CN101630156A - 可编程音乐喷泉控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可编程音乐喷泉控制系统，目的在于提供具有可扩展性强、编程简便、成本低、控制灵活等特点的音乐喷泉控制系统。实现本发明目的的技术方案是：可编程音乐喷泉控制系统，该系统包括上位机、若干控制模块和驱动模块，每个控制模块包括一个CPU，CPU通过开关控制输出接口与驱动模块连接，所述若干控制模块中，每一个控制模块具备一个唯一的地址，每个控制模块RS232内置FLASH存储器并和CAN总线接口连接，若干控制模块通过CAN总线接口与CAN总线连接；若干控制模块中的至少一个控制模块设有与CPU连接的串行数据接口，该模块通过串行数据接口和所述上位机连接，该模块为主控模块，其它控制模块作为扩展模块。

Description

可编程音乐喷泉控制系统

技术领域

本发明涉及一种可编程音乐喷泉控制系统，主要涉及利用现场总线技术控制音乐喷泉系统。

背景技术

目前常用的音乐喷泉控制各个喷泉节点有三种类型：可编程控制器(PLC)控制，工控机直接控制，采用RS485主从式通讯控制模块。

采用可编程控制器(PLC)控制控制各喷泉节点成本高，同时由于音乐喷泉的个性特点，每一个音乐喷泉都有自己独立的变化和花形，因此在不同的工程应用中都需要大量的编程工作。同时可编程控制器只能近距离扩展，对于分离较远的控制节点，只能在本地驱动后在用大电流电缆将电流输到被控节点，在远距离控制的条件下电缆成本可能会远远高于可编程控制器(PLC)成本。

采用工控机控制的方法节点扩展能力有限，同时在实时性要求比较高的场合，由于目前的计算机多采用WINDOWS多任务操作系统，会出现无法满足控制要求的场合，例如大量的跑泉控制时会出现停顿等现象。

而采用RS485主从式通讯控制模块的控制方法，数据传输速率低，子模块之间无法通讯，使得所有信号只能由主节点操控，效率低下，不适用于高速的造型变化，也不能实现故障实时报警。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供可编程音乐喷泉控制系统，该系统具有可扩展性强、编程简便、成本低、控制灵活等特点。

实现本发明目的的技术方案是：可编程音乐喷泉控制系统，该系统包括上位机、若干控制模块和驱动模块，每个控制模块包括一个CPU，CPU通过开关控制输出接口与驱动模块连接，所述若干控制模块中，每一个控制模块具备一个唯一的地址，每个控制模块RS232内置FLASH存储器并和CAN总线接口连接，若干控制模块通过CAN总线接口与CAN总线连接；

若干控制模块中的至少一个控制模块设有与CPU连接的串行数据接口，该模块通过串行数据接口和所述上位机连接，该模块为主控模块，其它控制模块作为扩展模块。

本发明通过由CAN总线构成的多主从结构的现场总线将所有控制模块连接起来，每一个模块具备一个唯一的地址，每一套系统必须且仅能设定一个主控模块，该模块与上位机连接，扩展模块可以根据需要任意增减。

本发明中，所述上位机还包括：用于向主控模块发出控制命令，进而控制各控制模块数据输出的装置；和

用于向主控模块发出编程命令，将上位机的数据下载到各控制模块的FLASH存储器中的装置。

作为本发明的进一步改进，所述主控模块还包括一个与CPU连接的工作模式选择开关，用于控制所述串行数据接口和上位机连接状态，选择可编程喷泉控制系统的工作模式：工作模式选择开关导通时，系统处于编程模式和计算机控制模式，工作模式选择开关断开时，系统处于独立工作模式。在编程模式和计算机控制模式下，主控模块串口生效，所有的命令由上位计算机给出；在独立工作模式下，串口关闭，主控模块通过CAN总线通讯接口向其它模块送出同步信号和运行命令控制喷泉系统工作，其它模块在接受到运行命令后，读取自己模块中FLASH内预存的的喷泉花形、变化规律，在主控模块同步信号的控制下进行开关控制输出的装置。

所述主控模块的CPU还可以连接液晶显示器接口和万年历时钟芯片。

在编程模式和计算机控制模式下，所述主控模块中包括下列装置：

用于接收上位机的控制命令，将上位机的控制命令发送到其它模块的装置；

用于接收上位机的编程命令，将上位机的数据下载到各控制模块的FLASH存储器中的装置；

用于传递与各模块之间的交接信号的装置；用于产生同步信号，使各模块的控制同步的装置；

读取时钟装置；和

用于接收上位机的指令，产生开关控制输出的装置。

所述用于接收上位机的指令，产生开关控制输出的装置，包括：

将上位机的数据直接输出到控制端口，产生开关控制输出的装置；和，调用各控制模块FLASH中的数据包，产生开关控制输出的装置。

在编程模式和计算机控制模式下，所述扩展模块中包括下列装置：

用于接收主控模块的控制命令，将上位机的数据对应下载到各扩展模块的FLASH存储器中的装置；

用于根据主控模块发来的控制命令或同步信号完成本模块的控制，实现不同的开关控制输出的装置；和

用于传递与其他模块之间的交接信号的装置。

在独立工作模式下：

所述主控模块的CPU中包括下列装置：

用于传递与模块之间的交接信号、的装置；

用于产生同步信号，使各模块的控制同步的装置；

读取时钟装置；和

用于通过读取FLASH中预存的喷泉花形、变化规律，进行开关控制输出的装置。

所述扩展模块的CPU中包括下列装置：

用于根据主控模块发来的控制命令或同步信号完成本模块的控制，通过读取FLASH中预存的喷泉花形、变化规律实现不同的开关控制输出的装置；和

用于传递与其他模块之间的交接信号的装置。

作为本发明的进一步改进，所有控制模块通过串行数据接口和上位机连接，每个控制模块上设有工作模式选择开关，用于控制该控制模块与上位机的连接状态，并决定该控制模块为主控模块还是扩展模块。

所述控制模块的串行数据接口为RS232或RS485的接口，FLASH存储器可根据需要选择256字节到64k字节存储器，64路开关量控制输出给驱动模块。

所述控制模块还包括地址选择开关，控制模块的地址可以预定义，也可以自动调整，通过地址选择开关进行地址声明，完成自身地址的设定，考虑喷泉控制的特点，通常使用预定义地址。

所述驱动模块由大功率可控硅和光电隔离期间构成了固态继电器组，用于驱动不同的泵和电磁阀继电器。

作为本发明的进一步改进，所述控制系统还包括故障判断装置，故障判断装置包括：在各扩展模块中设有用于定时发送基本诊断信息给主控模块的装置，诊断信息包括：地址信息、数据格式错误、数据校验错误、地址重复等；

在主控模块中设有用于接收扩展模块的诊断信息后，发送给上位机的装置。如果主控模块接收到某地址信息则判断出该扩展模块存在，否则判断模块不存在，控制模块地址应当连续，如果不连续，则作为故障，例如有第1、第3、第4模块，没有第2模块则认为系统故障。

本发明的有益效果在于：

1、采用现场总线技术的音乐喷泉控制器，实现多主从的网络结构，可以实现实时故障诊断。

2、具备软件下载功能，内部有最大64k flash存储器，上位机可以将喷泉花型和规律变化下载并保存到控制器内部，由控制器来完成具体的喷泉变化，降低了上位机的工作强度，对上位机的要求降低。

3、具备强大的扩展能力，可以根据需要增减控制器的数量，无需修改程序和硬件设计，简化工程设计。

4、模块之间的可以实现远程数据传输，使模块可以直接放置在被控的喷泉附近，减少了电缆线的数量，降低成本

5、独立的工作模块设计，控制系统的模块可以不依赖上位机独立工作，在有些不需要上位机控制的场合，只需要将主模块的工作模式选择开关断开，模块只要通电，通电就会按照事先上位机下载在内部的控制规律及花形自动运行。

附图说明

图1是本发明实施例1可编程音乐喷泉控制系统结构框图

图2本发明实施例控制模块结构框图

图2本发明实施例1扩展模块结构框图

图中，1.驱动模块，2.扩展模块，3.上位机，4.RS232接口，5.主控模块，6.开关控制输出，7.终端电阻，8.CAN总线，9.flash存储器11.地址设定开关，12.工作模式选择开关，13.万年历芯片，14.液晶显示接口，15.CPU

具体实施方式

下面结合附图做进一步说明。

实施例1

如图1所示，可编程音乐喷泉控制系统10，该系统包括上位机3、若干控制模块和驱动模块1，若干控制模块中的主控模块5设有RS232接口4，RS232接口4和上位机3连接，其它控制模块作为扩展模块2。主控模块5和每个扩展模块2中均包括一个CPU，CPU的开关控制输出接口6与驱动模块1连接，64路开关量控制输出给驱动模块1。若干控制模块通过CAN总线8连接。驱动模块1由大功率可控硅和光电隔离期间构成了固态继电器组，用于驱动不同的泵和电磁阀继电器。

如图2所示，在本实施例中，图2为主控模块5的结构框图，主控模块5包括CPU 15以及分别与CPU 15连接的地址选择开关11、RS232接口4、液晶显示接口14、CAN总线接口18、工作模式选择开关12、万年历芯片13和FLASH存储器9。地址选择开关11，用于进行控制模块地址选择。FLASH存储器可根据需要选择256字节到64k字节存储器。工作模式选择开关12，用于控制RS232串行接口4和上位机3的连接状态，选择可编程喷泉控制系统的工作模式：工作模式选择开关12导通时，系统处于编程模式和计算机控制模式，工作模式选择开关12断开时，系统10处于独立工作模式。在编程模式和计算机控制模式下，主控模块5串口生效，所有的命令由计算机给出；在独立工作模式下，串行接口4关闭，主控模块控制喷泉系统10工作。

如图3所示，扩展模块2中设有CPU 15以及分别与CPU 15连接的地址选择开关11、CAN总线接口18和FLASH存储器9。地址选择开关11，用于进行控制模块地址选择。每个扩展模块2中具备一个唯一的地址，地址可以进行预设，也可以通过地址选择开关11进行地址选择。FLASH存储器可根据需要选择256字节到64k字节存储器。即，扩展模块2的硬件部分和主控模块5完全相同，各个扩展模块之间的软件和硬件完全相同，通常使用时可以去除主控模块5的时钟芯片13、液晶接口14和RS232串口4。

每一套系统必须且仅能设定一个主控模块5，扩展模块2可以根据需要任意增减。

上位机3中包括：用于向主控模块5发出控制命令，进而控制各控制模块2数据输出的装置；和

用于向主控模块5发出编程命令，将上位机的数据下载到各控制模块2的FLASH存储器9中的装置。

在编程模式和计算机控制模式下：

1、主控模块5的CPU中包括下列装置：

用于接收上位机3的控制命令，将上位机3的控制命令发送到其它控制模块2的装置；

用于接收上位机3的编程命令，将上位机3的数据下载到各控制模块的FLASH存储器9中的装置；

用于传递与各控制模块2之间的交接信号的装置；

用于产生同步信号，使各控制模块2的控制同步的装置；

读取时钟装置；和

用于接收上位机的指令，产生开关控制输出的装置。

其中，用于接收上位机的指令，产生开关控制输出的装置中，包括：

将上位机2的数据直接输出到开关控制输出接口6，产生开关控制输出的装置；和，调用各控制模块FLASH 9中的数据包，产生开关控制输出的装置。

2、除主控模块5之外的控制模块2(扩展模块)的CPU中包括下列装置：

用于接收主控模块5的控制命令，将上位机3的数据对应下载到各扩展模块的FLASH存储器9中的装置；

用于根据主控模块5发来的控制命令或同步信号完成本模块2的控制，实现不同的开关控制输出的装置；和

用于传递与其它控制模块2之间的交接信号的装置。

在独立工作模式下：

1、主控模块的CPU 15中包括下列装置：

用于传递与控制模块2之间的交接信号的装置；

用于产生同步信号，使各控制模块2的控制同步的装置；

读取时钟装置；和

用于通过读取FLASH 9中预存的喷泉花形、变化规律，进行开关控制输出的装置。

2、除主控模块5之外的控制模块2(扩展模块)的CPU中包括下列装置：

用于根据主控模块发来的控制命令或同步信号完成本模块的控制，通过读取FLASH中预存的喷泉花形、变化规律实现不同的开关控制输出的装置；和

用于传递与其他模块之间的交接信号的装置。

可编程音乐喷泉控制系统10还包括故障判断装置，故障判断装置包括：在各扩展模块2中设有用于定时发送基本诊断信息给主控模块的装置，诊断信息包括：地址信息、数据格式错误、数据校验错误、地址重复；

在主控模块5中设有用于接收扩展模块2的诊断信息后，通过RS232串口4发送信息给上位机3的程序。如果主控模块接收到某地址信息则判断出该扩展模块存在，否则判断模块不存在，控制模块地址应当连续，如果不连续，则作为故障，例如有1、3、4模块，没有2模块则认为系统故障。

本实施例中，喷泉控制系统具有三种工作模式：1、编程模式；2、计算机控制模式；3、独立工作模式。三种工作模式的选择由一个工作模式选择开关来决定；开关接通时，处于编程模式和计算机控制模式，开关断开时，系统处于独立工作模式。在编程模式和计算机控制模式下，主控模块串口生效，所有的命令由计算机给出；在独立工作模式下，串口关闭，喷泉成为一个独立的控制系统。

编程模式下，上位机3通过串口4向主控模块5发出编程命令，上位机3这时写入的数据将会下载到控制系统各个控制模块的FLASH存储器9中，存入的数据包含有以下几种类型：1、固定的变化规律的数据，这类数据包含有各个喷泉点的基本变化规律，例如跑泉的跑动规律，该变化规律主要由数据的移位方式构成，可以实现多组不同规律的数据同时移位组合，这样就可以实现各种复杂规律的喷泉变化。2、无规律的随机变化数据，这类数据通过对每一种喷泉组合设定其持续时间，实现了任意变化的喷泉组合，目前最多可以实现7000组数据任意组合变化，这样可以利用喷泉实现组字、组图案等功能；3、固定花型的随机变化数据组合，例如用喷泉显示数字，只有0～9种变化，但显示的数字是随机的。这些数据构成数据包保存在FLASH中，FLASH中同时还保存各个数据包的地址指针，通过读取指针可以调用数据。

在计算机控制模式下，控制系统提供了两种控制模式，1、直接控制模式：该模式下计算机直接输出数据到控制端口，不调用FLASH中的数据包，控制模块的作用相当于输入输出的驱动；2、指针调用模式：该模式下，计算机调用FLASH中的预存的数据包指针，控制模块根据数据包中的数据变化循环输出，直到计算机产生下一次控制输出。

在独立工作模式下，控制系统关闭了RS232串口4，不接受上位机的命令，只要一通电，控制系统就根据FLASH中预存的变化顺序执行，判断到全部数据包执行完毕，再从头开始循环执行，这种模式不需要上位机的控制，控制系统成为一个独立的控制单元。时间信号的同步：考虑到在控制模块较多时，由于各模块的运行速度的轻微差异，可能会出现控制不同步的问题，因此所有的控制模块的时基都由主控模块产生，各控制模块的总线控制器通过验收滤波器设置只接收发给自己的数据和同步时基信号，这样既实现了数据同步又减少了各模块的总线处理负担。

模块间的信息传递：有些数据变化规律是跨越模块的，例如跑泉可能出现一个很大的跑泉点占用几个控制模块的情况，这时前一个控制模块的数据就会传递到后一个模块，这时控制模块需要判断传递出的数据以及传递的模块地址，同步时基的作用下将数据送到总线上，如果某个模块接收到给自己的信息，则根据控制规律加以处理，如果有模块需要数据而得不到，则发故障信息。

故障判断：除主控模块，各扩展模块都定时发送基本诊断信息给主控模块，诊断信息包括：地址信息、数据格式错误、数据校验错误、地址重复等，主控模块接收后显示并发送给上位机。如果主控模块接收到某地址信息则判断出该扩展模块存在，否则判断模块不存在，控制模块地址应当连续，如果不连续，则作为故障，例如有第1、3、4模块，没有第2模块则认为系统故障。

实施例2

本实施例与上例的不同之处在于，所有控制模块的结构均如图2所示，工作模式选择开关12用于控制RS232接口和上位机3的连接状态，地址选择开关决定该控制模块为主控模块5还是扩展模块2。

Claims (10)

1、可编程音乐喷泉控制系统，该系统包括上位机、若干控制模块和驱动模块，每个控制模块包括一个CPU，CPU通过开关控制输出接口与驱动模块连接，其特征是，

所述若干控制模块中，每一个控制模块具备一个唯一的地址，每个控制模块内置FLASH存储器并和CAN总线接口连接，若干控制模块通过CAN总线接口与CAN总线连接；

若干控制模块中的至少一个控制模块设有与CPU连接的串行数据接口，该模块通过串行数据接口和所述上位机连接，该模块为主控模块，其它控制模块作为扩展模块。

2、根据权利要求1所述的控制系统，其特征是，所述上位机还包括：用于向主控模块发出控制命令，进而控制各控制模块数据输出的装置；和

用于向主控模块发出编程命令，将上位机的数据下载到各控制模块的FLASH存储器中的装置。

3、根据权利要求1所述的控制系统，其特征是，所述主控模块还包括一个与CPU连接的工作模式选择开关，用于控制所述串行数据接口和上位机连接状态，选择可编程喷泉控制系统的工作模式。

4、根据权利要求1所述的控制系统，其特征是，所述主控模块中包括下列装置：

用于接收上位机的控制命令，将上位机的控制命令发送到其它模块的装置；

用于接收上位机的和编程命令，将上位机的数据下载到各控制模块的FLASH存储器中的装置；

用于传递与模块之间的交接信号的装置；

用于产生同步信号，使各模块的控制同步的装置；

读取时钟装置；和

用于接收上位机的指令，产生开关控制输出的装置；

用于预存喷泉花形、变化规律的内置FLASH存储装置。

5、根据权利要求1所述的控制系统，其特征是，所述扩展模块的CPU中包括下列装置：

用于接收主控模块的控制命令，将上位机的数据对应下载到各扩展模块的FLASH存储器中的装置；

用于根据主控模块发来的控制命令或同步信号完成本模块的控制，实现不同的开关控制输出的装置；和

用于传递与其他模块之间的交接信号的装置。

6、根据权利要求1所述的控制系统，其特征是，所述主控模块的CPU中包括下列装置：

用于传递与模块之间的交接信号的装置；

用于产生同步信号，使各模块的控制同步的装置；

读取时钟装置；和

用于通过读取FLASH中预存的喷泉花形、变化规律，进行开关控制输出的装置。

7、根据权利要求1所述的控制系统，其特征是，所述扩展模块的CPU中包括下列装置：

用于根据主控模块发来的控制命令或同步信号完成本模块的控制，通过读取FLASH中预存的喷泉花形、变化规律实现不同的开关控制输出的装置；和

用于传递与其他模块之间的交接信号的装置。

8、根据权利要求1所述的控制系统，其特征是，所有控制模块通过串行数据接口和上位机连接，每个控制模块上设有工作模式选择开关，用于控制该控制模块与上位机的连接状态，并决定该控制模块为主控模块还是扩展模块。

9、根据权利要求1所述的控制系统，其特征是，所述控制系统还包括故障判断装置，故障判断装置包括：在各扩展模块中设有用于定时发送基本诊断信息给主控模块的装置，诊断信息包括：地址信息、数据格式错误、数据校验错误和地址重复；在主控模块中设有用于接收扩展模块的诊断信息后，发送故障信息给上位机的装置。

10、根据权利要求4所述的控制系统，其特征是，所述用于接收上位机的指令，产生开关控制输出的装置，包括：将上位机的数据直接输出到控制端口，产生开关控制输出的装置；和，调用各控制模块FLASH中的数据包，产生开关控制输出的装置。

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