具有預編輯功能的數控水景表演裝置的製作方法

2023-10-07 10:21:29 1

專利名稱：具有預編輯功能的數控水景表演裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型由一個處理音樂信號的計算機主機及控制軟體、若干個數控運動機構和水體輸送部分組成，是一個完整的水景表演裝置，屬於機械電子領域。
背景技術：
由於人民生活水平的提高以及人們普遍的親水性，人工水景成為城市人文景觀的重要的組成部分。現有的人工水景大至分成兩類一類是固定不變的，這一類比較簡單，基本上由水體輸送部分和簡單的電氣控制部分組成；另一類可以自由變化或隨音樂變化，這一類在機械結構上和第一類相似，只是在數量上要多一些，不同的是其電氣控制部分採用帶微控制器(MCU)的控制單元，有的還採用了工業控制電腦。上面的第一類比較簡單，在此不予討論。第二類水景的水形可以任意編排組合，有的也可以隨音樂變化，但其水形的變化基本上是由音樂信號中的某些分量如低音或高音分量的電平來觸發的，只能說水形在隨音樂變化，但不能表現出音樂的旋律和情感。並且其最終執行單元，即噴頭，基本上是固定的或者只能做一些簡單的機械運動，動作不夠靈活，水景的音樂表現力不強。

發明內容
本實用新型的目的是使水景變化更加多樣化，且能通過軟體的預編輯功能，使水景充分表現音樂的內涵。
本實用新型的技術要點如圖1所示預先保存在計算機硬碟中的波形音頻文件通過定製的MCI播放器播放，聲音輸出到音響系統，為了達到同步效果，必須提前輸出控制信號，提前指針計算單元根據同步參數和MCI播放器的實時參數計算出提前讀取的數據指針，根據數據指針預編輯數據讀取單元和音頻數據讀取單元分別提前讀取預編輯數據和音頻數據，音頻數據通過數位訊號處理單元提取出期望的音頻成分，和預編輯數據一起由控制信號生成單元合成控制信號，控制信號由通訊控制進程輸出到RS485通訊接口，再輸入到步進電機驅動器，驅動步進電機，步進電機帶動具有水體通道的定比傳動機構，最後帶動噴頭運動，表演需要的水通過水體輸送部分傳送。
本實用新型的預編輯部分如圖2所示由音樂分段及調整單元對波形音頻文件分段；由預編輯單元綜合配置參數、數位訊號處理的結果、分段數據文件和人工輸入的預編輯指令生成預編輯數據文件，預編輯數據以文件形式保存。
本實用新型的具有水體通道的定比傳動機構如圖3所示組合件1為定比傳動機械鏈；件2為具有水體通道的空心主軸；件3為水體輸送部分的接口；件4為萬向直流噴頭。
定比傳動機械鏈(1)與具有水體通道的空心主軸(2)連接，水體輸送部分的接口(3)與具有水體通道的空心主軸(2)連接，具有水體通道的空心主軸(2)與萬向直流噴頭(4)連接。
本實用新型的零點記憶電路如圖4所示
IC01為步進電機驅動器的微控制器IC02為一片非易失性存儲器，用於記憶電機當前的運行位置；IC03為電壓監控電路，用於檢測驅動器電源，當電壓低於設定電壓時，停止運行並把當前狀態通過微控制器存入IC02。非易失性存儲器的內容可由控制主機隨時更改，由此就重新設置了零點位置。微控制器IC01通過串行總線與IC02連接，IC01通過串行總線與IC03連接，IC02與IC03連接，IC03接電源VCC，並連接電阻R1、R2後接地。
本實用新型將控制主機與數控機構做成主從式結構，數控機構的數量可根據接口能力任意擴展，每個運動機構都可以以獨立的角度和速度擺動或定位，角度變化區間-90。～90。，定位精度0.1度，脈衝當量0.01度，頻率變化區間0.8～4K，預編輯軟體可以對樂曲進行以0.1秒為基本單位進行分段編輯，分段的數量不限制，在每段內既可以以分組的方式控制一組噴頭，也可以分別控制每一個噴頭，可以使水景呈現極其豐富的造型和靈活的變化，並通過將控制信號提前於音樂信號輸出的方法使水形與音樂同步。可以應用於各種人工水景。
本實用新型的優點1、在以往音控的基礎上設計和應用了預編輯方式。對優選經典的樂曲，實施水型預編輯。使水姿與音樂情感貼切吻合，使水型變化與音樂節奏完全同步。
2、將數控技術應用於音控水景表演中。一改以往音控水景表演中只有水型啟停、高低變化和機械搖擺的單調。由數控機構導演出令人耳目一新的極其豐富的水景造型。觀之，或如彩帶飄舞，或如鮮花盛開，或如孔雀開屏，或如海鷗翱翔。


圖1系統框圖。
圖2預編輯部分框圖。
圖3具有水體通道的定比傳動機構示意圖1.定比傳動機械鏈；2.具有水體通道的空心主軸；3.為水體輸送部分的接口；4.為萬向直流噴頭。
圖4步進電機驅動器零位點記憶電路示意圖具體實施方式
以下結合附圖詳述本實用新型。
本系統的音源來自預先保存在計算機硬碟中的波形音頻文件(44.1KHz，16位)中，通過定製的多媒體控制接口(MCI)對象可以播放音頻信號。由於數據傳輸環節存在滯後，並且運動機構具有慣性，為了使聲音與水景達到同步的目的，必須將控制信號提前於音頻信號輸出，所以將聲音文件的數據提前於當前播放時間一定量讀取，進行數位訊號處理後，分析出所需要的音頻成分，和預先編輯好的數據文件合成最終的控制信號。數位訊號處理採用二階巴特沃斯濾波器。由於生成數位訊號處理、以及聲音數據的讀取和播放都有很大的工作量，且實時性要求比較高，因此採用多線程以提高運行速度。合成好的控制信號通過獨立的通訊進程從計算機的串行通訊口輸出，通訊進程與主進程通過數據流套節字(WinSock)進行數據傳送。
預編輯數據是預先編輯好並保存在硬碟中的。音樂分段及調整單元將波形音頻文件根據旋律和節拍以0.1秒為精度分成若干個表演時間段，並保存到分段數據文件中；預編輯單元再根據分段數據、配置參數、人工輸入的預編輯指令及數位訊號處理的結果統一合成預編輯數據，並以文件的形式保存。編輯的界面是一個二維列表，列表的每一行代表一個時間，每一列代表一個數控設備，行和列的交叉點單元中的數據是設備在這一段時間內的運行指令。利用這種編輯方式，將特定的樂曲與設備的動作序列緊密的結合在一起，加上本系統的執行設備的靈活性，因此能充分表現音樂的旋律和節拍。
本實用新型具有遠距離通訊功能的步進電機驅動器，最大傳輸距離可達一公裡。將驅動部分和步進電機一起進行防水密封后再應用於系統中。本驅動器採用通用步進電機控制晶片，它於MCU有很強的接口能力，這樣可以簡化設計，再增加通訊部分即可適用於本系統。本驅動器採用斬波恆流方式，最大連續工作電流為±1.5A，片內含有非線性3位D/A轉換器，可進行最多8細分控制，增加系統運行平穩性和啟動性。
本實用新型採用步進電機作為運動機構的驅動單元，是因為它具有良好的開環特性，運動機構為具有水體通道定比傳動機構，該機構的零位點可以根據需要靈活設置，不同的運動單元也可以設置不同的零位點。各零位點一經設置，則被準確的記憶，可以反覆使用，直至需要更換設置時。由於水中工作條件惡劣，機械部分採用抗鏽蝕材料製成，使其在水中具有良好的抗鏽蝕性和傳動的可靠性。
權利要求1.一種具有預編輯功能的數控水景表演裝置包括一個具有音樂信號處理功能的計算機主機及控制軟體以及若干個步進電機驅動器、運動機構和水體輸送部分，其特徵是步進電機驅動器零位點記憶電路按以下方式連接IC01為步進電機驅動器的微控制器；IC02為一片非易失性存儲器，IC03為電壓監控電路；微控制器IC01通過串行總線與非易失性存儲器IC02連接，IC01通過總線與電壓監控電路IC03連接，IC03接電源VCC，並連接電阻R1、R2後接地。
2.按照權利要求1所述的具有預編輯功能的數控水景表演裝置，其特徵是運動機構為具有水體通道的定比傳動機構，該機構組合件1為定比傳動機械鏈；件2為具有水體通道的空心主軸；件3為水體輸送部分的接口；件4為萬向直流噴頭；定比傳動機械鏈(1)與具有水體通道的空心主軸(2)連接，水體輸送部分的接口(3)與具有水體通道的空心主軸(2)連接，具有水體通道的空心主軸(2)與萬向直流噴頭(4)連接。
專利摘要具有預編輯功能的數控水景表演裝置，屬於機械電子領域。該裝置包括一個具有音樂信號處理功能的計算機主機及若干個步進電機驅動器、運動機構和水體輸送部分。IC01為步進電機驅動器的微控制器；IC02為一片非易失性存儲器，IC03為電壓監控電路；微控制器IC01通過串行總線與IC02連接，IC01通過總線與IC03連接，IC03接電源VCC，並連接電阻R1、R2後接地。運動機構為具有水體通道的定比傳動機構，該機構組合件(1)為定比傳動機械鏈；件(2)為具有水體通道的空心主軸；件(3)為水體輸送部分的接口；件(4)為萬向直流噴頭；定比傳動機械鏈(1)與具有水體通道的空心主軸(2)連接，水體輸送部分的接口(3)與具有水體通道的空心主軸(2)連接，具有水體通道的空心主軸(2)與萬向直流噴頭(4)連接。
文檔編號B05B17/08GK2629842SQ0229418
公開日2004年8月4日 申請日期2002年12月31日 優先權日2002年12月31日
發明者王國峰, 黃躍權, 黃實, 陳萬致, 李輝 申請人:北京中科恆業中自技術有限公司