专利名称：具有预编辑功能的数控水景表演装置的制作方法
技术领域：
本实用新型由一个处理音乐信号的计算机主机及控制软件、若干个数控运动机构和水体输送部分组成，是一个完整的水景表演装置，属于机械电子领域。
背景技术：
由于人民生活水平的提高以及人们普遍的亲水性，人工水景成为城市人文景观的重要的组成部分。现有的人工水景大至分成两类一类是固定不变的，这一类比较简单，基本上由水体输送部分和简单的电气控制部分组成；另一类可以自由变化或随音乐变化，这一类在机械结构上和第一类相似，只是在数量上要多一些，不同的是其电气控制部分采用带微控制器(MCU)的控制单元，有的还采用了工业控制电脑。上面的第一类比较简单，在此不予讨论。第二类水景的水形可以任意编排组合，有的也可以随音乐变化，但其水形的变化基本上是由音乐信号中的某些分量如低音或高音分量的电平来触发的，只能说水形在随音乐变化，但不能表现出音乐的旋律和情感。并且其最终执行单元，即喷头，基本上是固定的或者只能做一些简单的机械运动，动作不够灵活，水景的音乐表现力不强。
发明内容
本实用新型的目的是使水景变化更加多样化，且能通过软件的预编辑功能，使水景充分表现音乐的内涵。
本实用新型的技术要点如图1所示预先保存在计算机硬盘中的波形音频文件通过定制的MCI播放器播放，声音输出到音响系统，为了达到同步效果，必须提前输出控制信号，提前指针计算单元根据同步参数和MCI播放器的实时参数计算出提前读取的数据指针，根据数据指针预编辑数据读取单元和音频数据读取单元分别提前读取预编辑数据和音频数据，音频数据通过数字信号处理单元提取出期望的音频成分，和预编辑数据一起由控制信号生成单元合成控制信号，控制信号由通讯控制进程输出到RS485通讯接口，再输入到步进电机驱动器，驱动步进电机，步进电机带动具有水体通道的定比传动机构，最后带动喷头运动，表演需要的水通过水体输送部分传送。
本实用新型的预编辑部分如图2所示由音乐分段及调整单元对波形音频文件分段；由预编辑单元综合配置参数、数字信号处理的结果、分段数据文件和人工输入的预编辑指令生成预编辑数据文件，预编辑数据以文件形式保存。
本实用新型的具有水体通道的定比传动机构如图3所示组合件1为定比传动机械链；件2为具有水体通道的空心主轴；件3为水体输送部分的接口；件4为万向直流喷头。
定比传动机械链(1)与具有水体通道的空心主轴(2)连接，水体输送部分的接口(3)与具有水体通道的空心主轴(2)连接，具有水体通道的空心主轴(2)与万向直流喷头(4)连接。
本实用新型的零点记忆电路如图4所示
IC01为步进电机驱动器的微控制器IC02为一片非易失性存储器，用于记忆电机当前的运行位置；IC03为电压监控电路，用于检测驱动器电源，当电压低于设定电压时，停止运行并把当前状态通过微控制器存入IC02。非易失性存储器的内容可由控制主机随时更改，由此就重新设置了零点位置。微控制器IC01通过串行总线与IC02连接，IC01通过串行总线与IC03连接，IC02与IC03连接，IC03接电源VCC，并连接电阻R1、R2后接地。
本实用新型将控制主机与数控机构做成主从式结构，数控机构的数量可根据接口能力任意扩展，每个运动机构都可以以独立的角度和速度摆动或定位，角度变化区间-90。～90。，定位精度0.1度，脉冲当量0.01度，频率变化区间0.8～4K，预编辑软件可以对乐曲进行以0.1秒为基本单位进行分段编辑，分段的数量不限制，在每段内既可以以分组的方式控制一组喷头，也可以分别控制每一个喷头，可以使水景呈现极其丰富的造型和灵活的变化，并通过将控制信号提前于音乐信号输出的方法使水形与音乐同步。可以应用于各种人工水景。
本实用新型的优点1、在以往音控的基础上设计和应用了预编辑方式。对优选经典的乐曲，实施水型预编辑。使水姿与音乐情感贴切吻合，使水型变化与音乐节奏完全同步。
2、将数控技术应用于音控水景表演中。一改以往音控水景表演中只有水型启停、高低变化和机械摇摆的单调。由数控机构导演出令人耳目一新的极其丰富的水景造型。观之，或如彩带飘舞，或如鲜花盛开，或如孔雀开屏，或如海鸥翱翔。
图1系统框图。
图2预编辑部分框图。
图3具有水体通道的定比传动机构示意图1.定比传动机械链；2.具有水体通道的空心主轴；3.为水体输送部分的接口；4.为万向直流喷头。
图4步进电机驱动器零位点记忆电路示意图具体实施方式
以下结合附图详述本实用新型。
本系统的音源来自预先保存在计算机硬盘中的波形音频文件(44.1KHz，16位)中，通过定制的多媒体控制接口(MCI)对象可以播放音频信号。由于数据传输环节存在滞后，并且运动机构具有惯性，为了使声音与水景达到同步的目的，必须将控制信号提前于音频信号输出，所以将声音文件的数据提前于当前播放时间一定量读取，进行数字信号处理后，分析出所需要的音频成分，和预先编辑好的数据文件合成最终的控制信号。数字信号处理采用二阶巴特沃斯滤波器。由于生成数字信号处理、以及声音数据的读取和播放都有很大的工作量，且实时性要求比较高，因此采用多线程以提高运行速度。合成好的控制信号通过独立的通讯进程从计算机的串行通讯口输出，通讯进程与主进程通过数据流套节字(WinSock)进行数据传送。
预编辑数据是预先编辑好并保存在硬盘中的。音乐分段及调整单元将波形音频文件根据旋律和节拍以0.1秒为精度分成若干个表演时间段，并保存到分段数据文件中；预编辑单元再根据分段数据、配置参数、人工输入的预编辑指令及数字信号处理的结果统一合成预编辑数据，并以文件的形式保存。编辑的界面是一个二维列表，列表的每一行代表一个时间，每一列代表一个数控设备，行和列的交叉点单元中的数据是设备在这一段时间内的运行指令。利用这种编辑方式，将特定的乐曲与设备的动作序列紧密的结合在一起，加上本系统的执行设备的灵活性，因此能充分表现音乐的旋律和节拍。
本实用新型具有远距离通讯功能的步进电机驱动器，最大传输距离可达一公里。将驱动部分和步进电机一起进行防水密封后再应用于系统中。本驱动器采用通用步进电机控制芯片，它于MCU有很强的接口能力，这样可以简化设计，再增加通讯部分即可适用于本系统。本驱动器采用斩波恒流方式，最大连续工作电流为±1.5A，片内含有非线性3位D/A转换器，可进行最多8细分控制，增加系统运行平稳性和启动性。
本实用新型采用步进电机作为运动机构的驱动单元，是因为它具有良好的开环特性，运动机构为具有水体通道定比传动机构，该机构的零位点可以根据需要灵活设置，不同的运动单元也可以设置不同的零位点。各零位点一经设置，则被准确的记忆，可以反复使用，直至需要更换设置时。由于水中工作条件恶劣，机械部分采用抗锈蚀材料制成，使其在水中具有良好的抗锈蚀性和传动的可靠性。
权利要求1.一种具有预编辑功能的数控水景表演装置包括一个具有音乐信号处理功能的计算机主机及控制软件以及若干个步进电机驱动器、运动机构和水体输送部分，其特征是步进电机驱动器零位点记忆电路按以下方式连接IC01为步进电机驱动器的微控制器；IC02为一片非易失性存储器，IC03为电压监控电路；微控制器IC01通过串行总线与非易失性存储器IC02连接，IC01通过总线与电压监控电路IC03连接，IC03接电源VCC，并连接电阻R1、R2后接地。
2.按照权利要求1所述的具有预编辑功能的数控水景表演装置，其特征是运动机构为具有水体通道的定比传动机构，该机构组合件1为定比传动机械链；件2为具有水体通道的空心主轴；件3为水体输送部分的接口；件4为万向直流喷头；定比传动机械链(1)与具有水体通道的空心主轴(2)连接，水体输送部分的接口(3)与具有水体通道的空心主轴(2)连接，具有水体通道的空心主轴(2)与万向直流喷头(4)连接。
专利摘要具有预编辑功能的数控水景表演装置，属于机械电子领域。该装置包括一个具有音乐信号处理功能的计算机主机及若干个步进电机驱动器、运动机构和水体输送部分。IC01为步进电机驱动器的微控制器；IC02为一片非易失性存储器，IC03为电压监控电路；微控制器IC01通过串行总线与IC02连接，IC01通过总线与IC03连接，IC03接电源VCC，并连接电阻R1、R2后接地。运动机构为具有水体通道的定比传动机构，该机构组合件(1)为定比传动机械链；件(2)为具有水体通道的空心主轴；件(3)为水体输送部分的接口；件(4)为万向直流喷头；定比传动机械链(1)与具有水体通道的空心主轴(2)连接，水体输送部分的接口(3)与具有水体通道的空心主轴(2)连接，具有水体通道的空心主轴(2)与万向直流喷头(4)连接。
文档编号B05B17/08GK2629842SQ0229418
公开日2004年8月4日 申请日期2002年12月31日 优先权日2002年12月31日
发明者王国峰, 黄跃权, 黄实, 陈万致, 李辉 申请人:北京中科恒业中自技术有限公司