基于节点的建筑智能演示教学系统.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104134395 A (43)申请公布日 2014.11.05 C N 1 0 4 1 3 4 3 9 5 A (21)申请号 201410383314.4 (22)申请日 2014.08.06 G09B 25/04(2006.01) G09B 5/06(2006.01) (71)申请人陶顺 地址 246004 安徽省安庆市大观区龙门口街 38号南2栋404室 (72)发明人陶盛 王东峰 陶顺 (54) 发明名称 基于节点的建筑智能演示教学系统 (57) 摘要 本发明提供了一种基于节点的建筑智能演示 教学系统，包括建筑物结构框架，还包括光电演示 系统、节点展示系统和。

2、控制系统；光电演示系统 包括设置在建筑物结构框架上的多个演示灯和演 示灯带；控制系统包括控制主机，控制主机包括 光电控制部分和节点控制部分；光电控制部分包 括单片机，还包括与光电演示系统各演示灯、灯 带对应的多个继电器，所述单片机与所述多个继 电器连接，演示灯和演示灯带分别经继电器与外 部电源连接；节点控制部分还包括一台与单片机 连接的PC机，所述的PC机中设置有节点展示数 据库；本发明以直观方式演示建筑物建筑力学知 识点，能提供与实物模型结合的多媒体教学内容； 还提供了直观的自学模式。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书8页 附图9页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12。

3、)发明专利申请 权利要求书2页 说明书8页 附图9页 (10)申请公布号 CN 104134395 A CN 104134395 A 1/2页 2 1.一种基于节点的建筑智能演示教学系统，包括建筑物结构框架，所述建筑物结构框 架包括设置在地面上的基础骨架（1）、设置在基础骨架（1）之上的至少四根立柱骨架（2）， 相邻立柱骨架（2）之上设置有横梁骨架（3）、横梁骨架（3）之上通过立柱骨架（2）设置有屋 顶骨架（4），其特征在于：还包括光电演示系统、节点展示系统和控制系统； 所述的光电演示系统包括设置在建筑物结构框架上的多个演示灯和演示灯带； 所述控制系统包括控制主机（5），所述控制主机（5）包括。

4、光电控制部分和节点控制部 分； 所述光电控制部分包括通过电路板连接的单片机，还包括与光电演示系统各演示灯、 灯带对应的多个继电器，所述单片机与所述多个继电器连接，所述的多个演示灯和演示灯 带分别经继电器与外部电源连接；所述的单片机内设置有多个光电演示程序模块； 所述节点控制部分包括与单片机连接的PC机，所述的PC机中设置有节点展示数据 库； 所述建筑物结构框架被划分为若干和演示灯、演示灯带对应的多个节点，所述节点展 示数据库内对应每个节点设置有一条记录，每条记录中包含有音频数据、视频数据、ppt数 据、图片数据、考试数据中的至少一种，还包括与PC机连接的数据输出装置； 还包括可与控制系统通信的。

5、终端（6），所述终端（6）可与单片机通信并调用单片机内 的光电演示程序模块；所述终端（6）内还设置有数据库调用接口，所述终端（6）可通过单片 机调用所述PC机内的节点展示数据库内的数据并通过PC机输出装置进行输出。 2.如权利要求1所述的基于节点的建筑智能演示教学系统，其特征在于：所述的建筑 物结构框架上的演示灯和演示灯带包括：沿基础骨架（1）布置有多个基础荷载演示灯（10）； 在立柱骨架（2）内自上而下设置有多组建筑内力荷载演示灯（20）；设置在立柱骨架（2）内 的至少一条立柱小偏心受压演示灯带（21）；设置在所述的横梁骨架（3）之上的多个横梁均 布荷载演示灯（30）、设置在横梁骨架（3）之。

6、上的横梁集中荷载演示灯（31）；所述的横梁骨 架（3）内沿其走向设置的横梁一级荷载变形曲线演示灯（32）和至少一条横梁二级荷载变 形曲线演示灯（33）；设置在所述立柱骨架（2）与横梁骨架（3）结合部位的弯矩受力演示灯 （230）；沿屋顶骨架（4）其走向设置的多个屋顶荷载演示灯（40）；所述建筑物结构框架上设 置有悬挑梁骨架（7），至少一个悬挑梁骨架（7）上方沿其走向设置有多个悬挑梁均布荷载 演示灯（70），悬挑梁骨架（7）上方还设置有悬挑梁集中荷载演示灯（71），悬挑梁骨架（7）上 还设置有悬挑梁一级载荷变形演示灯（72），悬挑梁一级载荷变形演示灯（72）下方设置有 悬挑梁二级载荷变形演示灯（。

7、73）；还包括设置在建筑物结构框架一侧的多个水平外力演示 灯（8），在水平外力演示灯（8）对侧的建筑物结构框架内设置有多个水平反力演示灯（80）。 3. 如权利要求2所述的基于节点的建筑智能演示教学系统，所述的终端（6）为手持式 移动终端，所述的终端（6）与控制系统无线通信。 4. 如权利要求3所述的建筑物结构力学光电演示系统，其特征在于：所述的终端（6） 采用HT368型手持型终端设备，所述的终端（6）和控制主机（5）内分别设置有UTC-1212RD 无线通信模块。 5. 如权利要求1、2、3或4所述的基于节点的建筑智能演示教学系统，其特征在于：所 述的节点包括以下节点中的至少一个： 节点一。

8、：总述节点；节点二：钢筋材料；节点三：地基基础介绍；节点四：条形基础1；节 权 利 要 求 书CN 104134395 A 2/2页 3 点五：条形基础2；节点六：独立基础1；节点七：独立基础2；节点八：桩基承台；节点九： 梁板式筏基1；节点十：梁板式筏基2；节点十一：基础相关构造；节点十二：主体工程介绍； 节点十三：柱平法1；节点十四：柱平法2；节点十五：柱平法3；节点十六：剪力墙平法1； 节点十七：剪力墙平法2；节点十八：剪力墙平法3；节点十九：梁平法1；节点二十：梁平法 2；节点二十一：梁平法3；节点二十二：梁平法4悬挑梁板；节点二十三：有梁楼盖平 法；节点二十四：楼板相关构造平法；节点。

9、二十五：现浇混凝土板式楼梯1；节点二十六：现 浇混凝土板式楼梯2；节点二十七：电气及给排水系统；节点二十八：通风空调系统；节点 二十九：消防系统；节点三十：工程项目的验收。 6. 如权利要求5所述的基于节点的建筑智能演示教学系统，其特征在于：所述建筑物 结构框架上设置有与所述数据库内每条记录一一对应的二维码标记，还包括至少一个带有 摄像头的平板电脑。 7. 如权利要求6所述的基于节点的建筑智能演示教学系统，其特征在于：所述的平板 电脑与控制主机之间移动通信或经终端与控制主机通信。 8. 如权利要求6所述的基于节点的建筑智能演示教学系统，其特征在于：所述的数据 库以副本存储在平板电脑内，还包括数。

10、据库的本地调用程序。 权 利 要 求 书CN 104134395 A 1/8页 4 基于节点的建筑智能演示教学系统 技术领域 0001 本发明涉及教学实训系统，具体涉及一种基于节点的建筑智能演示教学系统。 背景技术 0002 高校建筑专业教学中涉及建筑物建筑力学课程，教学内容主要有：建筑物的不同 部位基本受力情况，例如建筑物的柱、梁、屋顶、地面等部位受力情况；建筑物受到各种力 时，力的传递路径和变形情况；具体而言涉及到：梁的集中荷载、梁的均布荷载、悬挑梁集 中荷载、悬挑梁均布荷载、柱的轴心受压、柱的小偏心受压、框架结构体系传力、建筑物水平 力应力情况等。 0003 另外，高校建筑专业教学还涉及。

11、工程施工、建筑设计、造价、监理、验收等内容。 0004 现有教学条件下，上述课程或教学内容均通过教师集中讲解，或通过计算机以 ppt、音视频资料等方式进行；不管哪种教学方式，都不能将教学内容与建筑实物相结合，因 而教学内容抽象，与实际建筑物联系不紧密，教学不够直观，理论与实际脱离，影响学生理 解和掌握知识点。 发明内容 0005 本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于节点的建筑智能演示教学系统，能 够以直观方式演示建筑物建筑力学知识点，直观展示基本受力情况、受力变形情况，实现理 论与工程实际相结合的教学模式；能提供与实物模型有机结合的高校建筑课程多媒体教学 内容；同时，该系统还提供了直观的自。

12、学模式。 0006 为解决上述技术问题，本发明的基于节点的建筑智能演示教学系统，包括建筑物 结构框架，所述建筑物结构框架包括设置在地面上的基础骨架、设置在基础骨架之上的至 少四根立柱骨架，相邻立柱骨架之上设置有横梁骨架、横梁骨架之上通过立柱骨架设置有 屋顶骨架，其特征在于：还包括光电演示系统、节点展示系统和控制系统； 所述的光电演示系统包括设置在建筑物结构框架上的多个演示灯和演示灯带； 所述控制系统包括控制主机，所述控制主机包括光电控制部分和节点控制部分； 所述光电控制部分包括通过电路板连接的单片机，还包括与光电演示系统各演示灯、 灯带对应的多个继电器，所述单片机与所述多个继电器连接，所述的多。

13、个演示灯和演示灯 带分别经继电器与外部电源连接；所述的单片机内设置有多个光电演示程序模块； 所述节点控制部分包括与单片机连接的PC机，所述的PC机中设置有节点展示数据 库； 所述建筑物结构框架被划分为若干和演示灯、演示灯带对应的多个节点，所述节点展 示数据库内对应每个节点设置有一条记录，每条记录中包含有音频数据、视频数据、ppt数 据、图片数据、考试数据中的至少一种，还包括与PC机连接的数据输出装置； 还包括可与控制系统通信的终端，所述终端可与单片机通信并调用单片机内的光电演 示程序模块；所述终端内还设置有数据库调用接口，所述终端可通过单片机调用所述PC机 说 明 书CN 104134395 。

14、A 2/8页 5 内的节点展示数据库内的数据并通过PC机输出装置进行输出。 0007 优选的，所述的建筑物结构框架上的演示灯和演示灯带包括：沿基础骨架布置有 多个基础荷载演示灯；在立柱骨架内自上而下设置有多组建筑内力荷载演示灯；设置在立 柱骨架内的至少一条立柱小偏心受压演示灯带；设置在所述的横梁骨架之上的多个横梁均 布荷载演示灯、设置在横梁骨架之上的横梁集中荷载演示灯；所述的横梁骨架内沿其走向 设置的横梁一级荷载变形曲线演示灯和至少一条横梁二级荷载变形曲线演示灯；设置在所 述立柱骨架与横梁骨架结合部位的弯矩受力演示灯；沿屋顶骨架其走向设置的多个屋顶荷 载演示灯；所述建筑物结构框架上设置有悬挑梁。

15、骨架，至少一个悬挑梁骨架上方沿其走向 设置有多个悬挑梁均布荷载演示灯，悬挑梁骨架上方还设置有悬挑梁集中荷载演示灯，悬 挑梁骨架上还设置有悬挑梁一级载荷变形演示灯，悬挑梁一级载荷变形演示灯下方设置有 悬挑梁二级载荷变形演示灯；还包括设置在建筑物结构框架一侧的多个水平外力演示灯， 在水平外力演示灯对侧的建筑物结构框架内设置有多个水平反力演示灯。 0008 优选的，所述的终端为手持式移动终端，所述的终端与控制系统无线通信。 0009 优选的，所述的终端采用HT368型手持型终端设备，所述的终端和控制主机内分 别设置有UTC-1212RD无线通信模块。 0010 优选的，所述的节点包括以下节点中的至少。

16、一个： 节点一：总述节点；节点二：钢筋材料；节点三：地基基础介绍；节点四：条形基础1；节 点五：条形基础2；节点六：独立基础1；节点七：独立基础2；节点八：桩基承台；节点九： 梁板式筏基1；节点十：梁板式筏基2；节点十一：基础相关构造；节点十二：主体工程介绍； 节点十三：柱平法1；节点十四：柱平法2；节点十五：柱平法3；节点十六：剪力墙平法1； 节点十七：剪力墙平法2；节点十八：剪力墙平法3；节点十九：梁平法1；节点二十：梁平法 2；节点二十一：梁平法3；节点二十二：梁平法4悬挑梁板；节点二十三：有梁楼盖平 法；节点二十四：楼板相关构造平法；节点二十五：现浇混凝土板式楼梯1；节点二十六：现 浇。

17、混凝土板式楼梯2；节点二十七：电气及给排水系统；节点二十八：通风空调系统；节点 二十九：消防系统；节点三十：工程项目的验收。 0011 优选的，所述建筑物结构框架上设置有与所述数据库内每条记录一一对应的二维 码标记，还包括至少一个带有摄像头的平板电脑。 0012 优选的，所述的平板电脑与控制主机之间移动通信或经终端与控制主机通信。 0013 优选的，所述的数据库以副本存储在平板电脑内，还包括数据库的本地调用程序。 0014 本发明的基于节点的建筑智能演示教学系统，其技术特点有： 1、控制系统通过多个继电器控制各演示灯、灯带通电或断电，以光学模式直观展示基 础、立柱、横梁、屋顶等部位的基本受力情。

18、况，教师可以通过终端对控制系统进行操作，使得 单片机按照设定的程序控制不同演示灯的明灭，从而根据各知识点进行直观教学，实现理 论与实际相结合的教学模式。 0015 2、可直观展示建筑物受载荷（自重、外力等）影响的受力变形情况。 0016 3、上述技术方案中，单片机可以实现编程，从而控制若干个演示灯依次明灭，还可 控制演示灯工作时间间隔，从而演示某个节点的受力传递情况。 0017 4、节点展示系统与按照建筑物结构框架相结合，并根据教学大纲的知识点要求进 行节点设置，并在数据库中对应的搜集音频数据、视频数据、ppt数据、图片数据、考试数据 说 明 书CN 104134395 A 3/8页 6 等各。

19、种教学资源。教学过程中根据需要通过终端内的点播系统进行实时点播，通过与PC机 连接的投影仪、音响等数据输出装置输出，教师可以将上述多媒体教学资源与前述的光学 演示系统进行有机结合，充分提高教学效果。 0018 5、教学过程中，师生可以根据教学点设置走动到建筑结构模型的不同部位，并通 过手持式移动设备与控制主机之间移动通信，通过手持式移动设备以实现对与控制主机连 接的PC机内数据库的调用，并将音频数据、视频数据、ppt数据、图片数据、考试数据等各种 教学资源通过与控制主机连接的PC机数据输出装置输出进行集中教学，通过多媒体实现 教学方式的多样化。 0019 6、本技术方案中，平板电脑上安装一个数。

20、据库调用软件，学生可以通过平板电脑 扫描二维码标记，然后选择每一个节点对应的音频数据、视频数据、ppt数据、图片数据、考 试数据等教学资源进行自主学习。 附图说明 0020 图1是本发明的基于节点的建筑智能演示教学系统的原理图； 图2a是本发明的基于节点的建筑智能演示教学系统的控制系统电路板设计图； 图2b是电源电路原理图； 图2c是MCU烧录及复位电路原理图； 图2d是控制主机的MCU接口电路图； 图2e是无线通信模块UTC-1212RD的引脚分布图； 图2f是无线通信模块UTC-1212RD与MCU的连接示意图； 图2g是继电器控制原理图； 图2h是继电器控制电路板示意图； 图3是本发明中。

21、建筑物结构框架部分的示意图（建筑结构北立面图）； 图4是图3的左视图（建筑结构东立面图）； 图5是图3的-线剖视图（建筑结构的轴立面图）； 图6是图3的-线剖视图（建筑结构的轴立面图）； 图7是图3的-线剖视图（建筑结构的轴立面图）； 图8是图3的-线剖视图（建筑结构的轴立面图）； 图9是图3的-线剖视图（建筑结构的轴立面图）； 图10是本发明中建筑物结构框架部分的立体示意图。 具体 实施方式 0021 下面结合附图对本发明做进一步说明。 0022 如图10可见，本发明通过在建筑物结构框架的不同部分设置演示灯、灯带，由控 制系统对其进行可编程的控制，实现演示灯、灯带逐次明灭，从而直观的展示建筑。

22、物的受力 状态、力的传递以及建筑物在自重及外力影响下的受力情况与变形趋势。 0023 如图1所示，手持终端将指令数据经无线发送模块发送（传输距离200300米）。无 线接收模块接收后传给单片机模块，一方面单片机根据编好的程序发出不同的指令，来控 制相应的电子开关组（继电器）闭合，从而控制灯箱按照需要逐次亮灭；另一方面，单片机通 说 明 书CN 104134395 A 4/8页 7 过RS232接口将指令传输给计算机，计算机接受指令后，按照编好的程序把相应的储存在 计算机内PPT、图片、音视频等教学资源数据调用出来，通过与PC机连接的投影仪、音响等 数据输出装置输出进行集中教学，通过多媒体实现教。

23、学方式的多样化。 0024 为了满足教学需要，本发明中，按照1:1比例建立一座全框架钢筋骨架结构的建 筑实体模型，并严格按照建筑规范要求和G101图集要求施工、安装，展示建筑物内在结构 特点；该建筑物模型内还可安装消防系统、给排水系统、建筑电气系统、应急照明系统、门禁 系统、通风空调系统、智能建筑系统、监控系统等。 0025 如图3至图9可见，所述建筑物结构框架模拟一座二层小楼，其包括设置在地面上 的基础骨架1，具体包括独立基础、条形基础、筏形基础及桩基承台，基础骨架1之上设置有 若干立柱骨架2，相邻立柱骨架2之上设置有横梁骨架3，横梁骨架3之上通过立柱骨架2 设置有屋顶骨架4，建筑物结构框架。

24、上还设置有悬挑梁骨架7。以上部分根据教学需要，搭 建出包含基础骨架、梁、柱、顶等元素的建筑框架模型，为了保证强度，该建筑框架模型设置 有内骨架。该模型是可扩展的，可根据教学需要增加楼梯、挑梁等结构，光学指示设备相应 增加。 0026 还包括光电演示系统、节点展示系统和控制系统。 0027 所述的光电演示系统包括设置在建筑物结构框架上的多个演示灯和演示灯带。 0028 所述控制系统包括控制主机5，所述控制主机5包括光电控制部分和节点控制部 分。 0029 所述光电控制部分包括通过电路板连接的单片机，还包括与光电演示系统各演示 灯、灯带对应的多个继电器，所述单片机与所述多个继电器连接，所述的多个演。

25、示灯和演示 灯带分别经继电器与外部电源连接；所述的单片机内设置有多个光电演示程序模块； 所述节点控制部分包括与单片机连接的PC机，所述的PC机中设置有节点展示数据库； 所述的单片机与PC机的rs232接口连接并对其进行控制。 0030 所述建筑物结构框架被划分为若干和演示灯、演示灯带对应的多个节点，所述节 点展示数据库内对应每个节点设置有一条记录，每条记录中包含有音频数据、视频数据、 ppt数据、图片数据、考试数据中的至少一种，还包括与PC机连接的数据输出装置；数据输 出装置包括投影仪、音响、打印机等。 0031 如图2a可见，控制系统用于对光电演示系统进行控制，其包括控制主机5，所述控 制主。

26、机5上设置有控制系统电路板，所述的控制系统电路板上设置有电源电路51、程序烧 录及复位电路52、MCU接口电路53、UTC1212接口电路54、多个继电器电路板插口55，所述 单片机经MCU接口电路53连接至电路板，所述的多个继电器电路板插口55分别连接有继 电器控制电路板，每个继电器控制电路板连接若干个继电器，所述的多个演示灯和演示灯 带分别经继电器与外部电源连接。 0032 如图2b可见，由于单片机C8051F060和电平转换芯片SP3232需要+3.3V的工作 电压，而串并转换芯片DM74LS164M需要+5 V电压，因此输入的+740V DC经过电源芯片 LM2596-5.0（U1）转。

27、换后，输出+5V电压。+5V电压一路输送到串并转换芯片DM74LS164M， 另一路输入电源芯片LM1085S-3.3（U2），用来产生+3.3V电压，供单片机等数字电路使用。 0033 项目设计的C8051F060单片机烧录及复位电路如图2c所示，复位电路允许很容易 地将控制器置于一个预定的缺省状态。在进入复位状态时，将发生以下过程： 说 明 书CN 104134395 A 5/8页 8 CIP-51 停止程序执行 特殊功能寄存器（SFR）被初始化为所定义的复位值 外部端口引脚被置于一个已知状态 中断和定时器被禁止。 0034 如图2d可见，MCU接口电路是整个控制电路板的核心，由C8051。

28、F060单片机实现 控制继电器通断、与外界通信等。该模块主要用到单片机的定时器和中断功能。按照控制 灯箱亮灭的时间和顺序，单片机分别控制相应的I/O 引脚发出高电平或低电平，并将这些 控制信号传输给继电器电路板，从而达到控制继电器开关通断的目的。 0035 本发明中，还包括远程操作系统，所述远程操作系统包括至少一个终端6，所述终 端6与控制主机5之间以无线方式通信。 0036 所述的终端6采用HT368型手持型终端设备，所述的终端6与控制主机5之间采 用ZigBee协议无线通信。所述的终端6和控制主机5内分别设置有UTC-1212RD无线通信 模块。经过比较，我们选用杭州飞拓电子科技有限公司的。

29、基于ZigBee通信的无线通信模块 UTC-1212RD。UTC-1212RD外观尺寸为32.2 x 18.3 x 7mm，可以安装到手持终端内部。 0037 表1 UTC-1212RD引脚说明 图2e是无线通信模块UTC-1212RD的引脚分布图。无线通信模块UTC-1212RD与MCU 的连接如图2f所示。UTC-1212RD模块与用户MCU 连接时，RDT_A 和RDT_B 脚分别接MCU 的两个GPIO 口，模块的RXD和TXD 分别接MCU 串口的TX 脚和RX 脚，AUX 脚接MCU 的外 部中断脚（AUX 非必需，如不使用保持悬空即可）。 0038 无线通信模块UTC-1212R。

30、D与手持式终端的连接方式与MCU 连接类似。 0039 继电器电路板工作原理图如图2g所示。当控制系统电路板给三极管发出高电平 信号（即Q1为高电平）时，三极管导通，从而继电器工作，继电器1、3引脚和2、4引脚分别吸 合，从而电磁阀接口K1的两个接线口导通，控制的灯箱开始工作。当Q1为低电平时，K1的 两个接线口断开。 0040 如图2a、图2h可见，所述的控制系统电路板上设置有多个继电器电路板插口55， 所述的继电器电路板插口55与继电器控制电路板连接，每块继电器控制电路板分别连接 多个继电器，图示中连接有12个继电器，相应的可控制12条电路。通过单片机发出高低电 平信号控制继电器通断。 0。

31、041 如图1、图2a可见，所述的控制系统电路板上设置有RS232端口56，单片机通过 说 明 书CN 104134395 A 6/8页 9 RS232端口56与所述PC机的com口连接，从而实现对PC机控制，进而调用PC机内节点展 示数据库的教学资源。 0042 所述建筑物结构框架被划分为若干和演示灯、演示灯带对应的多个节点，所述节 点展示数据库内对应每个节点设置有一条记录，每条记录中包含有音频数据、视频数据、 ppt数据、图片数据、考试数据中的至少一种，还包括与PC机连接的数据输出装置；所述的 节点包括以下节点中的至少一个： 节点一：总述节点；节点二：钢筋材料；节点三：地基基础介绍；节点四。

32、：条形基础1；节 点五：条形基础2；节点六：独立基础1；节点七：独立基础2；节点八：桩基承台；节点九： 梁板式筏基1；节点十：梁板式筏基2；节点十一：基础相关构造；节点十二：主体工程介绍； 节点十三：柱平法1；节点十四：柱平法2；节点十五：柱平法3；节点十六：剪力墙平法1； 节点十七：剪力墙平法2；节点十八：剪力墙平法3；节点十九：梁平法1；节点二十：梁平法 2；节点二十一：梁平法3；节点二十二：梁平法4悬挑梁板；节点二十三：有梁楼盖平 法；节点二十四：楼板相关构造平法；节点二十五：现浇混凝土板式楼梯1；节点二十六：现 浇混凝土板式楼梯2；节点二十七：电气及给排水系统；节点二十八：通风空调系统。

33、；节点 二十九：消防系统；节点三十：工程项目的验收。 0043 实施例1梁的集中荷载演示模块及梁平法节点展示 如图9可见，在全框架钢结构二层楼中，选一个横梁骨架3作为演示用梁，横梁骨架3 上安装一个红色演示灯作为横梁集中荷载演示灯31、六个黄色演示灯作为横梁均布荷载演 示灯30、二个橙色演示灯作为弯矩受力演示灯230、一条黄色灯带作为一级荷载变形曲线 演示灯32、一条红色灯带作为横梁二级荷载变形曲线演示灯33。 0044 所述横梁均布荷载演示灯30包括上下两个光源，通过两个继电器控制以实现六 个横梁均布荷载演示灯30按照上半部分、下半部分各成一组演示。 0045 如图1、图2可见，所述控制系统。

34、包括控制主机5，所述控制主机5包括单片机，所 述单片机可使用C8051系列单片机，本实施例中使用C8051F060单片机，还包括与演示灯连 接的5个继电器（6个横梁均布荷载演示灯30 使用2个继电器控制、横梁集中荷载演示灯 31使用1个继电器控制、二个橙色演示灯作为弯矩受力演示灯230使用1个继电器控制、一 级荷载变形曲线演示灯32、一条横梁二级荷载变形曲线演示灯33各使用1个继电器控制）， 所述单片机与所述多个继电器连接；所有演示灯各自经继电器与电源电连接。 0046 控制主机5内通过电路板为单片机、继电器以及其余部件提供连接载体，并为各 设备提供电源等支撑条件。 0047 为了便于教师对演。

35、示模块进行远程操作，本实施例中，终端6使用一台HT368型手 持型终端设备，无线通信采用杭州飞拓电子科技有限公司的基于ZigBee协议的无线通信 模块UTC-1212RD。 0048 梁的集中荷载演示具体如下； 第一步：红色演示灯（横梁集中荷载演示灯31）亮下面1/2部分； 第二步：延时几秒，二个橙色演示灯（弯矩受力演示灯230）点亮； 第三步：延时几秒，黄色灯带（弯矩受力演示灯230）点亮； 第四步：延时几秒，红色演示灯（横梁集中荷载演示灯31）亮上面另外1/2部分，表示集 中荷载受力增大，受到二级荷载； 说 明 书CN 104134395 A 7/8页 10 第五步：延时几秒，红色灯带（横。

36、梁二级荷载变形曲线演示灯33）点亮，同时黄色灯带 （一级荷载变形曲线演示灯32）关闭； 第六步：延时几秒，所有点亮的演示灯全部关闭； 第七步：延时几秒，再次按照第一步-第六步循环。 0049 通过以上步骤，来动态演示梁的集中荷载受力变形情况。 0050 所述单片机按照上述步骤进行编程，教师通过手持终端6发指令给控制主机5，启 动单片机内梁的集中荷载演示程序进行演示。在演示过程中，教师通过终端6可进行暂停， 然后单片机与PC机之间通过RS232接口通信，并调用PC机内节点十九或节点二十对应的 数据库教学资源，ppt及视频资源通过投影展示，音频文件通过音响展示。 0051 本实施例中，教学内容直观。

37、，教学形式丰富。实现静态模型与动态模型结合、理论 与实际相结合的教学新模式。 0052 实施例2悬挑梁集中荷载演示模块及梁平法4节点展示 如图5可见，选一个悬挑梁骨架作为演示用梁，悬挑梁骨架7上安装一个红色演示灯作 为悬挑梁集中荷载演示灯71、一个橙色演示灯作为弯矩受力演示灯230、一条蓝色灯带作 为悬挑梁一级载荷变形演示灯72、一条黄色灯带作为悬挑梁二级载荷变形演示灯73。 0053 控制系统包括单片机及5个继电器。 0054 悬挑梁的集中荷载演示具体如下； 第一步：红色演示灯（悬挑梁集中荷载演示灯71）亮下面1/2部分； 第二步：延时几秒，橙色演示灯（弯矩受力演示灯230）亮起； 第三步：。

38、延时几秒，蓝色灯带（悬挑梁一级载荷变形演示灯72）亮起； 第四步：延时几秒，红色演示灯（悬挑梁集中荷载演示灯71）亮上面另外1/2部分，表示 集中荷载受力增大，受到二级荷载； 第五步：延时几秒，黄色灯带（悬挑梁二级载荷变形演示灯73）亮起，同时蓝色灯带（悬 挑梁一级载荷变形演示灯72）关闭； 第六步：延时几秒，所有亮起的演示灯全部关闭； 第七步：延时几秒，再次循环（按照从第一步-第六步循环） 通过以上步骤，来动态演示悬挑梁的集中荷载受力变形情况。 0055 所述单片机按照上述步骤进行编程，教师通过手持终端6发指令给控制主机5，启 动单片机内悬挑梁的集中荷载演示程序进行演示。在演示过程中，教师通。

39、过终端6可进行 暂停，然后通过终端6启动单片机内的节点展示系统，单片机与PC机之间通过RS232接口 通信，并调用PC机内节点二十二对应的数据库教学资源，ppt及视频资源通过投影展示，音 频文件通过音响展示。实现静态模型与动态模型结合、理论与实际相结合的教学新模式。 0056 实施例3柱的轴心受压演示模块及柱平法节点展示 如图3至图9可见，在全框架钢筋骨架结构二层楼中，选一个立柱骨架2作为演示用 柱，立柱骨架2上沿轴心从上向下按顺序安装四组高亮度白色演示灯作为建筑内力荷载演 示灯20。 0057 如图1、图2可见，控制系统包括单片机，还包括与建筑内力荷载演示灯20对应的 4个继电器，所述单片机。

40、与所述多个继电器连接；所有演示灯各自经继电器与电源电连接。 0058 柱的轴心受压演示具体如下： 说 明 书CN 104134395 A 10 8/8页 11 第一步：立柱骨架2的最上面一组白色演示灯通电发光，表示立柱骨架2受到轴心受 压。 0059 第二步：延时几秒，立柱骨架2上面第二组白色演示灯通电发光，表示柱的轴心受 压向下传递。 0060 第三步：延时几秒，立柱骨架2上面第三组白色演示灯通电发光，表示柱的轴心受 压继续向下传递。 0061 第四步：延时几秒，立柱骨架2上面第四组白色演示灯通电发光，表示柱的轴心受 压继续向下传递。 0062 第五步：延时几秒，立柱骨架2上四组演示灯全部关。

41、闭。 0063 第六步：延时几秒，重复上述步骤一至五。 0064 本发明中，各演示灯、灯带延时时长3至5秒为宜。 0065 通过以上步骤，来动态演示柱的轴心受压传递情况。 0066 所述单片机按照上述步骤进行编程，教师通过手持终端6发指令给控制主机5，启 动单片机内柱的轴心受压演示程序进行演示。在演示过程中，教师通过终端6可进行暂停， 然后通过终端6启动单片机内的节点展示系统，单片机与PC机之间通过RS232接口通信， 并调用PC机内节点十四（柱平法）对应的数据库教学资源，ppt及视频资源通过投影展示， 音频文件通过音响展示。实现静态模型与动态模型结合、理论与实际相结合的教学新模式。 0067。

42、 实施例4节点自主学习系统 本实施例面向学生提供与建筑物结构框架结合的自主学习系统。 0068 如图1可见，所述建筑物结构框架上设置有与所述数据库内每条记录一一对应的 二维码标记，还包括带有摄像头的平板电脑，所述的平板电脑与控制主机之间移动通信或 经终端与控制系统通信。本实施例中，平板电脑上安装一个数据库调用软件，学生可以手持 平板电脑在二层的钢筋骨架结构建筑上自由走动，来到挂有二维码标识牌的节点位置，通 过平板电脑上摄像头扫描二维码标识牌，则平板电脑上开始播放相应节点综合介绍(语音 介绍)，同时建筑物上相应节点演示灯点亮闪烁；语音介绍完毕后，平板电脑上相应节点菜 单打开，显示PPT文件夹、图。

43、片文件夹、视频文件夹、音频文件夹；点击相应文件夹，可把相 应建筑节点有关的音视频资料、图片资料、ppt资料等教学资源，显示在手持平板电脑上，学 习相应的建筑物节点对应的理论与实践知识； 通过平板电脑扫描二维码标记，然后选择每一个节点对应的音频数据、视频数据、ppt 数据、图片数据、考试数据等教学资源进行自主学习。 0069 为了降低网络负荷，可以将教学数据库及调用程序全部安装至平板电脑内，学生 在对节点内容进行学习时，根据学习需要，对建筑物结构框架上的二维码扫描获取记录号， 然后在平板电脑上直接读取数据，实现本地自学，同样达到理论与实物结合的实训学习目 的。 说 明 书CN 104134395。

44、 A 11 1/9页 12 图1 图2a 说 明 书 附 图CN 104134395 A 12 2/9页 13 图2b 图2c 说 明 书 附 图CN 104134395 A 13 3/9页 14 图2d 图2e 说 明 书 附 图CN 104134395 A 14 4/9页 15 图2f 图2g 说 明 书 附 图CN 104134395 A 15 5/9页 16 图2h 图3 说 明 书 附 图CN 104134395 A 16 6/9页 17 图4 图5 说 明 书 附 图CN 104134395 A 17 7/9页 18 图6 图7 说 明 书 附 图CN 104134395 A 18 8/9页 19 图8 图9 说 明 书 附 图CN 104134395 A 19 9/9页 20 图10 说 明 书 附 图CN 104134395 A 20 。