述太阳能系统分别置于所述载体实验车的车顶外表面上，所述通信设备设置于所述载体实验车内；所述气象监测系统包括雨量监测装置，所述水净化循环装置置于所述载体实验车内，所述水净化循环装置用于净化实验废水和所述雨量监测装置收集的雨水。

2.根据权利要求1所述的多功能教学实验车，其特征在于，所述实验设备还包括用水实验设备，所述水净化循环装置为无机陶瓷膜分离净化装置，所述雨量监测装置的出水管与所述水净化循环装置的雨水集水管连通，所述水净化循环装置的出水管与所述用水实验设备的进水管连通，所述用水实验设备的出水管与所述水净化循环装置的废水集水管连通。

3.根据权利要求2所述的多功能教学实验车，其特征在于，所述气象监测系统包括一安装底板，所述安装底板固定在所述载体实验车的车厢尾部，所述雨量监测装置设置在所述安装底板的上表面上，所述安装底板的上表面上还设置有风向风速监测装置、湿度监测装置、空气质量监测装置以及大气压强监测装置。

4.根据权利要求3所述的多功能教学实验车，其特征在于，所述安装底板为正八边形安装底板，所述风向风速监测装置固定在所述安装底板的中间，所述雨量监测装置、所述湿度监测装置、所述空气质量监测装置以及所述大气压强监测装置均匀分布在所述风向风速监测装置的周围。

5.根据权利要求1所述的多功能教学实验车，其特征在于，所述太阳能系统包括上下顺次连接的光照强度监测部件、太阳能面板和方位调整机构，所述方位调整机构固定在所述载体实验车的车厢头部。

6.根据权利要求5所述的多功能教学实验车，其特征在于，所述方位调整机构包括底座和三维转盘，所述底座固定在所述载体实验车的车顶外表面上，所述三维转盘设置在所述底座上并与所述底座转动连接，所述三维转盘上方固定连接一扩展板，所述扩展板上设有所述太阳能面板，所述控制系统控制所述三维转盘进行三维方向旋转以及竖直方向翻转。

7.根据权利要求6所述的多功能教学实验车，其特征在于，所述太阳能面板包括中间面板、第一扩展面板和第二扩展面板，所述第一扩展面板和所述第二扩展面板对称设置在所述中间面板的下方，所述第一扩展面板和所述第二扩展面板与所述中间面板通过滑轨滑块结构连接，所述滑轨滑块结构包括滑轨和滑块，所述中间面板的底面设置所述滑轨，所述第一扩展面板的上表面和所述第二扩展面板的上表面设置与所述滑轨适配的所述滑块。

8.根据权利要求7所述的多功能教学实验车，其特征在于，所述扩展板的两端各设置一螺母，所述第一扩展面板的下表面和所述第二扩展面板的下表面上分别设置一与所述螺母适配的丝杆，所述第一扩展面板和所述第二扩展面板与所述扩展板之间为螺母丝杆传动。

9.根据权利要求8所述的多功能教学实验车，其特征在于，所述第一扩展面板和所述第二扩展面板的尺寸大小完全相同，且所述中间面板的尺寸大小是所述第一扩展面板的尺寸大小的2倍，所述光照强度监测部件固定在所述中间面板的中间位置。

10.根据权利要求1所述的多功能教学实验车，其特征在于，所述智能终端通过所述通信设备与所述控制系统无线连接，所述智能终端为手机、平板和电脑中的一种或多种，且所述智能终端通过APP软件与所述通信设备远程连接，进而通过所述控制系统实现对所述实验设备的实时控制和监测。