CN207488739U - 人工模拟自然降雨的装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种人工模拟自然降雨的装置,主要包括供水系统、雨云生成装置、雨水模拟装置、雷电模拟装置以及自动控制系统。该装置充分考虑了自然降雨的各种因素,能够模拟自然降雨中雨水、雨云、雷声、闪电等自然现象,真实全面地还原了自然状态降雨过程,具有科普、造景、娱乐等效果,适合不同场合使用。

Description

人工模拟自然降雨的装置
技术领域
本实用新型属于模拟降雨装置,尤其涉及一种人工模拟自然降雨的装置。
背景技术
目前模拟降雨装置主要是为了真实地模拟出自然状态下雨水降落的过程,通过模拟不同降雨强度以及降雨持续时间等参数,进行与降雨相关的研究,如雨水侵蚀、农作物生长影响等。然而,自然降雨不仅包含雨水降落,还有雨云、雷声、闪电等自然元素,因此现有的模拟降雨装置并未实现真实全面地还原自然状态降雨过程。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种人工模拟自然降雨的装置,以实现真实全面地还原自然状态降雨过程。
为解决上述技术问题,本实用新型采用以下技术方案:人工模拟自然降雨的装置,主要包括供水系统、雨云生成装置、雨水模拟装置、雷电模拟装置以及自动控制系统。
供水系统主要由经管路依次相连的蓄水箱102、增压泵104、过滤器105组成;蓄水箱的进水口与自来水管或者其他清洁水源相连并由进水阀101控制,蓄水箱的出水口与增压泵相连并由出水阀103控制;增压泵104与自动控制系统的电源模块502相连,过滤器105的出口端通过三通分别与雨云生成装置和雨水模拟装置相连。
雨云生成装置主要由经管路依次相连的高压泵201、电磁阀2 202、高压雾化喷头203组成;高压泵201的进水端与过滤器105的出口端相连,高压泵201的出水端与电磁阀2202相连,高压泵201与自动控制系统中继电器模块509中的继电器3相连;电磁阀2 202的出口端通过管路及其他连接件与高压雾化喷头203相连,电磁阀2 202与自动控制系统中继电器模块509中的继电器2相连。
雨水模拟装置主要由经管路依次相连的电磁阀1 301、方向调节装置302、雨水喷头303组成;电磁阀1 301的入口端与过滤器105的出口端相连,电磁阀1 301的出口端经管路与方向调节装置302、雨水喷头303相连;电磁阀1 301与自动控制系统中继电器模块509中的继电器1相连;方向调节装置302由两个互相垂直的PVC活接通过PVC弯头连接而成。
雷电模拟装置分为雷声模拟部分和闪电模拟部分;雷声模拟部分主要由音频功放402、扬声器403及其连接电路组成;音频功放402的音频输入端与自动控制系统中音频模块504的音频输出口相连,音频功放402音频输出口与扬声器403相连,音频功放402由自动控制系统中电源模块502提供降压后的交流电;闪电模拟部分主要由大功率LED灯401组成,LED灯401与自动控制系统中继电器模块509中的继电器4相连。
自动控制系统主要由空气开关501、电源模块502、MCU单元503、音频模块504、无线模块505、人体检测传感器506、按键507、指示灯508、继电器模块509组成,自动控制系统的主体部分安装于电控箱500内;
空气开关501为人工模拟自然降雨的装置的总电源控制开关,其主体安装位置在电控箱500内,拨动柄在电控箱500外侧;
电源模块502为MCU单元503、音频功放402、增压泵104、继电器模块509分别提供相应的电力;
MCU单元503包括STC89C52单片机及相关外围电路,MCU单元503相连的指令输入部件包括无线模块505、人体检测传感器506、按键507,MCU单元503相连的输出部件包括音频模块504、指示灯508以及继电器模块509;
音频模块504的控制端口与MCU单元503相连,音频输出口与音频功放402音频输入口相连;雷声音频保存在音频模块504内置的TF卡中,雷声音频的播放及停止由MCU单元503控制;
无线模块505包括无线接收器和无线发射器两部分,无线接收器与MCU单元503相连,无线接收器天线安装在电控箱500外部;
人体检测传感器506的信号输出端口与MCU单元503相连,人体检测传感器506使用的是人体热释电传感器;
按键507与MCU单元503相连,按键507安装位置在电控箱500前面板上;
指示灯508与MCU单元503相连,指示灯508安装在电控箱500前面板上,与按键507位置对应;
继电器模块509共有4套继电器单元,各继电器单元控制端与MCU单元503相连,输入端与电源模块502相连;继电器1输出端与雨水模拟装置中的电磁阀1 301相连,继电器2和继电器3的输出端分别与雨云生成装置中的电磁阀2 202和高压泵201相连,继电器4输出端与雷电模拟装置中的LED灯401相连。
针对现有模拟降雨装置存在的问题,发明人设计制作了一种人工模拟自然降雨的装置,主要包括供水系统、雨云生成装置、雨水模拟装置、雷电模拟装置以及自动控制系统。该装置充分考虑了自然降雨的各种因素,能够模拟自然降雨中雨水、雨云、雷声、闪电等自然现象,真实全面地还原了自然状态降雨过程,具有科普、造景、娱乐等效果,适合不同场合使用。
附图说明
图1是本实用新型人工模拟自然降雨的装置的整体结构示意图。
图2是图1人工模拟自然降雨的装置的局部结构示意图。
图3是图1人工模拟自然降雨的装置中雨云模拟装置的结构示意图。
图4是图1人工模拟自然降雨的装置中雨水模拟装置的结构示意图。
图5是本实用新型人工模拟自然降雨的装置的电气连接示意图。
图中:101进水阀,102蓄水箱,103出水阀,104增压泵,105过滤器,201高压泵,202电磁阀2,203高压雾化喷头,301电磁阀1,302方向调节装置,303雨水喷头,401 LED灯,402音频功放,403扬声器,500电控箱,501空气开关,502电源模块,503 MCU单元,504音频模块,505无线模块,506人体检测传感器,507按键,508指示灯,509继电器模块。
具体实施方式
一、模拟装置的基本结构及功能
如图1至图5所述,本实用新型的人工模拟自然降雨的装置(以下简称模拟装置),主要包括供水系统、雨云生成装置、雨水模拟装置、雷电模拟装置以及自动控制系统。
1供水系统
供水系统主要由经管路依次相连的蓄水箱102、增压泵104、过滤器105组成;蓄水箱的进水口与自来水管或者其他清洁水源相连并由进水阀101控制,蓄水箱的出水口与增压泵相连并由出水阀103控制;增压泵104与自动控制系统的电源模块502相连,电源模块104为其提供220v交流电,增压泵104具有自动恒压功能,模拟装置开机后,增压泵104会根据设定的压力自动开启或关闭,维持泵出水口端管道内的压力;过滤器105能够去除水中残留杂质,防止模拟装置中的喷头堵塞。过滤器105有反冲洗功能,可以通过该功能清洗过滤器截留的杂质。过滤器105的出口端通过三通分别与雨云生成装置和雨水模拟装置相连。
2雨云生成装置
雨云生成装置主要由经管路依次相连的高压泵201、电磁阀2 202、高压雾化喷头203组成;高压泵201的进水端与过滤器105的出口端相连,高压泵201的出水端与电磁阀2202相连,高压泵201为高压柱塞泵,增压后水压为6Mpa,高压泵201与自动控制系统中继电器模块509中的继电器3相连;电磁阀2 202为不锈钢材质,AC220V常闭型,最大耐受压力为10Mpa。电磁阀2 202的出口端通过管路及其他连接件与高压雾化喷头203相连,电磁阀2202与自动控制系统中继电器模块509中的继电器2相连。高压雾化喷头203为高压红宝石撞针式喷嘴,喷嘴孔径为0.15mm。高压雾化喷头203低压状态会有水从喷嘴处滴落,为避免雨云生成装置开启前出现滴水现象,在高压泵201出口位置安装电磁阀2 202。自动控制系统同时控制高压泵201与电磁阀202开启或关闭。雨云生成装置开启时,高压水从高压雾化喷头203喷出,形成细小水滴,大量细小水滴汇聚在模拟区空中,形成云雾效果。
3雨水模拟装置
雨水模拟装置主要由经管路依次相连的电磁阀1 301、方向调节装置302、雨水喷头303组成;电磁阀1 301的入口端与过滤器105的出口端相连,电磁阀1 301的出口端经管路与方向调节装置302、雨水喷头303相连;电磁阀1 301与自动控制系统中继电器模块509中的继电器1相连;方向调节装置302具有调节雨水喷头303喷射方向功能,由两个互相垂直的PVC活接通过PVC弯头连接而成。雨水喷头303喷嘴处可以调节喷洒半径,结合方向调节装置302可以方便的调整喷洒方向及面积。
4雷电模拟装置
雷电模拟装置分为雷声模拟部分和闪电模拟部分;雷声模拟部分主要由音频功放402、扬声器403及其连接电路组成;音频功放402的音频输入端与自动控制系统中音频模块504的音频输出口相连,音频功放402音频输出口与扬声器403相连,音频功放402由自动控制系统中电源模块502提供降压后的交流电,自动控制系统MCU 503控制音频模块504输出雷声音频,经过音频功放402放大功率后,最后由扬声器输出,模拟雷声音效;闪电模拟部分主要由一定数量的大功率LED灯401组成,LED灯401单个功率为50W,均与自动控制系统中继电器模块509中的继电器4相连。LED灯具有高效节能,瞬间点亮等优点,经过合理布局可以较真实的模拟出闪电效果。
5自动控制系统
自动控制系统主要由空气开关501、电源模块502、MCU单元503、音频模块504、无线模块505、人体检测传感器506、按键507、指示灯508、继电器模块509组成,自动控制系统的主体部分安装于电控箱500内,电控箱500为金属材质,且具有防水功能;模拟装置启动方式有两种,分别为自动和手动模式,自动模式由人体检测传感器506控制,手动模式利用按键507和无线模块505。
空气开关501为模拟装置的总电源控制开关,规格为三位32A带漏电保护功能,其主体安装位置在电控箱500内,拨动柄在电控箱500外侧,可以在电控箱外侧面板完成模拟装置的开机;
电源模块502为MCU单元503、音频功放402、增压泵104、继电器模块509分别提供12V直流电、28V交流电、220V交流电、220V交流电。
MCU单元503包括STC89C52单片机及相关外围电路,MCU单元503相连的指令输入部件包括无线模块505、人体检测传感器506、按键507,MCU单元503相连的输出部件包括音频模块504、指示灯508以及继电器模块509;
音频模块504的控制端口与MCU单元503相连,音频输出口与音频功放402音频输入口相连;雷声音频保存在音频模块504内置的TF卡中,雷声音频的播放及停止由MCU单元503控制;
无线模块505包括无线接收器和无线发射器两部分,无线接收器与MCU单元503相连,无线接收器天线安装在电控箱500外部,用于增强无线信号的接收能力。无线发射器上有两个按键,分别是按键1和按键2。按键1控制模拟装置运行和关闭,按键2控制模拟装置自动模式功能的开启和关闭;
人体检测传感器506的信号输出端口与MCU单元503相连,人体检测传感器506使用的是人体热释电传感器;当人体进入检测范围时,人体检测传感器506会发出信号给MCU单元503。人体检测传感器506安装在设定的触发区内,满足当人进入触发区后,模拟装置开启,在设定的触发区域外不会引起模拟装置开启。人体检测传感器506为装置自动模式所需部件,只有装置自动模式功能开启时,其发出的信号才会触发模拟装置的开启。
按键507与MCU单元503相连,包括按键1和按键2,具体功能与无线发射器上按键1和按键2一致,即按键1控制模拟装置运行和关闭,按键2控制模拟装置自动模式功能的开启和关闭。按键507安装位置在电控箱500前面板上;
指示灯508与MCU单元503相连,包括灯1和灯2,安装在电控箱500前面板上,与按键507位置对应,用于模拟装置的状态指示。灯1用于指示模拟装置状态,模拟装置运行时灯1会被点亮。灯2指示自动模式功能状态,自动模式功能开启时,灯2会被点亮;
继电器模块509共有4套继电器单元,继电器1和继电器2为10A 220V光耦隔离型继电器,继电器3和继电器4为30A 220V光耦隔离型继电器。各继电器单元控制端与MCU单元503相连,输入端与电源模块502相连,电源模块502提供220V交流电;继电器1输出端与雨水模拟装置中的电磁阀1 301相连,继电器2和继电器3的输出端分别与雨云生成装置中的电磁阀2 202和高压泵201相连,继电器4输出端与雷电模拟装置中的LED灯401相连。
二、模拟装置的安装及参数确定
模拟装置安装分为模拟区、设备区、触发区。
模拟区一般设计成廊道形式,宽度一般在3-4米左右,长度可以根据实际需要选择,沿廊道方向搭3米左右高的支架,用于安装雨水喷头303、高压雾化喷头203、LED灯401、扬声器403以及其他相关部件。
雨水喷头303安装在廊道顶部中间位置,喷头方向垂直向下,可以调整方向调节装置302调节喷射的角度,雨水喷头303沿廊道方向每隔3米安装一个,具体安装数量由廊道长度确定。雨水模拟装置使用为PVC给水管连接雨水喷头303和电磁阀1 301。根据安装雨水喷头303的数量,确定管路管径及增压泵104的规格。
高压雾化喷头203在廊道顶部两边对称安装,喷嘴方向水平并与廊道方向垂直。高压雾化喷头203安装间隔为40公分,根据廊道长度确定安装的数量。高压雾化喷头203使用配套的安装座、高压PE管及连接件相连,总管与电磁阀202相连。最后根据使用高压雾化喷头203的数量,确定高压泵201规格。
LED灯401使用的是50W的LED投光灯,沿廊道方向在廊道顶部的两边对称安装,安装角度与水平呈45°,灯光可以斜着照射在模拟区内。廊道两边LED灯401安装间隔为3米一个,最终数量由廊道长度确定。
扬声器403共两个,安装在廊道一边的顶部,具体安装在廊道长度的1/4和3/4的位置处。
设备区一般设在模拟区附近的室内,模拟装置中的供水系统、高压泵202、电磁阀202、电磁阀203以及电控箱500安装在该区域内。如果设备区安装在户外,需要对各部件加装防水罩,防止进水引起故障。
触发区是自动控制系统中的人体检测传感器506检测覆盖的范围,即人体进入后该区域内可以引起模拟装置自动启动。人体检测传感器506安装位置由触发区的位置及范围确定。
三、模拟装置的使用运行
模拟装置开关机由空气开关501控制。
开机后,增压泵104开始运行,将管道内水压提高到设定值。
开机30秒后,模拟装置内的雨云生成装置、雨水模拟装置、雷电模拟装置会依次运行5秒然后关闭,此期间可以检查各部分运行情况,如果有异常现象需立刻关机并对出现问题的部分进行检查和维修。
模拟装置开启方式有两种。第一种为自动模式,模拟装置开机后,该功能默认为开启状态。在模拟装置未运行,且自动模式功能处于开启时,当人进入设定的触发区,模拟装置会自动开启。第二种方式为人为手动开启,在模拟装置未运行时,通过无线模块505的无线发射器的按键1或电控箱500上的按键1控制模拟装置开启。
模拟装置运行时间为120秒,以模拟装置开启作为计时原点。1-40秒,雨云生成装置处于开启状态,喷出细小雾化水滴,汇聚在模拟区上空形成云雾。20-120秒,雷电模拟装置开启,扬声器播放雷声音频,LED灯会伴随雷声闪亮,实现雷电现象的模拟。30-120秒,雨水模拟装置开启,雨水喷头303喷水,形成降雨。
模拟装置关闭有两种方式。第一种模拟装置运行时间结束自行关闭。第二种为人为控制,在模拟装置运行期间,使用无线模块505的无线发射器的按键1或电控箱500上的按键1关闭模拟装置的运行。
自动模式功能状态说明:自动模式功能状态由电控箱500上的指示灯指示,功能开启时,指示灯会亮起。模拟装置运行过程结束或人为关闭时,此功能暂时处于关闭状态,10min后会再次开启。自动模式功能的状态可以通过无线模块505的无线发射器的按键2及电控箱500上的按键2进行开启和关闭。

Claims (6)

1.一种人工模拟自然降雨的装置,其特征在于主要包括供水系统、雨云生成装置、雨水模拟装置、雷电模拟装置以及自动控制系统。
2.根据权利要求1所述的人工模拟自然降雨的装置,其特征在于:所述供水系统主要由经管路依次相连的蓄水箱(102)、增压泵(104)、过滤器(105)组成;所述蓄水箱的进水口与自来水管或者其他清洁水源相连并由进水阀(101)控制,蓄水箱的出水口与增压泵相连并由出水阀(103)控制;所述增压泵(104)与自动控制系统的电源模块(502)相连,过滤器(105)的出口端通过三通分别与雨云生成装置和雨水模拟装置相连。
3.根据权利要求2所述的人工模拟自然降雨的装置,其特征在于:所述雨云生成装置主要由经管路依次相连的高压泵(201)、电磁阀2(202)、高压雾化喷头(203)组成;所述高压泵(201)的进水端与过滤器(105)的出口端相连,高压泵(201)的出水端与电磁阀2(202)相连,高压泵(201)与自动控制系统中继电器模块(509)中的继电器3相连;所述电磁阀2(202)的出口端通过管路及其他连接件与高压雾化喷头(203)相连,电磁阀2(202)与自动控制系统中继电器模块(509)中的继电器2相连。
4.根据权利要求3所述的人工模拟自然降雨的装置,其特征在于:所述雨水模拟装置主要由经管路依次相连的电磁阀1(301)、方向调节装置(302)、雨水喷头(303)组成;所述电磁阀1(301)的入口端与过滤器(105)的出口端相连,电磁阀1(301)的出口端经管路与方向调节装置(302)、雨水喷头(303)相连;所述电磁阀1(301)与自动控制系统中继电器模块(509)中的继电器1相连;所述方向调节装置(302)由两个互相垂直的PVC活接通过PCV弯头连接而成。
5.根据权利要求4所述的人工模拟自然降雨的装置,其特征在于:所述雷电模拟装置分为雷声模拟部分和闪电模拟部分;所述雷声模拟部分主要由音频功放(402)、扬声器(403)及其连接电路组成;所述音频功放(402)的音频输入端与自动控制系统中音频模块(504)的音频输出口相连,音频功放(402)音频输出口与扬声器(403)相连,音频功放(402)由自动控制系统中电源模块(502)提供降压后的交流电;所述闪电模拟部分主要由大功率LED灯(401)组成,LED灯(401)与自动控制系统中继电器模块(509)中的继电器4相连。
6.根据权利要求5所述的人工模拟自然降雨的装置,其特征在于:所述自动控制系统主要由空气开关(501)、电源模块(502)、MCU单元(503)、音频模块(504)、无线模块(505)、人体检测传感器(506)、按键(507)、指示灯(508)、继电器模块(509)组成,自动控制系统的主体部分安装于电控箱(500)内;
所述空气开关(501)为人工模拟自然降雨的装置的总电源控制开关,其主体安装位置在电控箱(500)内,拨动柄在电控箱(500)外侧;
所述电源模块(502)为MCU单元(503)、音频功放(402)、增压泵(104)、继电器模块(509)分别提供相应的电力;
所述MCU单元(503)包括STC89C52单片机及相关外围电路,MCU单元(503)相连的指令输入部件包括无线模块(505)、人体检测传感器(506)、按键(507),MCU单元(503)相连的输出部件包括音频模块(504)、指示灯(508)以及继电器模块(509);
所述音频模块(504)的控制端口与MCU单元(503)相连,音频输出口与音频功放(402)音频输入口相连;雷声音频保存在音频模块(504)内置的TF卡中,雷声音频的播放及停止由MCU单元(503)控制;
所述无线模块(505)包括无线接收器和无线发射器两部分,无线接收器与MCU单元(503)相连,无线接收器天线安装在电控箱(500)外部;
所述人体检测传感器(506)的信号输出端口与MCU单元(503)相连,人体检测传感器(506)使用的是人体热释电传感器;
所述按键(507)与MCU单元(503)相连,按键(507)安装位置在电控箱(500)前面板上;
所述指示灯(508)与MCU单元(503)相连,指示灯(508)安装在电控箱(500)前面板上,与按键(507)位置对应;
所述继电器模块(509)共有4套继电器单元,各继电器单元控制端与MCU单元(503)相连,输入端与电源模块(502)相连;继电器1输出端与雨水模拟装置中的电磁阀1(301)相连,继电器2和继电器3的输出端分别与雨云生成装置中的电磁阀2(202)和高压泵(201)相连,继电器4输出端与雷电模拟装置中的LED灯(401)相连。
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