一种室外水流悬浮装置的制作方法

本发明涉及模型展示领域，特别是一种根据振动、音乐和灯光控制水流悬停的装置。

背景技术：

目前，市面上的展示模型大多都是静态展示，没有吸引力；而动态的展示模型中，室外水流模型只是水的不间断地循环，配有简单的灯光，欣赏性不高。随着科学技术的发展，人们的审美水平发生很大变化，以前的设计渐渐满足不了人们的审美需求，从商业展示以及美学上考虑，人们都希望有一种具有观赏性的动态水流展示模型。以灯光喷泉为例，现有的设计普遍只是将灯光作为变化颜色的手段或者利用灯光折反射体现水流的外观轮廓使水流变得更加晶莹剔透，达不到使水流具有动态观感的效果。然而，通过一些技术手段，灯光作为一种重要的观赏元素还能够配合水流营造出更多样的具有动感的视觉效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种室外水流悬浮装置，能够根据振动频率和灯光频率变化改变水流形状、速度和强度，并同时能够根据声音和灯光改变使水流在视觉上具有下流、悬停、回流三种不同的动态展现，增加模型展示的观赏性。

本发明的目的通过如下途径实现：

一种室外水流悬浮装置，包括含有水泵的水源供给装置、电路模块、至少一个喷头、至少一个led灯光板；电路模块分别与水源供给装置和led灯光板电连接；所述喷头通过水管与水源供给装置连通，喷头的外围固定设置压电陶瓷，与喷头紧邻的水管与压电陶瓷固定，压电陶瓷与电路模块电连接且能够根据功率大小改变振幅，使得对应喷头处喷出的水流能够根据压电陶瓷振幅改变而产生相应频率的振动；所述喷头与led灯光板间隔设置，喷头喷出水流被限制在led灯光板的光线射程内；所述led灯光板的灯光频率变化以及压电陶瓷振动，带动喷头出水同步改变形状、流速和悬停切换；所述电路模块包括单片机模块、电源模块、功率放大模块、驱动桥模块、led驱动模块、蓝牙模块、按键模块、振动输入模块和液晶显示模块；其中，单片机模块分别与功率放大模块、驱动桥模块、led驱动模块、蓝牙模块、按键模块、振动输入模块和液晶显示模块连接；功率放大模块与压电陶瓷连接，驱动桥模块与水泵连接，led驱动模块与led灯光板连接；电源模块分别与单片机模块、功率放大模块、驱动桥模块、led驱动模块连接。

上述技术方案中，单片机模块使用stm35f103vc单片机，所述的单片机模块的输出端pwm1与功率放大模块的输入端pwm1连接，单片机模块的输出端pwm2与驱动桥模块的输入端pwm2连接，单片机模块的输出端pwm3、red、green、blue分别与led驱动模块的输入端pwm3、red、green、blue对应连接，单片机模块的输入端key0、key1、key2、key3、key4、key5与按键模块的输出端key0、key1、key2、key3、key4、key5对应连接，单片机模块的输入端ad1与振动输入模块的输出端ad1连接。

上述技术方案中，功率放大模块包含一个运放芯片lm158，所述运放芯片lm158的脚1与电容c7的一端连接，电容c7的另一端与电阻r6的一端连接，电阻r6的另一端与电源数字地连接，运放芯片lm158的脚1同时与电阻r4的一端连接，电阻r4的另一端与电容c4一端连接，电容c4的另一端与电源数字地连接，运放芯片lm158的脚1与电阻r4的一端连接，电阻r4的另一端与电阻r3的一端连接，电阻r3的一端与电源数字地连接，同时，电阻r4的另一端与电阻r5的一端连接，电阻r5的另一端与24v电源连接；运放芯片lm158的脚2与电阻r7的一端连接，电阻r7的另一端与电容c8的一端连接，电容c8的另一端与电源数字地连接，运放芯片lm158的脚2与电阻r8的一端连接，电阻r8的另一端与电容c10的一端连接，电容c10的另一端与压电陶瓷的一端连接；运放芯片lm158的脚3与24v电源连接，运放芯片lm158的脚3与电容c5的一端，电容c5的另一端与电源数字地连接，运放芯片lm158的脚3与电容c6的一端连接，电容c6的另一端与电源数字地连接；运放芯片lm158的脚4与电源数字地连接；运放芯片lm158的脚5与电阻r9的一端连接，电阻r9的另一端与电容c9的一端，电容c9的另一端与电源数字地连接，运放芯片lm158的脚5与电容c10的一端连接，电容c10的另一端与压电陶瓷的一端连接；压电陶瓷的另一端与数字地连接。

上述技术方案中，还设置有液晶显示模块和蓝牙模块，单片机模块的双向输入/输出端usart_rx、usart_tx与蓝牙模块的双向输入/输出端usart_tx、usart_rx对应连接，单片机模块的双向输入/输出端rs、en、d0、d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7与液晶显示模块的双向输入/输出端rs、en、d0、d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7对应连接。

上述技术方案中，所述的一种室外水流悬浮装置作为室外喷泉设置，水管为圆形钢管，所述喷头为高压喷头；水源供给装置包含水池、水泵以及过滤装置，水泵泵取水池的水经过滤装置后通过水管输送至喷头。

上述技术方案中，所述的led灯光板为rgb三色板，通过单片机控制实现不同的颜色；led灯光板与水池水平面成角度设置使得喷出水流在光线射程内。

上述技术方案中，所述的喷头能够变换水流的形状。

上述技术方案中，所述的led灯光板均位于水池中间且发光面朝向外设置，各喷头围绕led灯光板设置。

作为本方案的进一步优化，设置压电陶瓷的频率为αhz，设置led灯光频率为βhz，两频率均可调；当α＝β时，水流在视觉上悬停；当α<β时，水流在视觉上回流；当α>β时，水流在视觉上往下流；压电陶瓷的振幅不同，水流形状不同；振动输入模块输入振动信号或通过蓝牙模块输入音乐信号带动压电陶瓷振动，随不同振动信号，水流悬停切换不同的模式。

由此，本装置通过发光板实现闪屏与通过压电陶瓷振动钢管实现水源振动，通过闪屏光源对视觉进行“采样”，同时在采样点配合水流振动波峰进行视觉的欺骗；形成水珠停留的效果；调节闪动频率，使其与水流速度接近(或同步)时，水流虽然在高速运动，但看上去却是缓慢运动或相对静止的，利用这种视觉暂留现象，产生悬停效果；同时，通过改变播放音乐，压电陶瓷能够根据功率大小改变振幅，使得水流能够根据压电陶瓷振幅改变而产生相应频率的振动。相对于现有单一的控制水流类展示模型或喷泉，本发明具有视觉上水流悬停，水流上升，水流下降等功能，并且能够随着输入的振动信号的变化进行变换以配合音乐节奏，可以运用到室外喷泉领域中。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明一种室外水流悬浮装置结构示意图；

图2为本发明一种室外水流悬浮装置包含多个喷头构成喷泉的结构示意图；

图3为本发明一种室外水流悬浮装置的一种实施方式的喷头结构示意图；

图4为本发明一种室外水流悬浮装置的电路模块原理示意图；

图5为本发明一种室外水流悬浮装置的电路结构示意图；

图6是本发明中单片机模块的电路图；

图7是本发明中功率放大模块电路图；

图8是本发明中驱动桥模块的电路图；

图9是本发明中led驱动模块的电路图；

图10是本发明中蓝牙模块的电路图；

图11是本发明中按键模块的电路图；

图12是本发明中振动输入模块的电路图；

图13是本发明中液晶屏模块的电路图；

图中，水池1、过滤装置2、水泵3、水管4、压电陶瓷5、喷头6、led灯光板7、单片机模块8、功率放大模块9、驱动桥模块10、led驱动模块11、蓝牙模块12、按键模块13、振动输入模块14，液晶显示模块15、电源模块16。

具体实施方式

如图1所示，本发明是一种室外水流悬浮装置，包括水池1，过滤装置2，水泵3，水管4，压电陶瓷5，喷头6，led灯光板7和电路模块，电路模块所在电路板置于水池前侧外壁。

如图2所示为led灯光板7和喷头6分离设置在高压喷泉中的一个具体实施例，也可以按照需要灵活分布led灯光板7和喷头6。

如图3所示为喷头6的一个具体实施例，在该实施例中压电陶瓷5设置在喷头的外围与喷头6成为一体，所述的喷头在高压喷泉中，喷头6包括喷头体601、喷头体601上设置的橡胶管602、橡胶管602连接的水管603、以及水管603上固定的支撑架604，支撑架604截面为l型，压电陶瓷5固定在支撑架604l型的竖直端与喷头体601之间，支撑架604l型的水平端固定在水管603上。与喷头6紧邻的水管4与压电陶瓷5固定；水管4一端与水泵3相连，水管4的另一端与喷头6相连接。压电陶瓷在电子线路的控制下，可使喷头6喷出的水产生不同频率的振动。

如图4为本发明一种室外水流悬浮装置的电路模块原理示意图。电路模块包括单片机模块8、电源模块16、功率放大模块9、驱动桥模块10、led驱动模块11、蓝牙模块12、按键模块13、振动输入模块14，液晶显示模块15；，其中单片机模块8分别与功率放大模块9、驱动桥模块10、led驱动模块11、蓝牙模块12、按键模块13、振动输入模块14，液晶显示模块15连接；功率放大模块9与压电陶瓷5连接，驱动桥模块10与水泵3连接，led驱动模块11与led灯光板7连接；电源模块分别与单片机模块8、功率放大模块9、驱动桥模块10、led驱动模块11连接。电源模块16分别与单片机模块8、功放模块9、驱动桥模块10、led驱动模块11连接。

如图5为本发明一种室外水流悬浮装置的电路结构示意图。所述的单片机模块8的输出端pwm1与功率放大模块9的输入端pwm1连接，单片机模块8的输出端pwm2与驱动桥模块10的输入端pwm2连接，单片机模块8的输出端pwm3、red、green、bule与led驱动模块11的输入端pwm3、red、green、bule对应连接，单片机模块8的双向输入/输出端usart_rx、usart_tx与蓝牙模块12的双向输入/输出端usart_tx、usart_rx对应连接，单片机模块8的输入端key0、key1、key2、key3、key4、key5与按键模块13的输出端key0、key1、key2、key3、key4、key5对应连接，单片机模块8的输入端ad1与振动输入模块14的输出端ad1连接，单片机模块8的双向输入/输出端rs、en、d0、d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7与液晶显示模块15的双向输入/输出端rs、en、d0、d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7对应连接。

图6是本发明中单片机模块的电路图。所述的单片机模块8包括芯片u1，u1为stm32f103vc单片机；芯片u1的脚24、脚36、脚48和脚9均与稳压电源端vcc连接，芯片u1的脚44与电阻r1的一端连接，电阻r1的另一端电源数字地gnd连接，芯片u1的脚5和脚6与晶振y的脚1和脚2对应连接，芯片u1的脚8、脚23、脚35和脚47均与电源数字地gnd连接，电阻r2的一端与开关s1的一端连接，电阻r2的另一端与稳压电源端vcc连接，电容c1的另一端和开关s1的另一端均与电源数字地gnd连接，电容c2的一端和电容c3的一端与晶振y的脚1和脚2对应连接，电容c2的另一端和电容c3的另一端均与电源数字地gnd连接。

图7是本发明中功率放大模块电路图。所述的单片机模块8的输出端pwm1与功率放大模块9的输入端pwm1连接，功率放大模块9中包含一个运放芯片lm158(图7中右侧方框中的矩形框所示)，运放芯片lm158的脚1与电容c7的一端连接，电容c7的另一端与电阻r6的一端连接，电阻r6的另一端与电源数字地连接，运放芯片lm158的脚1与电阻r4的一端连接，电阻r4的另一端与电容c4一端连接，电容c4的另一端与电源数字地连接，运放芯片lm158的脚1与电阻r4的一端连接，电阻r4的另一端与电阻r3的一端连接，电阻r3的一端与电源数字地连接，运放芯片lm158的脚1与电阻r4的一端连接，电阻r4的另一端与电阻r5的一端连接，电阻r5的另一端与24v电源连接；运放芯片lm158的脚2与电阻r7的一端连接，电阻r7的另一端与电容c8的一端连接，电容c8的另一端与电源数字地连接，运放芯片lm158的脚2与电阻r8的一端连接，电阻r8的另一端与电容c10的一端连接，电容c10的另一端与压电陶瓷5的一端连接；运放芯片lm158的脚3与24v电源连接，运放芯片lm158的脚3与电容c5的一端，电容c5的另一端与电源数字地连接，运放芯片lm158的脚3与电容c6的一端连接，电容c6的另一端与电源数字地连接；运放芯片lm158的脚4与电源数字地连接；运放芯片lm158的脚5与电阻r9的一端连接，电阻r9的另一端与电容c9的一端，电容c9的另一端与电源数字地连接，运放芯片lm158的脚5与电容c10的一端连接，电容c10的另一端与压电陶瓷5的一端连接；压电陶瓷5的另一端与数字地连接。

图8为本发明中驱动桥模块的电路图。单片机模块8的输出端pwm2与驱动桥模块10的输入端pwm2连接；驱动桥模块包含一块驱动芯片l298n，驱动芯片l298n的脚5、脚9与5v电源端连接，驱动芯片l298n的脚4与24v电源连接，驱动芯片l298n的脚7、脚8、脚1和脚15与数字地连接；电机m的一端与驱动芯片l298n的脚2连接，另一端与驱动芯片l298n的脚3连接。

图9是本发明中led驱动模块11的电路图。单片机模块8的输出端pwm3、red、green、blue与led驱动模块11的输入端pwm3、red、green、blue连接，led驱动模块11包括芯片u3，u3为lm158运放芯片，芯片u3的脚4与数字地连接，芯片u3的脚5与三极管e端连接，三极管b端与另一个电阻r5(1k)的一端连接，三极管c端与24v电源连接。

图10是本发明中蓝牙模块12的电路图；单片机模块8的双向输入/输出端usart_rx、usart_tx与蓝牙模块12的双向输入/输出端usart_tx、usart_rx连接，蓝牙模块12包含一个串口模块u4，所述的串口模块u4的脚2与稳压电源端vcc连接，脚3与数字地连接。

图11是本发明中按键模块13的电路图。单片机模块8的输入端key0、key1、key2、key3、key4、key5与按键模块13的输出端key0、key1、key2、key3、key4、key5对应连接；按键模块13的输出端key0对应按键s7的一端、key1对应按键s6的一端、key2对应按键s5的一端、key3对应按键s4的一端、key4对应按键s3的一端、key5对应按键s2的一端，按键s2、s3、s4、s5、s6、s7的另一端与数字地连接。

图12是本发明中振动输入模块14的电路图。单片机模块8的输入端ad1与振动输入模块14的输出端ad1连接，振动输入模块包括一个振动输入接口u5，振动输入接口u5脚1与稳压电源端vcc连接，振动输入接口u5脚2与电容c1一端连接，电容c1另一端与数字地连接，振动输入接口u5脚3与稳压数字地连接。

图13是本发明中液晶屏模块15的电路图。单片机模块8的双向输入/输出端rs、en、d0、d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7与液晶显示模块15的双向输入/输出端rs、en、d0、d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7对应连接。所述的液晶显示模块包括显示屏；显示屏(12864芯片所示)的脚1、脚20与数字地连接，脚2、脚17、脚19与稳压电源端vcc连接，滑动变阻器w1一段与稳压电源端vcc连接，滑动变阻器w1的另一段与数字地连接，滑动变阻器w1的中间段与脚3连接。

通过水泵3使水由水池1经过过滤装置2，经过喷头6循环流动；通过改变水泵3的转速来改变水流速度和压力强度；水管4末段内即将要喷出的水随着压电陶瓷5振动而振动，调节压电陶瓷5的振动频率改变水的振动频率；led灯光板7为三色板，通过电路控制可以发出不同颜色的灯光，并且控制灯光的频率。

设置压电陶瓷5的频率为αhz，设置led灯光7频率为βhz。当α＝β时，水流在视觉上悬停；当α<β时，水流在视觉上回流；当α>β时，水流在视觉上往下流。压电陶瓷的振幅不同，水流形状不同。振动输入模块输入振动信号或通过蓝牙模块输入音乐信号，随不同音乐信号，水流悬停切换不同的模式，随音乐播放，体现节奏感。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，如将该装置作为室内使用，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。