CN109459800B - 一种利用冷凝法与水泵法的天气模拟器及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用冷凝法与水泵法的天气模拟器及方法，天气模拟器箱体内由上下设置的一块带孔铝板和一块带孔有机玻璃板分隔形成位于箱体上部的上储水盒和位于箱体底部的下储水盒，带孔铝板上设置半导体制冷片，半导体制冷片上设置超声波雾化片，上储水盒底板上设置有浮球水位开关，上储水盒底板上还设置有LED模块，水泵一上通过连接水管一，将下储水盒内的水泵入上储水盒内，上储水盒内的水透过带孔铝板向下流至下储水盒内，下储水盒的底部通过隔水板密封形成一个密闭不透水的腔室用于设置控制器，控制器包括接收、处理数据并发出指令的单片机模块、控制半导体制冷片、超声波雾化片的继电器和控制两个水泵、LED模块的驱动模块。
Description
技术领域
本发明涉及天气模拟技术领域，具体是一种利用冷凝法模拟小雨以及水泵循环模拟大雨的观赏性天气的装置及模拟方法。
背景技术
目前的天气模拟装置虽然能模拟基本的阴晴风雨天气，但是对于雨的表现形式大多很单一，没有办法很好地表现不同强度的雨水，同时对雾的表现也十分欠缺。传统的天气模拟装置对雨的刻画方式均为利用水泵及水管将水抽至装置上部然后洒落下来，由于水泵的特性，很难模拟小雨，且通过重力使水均匀下落要求装置处于完全水平状态，稳定性不佳，同时直接利用放在装置下部的超声波雾化器模拟的水雾都会使雾积聚在装置中下部，效率低且观赏性较低。
如专利号CN204699877U公布的一种模拟天气变化的装置，其模拟降雨的方式是直接用水泵将水槽中的水抽至顶盒，再通过漏孔滴落，仅能模拟“下雨”，而不能模拟雨量不同的雨天。同时其模拟雾天的方式是通过底部的超声波雾化片将水雾化成水雾，水雾仅会积聚在模拟器下方，很难发散至整个展示区中，效率低下，模拟效果较差。
如专利号CN201610269586公布的一种降雨模拟装置，其模拟降雨的方式是通过改变与主进水管连接的导水管的数量来改变降雨强度，此时水泵仍处于全功率运作，效率较低。
发明内容
为了克服以上提到的天气模拟装置对不同强度降雨的模拟及雾的模拟的缺陷，本发明提供一种拥有冷凝式模拟降雨方式以及上下分离式储水结构的天气模拟装置。该装置不仅有效解决了传统天气模拟装置无法对不同强度的降雨有效模拟的问题，也提高了对雾的模拟效率及模拟的观赏性。
本发明通过以下技术方案实现：
一种利用冷凝法与水泵法的天气模拟器，包括一个由有机玻璃板制成的箱体结构作为模拟器的外壳，箱体内由上下设置的一块带孔铝板和一块带孔有机玻璃板分隔形成位于箱体上部的上储水盒和位于箱体底部的下储水盒，带孔铝板上设置半导体制冷片，半导体制冷片上设置超声波雾化片，上储水盒底板上设置有浮球水位开关，上储水盒底板上还设置有LED模块，下储水盒内设置有水泵一，水泵一上通过连接水管一，将下储水盒内的水泵入上储水盒内，下储水盒内设置有水泵二，水泵二与水管二连接，水管二的出水端位于上储水盒内，上储水盒内的水透过带孔铝板向下流至下储水盒内，下储水盒的底部通过隔水板密封形成一个密闭不透水的腔室用于设置控制器，控制器包括接收、处理数据并发出指令的单片机模块、控制半导体制冷片、超声波雾化片的继电器和控制两个水泵、LED模块的驱动模块。
进一步地，单片机模块为ESP8266 Wi-Fi开发板D1 UNO R3。
进一步地，驱动模块为HG7881四路直流电机驱动板。
具体地，驱动板的A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2引脚分别连接至开发板的D2-D9口，LED模块的冷白2与暖白2灯并联后连接在驱动板的输出A口上，LED模块的冷白1与暖白1灯并联后连接在驱动板的输出B口上，其中冷白1与暖白1的LED反向并联，冷白2与暖白2的LED反向并联，驱动板的输出C口上连接水泵一，输出D口上连接水泵二，开发板的D15口连接浮球水位开关，开发板的D10口通过继电器一连接超声波雾化片，开发板的D11口通过继电器二连接半导体制冷片。
半导体制冷片以及超声波雾化片位于上储水盒底部，超声波雾化片将水雾化成水雾用于模拟雾天及小雨；半导体制冷片的冷端接触带孔铝板可对其制冷，从而能够冷凝雾化片产生的水雾，半导体制冷片的热端通过散热片4将热量散发至上储水盒以及工作区中。
浮球水位开关的浮球随水位降低而下降，设置浮球水位开关，在上储水盒水位低于上储水盒深度的三分之一时，浮球水位开关S1断开，从而改变单片机D15口的输入电平，从而单片机D6口输出高电平，HG7881驱动水泵一工作，为上储水盒补水。
进一步地，半导体制冷片型号为XH-C1203。
一种天气模拟方法，包括：
模拟晴天时，D2、D5输出高电平，HG7881驱动“暖白1”“暖白2”工作常亮；
模拟多云时，D4、D5交替输出高电平，HG7881驱动“冷白1”与“暖白1”LED渐变交替工作，冷白LED灯工作时D10输出高电平，继电器一吸合，超声波雾化片同时工作；
模拟阴天时，D3、D6输出高电平，HG7881驱动“冷白1”“冷白2”常亮；
模拟雾天时，D10输出高电平，继电器一吸合，超声波雾化片工作；
模拟小雨时，D11输出高电平，继电器二吸合，使半导体制冷片工作，2分钟后D10输出10s高电平3s低电平的循环，使继电器一动作，超声波雾化片每工作10s停止工作3s；
模拟中雨时，D11输出高电平，继电器二吸合，使半导体制冷片工作，2分钟后D10输出高电平，继电器一吸合，超声波雾化片持续工作；
模拟大雨时，单片机D8口PWM控制占空比为60%，使水泵二低速工作；
模拟暴雨时，单片机D8口PWM控制占空比为100%，使水泵二高速工作。
本发明的有益效果：
本发明可以模拟降雨强度较弱的降雨天气，同时传统水泵循环洒水的模拟降雨方式参与互补，细化了对降雨的模拟；
本发明利用传感器实现了装置自动化，同时利用PWM调控水泵工作转速，利用间歇工作方式调节雾化片工作强弱，细化了模拟层次；
本发明的雾化装置位于装置上部，可使水雾通过重力自然地由上至下扩散，效率更高，同时能使水雾充满整个展示区，模拟效果更生动；
本发明将半导体制冷片的热量吸收至上储水盒的水中以及散发至空气中，无需散热风扇，效率更高；
本发明利用冷暖双色温LED模拟晴天、多云及阴天，对光照的模拟更具体。
附图说明
图1为本发明的平面剖视图；
图2为本发明的立体剖视图；
图3为本发明的控制电路结构。
具体实施方式
如图1、2，本发明包括一个由有机玻璃板制成的箱体结构作为模拟器的外壳，箱体内由上下设置的一块带孔铝板5和一块带孔有机玻璃板9分隔形成位于箱体上部的上储水盒和位于箱体底部的下储水盒，带孔铝板上设置半导体制冷片7，半导体制冷片上设置超声波雾化片8，上储水盒底板上设置有浮球水位开关1，上储水盒底板上还设置有LED模块2，下储水盒内设置有水泵一10，水泵一上通过连接水管一3，将下储水盒内的水泵入上储水盒内，下储水盒内设置有水泵二11，水泵二与水管二6连接，水管二的出水端位于上储水盒内，上储水盒内的水透过带孔铝板向下流至下储水盒内，下储水盒的底部通过隔水板密封形成一个密闭不透水的腔室用于设置控制器12，控制器包括接收、处理数据并发出指令的单片机模块、控制半导体制冷片、超声波雾化片的继电器和控制两个水泵、LED模块的驱动模块。
本发明所述的浮球水位开关、半导体制冷片、超声波雾化片均为现有技术，本实施例中所用半导体制冷片型号为XH-C1203。
如图3，为控制器的控制电路结构，本发明中单片机模块选为ESP8266 Wi-Fi开发板D1 UNO R3，驱动模块选为HG7881四路直流电机驱动板，开发板与驱动板的内部电路为现有技术，在此不再描述。
驱动板的A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2引脚分别连接至开发板的D2-D9口，LED模块的冷白2与暖白2灯并联后连接在驱动板的输出A口上，LED模块的冷白1与暖白1灯并联后连接在驱动板的输出B口上，图中冷白1、暖白1、冷白2与暖白2灯分别记为L1、L2、L3、L4,其中冷白1与暖白1的LED反向并联，冷白2与暖白2的LED反向并联，从而使LED模块在改变输入极性时即可改变发光颜色，用于模拟晴天、多云、阴天、雷雨的光照变化。驱动板的输出C口上连接水泵一M1，输出D口上连接水泵二M2，下储水盒中，水泵一负责上储水盒的补水工作，水泵二负责对穿孔水管的供水从而模拟中雨及大雨。
开发板的D15口连接浮球水位开关S1，开发板的D10口通过继电器一S2连接超声波雾化片，开发板的D11口通过继电器二S3连接半导体制冷片，半导体制冷片以及超声波雾化片位于上储水盒底部，超声波雾化片将水雾化成水雾用于模拟雾天及小雨；半导体制冷片的冷端接触带孔铝板可对其制冷，从而能够冷凝雾化片产生的水雾，半导体制冷片的热端通过散热片4将热量散发至上储水盒以及工作区中。
浮球水位开关的浮球随水位降低而下降，设置浮球水位开关，在上储水盒水位低于上储水盒深度的三分之一时，浮球水位开关S1断开，从而改变单片机D15口的输入电平，从而单片机D6口输出高电平，HG7881驱动水泵一工作，为上储水盒补水。
装置对不同天气的模拟具体方法如下：
模拟晴天时，D2、D5输出高电平，HG7881驱动“暖白1”“暖白2”工作常亮。
模拟多云时，D4、D5交替输出高电平，HG7881驱动“冷白1”与“暖白1”LED渐变交替工作，冷白LED灯工作时D10输出高电平，继电器一吸合，超声波雾化片同时工作。
模拟阴天时，D3、D6输出高电平，HG7881驱动“冷白1”“冷白2”常亮。
模拟雾天时，D10输出高电平，继电器一吸合，超声波雾化片工作。
模拟小雨时，D11输出高电平，继电器二吸合，使半导体制冷片工作，2分钟后D10输出10s高电平3s低电平的循环，使继电器一动作，超声波雾化片每工作10s停止工作3s。
模拟中雨时，D11输出高电平，继电器二吸合，使半导体制冷片工作，2分钟后D10输出高电平，继电器一吸合，超声波雾化片持续工作。
模拟大雨时，单片机D8口PWM控制占空比为60%使水泵二低速工作。
模拟暴雨时，单片机D8口PWM控制占空比为100%使水泵二高速工作。
Claims (5)
1.一种利用冷凝法与水泵法的天气模拟器的天气模拟方法，其特征在于，包括一个由有机玻璃板制成的箱体结构作为模拟器的外壳，箱体内由上下设置的一块带孔铝板和一块带孔有机玻璃板分隔形成位于箱体上部的上储水盒和位于箱体底部的下储水盒，带孔铝板上设置半导体制冷片，半导体制冷片上设置超声波雾化片，上储水盒底板上设置有浮球水位开关，上储水盒底板上还设置有LED模块，下储水盒内设置有水泵一，水泵一上通过连接水管一，将下储水盒内的水泵入上储水盒内，下储水盒内设置有水泵二，水泵二与水管二连接，水管二的出水端位于上储水盒内，上储水盒内的水透过带孔铝板向下流至下储水盒内，下储水盒的底部通过隔水板密封形成一个密闭不透水的腔室用于设置控制器，控制器包括接收、处理数据并发出指令的单片机模块、控制半导体制冷片、超声波雾化片的继电器和控制两个水泵、LED模块的驱动模块；
模拟方法包括：
模拟晴天时，D2、D5输出高电平，HG7881驱动“暖白1”“暖白2”工作常亮；
模拟多云时，D4、D5交替输出高电平，HG7881驱动“冷白1”与“暖白1”LED渐变交替工作，冷白LED灯工作时D10输出高电平，继电器一吸合，超声波雾化片同时工作；
模拟阴天时，D3、D6输出高电平，HG7881驱动“冷白1”“冷白2”常亮；
模拟雾天时，D10输出高电平，继电器一吸合，超声波雾化片工作；
模拟小雨时，D11输出高电平，继电器二吸合，使半导体制冷片工作，2分钟后D10输出10s高电平3s低电平的循环，使继电器一动作，超声波雾化片每工作10s停止工作3s；
模拟中雨时，D11输出高电平，继电器二吸合，使半导体制冷片工作，2分钟后D10输出高电平，继电器一吸合，超声波雾化片持续工作；
模拟大雨时，单片机D8口PWM控制占空比为60%，使水泵二低速工作；
模拟暴雨时，单片机D8口PWM控制占空比为100%，使水泵二高速工作。
2.根据权利要求1所述的一种利用冷凝法与水泵法的天气模拟器的天气模拟方法，其特征在于，单片机模块为ESP8266 Wi-Fi开发板D1 UNO R3。
3.根据权利要求2所述的一种利用冷凝法与水泵法的天气模拟器的天气模拟方法，其特征在于，驱动模块为HG7881四路直流电机驱动板。
4.根据权利要求3所述的一种利用冷凝法与水泵法的天气模拟器的天气模拟方法，其特征在于，驱动板的A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2引脚分别连接至开发板的D2-D9口，LED模块的冷白2与暖白2灯并联后连接在驱动板的输出A口上，LED模块的冷白1与暖白1灯并联后连接在驱动板的输出B口上，其中冷白1与暖白1的LED反向并联，冷白2与暖白2的LED反向并联，驱动板的输出C口上连接水泵一，输出D口上连接水泵二，开发板的D15口连接浮球水位开关，开发板的D10口通过继电器一连接超声波雾化片，开发板的D11口通过继电器二连接半导体制冷片。
5.根据权利要求1所述的一种利用冷凝法与水泵法的天气模拟器的天气模拟方法，其特征在于，半导体制冷片型号为XH-C1203。
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| CB02 | Change of applicant information | ||
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Inventor after: Wang Hongru Inventor after: Liu Yunping Inventor after: Shen Wei Inventor after: Xu Jun Inventor after: Xu Ze Inventor before: Liu Yunping Inventor before: Wang Hongru Inventor before: Shen Wei Inventor before: Xu Jun Inventor before: Xu Ze |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |