一种数字水幕接线系统及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于数字水幕显示技术领域，具体涉及一种数字水幕接线系统，本发明还涉及一种数字水幕接线系统的控制方法。
【背景技术】
[0002]数字水幕(或称数字水帘、数字水墙、瀑布打印机、数字瀑布等)起源于美国麻省理工学院在2008年西班牙萨拉戈萨世界博览会展示的一种交互式建筑一一“数字水亭”，“水亭”的墙体和屋顶均为数字控制的水幕，水幕可按预设程序显示图像和文字。经过几年的发展，国外数字水幕，可实现显示精细的文字、图案等，并有阴阳两种表现手法，可人机互动，触摸手写输入，可实现水幕、灯光、音乐的完美结合，其在欧美、日本，已经在很多行业得到认可。
[0003]国产数字水幕技术方面主要依靠国外引进，技术有待提高，国内有关数字水幕研宄的文献很少，其中技术方面也多不明确，多为概念性文献。现有的数字水幕中的一个电磁水阀需要接两根线，配一个驱动，上百个电磁水阀组成的数字水幕就需要上百根线和上百个驱动，因此程序编写繁多复杂，成本高。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种数字水幕接线系统，解决了现有技术中存在的数字水幕接线繁多导致控制复杂，且成本高的问题。
[0005]本发明的另一目的是提供一种数字水幕接线系统的控制方法。
[0006]本发明所采用的第一技术方案是，一种数字水幕接线系统:包括通过水管连接的下水箱和上水箱，上水箱内设置有电磁水阀，每个电磁水阀上均串联有二极管，电磁水阀的其中一根线连接二极管的正极管脚，所有二极管的负极管脚均靠近电磁水阀的一边，且所有二极管的负极管脚并联后与驱动器连接，每个电磁水阀的另一根线并联后也与驱动器连接，上水箱一侧沿竖直方向设置有两个传感器，两个传感器均与下水箱内设置的水泵通过信号线连接，上水箱还连接控制系统，控制系统包括单片机，单片机控制驱动器驱动每个电磁水阀的开关电源。
[0007]本发明第一技术方案的特点还在于，
[0008]单片机型号为Arduino Mega 2560。
[0009]传感器为液位传感器。
[0010]驱动器为L298N模块。
[0011]电磁水阀的竖直高度为2?13m。
[0012]本发明所采用的第二技术方案是，一种数字水幕接线系统的控制方法，基于数字水幕接线系统，具体按照以下步骤实施:
[0013]步骤1:将所有二极管负极管脚并联后连接至驱动器，每个负极管脚各引出一根线，依次定义为yl，y2，y3，y4......yi，将所有电磁水阀未连接二极管的一根线并联后连接至驱动器，并引出各自的线头，依次定义为xl，x2，χ3，χ4......xi ；
[0014]步骤2:定义单片机数字I/O 口 {6，8，10，……2i，……2i+4，}为一维数组pinx[i]，其控制驱动器信号输入口，驱动器的信号输出口接电磁水阀的xl，x2，x3……xi的i根线，定义单片机的数字I/O 口 {5，7，9，……2i+l，……2i+3}为另一个一维数组piny[i]，其控制驱动器的信号输入口，驱动器的信号输出口接二极管的yl，y2，y3……yi的i根线；
[0015]步骤3、对步骤2中的电磁水阀开始取模，需要点亮的部分用I表示，I表示高电平，不需要点亮的部分用O表示，O表示低电平，如果上下相邻两行或多行的显示相同，则合并为一组取模；
[0016]步骤4、将步骤3取得的模赋予一维数组HLxi [i]和HLyi [i]；
[0017]步骤5、使用多次循环执行步骤4中得到的一维数组HLyi [i]和HLxi[i]，每执行一维数组HLyi [i] 一次，执行所有的HLxi [i] 一次。
[0018]本发明的有益效果是，一种数字水幕接线系统，与现有普通接线法相比，该接线方法引出的线大为减少，进而使驱动器数量减少，程序编写复杂度、难度降低，程序得以优化，效率高，耗电量也得到降低，从而成本得到降低，数字水幕接线系统的控制方法，所用到的控制程序，与现有的相比得更加简洁，可实现三维数字水幕显示。
【附图说明】
[0019]图1是本发明一种数字水幕接线系统结构示意图；
[0020]图2是本发明一种数字水幕接线系统的控制方法一行十六排为例接线图；
[0021]图3是本发明一种数字水幕接线系统的控制方法的实施例接线图；
[0022]图4是本发明一种数字水幕接线系统的控制方法简化之后四行四列的接线方法示意图；
[0023]图5是本发明一种数字水幕接线系统的控制方法简化之后两行八列的接线方法示意图。
[0024]图中，1.水泵，2.下水箱，3.水管，4.上水箱，5.传感器，6.电磁水阀，7.二极管，
8.控制系统，9.单片机，10.驱动器，11.开关电源。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0026]本发明一种数字水幕接线系统，如图1所示，包括通过水管3连接的下水箱2和上水箱4，上水箱4内设置有一排电磁水阀6，电磁水阀6的竖直高度为2?13m，每个电磁水阀6上均串联有二极管7，电磁水阀6的其中一根线连接二极管7的正极管脚，所有二极管7的负极管脚均靠近电磁水阀的一边，且所有二极管7的负极管脚并联后与驱动器10连接，每个电磁水阀6的另一根线并联后也与驱动器10连接，上水箱4 一侧沿竖直方向设置有两个传感器5，两个传感器5均为液位传感器，两个传感器5获取上水箱4水位信息，两个传感器5均与下水箱2内设置的水泵I通过信号线连接，上水箱4还连接控制系统8，控制系统8包括单片机9，单片机9型号为Arduino Mega 2560，单片机为5V-9V供电，单片机9控制驱动器10驱动每个电磁水阀6的开关电源11，驱动器10为L298N模块。
[0027]本发明一种数字水幕接线系统的控制方法，基于数字水幕接线系统，具体按照以下步骤实施:
[0028]步骤1:将所有二极管7负极管脚并联后连接至驱动器10，每个负极管脚各引出一根线，依次定义为yl，y2，y3，y4……yi，将所有电磁水阀6未连接二极管7的一根线并联后连接至驱动器10，并引出各自的线头，依次定义为11^2，13，14……xi，如图2所示；
[0029]步骤2:定义单片机9数字I/O 口 {6，8，10，……2i，……2i+4，}为一维数组pinx[i]，其控制驱动器10信号输入口，驱动器10的信号输出口接电磁水阀6的xl，x2，x3……xi的i根线，定义单片机9的数字I/O 口 {5，7，9，……2i+l，……2i+3}为另一个一维数组piny[i]，其控制驱动器10的信号输入口，驱动器10的信号输出口接二极管7的yl，y2, y3......yi 的 i 根线；
[0030]步骤3、对步骤2中的电磁水阀6开始取模，需要点亮的部分用I表示，I表示高电平，不需要点亮的部分用O表示，O表示低电平，如果上下相邻两行或多行的显示相同，则合并为一组取模；
[0031]步骤4、将步骤3取得的模赋予一维数组HLxi [i]和HLyi [i]；
[0032]步骤5、使用多次循环执行步骤4中得到的一维数组HLyi [i]和HLxi[i]，每执行一维数组HLyi [i] 一次，执行所有的HLxi [i] 一次。
[0033]每个电磁水阀6上均串联有二极管7，串联二极管的作用是为了使得电磁水阀单向导电，此接线方法可通电打开任一个电磁水阀，以打开以一行十六排第二个电磁水阀为例，则需要给yl低电平，χ2高电平，其他xi低电平，yl和xl、x2、xl6共17根线接在插拔式接线端子上，接线端子另一端接上线，用于和控制系统连接，这样便于分离电磁水阀和控制系统，有利于维护，拆装。
[0034]以Arduino Mega 2560单片机为例，说明电路设计、程序编写与控制的方案:单片机为 5V-9V 供电，定义单片机数字 1 P {22，24，26，28，30，32，34，36，38，40，42，44，46，48，50，52}为一维数组pinx [16]，其控制四个驱动器L298N的共16个信号输入口，四个驱动器L298N的共16信号输出口接电磁水阀的xl，χ2，χ3……χ15，χ16的16根线，定义数字I/O口 {23，25，27，29}为另一个一维数组piny [4]，其控制一个驱动器L298N的共4个信号输入口，一个个驱动器L298N的共4个信号输出口接电磁水阀的yl，y2，y3，y4的4根线，其中只使用yl —根线，用于将yl接低电平，电磁水阀电压为24V，因此L298N的电源端子接24V电源，使得输出端口电压为24V或OV。
[0035]数字水幕中的电磁水阀选用超高频率、低压、寿命长的电磁水阀，为其设计接线方法可大幅度减少电磁水阀的线路和驱动器的使用，程序编写的复杂度、难度降低，从而降低了成本，支架可由各种材料搭建，其底层放下水箱，上层支撑上水箱和电磁水阀，支架上方和四周布有灯光。
[0036]水泵的选取要注意:水泵的扬程要大于该装置的整体净高，选择时要考虑管路的流动损失，其单位时间的流量要略大于所有电磁水阀的单位流量之和。上水箱的水位应保持一定的高度，以保证电磁水阀出水口的压力基本为定值，另在上水箱后侧设两个上下相距一定距离的传感器，获取上水箱水位信息，当上水箱水位低于下传感器时水泵开始工作，而高于上传感器时水泵停止工作，在水泵入水口和上水箱上方安装过滤网，防止杂质混入水中，在下水箱安装防溅网，防止落水散溅。
[0037]控制系统中，单片机为Arduino Mega 2560，单片机为5V-9V供电，AVR单片机的一个种类，其拥有54个数字I/O 口，片内FLASH容量256KB，工作时钟16MHz，SRAM为8K，EEPROM为4K，后期单片机将更换为ARM STM32fl03zet6，驱动器为L298N模块，一块L298N可输出4路高低电平，且L298N之间输出的高低电平也可以驱动电磁水阀。
[0038]数字水幕横向分布的多个电磁水阀之间的距离构成文字或图案的水平像数，电磁水阀通断的时间构成文字或图案的垂直像数，为了显示一个合适大小的文字或图案，其中，电磁水阀的竖直高度和电磁水阀总长度是正相关的关系，电磁水阀竖直高度越高，电磁水阀总长度应越长，竖直高度应在3?12米，由此，程序中循环之间的延时时间经过