本发明专利技术提供一种基于开源硬件和增强现实技术的桥梁教具及其使用方法，教具包括微缩桥梁、遥控小车、车辆称重装置、升降道闸装置、水位检测装置、压力测试装置、弯曲程度检测装置、第一控制主板、第一显示装置、蜂鸣器、第二控制主板、第三控制主板和第二显示装置；本发明专利技术最大化模仿实现桥梁监测的真实情况，通过遥控操控小车到达车辆称重装置处，小车重量不超标时升降道闸装置开启，小车在经过桥梁时，各检测装置分别检测水位、车重、弯曲程度、压力等参数并通过显示装置进行显示，本发明专利技术还通过AR增强现实技术播放限幅涡震现象原理和挠度仪使用演示。本教具功能丰富，能够培养学生的文化素养、逻辑思维能力、动手实践能力和创造力。动手实践能力和创造力。动手实践能力和创造力。
【技术实现步骤摘要】
基于开源硬件和增强现实技术的桥梁教具及其使用方法
[0001]本专利技术涉及steam教具领域，更具体地，涉及一种基于开源硬件和增强现实技术的桥梁教具及其使用方法。
技术介绍
[0002]STEAM是一种新兴的教育理念，有别于传统的单学科、重书本知识的教育方式，STEAM是一种重实践的超学科教育概念。STEAM代表科学(Science)，技术(Technology)，工程(Engineering)，艺术(Arts)，数学(Mathematics)。STEAM教育就是集科学，技术，工程，艺术，数学多领域融合的综合教育。但是，如专利CN202110201238.0，目前的steam教具功能比较单一，并且还未有关于桥梁的steam教具。
技术实现思路
[0003]本专利技术提供一种基于开源硬件和增强现实技术的桥梁教具及其使用方法，教具功能丰富，能够培养学生的文化素养、逻辑思维能力、动手实践能力和创造力。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种基于开源硬件和增强现实技术的桥梁教具，包括微缩桥梁、遥控小车、车辆称重装置、升降道闸装置、水位检测装置、压力测试装置、弯曲程度检测装置、第一控制主板、第一显示装置、蜂鸣器、第二控制主板、第三控制主板和第二显示装置；所述车辆称重装置、升降道闸装置、水位检测装置、第一显示装置和蜂鸣器分别与第一控制主板电连接；所述弯曲程度检测装置和第一显示装置分别与第二控制主板电连接；所述压力测试装置和第二显示装置分别与第三控制主板电连接；所述微缩桥梁为拼接式拱桥，由多个可拆卸部件拼接而成；
[0006]所述车辆称重装置和升降道闸装置设置于微缩桥梁两侧出入口处，车辆称重装置用于在小车经过时称量小车的重量，升降道闸装置用于允许重量不超标的小车通过，阻止重量超标的小车通过；
[0007]所述水位检测装置、压力测试装置和弯曲程度检测装置设置于微缩桥梁上，水位检测装置用于检测桥下河道水位高度，压力测试装置用于检测桥梁特定位置的压力，弯曲程度检测装置用于检测桥梁的弯曲程度；
[0008]所述教具还包括增强现实演示装置，所述增强现实演示装置包括智能手机，智能手机安装有增强现实演示软件，增强现实演示软件启动时实时获取并显示摄像头拍摄的图像，当拍摄到所述微缩桥梁的图像时，在微缩桥梁的图像上叠加显示预先存储的3D虎门大桥图像，并在3D虎门大桥图像上播放限幅涡震现象原理和挠度仪使用演示。
[0009]优选地，所述教具还包括物联网数据整合模块和上位机，所述物联网数据整合模块分别与第一控制主板和第二控制主板电连接，物联网数据整合模块通过WIFI接入上位机。
[0010]优选地，所述车辆称重装置包括压力传感器和HX711称重A/D转换器，所述压力传
感器输出端与HX711称重A/D转换器输入端电连接，HX711称重A/D转换器输出端与第一控制主板电连接。
[0011]优选地，所述升降道闸装置包括道闸档杆和与道闸档杆传动连接的舵机，所述舵机与第一控制主板电连接。
[0012]优选地，所述水位检测装置包括超声波测距传感器，所述超声波测距传感器与第一控制主板电连接。
[0013]优选地，所述压力测试装置包括设置于微缩桥梁多个位置的压力传感器，压力传感器与第三控制主板电连接。
[0014]优选地，所述弯曲程度检测装置包括弯曲传感器，所述弯曲传感器与第二控制主板电连接。
[0015]优选地，所述第一控制主板、第二控制主板、第三控制主板采用Romeo主控板。
[0016]优选地，所述第一显示装置包括壳体以及嵌套于壳体内的3块4位数码管，其中2块4位数码管与第一控制主板电连接，用于显示车重、水位，1块4位数码管与第二控制主板电连接，用于显示弯曲度。
[0017]一种所述基于开源硬件和增强现实技术的桥梁教具的使用方法，包括以下步骤：
[0018]S1：将多个可拆卸部件拼接成微缩桥梁；
[0019]S2：在微缩桥梁上搭建遥控小车、车辆称重装置、升降道闸装置、水位检测装置、压力测试装置、弯曲程度检测装置、第一控制主板、第一显示装置、蜂鸣器、第二控制主板、第三控制主板和第二显示装置；
[0020]S3：对遥控小车、车辆称重装置、升降道闸装置、水位检测装置、压力测试装置、弯曲程度检测装置的功能进行图形化编程；
[0021]S4：对遥控小车进行配重，演示小车重量超标时，升降道闸装置阻止重量超标的小车通过，小车重量不超标时，升降道闸装置允许重量不超标的小车通过；
[0022]S5：演示遥控小车经过桥梁时，水位检测装置、压力测试装置、弯曲程度检测装置所获取的实时数据，并通过第一显示装置或第二显示装置显示出来；若水位过高则蜂鸣器发出警报声音；
[0023]S6：启动时智能手机上的增强现实演示软件，实时获取并显示摄像头拍摄的图像，当拍摄到所述微缩桥梁的图像时，在微缩桥梁的图像上叠加显示预先存储的3D虎门大桥图像，并在3D虎门大桥图像上播放限幅涡震现象原理和挠度仪使用演示。
[0024]与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：本专利技术提供一种基于开源硬件和增强现实技术的桥梁教具及其使用方法，教具包括微缩桥梁、遥控小车、车辆称重装置、升降道闸装置、水位检测装置、压力测试装置、弯曲程度检测装置、第一控制主板、第一显示装置、蜂鸣器、第二控制主板、第三控制主板和第二显示装置；本专利技术最大化模仿实现桥梁监测的真实情况。使用时，先装配微缩桥梁和各检测装置，安装完成后通过遥控操控小车到达车辆称重装置处，小车重量不超标时升降道闸装置开启，小车在经过桥梁时，各检测装置分别检测水位、车重、弯曲程度、压力等参数并通过第一显示装置或第二显示装置进行显示，本专利技术还通过AR增强现实技术播放限幅涡震现象原理和挠度仪使用演示。本教具功能丰富，能够培养学生的文化素养、逻辑思维能力、动手实践能力和创造力。
附图说明
[0025]图1为基于开源硬件和增强现实技术的桥梁教具的示意图。
[0026]图2为基于开源硬件和增强现实技术的桥梁教具的电路原理示意图。
[0027]图3为基于开源硬件和增强现实技术的桥梁教具的使用方法流程图。
[0028]其中：1、微缩桥梁；2、小车；3、车辆称重装置；4、升降道闸装置；5、水位检测装置；6、压力测试装置；7、弯曲程度检测装置；8、控制主板；9、显示装置；10、蜂鸣器；11、第二控制主板；12、第三控制主板；13、第二显示装置；14、物联网数据整合模块；15、上位机。
具体实施方式
[0029]附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
[0030]为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
[0031]对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0032]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。
[0033]实施本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于开源硬件和增强现实技术的桥梁教具，其特征在于，包括微缩桥梁(1)、遥控小车(2)、车辆称重装置(3)、升降道闸装置(4)、水位检测装置(5)、压力测试装置(6)、弯曲程度检测装置(7)、第一控制主板(8)、第一显示装置(9)、蜂鸣器(10)、第二控制主板(11)、第三控制主板(12)和第二显示装置(13)；所述车辆称重装置(3)、升降道闸装置(4)、水位检测装置(5)、第一显示装置(9)和蜂鸣器(10)分别与第一控制主板(8)电连接；所述弯曲程度检测装置(7)和第一显示装置(9)分别与第二控制主板(11)电连接；所述压力测试装置(6)和第二显示装置(13)分别与第三控制主板(12)电连接；所述微缩桥梁(1)为拼接式拱桥，由多个可拆卸部件拼接而成；所述车辆称重装置(3)和升降道闸装置(4)设置于微缩桥梁(1)两侧出入口处，车辆称重装置(3)用于在小车(2)经过时称量小车(2)的重量，升降道闸装置(4)用于允许重量不超标的小车(2)通过，阻止重量超标的小车(2)通过；所述水位检测装置(5)、压力测试装置(6)和弯曲程度检测装置(7)设置于微缩桥梁(1)上，水位检测装置(5)用于检测桥下河道水位高度，压力测试装置(6)用于检测桥梁特定位置的压力，弯曲程度检测装置(7)用于检测桥梁的弯曲程度；所述教具还包括增强现实演示装置，所述增强现实演示装置包括智能手机，智能手机安装有增强现实演示软件，增强现实演示软件启动时实时获取并显示摄像头拍摄的图像，当拍摄到所述微缩桥梁(1)的图像时，在微缩桥梁(1)的图像上叠加显示预先存储的3D虎门大桥增强现实图像，并在3D虎门大桥增强现实图像上播放限幅涡震现象原理和挠度仪使用演示。2.根据权利要求1所述的基于开源硬件和增强现实技术的桥梁教具，其特征在于，所述教具还包括物联网数据整合模块(14)和上位机(15)，所述物联网数据整合模块(14)分别与第一控制主板(8)和第二控制主板(11)电连接，物联网数据整合模块(14)通过WIFI接入上位机(15)。3.根据权利要求1所述的基于开源硬件和增强现实技术的桥梁教具，其特征在于，所述车辆称重装置(3)包括压力传感器和HX711称重A/D转换器，所述压力传感器输出端与HX711称重A/D转换器输入端电连接，HX711称重A/D转换器输出端与第一控制主板(8)电连接。4.根据权利要求1所述的基于开源硬件和增强现实技术的桥梁教具，其特征在于，所述升降道闸装置(4)包括道闸档杆和与道闸档杆传动连接的舵机，所述舵机与第一控制主板(8)电连接。5....
【专利技术属性】
技术研发人员：詹泽慧，吴倩意，张广维，林志航，周欣雨，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：
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