CN113299172B - 一种动态物理沙盘及其动态展示控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及沙盘展示技术领域，提供了一种动态物理沙盘及其动态展示控制方法，包括：多个像素模块化单元，呈阵列分布，每个像素模块化单元包括多根像素立柱；多根像素立柱通过地址信号线与两个信号选通器信号连接，两个信号选通器与第一控制器相连，两个信号选通器通过高度信号线与第一控制器相连；每根像素立柱连接有驱动装置，驱动装置连接有第二控制器，第二控制器经与门与像素立柱对应的两根地址信号线相连，用于根据预设高度信号控制驱动装置驱动选定的像素立柱升降。本发明可以利用像素模块化单元组装成任意尺寸、高分辨率的物理沙盘，并且任意像素立柱都可以单独控制其升降，改变至指定的物理高度，实现动态展示。

Description

一种动态物理沙盘及其动态展示控制方法

技术领域

本发明涉及沙盘展示技术领域，尤其涉及一种动态物理沙盘及其动态展示控制方法。

背景技术

沙盘是根据地形图、航空像片或实地地形等按一定的比例关系，用泥沙、兵棋和其它材料堆制的模型，通过沙盘可直观地展示宏观事物。目前大部分沙盘主要还是静态固定的，即根据要求一次性做好的模型，无法调节修改，使用完后拆卸丢弃，浪费人力物力，使用效果差；还有些沙盘采用数字化沙盘，但投入成本高，使用普遍性低。

发明内容

本发明提供一种动态物理沙盘及其动态展示控制方法，可以利用像素模块化单元组装成任意尺寸、高分辨率的物理沙盘，并且物理沙盘的任意像素立柱都可以单独控制其升降，改变至指定的物理高度，实现地形、城市等各种空间内容的动态展示，并且制作成本低。

本发明提供一种动态物理沙盘，包括：多个像素模块化单元，呈阵列分布，每个所述像素模块化单元包括多根像素立柱；所述多根像素立柱分别通过地址信号线与两个信号选通器的多个输出端信号连接，所述两个信号选通器的第一输入端分别与第一控制器相连，用于接收所述第一控制器选定的像素立柱的横纵坐标地址，所述两个信号选通器的第二输入端通过高度信号线分别与所述第一控制器相连，用于接收选定的横纵坐标地址对应的预设高度信号；每根所述像素立柱分别连接有驱动装置，所述驱动装置连接有第二控制器，所述第二控制器经与门与所述像素立柱对应的两根所述地址信号线相连，所述第二控制器被配置为基于所述预设高度信号控制所述驱动装置驱动选定的所述像素立柱升降。

根据本发明提供的一种动态物理沙盘，还包括架体，在所述架体上设有从上至下依次分布的第一电路板、固定板和第二电路板，所述像素立柱设置于所述第一电路板的上方，所述第二控制器和所述与门设置于所述第一电路板上；所述驱动装置安装于所述固定板的底部；所述信号选通器和所述第一控制器设置于所述第二电路板上，所述信号选通器的第一输入端和第二输入端通过所述第二电路板与所述第一控制器连接，所述信号选通器的输出端与所述第一电路板上的所述地址信号线连接。

根据本发明提供的一种动态物理沙盘，所述驱动装置为电机，所述电机通过联轴器与螺杆相连，所述螺杆贯穿所述第一电路板与所述像素立柱底部的法兰盘螺纹相连，所述像素立柱为中空结构，所述架体的顶部设有方格框架，所述方格框架内设有所述像素立柱，用于限位导向。

根据本发明提供的一种动态物理沙盘，所述联轴器位于所述第一电路板和所述固定板之间，所述联轴器的顶部设有凸出部，所述第一电路板的底部设有与所述凸出部配合的光电开关，用于检测旋转圈数，所述光电开关与所述第二控制器相连。

根据本发明提供的一种动态物理沙盘，所述预设高度信号为所述旋转圈数对应的脉冲信号数量。

根据本发明提供的一种动态物理沙盘，每个所述像素立柱的下方分别设有归零开关，所述归零开关设置于所述第一电路板上且与所述第二控制器相连。

根据本发明提供的一种动态物理沙盘，每个所述像素模块化单元包括8*8根像素立柱。

本发明还提供一种动态物理沙盘的动态展示控制方法，包括以下步骤：

S1、将多个所述像素模块化单元彼此连接，构造出N*M的阵列；

S2、将预设显示空间转化为与所述像素模块化单元匹配的N*M的高度矩阵，所述高度矩阵中的每个元素为所述像素立柱的所述预设高度信号；

S3、每个所述像素模块化单元遍历所述高度矩阵，根据自身位置读取所述高度矩阵中对应的子矩阵；

S4、根据所述子矩阵中的元素对应的所述预设高度信号，控制选定的所述像素立柱升降以达到预设高度。

根据本发明提供的一种动态物理沙盘的动态展示控制方法，步骤S3具体包括：起始像素模块化单元接收所述高度矩阵，根据自身位置读取所述子矩阵，并将所述高度矩阵传输至相邻的像素模块化单元，直至每个所述像素模块化单元读取完对应的所述子矩阵。

根据本发明提供的一种动态物理沙盘的动态展示控制方法，步骤S4具体包括：所述第一控制器将选定的像素立柱的横纵坐标地址发送至所述两个信号选通器；所述两个信号选通器响应后接收所述第一控制器选定的横纵坐标地址对应的预设高度信号并经所述像素立柱对应的两根所述地址信号线、所述与门发送至所述横纵坐标地址对应的所述第二控制器；所述第二控制器基于所述预设高度信号控制所述驱动装置驱动选定的所述像素立柱升降。

本发明提供的一种动态物理沙盘及其动态展示控制方法，通过第一控制器和信号选通器，对像素立柱的横纵坐标地址进行扫描选定，仅选定的像素立柱的两根地址信号线与高度信号线相通，进而将选定的横纵坐标地址对应的预设高度信号经与门发送至第二控制器，第二控制器控制驱动装置驱动选定的像素立柱升降以达到设定高度。因此，本发明多个像素模块化单元可以组装成任意尺寸、高分辨率的物理沙盘，并且物理沙盘的各个像素模块化单元中的任意像素立柱都可以单独控制其升降，改变至指定的物理高度，实现地形、城市等各种空间内容的动态展示，并且制作成本低，适于广泛使用。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的动态物理沙盘的结构示意图；

图2是图1的A处局部放大图；

图3是本发明提供的像素模块化单元的控制框图；

图4是本发明提供的像素立柱的驱动结构框图；

图5是本发明提供的高度矩阵的结构框图；

图6是本发明提供的动态物理沙盘的动态展示控制方法流程图；

附图标记：

1：像素立柱；2：地址信号线；3：X信号选通器；4：Y信号选通器；5：输出端；6：第一输入端；7：第一控制器；8：第二输入端；9：高度信号线；10：驱动装置；11：第二控制器；12：与门；13：第一电路板；14：固定板；15：第二电路板；16：联轴器；17：螺杆；18：法兰盘；19：方格框架；20：凸出部；21：光电开关；22：归零开关；23：第一通孔；24：第二通孔；25：第一紧固件；26：固定孔；27：第二紧固件；28：销筒；29：连接销。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“纵”、“横”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面结合图1-图5描述本发明的动态物理沙盘。

根据本发明的实施例，本发明提供的一种动态物理沙盘，主要包括多个像素模块化单元，多个像素模块化单元彼此相连，呈阵列分布。本发明多个像素模块化单元可以组装拼接成任意尺寸、高分辨率的物理沙盘。其中，每个像素模块化单元包括多根呈阵列分布的像素立柱1，且每个像素模块化单元主要配置有两个信号选通器和一个第一控制器7，每根像素立柱1主要配置有一个第二控制器11和一个驱动装置10。具体的，两个信号选通器分别为X信号选通器3和Y信号选通器4，X信号选通器3用于选通像素立柱1在第一电路板13上的横坐标地址，Y信号选通器4用于选通像素立柱1在第一电路板13上的纵坐标地址，相邻像素模块化单元的第一控制器7通过通讯接口相连。

多根像素立柱1分别通过地址信号线2与两个信号选通器的多个输出端5信号连接，两个信号选通器的第一输入端6分别与第一控制器7相连，用于接收第一控制器7选定的像素立柱1的横纵坐标地址；两个信号选通器的第二输入端8通过高度信号线9分别与第一控制器7相连，当两个信号选通器接收到选定的像素立柱1的横纵坐标地址进行响应后，接收第一控制器7选定的横纵坐标地址对应的预设高度信号。应当理解的是，本发明信号选通器的响应为：仅选定的各个像素立柱1对应的两根地址信号线2与高度信号线9相导通。

每根像素立柱1分别连接有驱动装置10，每个驱动装置10连接有第二控制器11，每个第二控制器11经与门12与像素立柱1对应信号连接的两根地址信号线2(分别为X信号线和Y信号线)相连，第二控制器11用于接收选定的横纵坐标地址对应的预设高度信号，并基于预设高度信号控制驱动装置10驱动选定的像素立柱1升降。

可以理解的是，本发明通过与门12可以将选定的横纵坐标地址对应的预设高度信号同步传送至第二控制器11。

本发明实施例通过第一控制器7和信号选通器，对像素立柱1的横纵坐标地址进行扫描选定，仅选定的像素立柱1的两根地址信号线2与高度信号线9相导通，进而将选定的横纵坐标地址对应的预设高度信号经地址信号线2和与门12发送至第二控制器11，第二控制器11控制驱动装置10驱动选定的像素立柱1升降以达到设定高度。因此，本发明物理沙盘的各个像素模块化单元中的任意像素立柱1都可以单独控制其升降，改变至指定的物理高度，实现地形、城市等各种空间内容的动态展示，并且制作成本低，可以重复使用，且适于广泛使用。

在本示例中，本发明第一控制器7和第二控制器11为微控制器。

根据本发明的实施例，本发明还包括架体，在架体上设有从上至下依次分层布置的第一电路板13、固定板14和第二电路板15。其中，像素立柱1通过螺杆17支撑于第一电路板13的上方，第二控制器11和与门12设置于第一电路板13上；驱动装置10通过第二紧固件27安装于固定板14的底部，具体的，固定板14上设有固定孔26，第二紧固件27经固定孔26与驱动装置10相连，实现驱动装置10的固定；信号选通器和第一控制器7设置于第二电路板15上，信号选通器的第一输入端6和第二输入端8通过第二电路板15与第一控制器7连接，信号选通器的输出端5通过排线与第一电路板13上的地址信号线2连接。应当理解的是，本发明第一电路板13和第二电路板15主要用于各个元器件的信号传输控制，并且第一电路板13上设有多个电路单元，电路单元与地址信号线2相连，电路单元包括与门12，电路单元的位置与像素立柱1的地址位置相对应，信号选通器的多个输出端5经排线、地址信号线2与第一电路板13的电路单元相连，通过电路单元的位置可以对应获取像素立柱1的地址位置，即本发明像素立柱1与信号选通器的信号连接。

根据本发明的实施例，驱动装置10为电机，电机转轴经固定板14上的第二通孔24延伸至固定板14的上方与联轴器16相连，联轴器16与螺杆17相连，并且通过联轴器16侧部设置的第一紧固件25实现电机转轴和螺杆17的同轴固连，进而将电机固定在固定板14的底部且位于第二电路板15的上方，避免对第二电路板15板造成干涉；螺杆17经第一电路板13上的第一通孔23延伸至第一电路板13的上方与像素立柱1底部的法兰盘18螺纹相连，像素立柱1为中空结构，螺杆17在旋转时，其上部主体可以伸入像素立柱1中，并且架体的顶部设有方格框架19，像素立柱1设置于方格框架19内，通过方格框架19对像素立柱1进行限位导向，使其由转动变为直线升降运动。在本示例中，方格框架19设有两层。

进一步的，联轴器16悬空设置于第一电路板13和固定板14之间，且联轴器16的顶部边沿设有向上延伸的凸出部20，第一电路板13的底部设有与凸出部20配合的光电开关21，用于检测旋转圈数，且光电开关21与第二控制器11相连。具体的，电机带动联轴器16旋转时，凸出部20扫过光电开关21，光电开关21检测到的旋转圈数作为位置反馈信号发送至第二控制器11，第二控制器11根据该位置反馈信号判断像素立柱1是否达到预设高度。应当理解的是，通过旋转圈数计算对应高度的过程为本领域常规技术，此处不作详述。

并且，旋转圈数即为光电开关21的脉冲信号数量，在本实施例中，预设高度信号为脉冲信号数量，即第二控制器11判断实际旋转圈数是否达到预设的脉冲信号数量，若没有达到，则继续控制电机旋转使其达到预设的脉冲信号数量。

根据本发明的实施例，每个像素立柱1的下方分别设有归零开关22，归零开关22设置于第一电路板13上且与第二控制器11相连，通电初始化时第二控制器11自动控制电机反转使像素立柱1下降与归零开关22触碰，用于复位清零，避免数据出现误差。

在本发明的一个实施例中，每个像素模块化单元包括8*8根像素立柱1，地址为(0,0)-(7,7)。可以理解的是，图3中每两根横纵地址信号线2的交点表示为像素立柱1，并且，像素模块化单元的像素立柱1的具体数量不作特别限制，也可以为其他数量。

根据本发明的实施例，如图1所示，本发明架体为可拆卸结构。具体的，架体由销筒28和连接销29拼装而成，方格框架19、第一电路板13、固定板14和第二电路板15的四角分别通过销筒28进行分层支撑，然后通过连接销29进行连接。

下面对本发明提供的动态物理沙盘的动态展示控制方法进行描述，下文描述的动态展示控制方法与上文描述的动态物理沙盘可相互对应参照。

如图6所示，本发明提供的动态物理沙盘的动态展示控制方法，主要包括以下步骤。

S1、将多个像素模块化单元彼此连接，构造出N*M的阵列。

S2、通过外部应用程序将预设显示空间转化为与像素模块化单元匹配的N*M的高度矩阵，高度矩阵中的每个元素为像素立柱1的预设高度信号。预设显示空间为需要显示的空间，例如可以为地形、城市等各种空间。

S3、每个像素模块化单元遍历高度矩阵，根据自身位置读取高度矩阵中对应位置的子矩阵。具体的，起始(第一个)像素模块化单元第一控制器7接收高度矩阵，起始像素模块化单元一般为地址为(1,1)的像素模块化单元，起始像素模块化单元根据自身位置读取子矩阵，并将高度矩阵传输至相邻的像素模块化单元，直至每个像素模块化单元读取完对应的子矩阵。应当理解的是，本发明像素模块化单元包括多根像素立柱1，因此，像素模块化单元对应的是高度矩阵中的子矩阵单元。

S4、每个像素模块化单元根据子矩阵中的元素对应的预设高度信号，控制选定的像素立柱1升降以达到预设高度。具体的，第一控制器7根据子矩阵中的元素位置进行对应选定，将选定的像素立柱1的横纵坐标地址发送至两个信号选通器；两个信号选通器响应后接收第一控制器7发送的选定的横纵坐标地址对应的预设高度信号，并将选定的预设高度信号经X信号线和Y信号线、与门12发送至横纵坐标地址对应的第二控制器11，第二控制器11基于预设高度信号控制驱动装置10驱动选定的像素立柱1升降以达到预设高度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种动态物理沙盘，其特征在于，包括：

多个像素模块化单元，呈阵列分布，每个所述像素模块化单元包括多根像素立柱；

所述多根像素立柱分别通过地址信号线与两个信号选通器的多个输出端信号连接，所述两个信号选通器的第一输入端分别与第一控制器相连，用于接收所述第一控制器选定的像素立柱的横纵坐标地址，所述两个信号选通器的第二输入端通过高度信号线分别与所述第一控制器相连，当两个信号选通器接收到选定的像素立柱的横纵坐标地址进行响应后，接收第一控制器选定的横纵坐标地址对应的预设高度信号；

每根所述像素立柱分别连接有驱动装置，所述驱动装置连接有第二控制器，所述第二控制器经与门与所述像素立柱对应的两根所述地址信号线相连，所述第二控制器被配置为基于所述预设高度信号控制所述驱动装置驱动选定的所述像素立柱升降。

2.根据权利要求1所述的动态物理沙盘，其特征在于，还包括架体，在所述架体上设有从上至下依次分布的第一电路板、固定板和第二电路板，所述像素立柱设置于所述第一电路板的上方，所述第二控制器和所述与门设置于所述第一电路板上；所述驱动装置安装于所述固定板的底部；所述信号选通器和所述第一控制器设置于所述第二电路板上，所述信号选通器的第一输入端和第二输入端通过所述第二电路板与所述第一控制器连接，所述信号选通器的输出端与所述第一电路板上的所述地址信号线连接。

3.根据权利要求2所述的动态物理沙盘，其特征在于，所述驱动装置为电机，所述电机通过联轴器与螺杆相连，所述螺杆贯穿所述第一电路板与所述像素立柱底部的法兰盘螺纹相连，所述像素立柱为中空结构，所述架体的顶部设有方格框架，所述方格框架内设有所述像素立柱，用于限位导向。

4.根据权利要求3所述的动态物理沙盘，其特征在于，所述联轴器位于所述第一电路板和所述固定板之间，所述联轴器的顶部设有凸出部，所述第一电路板的底部设有与所述凸出部配合的光电开关，用于检测旋转圈数，所述光电开关与所述第二控制器相连。

5.根据权利要求4所述的动态物理沙盘，其特征在于，所述预设高度信号为所述旋转圈数对应的脉冲信号数量。

6.根据权利要求2所述的动态物理沙盘，其特征在于，每个所述像素立柱的下方分别设有归零开关，所述归零开关设置于所述第一电路板上且与所述第二控制器相连。

7.根据权利要求1所述的动态物理沙盘，其特征在于，每个所述像素模块化单元包括8*8根像素立柱。

8.一种根据权利要求1-7中任一项所述的动态物理沙盘的动态展示控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将多个所述像素模块化单元彼此连接，构造出N*M的阵列；

S2、将预设显示空间转化为与所述像素模块化单元匹配的N*M的高度矩阵，所述高度矩阵中的每个元素为所述像素立柱的所述预设高度信号；

S3、每个所述像素模块化单元遍历所述高度矩阵，根据自身位置读取所述高度矩阵中对应的子矩阵；

S4、根据所述子矩阵中的元素对应的所述预设高度信号，控制选定的所述像素立柱升降以达到预设高度；

步骤S4具体包括：

所述第一控制器将选定的像素立柱的横纵坐标地址发送至所述两个信号选通器；

所述两个信号选通器响应后接收所述第一控制器选定的横纵坐标地址对应的预设高度信号并经所述像素立柱对应的两根所述地址信号线、所述与门发送至所述横纵坐标地址对应的所述第二控制器；

所述第二控制器基于所述预设高度信号控制所述驱动装置驱动选定的所述像素立柱升降。

9.根据权利要求8所述的动态物理沙盘的动态展示控制方法，其特征在于，步骤S3具体包括：

起始像素模块化单元接收所述高度矩阵，根据自身位置读取所述子矩阵，并将所述高度矩阵传输至相邻的像素模块化单元，直至每个所述像素模块化单元读取完对应的所述子矩阵。

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