CN209000363U - 一种建筑物采光演示仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种建筑物采光演示仪，包括主控盒、数据输入界面、显示界面、水平和垂直平移装置、两自由度转动台、平行光源、建筑物楼层模型、平台、控制模块、电源；输入界面带有功能键，用以输入经纬度、年、月、日等数据，平行光源安装在两自由度转动台上，两自由度转台可模拟太阳方位角和高度角变化，水平和垂直平移装置用于扩展平行光源的照射范围；建筑物楼层模型可手动调节建筑物楼层模型间的相对距离；建筑楼层模型的窗子中都装有光敏传感器；控制模块采用单片机为核心的控制电路，用以分析处理输入输出数据、控制步进电机动作、分析处理光敏传感器反馈数据。本演示仪具有直观、受众的优点。

Description

一种建筑物采光演示仪

技术领域

本实用新型涉及实物模拟建筑物采光技术领域，特别是涉及一种建筑物采光演示仪。

背景技术

经济日益发展，人们对于物质上的追求也日益提高，大部分的购房者对于自己的定居之所的要求尤为突出，住宅内，光线的融洽可以将环境的舒适体现的淋漓尽致，让人感到心旷神怡，通过采光计算软件和模拟软件的计算分析，可以得到一串数字或者模拟影像表达分析结果，但相对这些软件模拟而言，本实用新型是通过一个三维立体的实物模型进行演示，具有更直观，更受众的优点，可应用于天文、物理演示实验室教学，或者应用于售楼处展示楼盘在任意地理位置和任意日期动态采光景象，以及楼层房间的采光状况。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种建筑物采光演示仪。

本实用新型采用如下技术方案：一种建筑物采光演示仪，包括主控盒、数据输入界面、显示界面、高度角步进电机、方位角步进电机、水平步进电机、垂直步进电机、水平导轨、水平移动平台、垂直导轨、垂直移动平台、平行光源、建筑物楼层模型、平台、控制模块、电源，其特征在于，电源、控制模块、高度角步进电机的驱动模块、方位角步进电机的驱动模块、水平步进电机的驱动模块、垂直步进电机的驱动模块集于主控盒内，所述控制模块采用单片机控制系统，数据输入界面和显示界面为主控盒用户操作面板，所述显示界面由液晶显示模块构成，所述数据输入界面带有一个4×4的功能键键盘，键盘包括0～9 十个数字键、一个删除键、一个确认键、一个菜单键、一个返回键、一个通配键和一个运行建，水平步进电机和垂直步进电机以丝杆进动的方式分别驱动水平导轨上的水平移动平台和垂直导轨上的垂直移动平台；

所述平台台面上刻画有横纵坐标网络，水平步进电机通过第一固定块固定在平台上表面的左下方，平台上表面的左上方设有第一固定块，两块第一固定块之间设有三根水平导轨，中间水平导轨上设有滑块，水平移动平台通过螺丝固定在滑块上，三根垂直导轨两端分别固定连接第二固定块，且其中一块第二固定块垂直固定在水平移动平台上表面右方，另一块第二固定块上表面固定连接垂直步进电机，位于中间的垂直导轨上设有滑块，板块通过螺丝固定在滑块上，垂直移动平台通过直角与所述板块垂直连接，电机架通过直角固定在垂直移动平台上表面，高度角步进电机设在电机架前方，高度角步进电机转轴与电机架的中间支架连接，方位角步进电机固定安装在电机架的中间支架上表面，高度角步进电机和方位角步进电机联动，实现两个自由度转动，平行光源安装在方位角步进电机轴上，所述建筑物楼层模型设有多个，每个建筑物楼层模型的楼层可独立拆卸，且位于平台的右方。

所述建筑物楼层模型的窗子和阳台安装有光电传感器，所述光电传感器接入控制模块，所述垂直导轨由一端固定在水平移动平台，另一端固定在垂直导轨上方第二固定块的刚性稳固杆倾斜固定。

本实用新型一种建筑物采光演示仪，基于以下原理：

太阳高度角的计算公式：

式中，h为太阳高度角，表示观测地地理纬度，t表示地方时(时角)，是以正午12点为0度开始算，每一小时为15度。δ表示太阳赤纬角，其较为精确的近似式为

δ＝0.3723+23.2567sinθ+0.1149sin2θ-0.1712sin3θ

-0.758cosθ+0.3656cos2θ+0.0201cos3θ

式中θ称日角，为θ＝2πn/365.2422，n又由两部分组成，即n＝N-N，式中N为积日，N₀为积日系数，表达式为

方位角的计算公式为

本实用新型具有的优点：提出了更加直观的采光演示方法，通过控制平行光源的运动轨迹及楼房间距的模拟，以三维立体形象展现在观看者面前，显示屏上的数据进一步定量演示结果，加深观看者的真实感和信任感。

附图说明

图1是本实用新型一种建筑物采光演示仪的结构示意图。

附图标记说明:1-主控盒；2-数据输入界面；3-显示界面；4-高度角步进电机；5-方位角步进电机；6-水平步进电机；7-垂直步进电机；8-水平导轨；9- 水平移动平台；10-垂直导轨；11-垂直移动平台；12-平行光源；13-建筑物楼层模型；14-平台；15-稳固杆；16-电机架；17-光电传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

一种建筑物采光演示仪，包括主控盒(1)、数据输入界面(2)、显示界面(3)、高度角步进电机(4)、方位角步进电机(5)、水平步进电机(6)、垂直步进电机(7)、水平导轨(8)、水平移动平台(9)、垂直导轨(10)、垂直移动平台(11)、平行光源(12)、建筑物楼层模型(13)、平台(14)、控制模块、电源；控制模块采用单片机控制系统，包括对数据输入界面(2)和显示界面(3)数据的输出输入和分析计算，产生与输入参数相对应的脉冲信号以控制高度角步进电机(4)、方位角步进电机(5)、水平步进电机(6)、垂直步进电机(7)的旋转，对光电传感器(17)输入数据的分析计算。

平台(14)台面上刻画有横纵坐标网格，建筑物的坐标可由网格确定。例如建筑物坐标为(23,32)。

根据定位设备可获取本地区维度，例如115°27′。

根据需要确定要模拟的日期，例如2018年01月28日。

根据需要确定要关注的建筑物楼层，例如14层。

电源、控制模块、高度角步进电机(4)的驱动模块、方位角步进电机(5) 的驱动模块、水平步进电机(6)的驱动模块、垂直步进电机(7)的驱动模块集于主控盒(1)内，数据输入界面(2)和显示界面(3)为主控盒(1)的用户操作面板，水平步进电机(6)和垂直步进电机(7)以丝杆进动的方式分别驱动水平导轨(8)上的水平移动平台(9)和垂直导轨(10)上的垂直移动平台(11)，显示界面(3)由液晶显示模块构成，数据输入界面(2)带有一个4×4 的功能键键盘，键盘包括0～9十个数字键、一个删除键、一个确认键、一个菜单键、一个返回键、一个通配键和运行键；数据输入界面2菜单和显示为：一级菜单显示：1.参数输入；2.模拟时间显示：×；3.相对光照：×。二级菜单显示：1.1纬度：×；1.2×年×月×日；1.3楼层：×；1.4楼层坐标：×。

开机呈现一级菜单，首先，在数据输入界面(2)上按下菜单键，按下数字键1，按下确认键，显示界面(3)呈现二级菜单，按下菜单键，按下数字键1，按下确认键，“纬度”后光标闪烁，输入纬度部分(比如115)，按下通配键，再接着输入纬度的分部分(比如27)，按下通配键，再输入纬度的秒部分，按下确认键，光标停止闪烁；按下菜单键，按下数字键2，按下确认键，“年”后光标闪烁，按下数字键(比如2018)，按下确认键，“月”后光标闪烁，按下数字键(比如01)，按下确认键，“日”后光标闪烁，按下数字键(比如28)，按下确认键，光标停止闪烁；按下菜单键，按下数字键3，按下确认键，“楼层”后光标闪烁，按下数字键(比如14)，按下确认键；按下菜单键，按下数字键 4，按下确认键，“楼层坐标”后光标闪烁，按下数字键(比如23，表示横坐标)，按下通配键，按下数字键(比如32，表示纵坐标)，按下确认键，光标不再闪烁；按下运行键，整个仪器开始运行；如果在运行前需要修改数据，上面相应操作可以单独进行；由二级菜单进入一级菜单可按下返回键；输入数据时希望立即修改，按下删除键，重新再输入；中途需要暂停仪器运行，按下运行键即可，若要接着运行则再次按下运行键；中途停止仪器运行，并回复初始状态重新开始运行，按下运行键后，再按下返回键。

水平步进电机(6)通过第一固定块固定在平台(14)上表面的左下方，平台(14)上表面的左上方设有第一固定块，两块第一固定块之间设有三根水平导轨(8)，中间水平导轨(8)上设有滑块，水平移动平台(9)通过螺丝固定在滑块上，三根垂直导轨(10)两端分别固定连接第二固定块，且其中一块第二固定块垂直固定在水平移动平台(9)上表面右方，另一块第二固定块上表面固定连接垂直步进电机(7)，位于中间的垂直导轨(10)上设有滑块，板块通过螺丝固定在滑块上，垂直移动平台(11)通过直角与所述板块垂直连接，所述垂直导轨(10)由一端固定在水平移动平台(9)，另一端固定在垂直导轨(10) 上方第二固定块的刚性稳固杆(15)倾斜固定，电机架(16)通过直角固定在垂直移动平台(11)上表面，高度角步进电机(4)设在电机架(16)前方，高度角步进电机(4)转轴与电机架(16)的中间支架连接，方位角步进电机(5) 固定安装在电机架(16)的中间支架上表面，高度角步进电机(4)和方位角步进电机(5)联动，实现两个自由度转动，平行光源12安装在方位角步进电机5 的轴上，仪器开始运行后，两自由度转台可模拟太阳方位角和高度角变化，太阳方位角和高度角变化由天文学原理表达式确定，由单片机换算为相应脉冲信号，从控制模块输出给方位角步进电机(5)驱动模块和高度角步进电机(4) 驱动模块，实现高度角步进电机(4)、方位角步进电机(5)程序化转动。

水平移动平台(9)和垂直移动平台(11)根据建筑物楼层模型(13)的坐标，在水平和垂直两个维度的实现水平移动平台(9)、垂直移动平台(11)的平动，无论方位角和高度角如何变化，始终将建筑物楼层模型(13)作为照射中心，相当于扩展平行光源(12)的照射范围；水平移动平台(9)和垂直移动平台(11)的移动速度由其速度与方位角和高度角函数关系确定，由单片机换算为相应脉冲信号，从控制模块输出给水平步进电机(6)的驱动模块和垂直步进电机(7)的驱动模块，实现水平步进电机(6)、垂直步进电机(7)转动。

建筑物楼层模型(13)为多个，每个建筑物楼层模型(13)的楼层可独立拆卸，且位于平台(14)的右方；建筑物楼层模型(13)的窗子和阳台安装有光电传感器(17)，所述光电传感器(17)电性连接控制模块，控制模块分析所关注楼层的光电传感器数据，分析后数据显示在显示界面(3)的“相对光照：×”栏，模拟运行的日走时显示在“模拟时间显示：×”栏。

不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种建筑物采光演示仪，其特征在于，包括主控盒(1)、数据输入界面(2)、显示界面(3)、高度角步进电机(4)、方位角步进电机(5)、水平步进电机(6)、垂直步进电机(7)、水平导轨(8)、水平移动平台(9)、垂直导轨(10)、垂直移动平台(11)、平行光源(12)、建筑物楼层模型(13)、平台(14)、控制模块、电源，电源、控制模块、高度角步进电机(4)的驱动模块、方位角步进电机(5)的驱动模块、水平步进电机(6)的驱动模块、垂直步进电机(7)的驱动模块集于主控盒(1)内，数据输入界面(2)和显示界面(3)为主控盒(1)的用户操作面板，水平步进电机(6)和垂直步进电机(7)以丝杆进动的方式分别驱动水平导轨(8)上的水平移动平台(9)和垂直导轨(10)上的垂直移动平台(11)；

所述平台(14)台面上刻画有横纵坐标网络，水平步进电机(6)通过第一固定块固定在平台(14)上表面的左下方，平台(14)上表面的左上方设有第一固定块，两块第一固定块之间设有三根水平导轨(8)，中间水平导轨(8)上设有滑块，水平移动平台(9)通过螺丝固定在滑块上，三根垂直导轨(10)两端分别固定连接第二固定块，且其中一块第二固定块垂直固定在水平移动平台(9)上表面右方，另一块第二固定块上表面固定连接垂直步进电机(7)，位于中间的垂直导轨(10)上设有滑块，板块通过螺丝固定在滑块上，垂直移动平台(11)通过直角与所述板块垂直连接，电机架(16)通过直角固定在垂直移动平台(11)上表面，高度角步进电机(4)设在电机架(16)前方，高度角步进电机(4)转轴与电机架(16)的中间支架连接，方位角步进电机(5)固定安装在电机架(16)的中间支架上表面，平行光源(12)安装在方位角步进电机(5)轴上，所述建筑物楼层模型(13)设有多个，每个建筑物楼层模型(13)的楼层可独立拆卸，且位于平台(14)的受光区域。

2.根据权利要求1所述的建筑物采光演示仪，其特征在于，所述建筑物楼层模型(13)的窗子和阳台安装有光电传感器(17)。

3.根据权利要求2所述的建筑物采光演示仪，其特征在于，所述控制模块采用单片机控制系统，所述光电传感器(17)电性连接控制模块。

4.根据权利要求1所述的建筑物采光演示仪，其特征在于，所述垂直导轨(10)由一端固定在水平移动平台(9)，另一端固定在垂直导轨(10)上方第二固定块的刚性稳固杆(15)倾斜固定。

5.根据权利要求1所述的建筑物采光演示仪，其特征在于，所述数据输入界面(2)带有一个4×4的功能键键盘，键盘包括0～9十个数字键、一个删除键、一个确认键、一个菜单键、一个返回键、一个通配键和一个运行建。

6.根据权利要求1所述的建筑物采光演示仪，其特征在于，所述显示界面(3)由液晶显示模块构成。