專利名稱：電子活動星圖演示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種學(xué)生教具，特別涉及一種電子活動星圖演示裝置。
背景技術(shù)：
星空是人類認(rèn)識自然的過程中，最早研究的一批對象之一，在人類科學(xué)的發(fā)展過 程中起到了至關(guān)重要的作用。人類的許多科學(xué)理論，都來源于對星空和天體運動規(guī)律的觀 察和總結(jié)?？此萍姺钡男强諏崉t遵循著永恒的科學(xué)規(guī)律，歷來對于人類的科學(xué)思維還是藝 術(shù)想象，都具有極大的啟發(fā)性。所以星空的運動規(guī)律，歷來都被視為科學(xué)與文化的一個重要 組成部分，正所謂“上知天文，下知地理”。在教育工作者和科普工作者眼中，星空運動也是 一個不可忽視的自然現(xiàn)象，是一定需要學(xué)生來了解的。以北京市為例，目前在北京市九年義 務(wù)小學(xué)科學(xué)課中，就將星空放在了第十一學(xué)期，作為學(xué)生必須掌握的一塊知識點。人們?yōu)榱吮阌谘芯啃切?，把星空分成許多區(qū)域，這些區(qū)域叫做星座。在每個星座中 有很多星星，人們根據(jù)星座中一些亮星構(gòu)成的形狀，想象出各種圖像，并給星座取了各種各 樣的名稱，例如大熊座、獵戶座、小熊座、獅子座等，繪成圖在課本上或掛在教室里，但在夜 晚，學(xué)生仰望星空，仍然很難辨認(rèn)出那些星座的位置，又因為地球除了公轉(zhuǎn)還要自轉(zhuǎn)，隨著 季節(jié)的不同，時間的不同，以及人們所處的緯度不同，所以星空中的星座位置也有差異，學(xué) 生更難辨認(rèn)其方位。由于小學(xué)生難以熟練地掌握以數(shù)學(xué)方式描述的天體(這里尤其指恒星)的運動規(guī) 律，所以在實際的教學(xué)過程中，對于以恒星星系為代表的天體系統(tǒng)的運動，是通過一種叫做 “活動星圖”的演示教具來體現(xiàn)的。隨之而來的一個教學(xué)要求就是需要學(xué)生掌握活動星圖的 使用方法，達到能夠在星空下利用活動星圖大體判斷當(dāng)前星空的星座位置分布的目的。在 實際操作中，由于考核制度的導(dǎo)向作用，師生往往把注意力集中到了星圖的使用上，而忽略 了對星座和星空本身的觀察，阻礙其啟發(fā)想象，啟迪智慧的作用。因此，我們需要一種自動 化程度更高的新型教具，能夠讓學(xué)生在認(rèn)識星座分布的過程中，盡量脫離查找刻度等其他 工作的干擾，對星空與星座得到更直觀的認(rèn)識。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種通過按鈕選擇星圖顯示并且?guī)в姓Z音介紹的電子 活動星圖演示裝置。本實用新型的上述目的是這樣實現(xiàn)的，一種電子活動星圖演示裝置，包括按鍵模 塊、單片機模塊、作動模塊、語音模塊、LED指示模塊和星盤，其特征在于所述按鍵模塊連接所述單片機模塊，把選擇星座顯示的選擇信號輸入給單片機模 塊，使其生成并輸出星圖演示控制信號；所述作動模塊連接所述單片機模塊，用于按照單片機模塊輸出的星圖演示控制信 號驅(qū)動星盤轉(zhuǎn)動；所述LED指示模塊安裝在所述星盤上并連接所述單片機模塊，用于按照單片機模塊輸出的星圖演示控制信號，進行星座顯示；所述語音模塊連接所述按鍵模塊，在按鍵模塊控制下，播放關(guān)于星座介紹的語音。其中，所述按鍵模塊有八個按鍵，每個按鍵下安裝有互相絕緣的兩個開關(guān)。其中，所述兩個開關(guān)之一是所述單片機模塊一個輸入引腳與地線的通/斷開關(guān)， 另一個開關(guān)是所述語音模塊的觸發(fā)通/斷開關(guān)。其中，所述作動模塊包括舵機；安裝在所述舵機輸出軸上的大齒輪；套裝在星盤 軸上且與所述大齒輪嚙合的小齒輪；其中所述小齒輪通過螺旋彈簧與星盤軸上的星盤連 接。其中，所述小齒輪與所述大齒輪的齒比是1 2。其中，所述LED指示模塊包括八組代表星座的燈組；以及LED功率放大器；其中 所述LED功率放大器通過柔性導(dǎo)線連接到星盤上。本實用新型具有如下技術(shù)效果1、觀察星座時可通過按鈕選擇星座的演示，擺脫了查找刻度的麻煩，提高了星圖 演示裝置的自動化程度；2、配有的語音星座介紹可使使用者對星空和星座有直觀的認(rèn)識。
以下結(jié)合附圖對本實用新型的細(xì)節(jié)進行詳細(xì)說明。

圖1是本實用新型的電子活動星圖演示裝置的原理圖；圖2是本實用新型的電子活動星圖演示裝置的實體圖；圖3顯示了圖1中LED指示模塊中LED燈組顯示星座的原理；圖4是本實用新型的電子活動星圖演示裝置中單片機控制輸出脈寬調(diào)制信號的 流程圖。
具體實施方式
本實用新型是一種通過按鈕選擇星圖顯示并且?guī)в姓Z音介紹的電子活動星圖演 示裝置，圖1和圖2分別顯示了該裝置的電原理圖和實體圖。如圖1所示，該電子星圖演示裝置包括包括按鍵模塊1、單片機模塊2、作動模塊 3、語音模塊4、LED指示模塊5和星盤6，其中所述按鍵模塊1連接所述單片機模塊2，把選 擇星座顯示的選擇信號輸入給單片機模塊2，使其生成并輸出星圖演示控制信號；所述作 動模塊3連接所述單片機模塊2，用于按照單片機模塊2輸出的星圖演示控制信號驅(qū)動星盤 6轉(zhuǎn)動；所述LED指示模塊5安裝在所述星盤6上并連接所述單片機模塊2，用于按照單片 機模塊2輸出的星圖演示控制信號，進行星座顯示；以及所述語音模塊4連接所述按鍵模塊 1，在按鍵模塊1控制下，播放關(guān)于星座介紹的語音。圖1所示的按鍵模塊1有八個按鍵11，每個按鍵下面互相絕緣地安裝有兩個開關(guān)。 其中一個開關(guān)連接電源OV(地線)和單片機輸入引腳，用來將引腳電位拉低，在程序運行 中，被拉低的引腳號代表被按下的按鍵序號。另一個開關(guān)是所述語音模塊4的觸發(fā)通/斷 開關(guān)，因為語音模塊4通過高電位的引腳觸發(fā)后發(fā)出預(yù)先錄制的語音，所以此開關(guān)連接+5V 電源，該5V電源可以由系統(tǒng)總的6V輸入電源經(jīng)過7805穩(wěn)壓三極管之后得到。[0027]圖1所示的單片機模塊2由一塊獨立的電路板組成，其主要原件是AT89S52為代 表的51系列單片機，與舵機33 —起內(nèi)置于機箱中。它接收按鍵11傳來的控制信號，轉(zhuǎn)換 成并持續(xù)提供作動模塊3和LED指示模塊5所需要的控制信號。單片機在+5V與地線間的 壓差下工作。單片機的32個輸入輸出引腳被使用了 17個，其中8個負(fù)責(zé)接收來自按鍵開 關(guān)的信號，8個提供LED指示模塊5的信號，另外一個控制舵機33。其控制原理會在后文詳 細(xì)說明。圖1所示的作動模塊3可以包括舵機33 ；安裝在所述舵機輸出軸上的大齒32輪； 以及套裝在星盤軸上且與所述大齒輪嚙合的小齒輪31 ；其中所述小齒輪通過螺旋彈簧34 與星盤軸上的星盤6連接 。舵機在6V電壓工作，安裝在所述舵機輸出軸上的大齒輪32，它 有180度的連續(xù)轉(zhuǎn)動范圍，具體位置由單片機提供的信號決定；套裝在星盤軸上且與所述 大齒輪32嚙合的小齒輪31與大齒輪32的齒比是1 2，使得小齒輪31恰好有一整周的 轉(zhuǎn)動范圍。雖然小齒輪套裝在星盤軸上，但不與其同步轉(zhuǎn)動，它通過一段螺旋彈簧34與星 盤6連接起來，以便有彈性地向星盤傳遞角度，降低傳動剛性，這樣可以減輕系統(tǒng)電源接通 時舵機33快速回到起始位置對系統(tǒng)造成的強烈沖擊，并且使得星盤6在一定角度范圍內(nèi)可 以手動撥轉(zhuǎn)，兼具了傳統(tǒng)活動星盤的功能。因為星盤本身對單片機沒有位置反饋，所以當(dāng)系 統(tǒng)啟動時，無論舵機與星盤起初處于什么位置，單片機都會給舵機一個信號，使其快速轉(zhuǎn)動 到一個固定的初始位置。這會給傳動系統(tǒng)一個很大的沖擊，可能損壞機件。通過這種彈性 的連接，能夠有效的緩沖沖擊，保護機件。圖1所示的語音模塊4(未在實體圖中顯示)是一個外購的成品模塊，它自帶的錄 音功能可以錄制八段以上的聲音，而置為播放模式后裝入星圖，通過將對應(yīng)的輸入引腳與 +5V接通，可以觸發(fā)該段錄音播放，直至播放結(jié)束。圖3顯示了 LED指示模塊的LED燈組顯示星座的原理。來自單片機的控制信號 通過三極管功率放大器52，允許通過的電流大大增加了，并聯(lián)的高亮LED燈組51被電流點 亮。一個這樣的燈組代表了一個星座，以及一個安裝在對應(yīng)按鍵邊的與星座同步閃爍的指 示燈。與八個星座相對應(yīng)，這種放大電路和燈組共有八套，共同組成了 LED指示模塊5。對 LED指示電路來講，其單片機控制引腳的電位高低決定了其對應(yīng)的LED燈組一端的電位高 低，在這里，低電位使其發(fā)光，高電位讓其熄滅。而燈組常亮、常滅或者閃爍則各自對應(yīng)著一 種波形的方波。這里，閃爍的周期為1秒，其中0.5秒時間為高電位。當(dāng)其對應(yīng)星座的按鍵按下時，該星座由常亮變?yōu)殚W爍，同時由語音模塊播放相關(guān) 星座介紹的語音。其余恒星作為星空背景，由金屬點代表，亦與深色塑料質(zhì)的星盤6有比較 鮮明的對比。固定在機箱內(nèi)的功率放大器52的功率輸出線通過具有一定長度的柔性導(dǎo)線 53連接到星盤上，柔性導(dǎo)線53要足夠長直至星盤6在其一整周的轉(zhuǎn)動范圍內(nèi)不會受到線的 限制。在此所使用的柔性導(dǎo)線指的是普通的塑膠皮絕緣多股銅導(dǎo)線，“柔性”是相對于單股 導(dǎo)線或金屬片等較硬的導(dǎo)體而言，之所以突出“柔性”是因為這種兩端相對運動的輸電線， 用硬質(zhì)的導(dǎo)線是很難做到的。對舵機33來講，它使用的是一種叫做PWM(脈沖寬度調(diào)制)的調(diào)制方法，將角度這 一模擬量以方波的數(shù)字形式進行傳遞。在電源接通之后，根據(jù)輸入的PWM信號的脈寬轉(zhuǎn)動 到相應(yīng)的角度。這里，舵機33需要的是以20ms為周期的方波，每個周期中高電位的時長 (脈寬)代表了需要傳遞的角度信息。這個脈寬的變化范圍是0.5ms 2. 5ms，分別對應(yīng)了O度到180度，是一種線性的對應(yīng)關(guān)系。所以在單片機的控制過程中，一個星座的位置信息 其實就是它所對應(yīng)的脈沖寬度。
本實用新型是利用計時器中斷函數(shù)生成周期穩(wěn)定的方波，因此需要將方波中一個 狀態(tài)(高/低)的持續(xù)時間作為計時的時長。計時器中斷函數(shù)是由單片機自帶的兩個硬件 計時器來觸發(fā)的。這兩個計時器由程序設(shè)置時長和啟動，之后在程序之外獨立運行倒計時， 在計時結(jié)束時觸發(fā)計時器中斷函數(shù)的運行。計時結(jié)束后，可以立即設(shè)置新的時長，馬上開始 新的計時。而在計時期間，中斷函數(shù)代碼執(zhí)行完畢后，之前被中斷的主程序代碼繼續(xù)被依次 執(zhí)行。首先考慮周期比較短的舵機控制信號。當(dāng)程序計算出當(dāng)前需要達到的角度值所對 應(yīng)的脈沖寬度時，在接下來一個周期開始時，將這個脈沖寬度(比如1.5ms)作為計時時長 賦給記錄計時時長的寄存器，之后立刻啟動計時，再將引腳置高電位，然后中斷函數(shù)還有一 定的時間來執(zhí)行其他功能，直到中斷函數(shù)結(jié)束，而計時還未終止，于是系統(tǒng)運行主程序直到 該計時時長結(jié)束，再次進入中斷函數(shù)。這時，首先將該周期剩余時長(如18. 5ms)賦給計時 器并立即啟動計時，然后將引腳置低，再執(zhí)行附帶的其他功能直到中斷函數(shù)結(jié)束，繼續(xù)運行 主程序直至該周期(20ms)結(jié)束，進入下一周期。通過這種方式，輸出引腳上輸出的便是合 乎要求的脈寬調(diào)制信號了。圖4顯示了單片機控制輸出脈寬調(diào)制信號的流程圖。當(dāng)電源接通之后，星盤快速 自動轉(zhuǎn)動到中間的位置。單片機檢測是否有按鍵按下，當(dāng)有按鍵按下時，程序根據(jù)按鍵號i 算出當(dāng)前需要顯示星座的位置信息所對應(yīng)的脈沖寬度a，然后將a指賦給單片機自帶的硬 件計時器1，并啟動計時器1開始計時，與此同時，程序?qū)⑴c舵機連接的單片機引腳置高。當(dāng) 計時器1計時結(jié)束時，程序?qū)⒍鏅C控制信號單周期的剩余時間20000-a (微秒)賦給單片機 自帶的硬件計時器1，并啟動計時器1開始計時，與此同時，程序?qū)⑴c舵機連接的單片機引 腳置低。當(dāng)計時器1計時結(jié)束時，程序又將進入下一周期的轉(zhuǎn)換。通過這種方式，輸出引腳 上輸出的便是合乎要求的脈寬調(diào)制信號了。對于周期較長的LED閃爍信號，由于其數(shù)十倍于舵機信號周期，所以可以利用舵 機信號的周期來控制，中斷函數(shù)在舵機引腳置位后的代碼，大部分是為閃爍信號服務(wù)的。這 里取舵機信號周期的50倍(1秒)作為閃爍周期，于是在這1秒中的前25個舵機周期，所 有引腳置低，所有燈組都點亮。而在中斷函數(shù)第26次執(zhí)行時，根據(jù)需要閃爍的燈組的編號， 將相應(yīng)引腳置高，這樣對應(yīng)燈組熄滅，并保持到第50個舵機周期，這樣整個閃爍周期就結(jié) 束了。盡管上文對本實用新型進行了詳細(xì)說明，但是本實用新型不限于此，本技術(shù)領(lǐng)域 技術(shù)人員可以根據(jù)本實用新型的原理進行各種修改。因此，凡按照本實用新型原理所作的 修改，都應(yīng)當(dāng)理解為落入本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求一種電子活動星圖演示裝置，包括按鍵模塊(1)、單片機模塊(2)、作動模塊(3)、語音模塊(4)、LED指示模塊(5)和星盤(6)，其特征在于所述按鍵模塊(1)連接所述單片機模塊(2)，把選擇星座顯示的選擇信號輸入給單片機模塊(2)，使其生成并輸出星圖演示控制信號；所述作動模塊(3)連接所述單片機模塊(2)，用于按照單片機模塊(2)輸出的星圖演示控制信號驅(qū)動星盤(6)轉(zhuǎn)動；所述LED指示模塊(5)安裝在所述星盤(6)上并連接所述單片機模塊(2)，用于按照單片機模塊(2)輸出的星圖演示控制信號，進行星座顯示；所述語音模塊(4)連接所述按鍵模塊(1)，在按鍵模塊控制下，播放關(guān)于星座介紹的語音。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子活動星圖演示裝置，其特征在于，所述按鍵模塊(1)有八 個按鍵(11)，每個按鍵下安裝有互相絕緣的兩個開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子活動星圖演示裝置，其特征在于，所述兩個開關(guān)之一是 所述單片機模塊(2) —個輸入引腳與地線的通/斷開關(guān)，另一個開關(guān)是所述語音模塊(4) 的觸發(fā)通/斷開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子活動星圖演示裝置，其特征在于，所述作動模塊(3)包 括舵機(33)；安裝在所述舵機(33)輸出軸上的大齒輪(32)；套裝在星盤軸上且與所述大 齒輪嚙合的小齒輪(31)；其中所述小齒輪(31)通過螺旋彈簧(34)與星盤軸上的星盤(6) 連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電子活動星圖演示裝置，其特征在于，所述小齒輪(31)與所 述大齒輪(32)的齒比是1:2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子活動星圖演示裝置，其特征在于，所述LED指示模塊包 括八組代表星座的燈組(51)；以及LED功率放大器(52)；其中所述LED功率放大器(52) 通過柔性導(dǎo)線(53)連接到星盤(6)上。
專利摘要本實用新型是一種電子活動星圖演示裝置，包括按鍵模塊、單片機模塊、作動模塊、語音模塊、LED指示模塊和驅(qū)動星盤；其中所述按鍵模塊連接所述單片機模塊，把選擇星座顯示的選擇信號輸入給單片機模塊，使其生成并輸出星圖演示控制信號；所述作動模塊連接所述單片機模塊，用于按照單片機模塊輸出的星圖演示控制信號驅(qū)動星盤轉(zhuǎn)動；所述LED指示模塊安裝在所述星盤上并連接所述單片機模塊，用于按照單片機模塊輸出的星圖演示控制信號，進行星座顯示；所述語音模塊連接所述按鍵模塊，在按鍵模塊控制下，播放關(guān)于星座介紹的語音。本實用新型通過電子控制作動機構(gòu)帶動星盤轉(zhuǎn)動到相應(yīng)的角度，使相應(yīng)星座顯示且?guī)в姓Z音介紹，方便了使用者對星座的認(rèn)識。
文檔編號G09B27/04GK201638466SQ20102013712
公開日2010年11月17日 申請日期2010年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月22日
發(fā)明者鞠鵬飛, 馬卿簫 申請人:馬卿簫