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：
本实用新型涉及一种音乐喷泉，特别是关于一种具有预编辑功能的能记忆电机状态的数控水景表演装置。
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，其基本上由水体输送部分和简单的电气控制部分组成，这一类比较简单；另一类可以自由变化或随音乐变化，其在机械结构上与前一类相似，只是在数量上要多一些，不同的是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。这类水景的水姿可以任意编排组合，有的也可以随音乐变化，但其水姿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，只能说水姿在随音乐变化，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。而且现有的水景表演装置，其步进电机在表演过程中一旦意外停转，便无法知道步进电机的状态，使得步进电机在重新启动时只能从头开始，影响了水景表演的连续性及可观赏性，特别是当步进电机只是遭遇短暂停顿时，这一缺点更为明显。另外，现有的水景表演装置的通讯距离受到信号衰减的限制，其控制装置只能在有限的距离内控制表演装置，使水景表演装置的安装受到限制。且由于每一台步进电机都有一根电线与控制装置连接，不但安装的工作量大，而且成本也很高。
发明内容
针对上述问题，本实用新型的主要目的是提供一种使水景变化更加多样化，且可在步进电机非正常停机后，将电机的状态存储在非易失性存储器中，并在电机重新启动时，从电机的停机位置启动继续运行的具有预编辑功能的水景表演装置。
为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案一种具有预编辑功能的数控水景表演装置，其特征在于它由一台装载有音乐信号处理控制软件的计算机主机和由若干数控机构组成，所述数控机构包括由所述计算机主机控制的步进电机驱动器，与所述驱动器连接的步进电机，与所述步进电机连接的水体输送装置，以及连接在所述水体输送装置输出端的喷头，所述步进电机驱动器包含一微控制器IC01，其P0数据端口连接一非易失性存储器IC02，P1数据端口连接一可控制256个电机的八位拨段开关IC08，P2数据端口连接二施密特触发器IC4、IC5，二施密特触发器IC4、IC5的输出端连接至控制电机正反转的步进电机专用驱动电路；所述微控制器IC01的RXD数据端口连接有一将485接口信号转换为TTL信号的RS485接口电路；所述微控制器IC01的T0、T1数据端口连接一由电压监控芯片和若干电阻构成的电压监控电路。
所述微控制器IC01的X1数据端口连接有一提高通讯时抗干扰能力的晶振芯片。
由于采用以上设计，本实用新型具有以下优点1、本实用新型由于设置了装载有音乐信号处理控制软件的计算机主机，因此可以预先对优选的经典乐曲的数字信号进行提前提取和处理，对从音响设备中播出的音乐与欲从喷头中喷出的水姿的表现形式和动作幅度等进行预编辑，使水姿与音乐情感更加贴切吻合，使水姿变化与音乐节奏更加同步，并更充分地表现出音乐的内涵。2、本实用新型由于在步进电机驱动器中设置了非易失性存储器，可记录步进电机停转时的状态，使步进电机重新启动时，可从原工作状态继续进行，特别是在水景表演中当步进电机因一些原因短暂停转时，步进电机从原位启动，使水景表演得以顺畅地继续进行，不影响水景表演的连续性及可观赏性。3、本实用新型由于采用了RS485接口电路，并配合抗干扰能力强的晶振芯片，使设备的通讯能力大大加强，远程控制距离可达1.2公里，扩大了水景表演装置的安装范围。4、由于采用通讯信号的传输方式，使用数位拨段开关控制电机，因此仅用一根通讯线便可控制数百台步进电机，大大降低了施工量，更降低了成本。
图1是本实用新型系统框图图2是本实用新型步进电机驱动器的电路图图3是本实用新型的步进电机专用驱动电路的电路图图4是本实用新型的光电接口电路的电路图图5是本实用新型的RS485接口的电路图图6是本实用新型接线端口的接线图具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行详细说明。
如图1所示，本实用新型的音源来自预先保存在计算机硬盘中的波形音频文件1(44.1KHz，16位)，通过多媒体MCI播放器2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，因此为了使声音与水景达到同步，必须将控制信号提前于音频信号输出。为此，本实用新型采用提前指针计算单元3根据同步参数4和MCI播放器2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5和音频数据读取单元6分别从预编辑数据文件7和波形音频文件1中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8提取出期望的音频成分，与预编辑数据一起由控制信号生成单元9合成控制信号，控制信号由通讯控制进程10输出到计算机的RS485通讯接口11，由计算机主机输入多个由步进电机驱动器12，步进电机13，水体输送装置14和喷头15组成的数控机构。
本实用新型改进重点在于步进电机驱动器。本实用新型的步进电机驱动器包含有一基板，基板上设置有若干芯片及一接线端子，其外周包覆有防水外壳或涂层，使其可放入水中使用。如图2、图3所示，本实用新型步进电机驱动器采用信号衰减小的弱电信号传输控制信号，其具有一微控制器IC01，为一8031芯片的单片机，在本实施例中采用型号为AT89C51的单片机。其P0数据端口的P00、P01～P03端口连接一型号为93C46的非易失性存储器(RAM)IC02的1～4号端口的数据输出端口EEDO、数据输入端口EEDI、时钟端口EECK及片选端口EECS，实现记忆电机停转时的状态，并在电机重新启动时接续停转时的状态继续运转的功能。非易失性存储器(RAM)IC02的8号端口接电源，5号端口接地。微控制器IC01的P1数据端口P10～P17与一型号为SW-DIP8的八位拨段开关IC08的1～8号端口连接，开关IC08为8位二进制，具有256种状态，即可控制256台电机的运行状态。并可根据电机的数量增减开关IC08的数量。开关IC08的1～8号端口还分别通过一个10K的电阻R5、R6、R12、R21、R22、R23、R24、R25后再连接电源，相对应的9～至16号端口则接地。当然，也可使用其它的开关控制方式，但此种拨段开关在实际使用中最为方便简洁，便于操作。微控制器IC01的P2数据端口P20～P27连接了两个由74LS14芯片组成的施密特触发器IC4、IC5，由施密特触发器IC4、IC5输出的数据信号P00、P01～P07传送至如图2所示的步进电机专用驱动电路中，此电路容后再叙。
微控制器IC01的T0、T1数据端口与电压监控电路IC03连接，在本实施例中，电压监控电路芯片IC03采用型号为MAX705的电压监控芯片，其1号端口经过一个10K的电阻R9再与2号端口并联接电源，另一24V输入电源串联一个200K的电阻R10后与4号端口连接，同时还串联一10K的电阻R17后接地，使其具有电压监控及看门狗电路两大功能。电压监控电路IC03的6号及5号端口分别与微控制器IC01的T0、T1数据端口连接，7号端口与微控制器IC01的RESET端口连接，电压监控电路IC03的工作过程为微控制器IC01输出脉冲CTC1至MAX705电压监控芯片的5号端口，在正常情况下，其输出的复位(RESET)信号维持在高电平状态。当24V输入电压低于正常值或断电时，MAX705电压监控芯片6号端口输出的信号CTC0发生由高到低的翻转，微控制器IC01检测到此翻转后，即停止输出脉冲，使系统停转，保证了系统运行的可靠性。而电压监控电路IC03在检测到无脉冲输入后，其输出的复位(RESET)信号即翻转为低电平，使微控制器IC01复位，防止微控制器IC01死机或受干扰。
微控制器IC01的RXD数据端口连接RS485接口电路IC2，如图5所示，在本实施例中RS485接口电路IC2采用马克希姆(MAXIM)公司的MAX488芯片，也可采用其它芯片，例如德州仪器生产的75176芯片。MAX488芯片的RO数据口连接微控制器IC01的RXD端口，其A、B端口输出485接口信号RDA、RDB，即MAX488芯片将计算机主机输出的485接口信号转换成微控制器IC01可识别的TTL信号。由于485接口信号具有抗干扰能力强的特点，可以提高通讯能力，使通讯距离可提高到1.2公里，放宽了数控水景表演装置的安装条件。为使微控制器IC01的输出信号稳定，增强其抗干扰的能力，还在微控制器IC01的X1端口连接一晶振芯片J2，如图2所示，其频率采用单片机的频率11.0592MHz，晶振芯片J2的3号端口的脉冲输出信号CLK输送至微控制器IC01的X1端口。
如图3所示，为步进电机专用驱动电路，又叫H桥电路，该电路一般集成在芯片中。由施密特触发器IC4、IC5输出的数据信号P00、P01～P07传送至桥接芯片U1、U2的D0、D1、D2及PH端口，桥接芯片U1、U2的输出端口OUTA、OUTB输出的控制信号OA1、OA2、OB1、OB2通过接线端子JP1连接至步进电机，控制步进电机的正反转。
为了提高步进电机驱动器的通用性，在微控制器IC01的INT0、INT1数据端口连接有一个光电接口电路(如图4所示)，此电路为一个常用电路，可作为不使用485接口信号传输控制信号的普通电机驱动器使用，其输出信号G01、G02及GCOM可控制步进电机的正、反转，在此不再详述。
上述485接口的输出信号RDA、RDB、光电接口电路的输出信号G01、G02及GCOM，以及桥接芯片U1、U2的输出信号OA1、OA2、OB1、OB2通过接线端子JP1(如图6所示)分别与计算机主机及步进电机连接，以接收主机的指令及控制步进电机的转速、转向及启动与停止的位置。
采用上述设计的步进电机驱动电路放置在水中，只需一根通讯线即可完成与步进电机的联络，大大节约了安装成本，更具有可记忆步进电机的停机位置，并可远距离控制电机的优点，放宽了步进电机的安装条件。
权利要求1.一种具有预编辑功能的数控水景表演装置，其特征在于它由一台装载有音乐信号处理控制软件的计算机主机和由若干数控机构组成，所述数控机构包括由所述计算机主机控制的步进电机驱动器，与所述驱动器连接的步进电机，与所述步进电机连接的水体输送装置，以及连接在所述水体输送装置输出端的喷头；所述步进电机驱动器包含一微控制器IC01，其P0数据端口连接一非易失性存储器IC02，P1数据端口连接一可控制256个电机的八位拨段开关IC08，P2数据端口连接二施密特触发器IC4、IC5，二施密特触发器IC4、IC5的输出端连接至控制电机正反转的步进电机专用驱动电路；所述微控制器IC01的RXD数据端口连接有一将485接口信号转换为TTL信号的RS485接口电路；所述微控制器IC01的T0、T1数据端口连接一由电压监控芯片和若干电阻构成的电压监控电路。
2.如权利要求1所述的具有预编辑功能的数控水景表演装置，其特征在于所述微控制器IC01的X1数据端口连接有一提高通讯时抗干扰能力的晶振芯片。
专利摘要本实用新型涉及一种具有预编辑功能的数控水景表演装置，由一台装载有音乐信号处理控制软件的计算机主机和由若干数控机构组成，数控机构包括由计算机主机控制的步进电机驱动器，与驱动器连接的步进电机，与步进电机连接的水体输送装置，以及连接在水体输送装置输出端的喷头。步进电机驱动器主要包含一微控制器IC01，一非易失性存储器IC02，一可控制256个电机的八位拨段开关IC08，二施密特触发器IC4、IC5，及步进电机专用驱动电路芯片U1、U2；微控制器IC01的RXD数据端口连接有一将485接口信号转换为TTL信号的RS485接口电路。使步进电机驱动电路具有可记忆步进电机的停机位置，并可在1.2公里的范围内控制电机，本实用新型可以广泛应用于各种人工水景。
文档编号B05B17/08GK2659556SQ200320129589
公开日2004年12月1日 申请日期2003年12月24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, 刘洪斌 申请人:北京中科恒业中自技术有限公司