一种动态屏幕系统及其控制方法
【专利摘要】本发明一种动态屏幕系统，包括运动控制系统和若干机械执行机构；运动控制系统包括依次相连的控制信息发布层和信息传输层；信息传输层包括依次相连的主交换机、现场交换机和至少两个CAN通信服务器；机械执行机构采用推杆上安装屏幕涂层外罩的电动缸，当推杆处于零位时，所有外罩的顶部均处于同一平面且实现密铺；主交换机与控制信息发布层相连，CAN通信服务器依次通过电机控制器和电机驱动器与电动缸相连，电动缸执行由控制信息发布层发出通过信息传输层传递的运动命令。其控制方法包括1）中央处理器初始化；2）读取自身位置标示；3）判断是否接受命令和数据；4）检查当前工作状态；5）进入命令处理流程；6）返回指令等待状态。
【专利说明】一种动态屏幕系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种屏幕系统，具体涉及一种动态屏幕系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]静态屏幕在日常生活中较为普及，如生活中所用到的显示器和电子屏，都属于静态屏幕，虽然随着3D技术的不断发展，静态屏幕能够在一定程度上表现出立体感，但其终究还是平面图像，是都是通过左右眼接收到不同的图像，经过大脑的合唱产生的立体效果，效果不很理想，而且非常有局限性，无法达到裸眼3D的效果；现有的3D投影呈现出的立体效果也缺乏真实感，而且能够也无法适用于大场景下的立体效果的呈现。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种动态屏幕系统及其控制方法，能够通过在不同屏幕上呈现画面的相互配合，能够直接表现出画面的3D立体效果，立体效果真实，适用范围广。
[0004]本发明是通过以下技术方案来实现:
[0005]一种动态屏幕系统，其包括运动控制系统和若干机械执行机构；所述的运动控制系统包括依次相连的控制信息发布层和信息传输层；信息传输层包括依次相连的主交换机、现场交换机和至少两个CAN通信服务器；所述的机械执行机构采用设置有位置传感器的电动缸，电动缸的推杆上安装设有屏幕涂层的外罩，当推杆处于零位时，所有外罩的顶部均处于同一平面且实现密铺；主交换机与控制信息发布层相连，CAN通信服务器依次通过电机控制器和电机驱动器与电动缸相连，电动缸执行由控制信息发布层发出通过信息传输层传递的运动命令。
[0006]优选的，控制信息发布层包括两台互为备份的工控机，两台工控机分别通过两套互为备份的总线通道与主交换机连接。
[0007]优选的，主交换机能够分别用于提供现场应力的采集、现场信息的测量和现场动力状态的显示。
[0008]优选的，每个电机控制器通过电机驱动器控制一个电动缸，电机控制器与CAN通信服务器之间的传输线路采用双点双线连接。
[0009]优选的，电机控制器包括与CAN通信服务器的CAN总线相连的CAN驱动器，提供电源转换的二次电源，以及中央处理器和驱动器信号输出电路；所述的CAN驱动器通过通信数字隔离器与中央处理器相连；所述的驱动器信号输出电路包括连接在中央处理器输出端的总线驱动器，总线驱动器分别通过低速光耦和高速光耦共同输出包括脉冲信号的驱动器信号。
[0010]进一步，中央处理器上还连接有晶体、复位电路、EEPROM、时钟电路和调试接口，中央处理器通过GPIO接口接收经低速光耦传送的位置传感器输出的传感器信号。
[0011]进一步，驱动器信号通过低速光耦经GPIO接口和依次通过485驱动器、驱动数字隔离器经UART接口分别反馈连接到中央处理器。[0012]进一步，中央处理器的内部设置有脉冲发生器，脉冲发生器包括用于控制脉冲信号频率的脉冲频率寄存器和用于控制脉冲信号周期的脉冲时间定时器。
[0013]基于以上任意一种所述动态屏幕系统的一种动态屏幕系统控制方法，其包括如下步骤，
[0014]I)电机控制器中的中央处理器通电或复位后进行初始化；
[0015]2)电机控制器读取自身位置标示；
[0016]3)利用与自身位置标示的比对，电机控制器判断是否接受来自工控机发来的命令和数据；如果是则对命令和数据进行解析得到命令码，如果不是则放弃命令和数据；
[0017]4)检查当前电机控制器工作状态，如果为运行故障状态，则进入故障处理模式；如果为正常启动状态，则进入指令等待状态；同时对命令码进行正确性判断，如果正确则进入命令处理流程，如果错误则不做处理；
[0018]5 )进入命令处理流程后，解析命令码，执行命令规定的电机控制；所述的电机控制包括数据下载、位置寻零、直接运动控制和程序运动控制；
[0019]6)执行完命令规定的电机控制后，电机控制器返回指令等待状态，等待下一条命令的到来。
[0020]优选的，程序运动控制包括如下步骤，
[0021]a.根据命令从EEPROM中读取包括脉冲方向、频率和时间的运动向量；
[0022]b.根据运动向量配置脉冲频率寄存器和脉冲时间定时器，并启动或刷新脉冲发生器后进入下一步；
[0023]c.运动向量地址指针加一，然后判断当前运动向量的脉冲发送是否完成，未完成则进行等待，完成后继续下一步；
[0024]d.判断所有运动向量的脉冲发送是否完成，未完成则返回步骤a，完成后则结束程序运动控制。
[0025]与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果:
[0026]本发明一种动态屏幕系统，利用高速低噪的电动缸组成阵列，使得其上设置屏幕涂层的外罩顶部在同一平面密铺，为图像的显示提供动态显示的基础；通过运动控制系统的逐层控制，将电动缸运动的分别控制，通过不同电动缸运动和位置的变化组合，配合屏幕的显示，呈现出真实的真正意义上的裸眼3D效果；并且能够通过CAN通信服务器数量的灵活选取组合，实现不同要求的演示系统构建要求，通过不同电动缸型号的选取，能够实现大场景，甚至超大场景的3D显示效果，结构简单，适用范围广，拓展方便，效果逼真，可靠性闻。
[0027]进一步的，通过互为备份的工控机的设置实现双机热备份，能够分别实现控制操作，实现了主级双冗余；再利用互为备份的两套总线通道，实现了通道的双冗余，保证了系统运行和控制的稳定可靠。
[0028]进一步的，通过CAN通信服务器与电机控制器之间的双点双线连接，构成了闭环传送线路，实现点线双冗余，在一个传输路径意外中断后，能够从另一端实现信息的传递，保证了电机稳定的正常运行。
[0029]进一步的，通过电机控制器要控制电动机进行模拟各种位置变化的控制，是通过控制电动机的转速完成的。控制器对驱动器发出的脉冲，决定了电动机的转速和直线位移，脉冲的个数和方向决定了直线位移，脉冲的频率，决定了电动机的转速，并分别通过一一对应的控制，分别实现电动缸的运动和定位，组合形成了真实的3D立体效果，控制简单，传输快捷，运动控制系统和机械执行机构配合程度高。
[0030]本发明一种动态屏幕系统控制方法，通过将动态幕整体的控制划分到每个电机控制器的控制，由工控机统一发布命令和数据，电机控制器选择接收自己的命令并进行执行，从而通过每个电动缸的动作的完成来相互配合，实现3D效果的变化和动态显示；通过电机控制器实现命令的解释和具体执行发送，提高了系统整体的可靠性，将执行单元和控制单元对应，简化了指令的传递流程和控制指令的执行操作，容错率高，恢复调整迅速。
[0031]进一步的，利用程序运动控制，直接从EEPROM中读取运动向量，并依次执行操作，大幅的提高了运动响应速度，使得电动缸的运动能够更好的与屏幕画面效果配合，提高了显示效果和应用范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1为本发明实例中所述动态屏幕系统的系统拓扑结构图。
[0033]图2为本发明实例中所述电机控制器的结构框图。
[0034]图3为本发明实例中所述系统控制方法的流程框图。
[0035]图4为本发明实例中所述的程序控制的流程框图。
[0036]图5为本发明实例中所述机械执行机构的密铺效果图。
【具体实施方式】
[0037]下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0038]本发明一种动态屏幕系统，其包括运动控制系统和若干机械执行机构；运动控制系统包括依次相连的控制信息发布层和信息传输层；信息传输层包括依次相连的主交换机、现场交换机和至少两个CAN通信服务器；所述的机械执行机构采用设置有位置传感器的电动缸，电动缸的推杆上安装设有屏幕涂层的外罩，如图5所示，当推杆处于零位时，所有外罩的顶部均处于同一平面且实现密铺；主交换机与控制信息发布层相连，CAN通信服务器依次通过电机控制器和电机驱动器与电动缸相连，电动缸执行由控制信息发布层发出通过信息传输层传递的运动命令。
[0039]其中，控制信息发布层包括两台互为备份的工控机，两台工控机分别通过两套互为备份的总线通道与主交换机连接。主交换机能够分别用于提供现场应力的采集、现场信息的测量和现场动力状态的显示。每个电机控制器通过电机驱动器控制一个电动缸，电机控制器与CAN通信服务器之间的传输线路采用双点双线连接。
[0040]其中，电机控制器包括与CAN通信服务器的CAN总线相连的CAN驱动器，提供电源转换的二次电源，以及中央处理器和驱动器信号输出电路；所述的CAN驱动器通过通信数字隔离器与中央处理器相连；所述的驱动器信号输出电路包括连接在中央处理器输出端的总线驱动器，总线驱动器分别通过低速光耦和高速光耦共同输出包括脉冲信号的驱动器。中央处理器上还连接有晶体、复位电路、EEPROM、时钟电路和调试接口，中央处理器通过GPIO接口接收经低速光耦传送的位置传感器输出的传感器信号。驱动器信号通过低速光耦经GPIO接口和依次通过485驱动器、驱动数字隔离器经UART接口分别反馈连接到中央处理器。中央处理器的内部设置有脉冲发生器，脉冲发生器包括用于控制脉冲信号频率的脉冲频率寄存器和用于控制脉冲信号周期的脉冲时间定时器。
[0041]本优选实施例中，动态屏幕系统拓扑构成如图1所示，能够满足传输效果和传输时间的要求，具体的运动控制系统实现如下。运动控制系统是控制信息的传输机构和控制命令的发出机构，其可靠性不仅关系到传输信息的正确性，而且关系到整个系统的可靠度。
[0042]在控制信息发布层，设置有两台互为备份的工控机(带有两个以太网口)，一台作为场景编辑机，一台作为控制机；两台都可独立地实施用户的编辑操作和控制过程的操作——实现主机双冗余。两台工控机分别通过两套互为备份的总线通道与主交换机连接，主交换机可连接最多可达20个CAN通讯服务器，每个CAN服务器带有4路CAN通讯口，选用2个CAN通讯服务器即可满足系统构建要求。
[0043]在信息传输层，互为备份的2套总线通道，一旦某一通道出现故障，则由另一通道接替故障通道的工作——实现通道双冗余。
[0044]在通过CAN通信服务器与电机控制器的传输之间采用双点双线连接，构成了闭环传送线路，实现点线双冗余，在一个传输路径意外中断后，能够从另一端实现信息的传递，保证了电机稳定的正常运行，每个电机控制器控制一个机械执行机构。
[0045]具体的，机械执行机构中的电动缸，能够优选的采用同步带方式来实现。同步带传动的电动缸是由带有与齿轮配合的锯齿状条带作为核心，当电机旋转时，带动轴连接器上的齿轮旋转，齿轮转动的位置决定了齿轮与齿条之间的位置，从而带动与齿条固定在一起的推杆也做直线运动。维护只需在开始时涂抹硅油，不需要定期注脂润滑，无易损件需要维护更换。需要控制其摆动量、运动精度、速度等参数。
[0046]具体的，电机控制器的结构框图如图2所示，电机控制器为运动控制系统中的信息节点，用于直接控制机械执行机构，电机控制器中的中央处理器用于响应上位机的指令解析和对驱动器的控制和状态检测控制，可提供2个CAN-bus接口，6个脉冲接口，和大量的GPIO接口。能够满足驱动器所需要的控制信号种类。处理器外通过I2C总线扩展一个16KX8bit的EEPROM (型号为CAT24WC256)，用于实现控制板编号的存储，以及控制算法的存储。
[0047]中央处理器通过CAN总线控制器接口扩展一路CAN通讯，CAN驱动器采用82C250，用于电机控制器与上位机进行命令和数据信息交互，通过通讯数字隔离器实现通讯隔离。中央处理器通过GPIO 口输出控制信号，控制信号经过总线驱动器进行驱动，驱动后的控制信号推动光耦输入端，实现光耦的导通与关断。发送脉冲由处理器的脉冲接口控制，输出的信号包括位置控制脉冲和方向控制脉冲2个，该接口与中央处理器隔离。
[0048]具体的，电机控制器对电动机的各种位置变化的控制，实际上是将运动曲线用线段进行拟合，三个参数就可以完全确定其运动状态，即方向、脉冲周期和脉冲个数；脉冲周期固定，那么脉冲串个数就是由脉冲串发出的时间确定的，所以，每个分段需要的参数为脉冲的方向，周期和时间。
[0049]本发明基于以上所述动态屏幕系统的一种动态屏幕系统控制方法，包括如下步骤，
[0050]I)电机控制器中的中央处理器通电或复位后进行初始化；[0051]2)电机控制器读取自身位置标示；
[0052]3)利用与自身位置标示的比对，电机控制器判断是否接受来自工控机发来的命令和数据；如果是则对命令和数据进行解析得到命令码，如果不是则放弃命令和数据；
[0053]4)检查当前电机控制器工作状态，如果为运行故障状态，则进入故障处理模式；如果为正常启动状态，则进入指令等待状态；同时对命令码进行正确性判断，如果正确则进入命令处理流程，如果错误则不做处理；
[0054]5 )进入命令处理流程后，解析命令码，执行命令规定的电机控制；所述的电机控制包括数据下载、位置寻零、直接运动控制和程序运动控制；
[0055]6)执行完命令规定的电机控制后，电机控制器返回指令等待状态，等待下一条命令的到来。
[0056]具体的流程如图3所示，电机控制器通过CAN通信完成工控机发来的数据和命令的解析、对驱动器的操作、驱动器状态上报等功能。并实现开关量的发出和采集，脉冲量的发出，CAN接口的通讯等工作。还能实现对EEPROM的访问，能够从中解析算法指令，以及通过GPIO接口对片外时钟电路的访问，能够从中获取时标数据。一旦出现失步问题，电机控制器能够通过运算控制，在下一步赶上整体运动。
[0057]其中，如图4所示，具体的程序运动控制包括如下步骤，
[0058]a.根据命令从EEPROM中读取包括脉冲方向、频率和时间的运动向量；
[0059]b.根据运动向量配置脉冲频率寄存器和脉冲时间定时器，并启动或刷新脉冲发生器后进入下一步；
[0060]c.运动向量地址指针加一，然后判断当前运动向量的脉冲发送是否完成，未完成则进行等待，完成后继续下一步；
[0061]d.判断所有运动向量的脉冲发送是否完成，未完成则返回步骤a，完成后则结束程序运动控制。
【权利要求】
1.一种动态屏幕系统，其特征在于，其包括运动控制系统和若干机械执行机构；所述的运动控制系统包括依次相连的控制信息发布层和信息传输层；信息传输层包括依次相连的主交换机、现场交换机和至少两个CAN通信服务器；所述的机械执行机构采用设置有位置传感器的电动缸，电动缸的推杆上安装设有屏幕涂层的外罩，当推杆处于零位时，所有外罩的顶部均处于同一平面且实现密铺；主交换机与控制信息发布层相连，CAN通信服务器依次通过电机控制器和电机驱动器与电动缸相连，电动缸执行由控制信息发布层发出通过信息传输层传递的运动命令。
2.根据权利要求1所述的一种动态屏幕系统，其特征在于，所述的控制信息发布层包括两台互为备份的工控机，两台工控机分别通过两套互为备份的总线通道与主交换机连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种动态屏幕系统，其特征在于，所述的主交换机能够分别用于提供现场应力的采集、现场信息的测量和现场动力状态的显示。
4.根据权利要求1所述的一种动态屏幕系统，其特征在于，所述的每个电机控制器通过电机驱动器控制一个电动缸，电机控制器与CAN通信服务器之间的传输线路采用双点双线连接。
5.根据权利要求1或4所述的一种动态屏幕系统，其特征在于，所述的电机控制器包括与CAN通信服务器的CAN总线相连的CAN驱动器，提供电源转换的二次电源，以及中央处理器和驱动器信号输出电路；所述的CAN驱动器通过通信数字隔离器与中央处理器相连；所述的驱动器信号输出电路包括连接在中央处理器输出端的总线驱动器，总线驱动器分别通过低速光稱和高速光稱共同输出包括脉冲信号的驱动器信号。
6.根据权利要求5所述的一种动态屏幕系统，其特征在于，所述的中央处理器上还连接有晶体、复位电路、EEPROM、时钟电路和调试接口，中央处理器通过GPIO接口接收经低速光耦传送的位置传感器输出的传感器信号。
7.根据权利要求6所述的一种动态屏幕系统，其特征在于，所述的驱动器信号通过低速光耦经GPIO接口和依次通过485驱动器、驱动数字隔离器经UART接口分别反馈连接到中央处理器。
8.根据权利要求7所述的一种动态屏幕系统，其特征在于，所述中央处理器的内部设置有脉冲发生器，脉冲发生器包括用于控制脉冲信号频率的脉冲频率寄存器和用于控制脉冲信号周期的脉冲时间定时器。
9.基于权利要求8所述动态屏幕系统的一种动态屏幕系统控制方法,其特征在于,包括如下步骤， .1)电机控制器中的中央处理器通电或复位后进行初始化； .2)电机控制器读取自身位置标示； .3)利用与自身位置标示的比对，电机控制器判断是否接受来自工控机发来的命令和数据；如果是则对命令和数据进行解析得到命令码，如果不是则放弃命令和数据； .4)检查当前电机控制器工作状态，如果为运行故障状态，则进入故障处理模式；如果为正常启动状态，则进入指令等待状态；同时对命令码进行正确性判断，如果正确则进入命令处理流程，如果错误则不做处理； .5 )进入命令处理流程后，解析命令码，执行命令规定的电机控制；所述的电机控制包括数据下载、位置寻零、直接运动控制和程序运动控制； 6)执行完命令规定的电机控制后，电机控制器返回指令等待状态，等待下一条命令的到来。
10.根据权利要求9所述的一种动态屏幕系统控制方法，其特征在于，所述的程序运动控制包括如下步骤， a.根据命令从EEPROM中读取包括脉冲方向、频率和时间的运动向量； b.根据运动向量配置脉冲频率寄存器和脉冲时间定时器，并启动或刷新脉冲发生器后进入下一步； c.运动向量地址指针加一，然后判断当前运动向量的脉冲发送是否完成，未完成则进打等待，完成后继续下一步； d.判断所有运动向量的脉冲发送是否完成，未完成则返回步骤a，完成后则结束程序运动控制。
【文档编号】H04N13/04GK103576649SQ201310485483
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年10月16日 优先权日:2013年10月16日
【发明者】彭海波, 杨军一, 高鹏, 王颖雪, 张强, 高巍, 窦森, 刘辉 申请人:中国航天科技集团公司第九研究院第七七一研究所