专利名称：电子焰火控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电子焰火控制装置，它是利用声光电子技术模拟化学焰火燃放过程的电子装置。
目前，节日庆祝等重要场合，往往利用焰火来烘托气氛，在夜空中绚丽多彩的焰火，给人们带来了许多的欢乐。但现有市面上出现的基本上是化学焰火，它的负面影响也是很大的，由于化学焰火本身的特性，经常引起火灾、污染等不良后果，造成各种财产损失，所以，目前许多城市都禁放焰火；另外化学焰火一般都是一次性的，难以做到重复使用，使燃放化学焰火费用过高。至于一些舞台及娱乐休闲场所利用发光材料组成焰火图案，由于控制路数较少，发光显示单元有限，在视觉上无法模拟化学焰火燃放时的连续性，停顿感较强，且每朵焰火设置好之后显示颜色不能改变。
本实用新型的目的是针对上述不足之处，提供一种电子焰火控制装置，采用声光电子技术，利用单片机编程控制，较逼真地模拟化学焰火的燃放过程，可无限次燃放、无污滥、每次燃放能随机变色，燃放形态多样。
本实用新型的目的是按以下方式实现的电子焰火控制装置具有电子焰火控制线路、焰火状灯泡排列装置，控制线路板由下列电路组成电源电路、交流电过“0”脉冲产生器、频率可调振荡器、音量/频率转换器、闪光灯电路、焰火音响电路、焰火功能选择开关、焰火形态选择开关、手工触发开关、外部触发接口、单片机电路、可控硅矩阵扫描电路。电源电路有变压器B1、全波整流桥堆Q1、隔离二极管D1、三端直流稳压器IC1、滤波电容C1、C2；交流电过“0”脉冲产生器包括电阻R1、R2、R3、隔离二极管D1、开关型三极管T1；频率可调振荡器包括时基电路IC2、电阻R4、R5、电位器W、电容C3、C4；音量/频率转换器包括电压/频率转换器IC3、电阻R6、电容C5；闪光灯电路包括变压器B1、B2、电阻R7、三极管T2、闪光灯N、二极管D2、电容C6；焰火音响电路包括电阻R8、音响组件ZJ、扬声器Y；焰火功能选择开关包括K1、K2、电阻R9、R10；焰火形态选择开关包括K3、K4、电阻R11、R12；外部触发接口、手工触发开关包括K5、电阻R13；单片机电路包括单片机芯片IC4、电容C7、C8、晶振XT；可控硅矩阵扫描电路包括可控硅控制电路U1--U24、灯泡负载H1--H108、隔离二极管D27--D134、可控硅维持导通电阻R38--R43、全波整流桥堆Q2。
电子焰火控制线路中，220V交流电电源连接到变压器B1初级两端，B1次级连到全波整流桥堆Q1两个输入端，Q1整流输出经二极管D1连到直流稳压器IC1的1脚输入端、IC1的2脚输出端输出稳压后供电路工作的直流电压+Vc，IC1的3脚接地，滤波电容C1、C2分别接IC1的1、2脚到地；Q1输出的另一路通过R2连接开关三极管T1的基极，电阻R3接T1集电极到电源+Vc，T1射极接地，构成交流电过“0”脉冲产生器，T1集电极连接单片机IC4的33脚中断触发端；IC2为时基电路，电阻R4接IC2的7脚到+Vc，电阻R5一端接IC2的7脚，另一端接电位器W的一端，W的另一端与中心滑头连接并接到IC2的2、6脚，电容C3接IC2的6脚到地，电容C4接IC2的5脚到地，IC2的3脚接到IC4的6脚，IC2的1脚接地，时基电路555与外围电路组成频率可调振荡器；IC3为电压/频率转换器，电容C5两端连接到IC3的6脚、7脚，电阻R6一端接IC3的11脚，另一端接地，IC3的4脚接到IC4的15脚，IC3的9脚为输入端，连外部音频输入接口，IC3与外围构成音量/频率转换器；闪光灯电路中电阻R7一端接IC4的7脚，另一端接T2的基极，T2集电极接+Vc，T2的射极接升压变压器B2的初级，B2的次级一端接闪光灯的高压激励端，另一端与初级连接到地，变压器B1次级的另一组输出315V交流电一端接整流二极管D2的正极，另一端接地，D2的负极接闪光灯N的放电端，同时接储能电容C6，C6另一端接地，闪光灯N的另一端接地；开关K1、K2、K3、K4、K5的一端分别与电阻R9、R10、R11、R12、R13一端连接并分别接到IC4的2、3、4、5、37脚，开关K1、K2、K3、K4、K5的另一端接电源+Vc，电阻R9、R10、R11、R12、R13的另一端接地，K1、K2构成焰火功能选择开关，K3、K4构成焰火形态选择开关，K5做焰火燃放手工触发按钮，外部焰火触发接口连接到IC4的37脚，供外部触发信号输入用；可控硅矩阵扫描电路中，可控硅组件U1--U6横向排列、U7--U24纵向排列，每个可控硅组件结构相同，以U1为例，限流电阻R14一端与单片机IC4的I/O口40脚连接，另一端接隔离二极管D3正极，D3负极接耦合变压器B3初级一端，B3另一端接地，B3次级一端接单向可控硅SCR的控制端，B3次级另一端接SCR的阴极，B3初次级分别接D3负极和SCR控制极的是同名端，SCR阳极接全波整流桥堆Q2输出的一端，SCR阴极接可控硅导通维持电阻R38，R38的另一端接Q2输出的另一端，横向排列的U1--U6中可控硅阴极和纵向排列的U7--U24中可控硅阳极构成一个矩阵网络，在每个纵横交叉处跨接可控硅负载，以U1与U2的交叉点上的负载H1、D27为例，其它负载结构与H1、D27连接相同，灯泡H1的一端接U7中可控硅阳极、H1另一端接D27的负极，D27正极接U1中可控硅的阴极，全波整流桥堆Q2输入两端接220V交流电；IC4为单片机，电容C7、C8一端分别接IC4的13、14脚，另一端接地，晶振XT两端分别接IC4的13、14脚，IC4的11、32脚接+Vc，12，31脚接地，1脚接+Vc，单片机IC4提供其中的24个I/O口，分别连接到U1--U24组件的触发端，连接方式为IC4的40脚接U1、39脚接U2、38脚接U3、36脚接U4、35脚接U5、34脚接U6、30脚接U7、29脚接U8、28脚接U9、27脚接U10、22脚接U11、21脚接U12、20脚接U13、19脚接U14、26脚接U15、25脚接U16、24脚接U17、23脚接U18、18脚接U19、17脚接U20、16脚接U21、10脚接U222、9脚接U23、8脚接U24。
焰火状灯泡排列装置分为平面和立体两种，每组灯泡按条形串状排列，多组条形串状灯泡按焰火散射形状设置。焰火状灯泡排列装置结构中，彩色灯泡按三基色的原理，三种颜色为一组，拼装成条形灯泡串，多组条形灯泡串以一点为中心，按焰火散射的形态设置，闪光灯安装于中心点，采用低压灯泡时，条形灯泡串之间同种颜色的灯泡串接，形成一路灯泡负载，耐压标称值为220V；采用标称值为220V灯泡时，条形灯泡串之间同种颜色的灯泡并接，形成一路灯泡负载。
本实用新型由于采用了单片机可编程技术及可控硅矩阵扫描电路，其优点在于控制路数较大，模拟化学焰火逼真，控制花样多，可随机变色，电子焰火较之常规的化学焰火，具有无限次燃放，无污染，燃放安全的特点。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的电路原理图图2是彩灯色彩配置图图3是电子焰火示意图图4是低压彩灯串接电连接图图5是220v彩灯并接电连接图图6是程序框图参照附图电子焰火控制装置具有电子焰火控制线路、焰火状灯泡排列装置。
电子焰火控制线路由电源稳压电路、交流电过“0”脉冲产生器、频率可调振荡器、音量/频率转换器、闪光灯电路、焰火音响电路、焰火控制开关、触发电路、单片机电路、可控硅矩阵扫描电路等几个部分组成。
电源稳压电路它由变压器B1、全波整流桥堆Q1、隔离二极管D1、三端直流稳压器IC1、滤波电容C1、C2组成。交流电经B1降压后由Q1全波整流送IC1直流稳压后供电路直流工作电压+Vc。IC1选三端稳压器TW7805。
交流电过“0”脉冲产生器它由电阻R1、R2、R3、三极管T1、隔离二极管D1组成，Q1全波整流波形经R2送到三极管T1的基极，控制T1的饱和与截止，在交流电过“0”时，T1集电极上输出一个过“0”脉冲，送单片机中断端口，经单片机检测产生可控硅过“0”触发脉冲。阻性负载R1和隔离二极管D1使Q1输出呈完整的全波整流波形。
频率可调振荡器它由振荡集成电路IC2、电阻R4、R5、电位器W、电容C3、C4组成，IC2为555时基集成电路，与外围器件组成振荡器，振荡频率f＝0.69[R4+2(R5+W)C3。电位器W用于改变振荡频率，振荡器输出脉冲输入到单片机，作调整电子焰火燃放间隔时间用。IC2选NE555。
音量/频率转换器它由电压/频率转换器IC3、电阻R6、电容C5组成。IC3的4脚输出频率随9脚的输入电压变化而变化，单片机对它进行周期采样，通过片内计数器在单位时间内对输入脉冲进行计数，从而获得输入音量电平的数字化值，驱动对应灯泡发光，实现音量电平指示功能。IC3选CD4046。
闪光灯电路它由变压器B1、电阻R7、驱动三极管T2、升压变压器B2、闪光灯管N、整流二极管D2、储能电容C6组成。焰火燃放时由单片机7脚输出闪光灯触发脉冲，经T2驱动，在B2次级产生高压，激励闪光灯闪光，模拟焰火在初燃时的闪光现象。D2、C6组成充电电路，变压器B1输出的315V交流电经整流二极管D2对储能电容C6充电，为下一次闪光储能。
焰火音响电路它由焰火音响组件、电阻R8、扬声器Y组成。焰火燃放时由单片机7脚输出音响触发脉冲，触发焰火音响组件产生焰火燃放过程的音响效果，驱动扬声器发声。
焰火控制开关它由功能选择开关K1、K2和焰火形态选择开关K3、K4及电阻R9、R10、R11、R12组成，由单片机读取对应端口的电平状况，实现如下不同的功能(0断开、1闭合)K1、K200焰火，指控制器运行于焰火燃放状态；01音控，指控制器运行于音量电平指示状态；10混合，指控制器运行于音量电平指示、焰火燃放交错进行状态；11测试，指控制器控制灯泡全亮，用于检查灯泡的好坏。
K3、K400点状，指焰火按点状散射的形态燃放；01线状，指焰火按线状散射的形态燃放；10随机，指由单片机产生随机数，决定是点状或线状燃放方式；
11随机，指由单片机产生随机数，决定是点状或线状燃放方式。
触发电路有外部信号触发及手工触发两种。在单片机37脚输入一个触发脉冲，触发单片机进行焰火燃放控制。外触电路用于有多个焰火时，进行总体控制。K5用于手工触发。
单片机电路它由单片机芯片IC4及外围电路电容C7、C8、晶振XT组成，XT决定单片机的工作频率，IC4有2个外部中断口、2个计数器、29个I/O口，具有看门狗及上电复位功能，是本实用新型的核心部件，通过编程控制实现本实用新型的各种功能。IC4选PIC16C64。
可控硅矩阵扫描电路它由可控硅组件U1-U24(U1-U24每个组件电路相同，以U1为例，它由限流电阻R14、隔离二极管D3、耦合变压器B3、单向可控硅SCR构成)、二极管D27--D134、灯泡H1--108、电阻R38--R43、单片机IC4、全波整流桥堆Q2组成，连接可控硅的线路按矩阵方式排列。可控硅触发导通后，可维持导通状态直到下一个交流电过“0”时才关断，矩阵扫描电路正是利用可控硅这一“记忆”特性，实现可控硅矩阵扫描功能。
可控硅矩阵扫描电路是按“帧”的方式进行的，即每一次交流电过“0”时，对一“帧”中的所有可控硅扫描一遍，可控硅导通与否，取决于连接于该可控硅触发电路的单片机I/O口是否输出触发脉冲，这样只要在交流电过“0”时，控制单片机的I/O口的输出脉冲，即可控制“帧”中可控硅的通断，从而实现对“帧”中灯泡亮灭状态的控制。
因为矩阵排列，串接于灯泡的二极管控制其单向导通，避免一路导通后通过灯泡导致其他线路导通，以保证扫描电路的逻辑关系正确。串接于纵向可控硅的电阻与该可控硅构成导通维持回路，纵向可控硅在交流电过“0”时先于横向可控硅导通。
如图2所示，彩灯色彩配置是根据三基色的原理设置的，在可控硅扫描电路中，纵向上连接同一种颜色的彩色灯泡，安装时，红绿兰三基色(或其他三种颜色)三个灯泡为一组，做为一个显示单元，通过单片机控制不同色彩的灯泡发光，组合产生多种颜色的焰火。
如图3所示，是电子焰火燃放整体示意图。
如图4所示，是低压彩灯串接电连接图，同种颜色灯泡串接，一串灯泡的耐压值为220V，做为一路负载。
如图5所示，是220v彩灯并接电连接图，同种颜色灯泡并接，耐压值为220V，做为一路负载。
如附图3所示，焰火状灯泡排列装置分为平面和立体两种，每组灯泡按条形串状排列，多组条形串状灯泡按焰火散射形状设置，焰火状灯泡排列装置结构中，彩色灯泡按三基色的原理，三种颜色为一组，拼装成条形灯泡串，多组条形灯泡串以一点为中心，按焰火散射的形态设置，闪光灯安装于中心点，采用低压灯泡时，条形灯泡串之间同种颜色的灯泡串接，形成一路灯泡负载，耐压标称值为220V；采用标称值为220V灯泡时，条形灯泡串之间同种颜色的灯泡并接，形成一路灯泡负载。
如图6为程序框图，控制器加电时，单片机复位，程序进行初始化处理，初始化功能包括单片机I/O口输入/输出设置，中断触发端口及触发沿设置，计数器参数设置，看门狗参数设置，初始变量设置、单片机内部寄存器设置等。初始化完成后，对频率可调振荡器的输出脉冲在单位时间内进行计数，确认焰火燃放的间隔时间，同时由单片机内部产生音量电平显示间隔时间、测试显示间隔时间。间隔时间用于单片机在一段时间后进行参数重设，确定功能是否已发生变化。然后读功能开关，决定控制器工作状态，为焰火、音控、混合、测试中的一种。由单片机内部随机产生焰火燃放的形态的状态值。焰火的色彩值也由单片机内部随机产生。接下即根据功能开关的的设置，对焰火、音控、混合、测试几个状态进行处理。
焰火运行状态焰火的触发燃放，取决于焰火燃放间隔时间，其值由频率可调振荡器决定。焰火燃放间隔时间值在交流电过“0”时减量，直至为0时触发焰火燃放子程序。焰火燃放子程序的功能是根据焰火的形态(点状/线状)值，焰火的色彩值，焰火燃放的速度，控制单片机在交流电过“0”时I/O口的值(可控硅触发脉冲)，对可控硅矩阵扫描电路进行扫描触发，控制焰火模拟显示装置中彩灯的亮灭，达到模拟不同色彩焰火燃放的效果。焰火燃放子程序在其燃放的同时，对连接于闪光灯及音响的IC4I/O口输出触发脉冲，驱动闪光灯电路及焰火音响电路进行闪光并发出音响效果。焰火燃放完毕后返回参数重设状态。
音控运行状态，音量电平值由单片机进行周期采样，通过计数器在单位时间对电压/频率转换器的输出的脉冲进行计数，获得音量电平的数字值，单片机根据该值，在交流电过“0”时，控制I/O口的状态值(可控硅触发脉冲)，触发对应的可控硅导通，点亮对应的灯泡发亮，从而实现音量电平指示功能。音量显示间隔时间参数在过交流电“0”时减量，为0时返回参数重设状态。
混合运行状态它是音量电平指示和焰火燃放的综合状态。通常它运行于音量电平指示状态，在焰火燃放间隔时间减量为0，或有外部触发时，进入焰火燃放状态。
测试运行状态单片机在交流电过“0”时，对连接于可控硅触发电路的I/O口全部输出触发脉冲，控制所有可控硅导通，点亮全部的灯，便于进行灯泡测试。测试间隔时间在交流电过“0”后减量，为0时返回参数重设状态。
权利要求1.一种电子焰火控制装置，其特征具有电子焰火控制线路、焰火状灯泡排列装置，控制线路板由下列电路组成电源电路、交流电过“0”脉冲产生器、频率可调振荡器、音量/频率转换器、闪光灯电路、焰火音响电路、焰火功能选择开关、焰火形态选择开关、手工触发开关、外部触发接口、单片机电路、可控硅矩阵扫描电路，电源电路有变压器B1、全波整流桥堆Q1、隔离二极管D1、三端直流稳压器IC1、滤波电容C1、C2；交流电过“0”脉冲产生器包括电阻R1、R2、R3、隔离二极管D1、开关型三极管T1；频率可调振荡器包括时基电路IC2、电阻R4、R5、电位器W、电容C3、C4；音量/频率转换器包括电压/频率转换器IC3、电阻R6、电容C5；闪光灯电路包括变压器B1、B2、电阻R7、三极管T2、闪光灯N、二极管D2、电容C6；焰火音响电路包括电阻R8、音响组件ZJ、扬声器Y；焰火功能选择开关包括K1、K2、电阻R9、R10；焰火形态选择开关包括K3、K4、电阻R11、R12；外部触发接口、手工触发开关包括K5、电阻R13；单片机电路包括单片机芯片IC4、电容C7、C8、晶振XT；可控硅矩阵扫描电路包括可控硅控制电路U1--U24、灯泡负载H1--H108、隔离二极管D27--D134、可控硅维持导通电阻R38--R43、全波整流桥堆Q2，电子焰火控制线路中，220V交流电电源连接到变压器B1初级两端，B1次级连到全波整流桥堆Q1两个输入端，Q1整流输出经二极管D1连到直流稳压器IC1的1脚输入端、IC1的2脚输出端输出稳压后供电路工作的直流电压+Vc，IC1的3脚接地，滤波电容C1、C2分别接IC1的1、2脚到地；Q1输出的另一路通过R2连接开关三极管T1的基极，电阻R3接T1集电极到电源+Vc，T1射极接地，构成交流电过“0”脉冲产生器，T1集电极连接单片机IC4的33脚中断触发端；IC2为时基电路，电阻R4接IC2的7脚到+Vc，电阻R5一端接IC2的7脚，另一端接电位器W的一端，W的另一端与中心滑头连接并接到IC2的2、6脚，电容C3接IC2的6脚到地，电容C4接IC2的5脚到地，IC2的3脚接到IC4的6脚，IC2的1脚接地，时基电路555与外围电路组成频率可调振荡器；IC3为电压/频率转换器，电容C5两端连接到IC3的6脚、7脚，电阻R6一端接IC3的11脚，另一端接地，IC3的4脚接到IC4的15脚，IC3的9脚为输入端，连外部音频输入接口，IC3与外围构成音量/频率转换器；闪光灯电路中电阻R7一端接IC4的7脚，另一端接T2的基极，T2集电极接+Vc，T2的射极接升压变压器B2的初级，B2的次级一端接闪光灯的高压激励端，另一端与初级连接到地，变压器B1次级的另一组输出315V交流电一端接整流二极管D2的正极，另一端接地，D2的负极接闪光灯N的放电端，同时接储能电容C6，C6另一端接地，闪光灯N的另一端接地；开关K1、K2、K3、K4、K5的一端分别与电阻R9、R10、R11、R12、R13一端连接并分别接到IC4的2、3、4、5、37脚，开关K1、K2、K3、K4、K5的另一端接电源+Vc，电阻R9、R10、R11、R12、R13的另一端接地，K1、K2构成焰火功能选择开关，K3、K4构成焰火形态选择开关，K5做焰火燃放手工触发按钮，外部焰火触发接口连接到IC4的37脚，供外部触发信号输入用；可控硅矩阵扫描电路中，可控硅组件U1--U6横向排列、U7--U24纵向排列，每个可控硅组件结构相同，以U1为例，限流电阻R14一端与单片机IC4的I/O口40脚连接，另一端接隔离二极管D3正极，D3负极接耦合变压器B3初级一端，B3另一端接地，B3次级一端接单向可控硅SCR的控制端，B3次级另一端接SCR的阴极，B3初次级分别接D3负极和SCR控制极的是同名端，SCR阳极接全波整流桥堆Q2输出的一端，SCR阴极接可控硅导通维持电阻R38，R38的另一端接Q2输出的另一端，横向排列的U1--U6中可控硅阴极和纵向排列的U7--U24中可控硅阳极构成一个矩阵网络，在每个纵横交叉处跨接可控硅负载，以U1与U2的交叉点上的负载H1、D27为例，其它负载结构与H1、D27连接相同，灯泡H1的一端接U7中可控硅阳极、H1另一端接D27的负极，D27正极接U1中可控硅的阴极，全波整流桥堆Q2输入两端接220V交流电；IC4为单片机，电容C7、C8一端分别接IC4的13、14脚，另一端接地，晶振XT两端分别接IC4的13、14脚，IC4的11、32脚接+Vc，12，31脚接地，1脚接+Vc，单片机IC4提供其中的24个I/O口，分别连接到U1--U24组件的触发端，连接方式为IC4的40脚接U1、39脚接U2、38脚接U3、36脚接U4、35脚接U5、34脚接U6、30脚接U7、29脚接U8、28脚接U9、27脚接UI0、22脚接U11、21脚接U12、20脚接U13、19脚接U14、26脚接U15、25脚接U16、24脚接U17、23脚接U18、18脚接U19、17脚接U20、16脚接U21、10脚接U22、9脚接U23、8脚接U24，焰火状灯泡排列装置分为平面和立体两种，每组灯泡按条形串状排列，多组条形串状灯泡按焰火散射形状设置
2.根据权利1所述的电子焰火控制装置，其特征是焰火状灯泡排列装置结构中，彩色灯泡按三基色的原理，三种颜色为一组，拼装成条形灯泡串，多组条形灯泡串以一点为中心，按焰火散射的形态设置，闪光灯安装于中心点，采用低压灯泡时，条形灯泡串之间同种颜色的灯泡串接，形成一路灯泡负载，耐压标称值为220V；采用标称值为220V灯泡时，条形灯泡串之间同种颜色的灯泡并接，形成一路灯泡负载。
专利摘要本实用新型涉及一种电子焰火控制装置,是用来模拟化学焰火的电子装置,其结构具有电子焰火控制线路、焰火状灯泡排列装置,控制线路包括电源电路、脉冲产生器、振荡器、转换器、闪光灯、音响产生器、功能开关、触发电路、单片机电路、可控硅矩阵扫描电路;灯泡排列成串状,多组串状灯泡条按焰火散射形态排列。单片机编程控制不同色彩灯泡的亮灭,模拟焰火的燃放过程。
文档编号F21S10/04GK2397360SQ99228899
公开日2000年9月20日 申请日期1999年7月16日 优先权日1999年7月16日
发明者黄金山 申请人:黄金山