专利名称：一种激光表演装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种激光表演装置。
背景技术：
现有的激光表演系统采用的扫描头有步进电机和振镜，表演的图形显示效果有光束和图形动画。采用步进电机式的系统由于精度和速度影响，用在中小型表演系统中，作光束表演(光线在空间表现的效果)，它使用单片机(MCU)作为控制器，采用小功率激光器，系统操作简单，成本低；而采用振镜式的系统，振镜精度高和速度快，用在大型表演系统中，作光束表演又作图形动画表演(光线在平面表现的效果)，它使用计算机作为控制器，采用大功率单色或彩色激光器，系统操作复杂，成本高。激光显示采用矢量扫描方式成像，基于人眼视觉暂留效应，用扫描头控制光束在空间或屏幕上沿着图形轮廓快速扫描，得到了稳定图形或动画效果。
扫描头是振镜式的激光表演系统，振镜性能高，大功率激光器具有调制功能(采用用声光调制器)，容易实现图形断笔功能-激光的有无(这类似写字的连笔、抬笔和落笔)，能达到质量很高的图形动画效果。
在中小型系统中，扫描头采用步进电机式的激光表演系统，目前还没有开发出图形断笔功能，其原因是这种低成本系统中采用的激光器不支持激光调制功能。所以这些系统只能做一些连笔的的几何图形和简单的不规则图形，用作光束表演，应用领域收到限制。这些激光表演系统是一个小型的激光显示系统，主要由激光器、单片机控制器、扫描头等组成(图1)。其中单片机控制器是系统中枢，存储演示节目，在演示过程中自动控制系统各部件的协调动作；扫描头由步进电机及其带动的X-Y反射镜片组组成。单片机控制器根据事先编辑好存储在单片机内部ROM的节目内容，输出控制命令，经步进电机驱动电路驱动后控制步进电机完成扫描，激光器发出激光(通常为绿激光)经由步进电机带动的镜片组投射到屏幕上指定位置。表演节目可以受声音节拍控制播放，它通过声控单元拾取声音控制信号。
在这种系统中，单片机只控制扫描头反射镜的偏转来完成扫描，并没有控制激光器实现调制激光来到达图形断笔，没有充分发挥出它所具有的潜力。系统对激光器要求低，控制软件设计相对简化，但系统无法实现有断笔或复杂图形，这就限制了小系统应用领域。
实用新型内容本实用新型的目的就是为了解决以上问题，提供一种激光表演装置，以较低的成本实现断笔功能。
本实用新型实现上述目的的激光表演装置包括激光器、控制器、扫描头，所述扫描头包括步进电机带动的X-Y反射镜组和步进电机驱动器，所述控制器与步进电机驱动器相连，步进电机驱动器又与步进电机带动的X-Y反射镜组相连，并且所述步进电机带动的X-Y反射镜组位于激光器所发射的光线的光路上；其特征是还包括激光器电源调制单元，其一个输入端与控制器相连，一个输出端与激光器相连。
该装置还可包括声控单元，与单片机控制器相连。
所述控制器可采用单片机。
所述激光器电源调制单元包括与单片机相连的第一端口、与第一端口另一端相连的光电耦合器、三极管和与激光器电源端口相连的第二端口，所述光电耦合器的输出端与三极管的基极相连，第二端口两端分别接于三极管的集电极和发射极，从而使激光器并联于三极管的集电极和发射极一侧。
采用以上方案的有益效果由于仍采用步进电机作扫描头，用控制器来控制扫描头的X轴和Y轴两个反射镜协调偏转实现光束沿着图形轮廓快速扫描，此结构原理大体与原有的表演小系统类似，成本相当。同时由于增加了激光器电源调制单元，可控制激光器激光的有无来实现激光成像，可以完成复杂的光束效果和简单的图形动画表演，并且实现断笔功能。
图1是现有技术中的表演装置示意图。
图2是本实用新型实施例表演装置示意图。
图3是激光调制器示意图。
图4是本实用新型实施例软件流程图见图4
图5是节目单元软件流程图。
图6是现有技术联机工作原理示意图。
图7是本实用新型联机工作原理示意图。
图8是本实用新型联机工作局部电路原理示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。
本激光表演装置采用步进电机作扫描头，单片机作为控制器来控制扫描头的X轴和Y轴两个反射镜协调偏转实现光束沿着图形轮廓快速扫描，同时控制着激光器激光的有无来实现激光成像，可以完成复杂的光束效果和简单的图形动画表演。
如图2所示，本系统包括激光器1、单片机控制器2、扫描头3，所述扫描头3包括步进电机带动的X-Y反射镜组32和步进电机驱动器31，所述单片机控制器2与步进电机驱动器31相连，步进电机驱动器31又与步进电机带动的X-Y反射镜组32相连，并且所述步进电机带动的X-Y反射镜组32位于激光器1所发射的光线的光路上；其特征是还包括激光器电源调制单元5，其一个输入端与单片机控制器2相连，一个输出端与激光器1相连。还包括声控单元21，与单片机单片机控制器2相连。
所以，与原有的表演小系统相比，此系统能实现1.激光器具有调制功能。
2.图形可以断笔。
3.能实现复杂图形成像。
激光调制器如图3所示，所述激光器电源调制单元5包括与单片机相连的第一端口CON1、与第一端口CON1另一端相连的光电耦合器U1、三极管Q1和与激光器电源端口相连的第二端口CON2，所述光电耦合器U1的输出端与三极管Q1的基极相连，第二端口CON2两端分别接于三极管Q1的集电极和发射极，从而使激光器1并联于三极管Q1的集电极和发射极一侧。此结构大体与原有的表演小系统类似，成本相当。
控制软件驱动激光调制器实现图形断笔功能。单片机发出控制信号来调制激光器的电源，实现激光有无来达到断笔效果。
当图形需要断笔时，单片机发出断笔控制信号送至CON1端口，信号经过光电耦合器耦合至Q1，Q1调制激光器电源(CON2接至激光器电源端口，与LD并联)。在需要图形断笔时，使Q1导通，从而原流过LD的电流一部分被Q1分流，使LD的电流在它的阈值之下，LD不能发光，达到图形断笔效果。激光器电源调制器相当于一个数控的分流器。
软件控制步进电机转动扫描，控制激光调制器实现图形断笔，接受声控信号来控制表演节目按声音节拍或强弱播放，是一个大型的底层控制软件。软件采用单片机C语言设计，这使得程序结构严谨，可读性和移植性比汇编语言大大增强，使得计算量和编程量大为减少，复杂图形实现变成可能。
软件流程图见图4。扫描头反射镜面需要一个参考位置，它是靠电机转动复位设置的。表演的节目是以节目单元为单位播放的，而单元节目的切换是由声控即声音节奏控制的。单片机采用中断方式响应声控触发，在声控中断程序置声控标志位，节目程序中查询声控标志位的方法设计声控软件。根据查询结果，程序作相应的处理(继续执行或跳出改变图形节目)。
单元节目是由基本图形组成的一组有有特色、有规律的的简短节目。图形是由很多线段组成，两线段的交汇处构成一拐点，用反射镜的转动去控制光点朝向下一拐点扫描。单元节目软件流程图如图5所示。
本实用新型还提出一个新的联机同步设计。
联机同步是使多台表演系统的表演节目、表演效果完全相同，是通过主机去控制从机，是从机扫描振镜与主机扫描振镜的扫描动作完全一样。
(1)现有方案如图6所示，现有的小型系统采用的是全硬件联机。它的距离、联机数受限，联机线和(主机)电机驱动芯片电流很大，容易损坏器件。采用的是全硬件并行传送数据实现联机同步，软件起不了控制作用，联机方式如下联机工作原理主机单片机正常工作，从机单片机电源断掉，从机的电机受主机控制。电机电压由各自机子提供，X轴电机个相引线全部并联在一起，Y轴电机个相引线全部并联在一起，最后由主机电机驱动芯片驱动控制，流过电机的大电流都灌入到主机驱动芯片，再经过公共地流回各自机子(图略)。这样使主机的芯片驱动电流是从机的n倍(I＝I1+I2+......In，n为联机数)。芯片驱动电流有限，当联机数达到一定数量时，电流超过极限值，芯片将损坏。
存在问题(1)大电流。是一种大电流的全硬件联机，容易仿制，主机驱动芯片电流是从机的N倍(N为联机数)，容易损坏驱动芯片。
(2)联机引线很多。一个通道(X和Y两个电机)需要9芯引线，双通道需要17芯引线。
(3)联机数受限。由于电机相电流电流大，联机数理论计算不能超过6台。
(4)联机距离较短。电流大，导线存在阻抗，不能超过10米。
(5)不联机是必须拔掉连接线，否则电机无法工作。
(6)不同机型联机(不带断笔、带断笔、双头)连接线数不同，导致接口很难统一、兼容。
(2)新方案如图7所示，本实用新型采用RS485差分信号串行发送/接受单片机控制数据实现联机同步，其原理结构框图如下工作原理联机工作，主机串行发送联机同步数据，从机单片机接受数据，接受到数据后再并行输出同步数据去控制电机工作。这种联机有类似DMX512控制(采用RS485差分信号、512协议)，由于采用了485差分信号，只需两芯的联机线，理论上联机线可达1200米，联机数无限制，但实际中联机数至多一两百台。
有以下优点(1)软件控制联机数据，从机数据可以与主机数据不同(图形配合)，联机功能更强大。
(2)联机线少。只需两芯。
(3)联机距离大。差分信号抗干扰能力强，联机距离可以到1200米。
(4)联机数多。联机数至多一两百台。
(5)不作联机时联机线不需拔掉。
采用了差分信号传送数据，就要把TTL电平转换为RS485差分信号或把RS485差分信号转换为TTL电平，所以需增一电平转换芯片MAX485。工作时，主机的单片机首先要把传送的同步信号送到串口数据缓冲器，通过串口把数据(TTL电平信号)以串行的方式发送经过MAX485后变成差分信号；而在从机中，差分信号经过MAX485就转换成了TTL电平信号，这样就可以送到单片机的串口，经过串行数据到并行数据数据处理后输出电机控制信号，使从机的电机与主机的电机有相同动作。
电平转换器与单片机接口电路如图8所示。
通信联机有以下优点
(1)软件控制联机数据，从机数据可以与主机数据不同(图形配合)，联机功能更强大。
(2)联机线少。只需两芯。
(3)联机距离大。差分信号抗干扰能力强，联机距离可以到1200米。
(4)联机数多。联机数至多一两百台。
(5)不作联机时联机线不需拔掉。
联机通信(串行方式)标准接口还有RS-232C、RS-422、RS-423、RS429。RS-232C是单端的、双极性、不平衡电气接口标准，数据传输率局限于20kbps，抗干扰性差，传输距离局限于15m。RS-423也是单端的、双极性、不平衡电气接口标准，但数据传输率和传输距离比RS-232C明显提高。RS-422差分平衡电气接口，因为是差分信号，其抗干扰能力很强，传输数据和距离远高于RS-423，能够在1200m内把速度提高到100k波特，或在较短距离内提高到10M波特。RS-422是两点之间远程通信，是全双工方式，而RS-485是RS-422的变形，可以多点互联通信，是半双工工作方式。
权利要求1.一种激光表演装置，包括激光器(1)、控制器(2)、扫描头(3)，所述扫描头(3)包括步进电机带动的X-Y反射镜组(32)和步进电机驱动器(31)，所述控制器(2)与步进电机驱动器(31)相连，步进电机驱动器(31)又与步进电机带动的X-Y反射镜组(32)相连，并且所述步进电机带动的X-Y反射镜组(32)位于激光器(1)所发射的光线的光路上；其特征是还包括激光器电源调制单元(5)，其一个输入端与控制器(2)相连，一个输出端与激光器(1)相连。
2.如权利要求1所述的一种激光表演装置，其特征是还包括声控单元(21)，与单片机控制器(2)相连。
3.如权利要求1或2所述的一种激光表演装置，其特征是所述控制器(2)为单片机控制器。
4.如权利要求1或2所述的一种激光表演装置，其特征是所述激光器电源调制单元(5)包括与单片机相连的第一端口(CON1)、与第一端口(CON1)另一端相连的光电耦合器(U1)、三极管(Q1)和与激光器电源端口相连的第二端口(CON2)，所述光电耦合器(U1)的输出端与三极管(Q1)的基极相连，第二端口(CON2)两端分别接于三极管(Q1)的集电极和发射极，从而使激光器(1)并联于三极管(Q1)的集电极和发射极一侧。
5.如权利要求1或2所述的一种激光表演装置，其特征是二台或二台以上单片机控制器通过信号线相连，每个单片机控制器控制各自的步进电机驱动器和电机；所述单片机控制器中有一台为主，其余为从。
6.如权利要求5所述的一种激光表演装置，其特征是与每台单片机控制相对应，各设置一个电平转换电路，各台单片机之间通过各自的电平转换电路互联。
7.如权利要求6所述的一种激光表演装置，其特征是所述电平转换电路是RS-485、RS-232C、RS-422、RS-423、RS429中之一。
专利摘要本实用新型公开一种激光表演装置，该装置包括激光器、控制器、步进电机带动的X－Y反射镜组和步进电机驱动器及激光器电源调制单元，激光器电源调制单元一个输入端与控制器相连，一个输出端与激光器相连。该装置还可包括声控单元，与单片机控制器相连。由于仍采用步进电机作扫描头，此结构原理大体与原有的表演小系统类似，成本相当。同时由于增加了激光器电源调制单元，可控制激光器激光的有无来实现激光成像，可以完成复杂的光束效果和简单的图形动画表演，并且实现断笔功能。
文档编号G09F19/12GK2672796SQ20032010469
公开日2005年1月19日 申请日期2003年12月25日 优先权日2003年12月25日
发明者余建华, 黄代桓 申请人:深圳市镭幻激光高技术有限公司