CN101710238B - 一种用于实现空中定时定点协同燃放的烟花综合燃放系统 - Google Patents
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Abstract
一种实现空中定时定点协同燃放的烟花综合燃放系统，包括GSM/CDMA基站；位移传感组件；三维数据换算组件；点火继电器组件；点火遥控组件；核心服务器；管理终端；管理系统软件，其特征在于，所述设备和组件的应用步骤如下：在烟花燃放的工作区中选择基准信息点，它自动扫描位移传感组件，完成烟花入场识别，初始化位置数据；烟花进入燃放工作区时，位移传感器首先根据基准信息点进行位置复位，之后使用基于加速度传感器的位移计算系统进行位置计算，三维数据换算组件实现三维空间位置换算，精确判断烟花飞行轨迹和三维位置。本发明的产品适合在大型远距离参观的烟花晚会上使用。
Description
技术领域
本发明属于烟花综合燃放系统，尤其属于实现空中定时定点燃放的烟花综合燃放系统，属于烟花制品技术领域。
背景技术
对一组烟花弹，进行轨迹控制和预测，通过一组烟花各自的起始发射点、预定发射轨迹的运动速度，预测每个烟花的飞行曲线，测算整组烟花形成特定图案的未来时间点或者时间区间，并在该时间点同时引爆整组烟花，或者在该时间区间陆续引爆组内烟花，这是烟花发射控制技术追求的最高境界。
目前，在每个烟花内部放置芯片，并连接大量传感器，通过传感器获知高度、速度和压力数据，自动控制单个烟花弹的起爆或者点火，这是现有技术达到的最高水平。该技术不能对一组烟花弹，进行轨迹控制和预测，不能通过一组烟花各自的起始发射点、预定发射轨迹的运动速度，不能预测每个烟花的飞行曲线，不能测算整组烟花形成特定图案的未来时间点或者时间区间，不能在该时间点同时引爆整组烟花，或者在该时间区间陆续引爆组内烟花。
目前，GPS、惯性导航是定位领域的两大主要技术。GPS全球定位系统的测速和定位精度高，误差不会随着时间的积累而增加，但GPS系统在动态环境和遮挡区域时，会造成接收机不能捕获和跟踪GPS信号，导致GPS功能失效，不能正常定位。烟花发射后，在高速运动阶段，GPS定位难度也很大。把GPS技术引入低速飞行烟花弹控制领域的设想是可行的，但是没有现有技术开展相关技术实践。
惯性导航定位是一种自主式水平导航定位技术，利用惯性器件输出信息进行航位推算。其基本原理是利用方向和速度信息推算运动位置，短时间内定位精确，但由于其推算过程是一个累加过程，误差会随着时间的推移增大，导致定位精度下降，因此不能长时间单独定位。它还有一个致命缺点，即无法进行三维空间定位，不能应用到飞行烟花的三维定位控制技术领域。
这就需要人们发展新的高速飞行烟花弹的三维定位技术，并在此基础上开发用于实现空中定时定点协同燃放的烟花综合燃放系统。
发明内容
本发明公开了一种实现空中定时定点协同燃放的烟花综合燃放系统，包括GSM/CDMA基站；位移传感组件；三维数据换算组件；点火继电器组件；点火遥控组件；核心服务器；管理终端；管理系统软件，所述设备和组件的应用步骤如下：
GSM/CDMA通讯基站建立后，测量并绘制基站三维地图，用于数据传输、信号遥控服务；
在烟花弹上安装位移传感器、三维数据换算组件、点火继电器组件、点火遥控组件；
在烟花燃放的工作区中选择基准信息点，它自动扫描位移传感组件，完成烟花入场识别，初始化位置数据；
烟花进入燃放工作区时，位移传感器首先根据基准信息点进行位置复位，之后使用基于加速度传感器的位移计算系统进行位置计算，三维数据换算组件实现三维空间位置换算，精确判断烟花飞行轨迹和三维位置；
点火继电器组件根据预定的飞行轨迹和三维位置在特定时空点上引爆烟花弹；
所有烟花飞行轨迹和三维位置数据还通过GSM/CDMA通讯基站传送到地面主服务器；
地面管理中心通过管理系统软件遥控点火遥控组件，随机控制烟花点火的时间和空间；
管理系统软件运行于主服务器，主服务器通过一组烟花各自起始发射点、预定发射轨迹的运动速度，预测每个烟花的飞行曲线，测算整组烟花形成特定图案的未来时间点或者时间区间，并在该时间点同时引爆整组烟花，或者在该时间区间陆续引爆组内烟花。
所述GSM/CDMA基站由地面站点引入烟花燃放工作区，每一基站的无障碍传输距离选择在100m-1000m，采用链型组网方式实施组网；
所述加速度传感组件采用集三轴地磁传感器和三轴加速度传感器于一体的运动状态检测器件，由地磁传感器精确测定方位数据，由加速度传感器精确测定加速度数据；
所述三维数据换算组件进行三维位移量计算，并结合复位的初始位置数据，确定发射升空的烟花弹准确位置；
所述烟花弹的运动状态检测器件安装的软件包含：位置复位记录模块、方位数据计算模块、加速度数据计算模块、三维数据换算模块；
所述服务器上安装的管理软件包含：轨迹测算模块、多轨迹同时合成模块、多轨迹时序合成模块；
所述点火继电器组件由稳压滤波电路、延时充放电电路和继电器控制电路组成。
附图说明
图1是系统结构图。
图2是信号流程图。
图3是继电器电路原理图。
具体实施方式
应用本发明的技术方案，设计实现的具体实施实例是：
系统搭建：
a)GSM/CDMA基站；
b)位移传感组件；
c)三维数据换算组件；
d)点火继电器组件；
e)点火遥控组件；
f)核心服务器；
g)管理终端；
h)管理系统软件。
设置GSM/CDMA通讯基站，测量并绘制基站三维地图，该基站可用于数据传输、遥控等综合服务；
在烟花燃放的工作区中选择基准信息点，比如烟花燃放工作区工作通道进入点、烟花燃放点火器部署点、高空烟花燃放区集线器部署点等，该类部署点可自动扫描位移传感组件，完成烟花入场识别，初始化位置数据等；
在烟花弹上安装位移传感器、三维数据换算组件、点火继电器组件、点火遥控组件；
烟花进入燃放工作区时，位移传感器首先根据烟花燃放工作区工作通道进入点、烟花燃放点火器部署点、高空烟花燃放区集线器部署点等进行位置复位，之后使用基于加速度传感器的位移计算系统进行位置计算，三维数据换算组件实现三维空间位置换算，精确判断烟花飞行轨迹和三维位置；
点火继电器组件根据预定的飞行轨迹和三维位置在特定时空点上引爆烟花弹；所有烟花飞行轨迹和三维位置数据还通过GSM/CDMA通讯基站传送到地面主服务器；地面管理中心通过管理系统软件遥控点火遥控组件，随机控制烟花点火的时间和空间；
管理系统软件运行于主服务器，主服务器通过一组烟花各自起始发射点、预定发射轨迹的运动速度，预测每个烟花的飞行曲线，测算整组烟花形成特定图案的未来时间点或者时间区间，并在该时间点同时引爆整组烟花，或者在该时间区间陆续引爆组内烟花。
发生燃放事故，系统立即截取故障点数据，通过主服务器阻断烟花引爆，或者指示救助地点。
本系统遵循“即时复位、即时定位、全轨控制”的整体原则，具体方案如下：
基础通讯网络设计：本实施例选择采用GSM或CDMA网络基站，由地面站点引入烟花燃放工作取，每一基站的无障碍传输距离选择在100m-1000m，考虑到燃放点分布特征，采用链型组网方式实施组网。如图1，烟花1的定位信息通过GSM/CDMA网络2传到主服务器3，主服务器3存储主数据库4，主服务器3连接备份服务器5，备份服务器5存储备份数据库6。GSM/CDMA网络2连接管理终端7、监控终端8。
定位系统设计：本系统采用加速度传感组件和三维数据换算组件实现移动定位。它安装在烟花弹上，采用集三轴地磁传感器和三轴加速度传感器于一体的运动状态检测器件，由地磁传感器精确测定方位数据，由加速度传感器精确测定加速度数据，采用三维数据换算组件，实现三维位移量计算，并结合复位的初始位置数据，确定目标终端，即发射升空的烟花弹准确位置。
软件模块设计：如图2，烟花弹的运动状态检测器件安装的软件包含：位置复位记录模块、方位数据计算模块、加速度数据计算模块、三维数据换算模块。本系统服务器上安装的管理软件包含：轨迹测算模块、多轨迹同时合成模块、多轨迹时序合成模块。信号传递和处理关系如图2。位置复位记录模块保存复位数据，方位数据计算模块获取方位数据，加速度数据计算模块获取加速度数据，三维数据换算模块获取烟花弹三维位置数据。三维位置数据通过点火遥控组件传输给服务器，服务器计算协同点火的时间、空间数值，作为点火指令发动回点火器继电器组件。本发明配置的点火继电器组件由稳压滤波电路、延时充放电电路和继电器控制电路组成，如图3所示。
该电路中，稳压滤波电路由电阻器R8、稳压二极管VS1和滤波电容器C6组成；延时充放电电路由电阻器R1∽R5，电容器RP1与RP2、晶体管V1、电容器C1∽C3、二极管VD1∽VD3和单结晶体管VU组成；继电器控制电路由电阻器R6与R7、电容器C4与C5、二极管VD4与VD5、稳压二极管VS2与VS3、晶体管V2、发光二极管VL和继电器K组成。
接通+24V电源，K通电吸合，VL点亮，V1导通，C1通过VD3和V1充电，C2通过VD1充电，VU和V2处于截止状态。电路断电后，VL熄灭，K的衔铁在铁心剩磁的作用下继续保持吸合状态。V1截止，C2通过R3和RP2放电，当C2两端电压降至一定值时，VU导通，C1通过VU和R6对V2放电，使V2导通，C5通过K的线圈、R7和V2放电，在K的线圈两端产生反向电压，使K的铁心退磁，K释放，延时过程结束。调节RP1和RP2的阻值，可改变延时时间(调节范围为0.5∽20s)。
R1∽R6均选用1/4W金属膜电阻器；R7选用2W的线绕电阻器；R8选用1/2W金属电阻器。RP1选用多圈线绕电位器；RP2选用有机实心电位器。C1和C2选用独石电容器或CBB电容器；C3和C4选用高频瓷介电容器或玻璃釉电容器；C5和C6均选用耐压值为35V的铝电解电容器。
VD1∽VD5均选用1N4007型硅整流二极管。VS1∽VS3均选用1/2W的硅稳压二极管。VL选用Φ5mm的发光二极管。V1选用S9013型硅NPN晶体管；V2选用S8050型硅NPN晶体管。VU选用BT31或BT33型单结晶体管。K选用断电后铁心仍有剩磁的直流继电器。
本实施例的烟花适合在大型、远离人群的烟花燃放项目中使用。
Claims (3)
1.一种实现空中定时定点协同燃放的烟花综合燃放系统，包括GSM/CDMA基站；位移传感组件；三维数据换算组件；点火继电器组件；点火遥控组件；核心服务器；管理终端；管理系统软件，其特征在于，所述设备和组件的应用步骤如下：
GSM/CDMA通讯基站建立后，测量并绘制基站三维地图，用于数据传输、信号遥控服务；
在烟花弹上安装位移传感器、三维数据换算组件、点火继电器组件、点火遥控组件；
在烟花燃放的工作区中选择基准信息点，它自动扫描位移传感组件，完成烟花入场识别，初始化位置数据；
烟花进入燃放工作区时，位移传感器首先根据基准信息点进行位置复位，之后使用基于加速度传感器的位移计算系统进行位置计算，三维数据换算组件实现三维空间位置换算，精确判断烟花飞行轨迹和三维位置；
点火继电器组件根据预定的飞行轨迹和三维位置在特定时空点上引爆烟花弹；
所有烟花飞行轨迹和三维位置数据还通过GSM/CDMA通讯基站传送到地面主服务器；
地面管理中心通过管理系统软件遥控点火遥控组件，随机控制烟花点火的时间和空间；
管理系统软件运行于主服务器，主服务器通过一组烟花各自起始发射点、预定发射轨迹的运动速度，预测每个烟花的飞行曲线，测算整组烟花形成特定图案的未来时间点或者时间区间，并在该时间点同时引爆整组烟花，或者在该时间区间陆续引爆组内烟花；
加速度传感组件采用集三轴地磁传感器和三轴加速度传感器于一体的运动状态检测器件，由地磁传感器精确测定方位数据，由加速度传感器精确测定加速度数据；
运动状态检测器件安装的软件包含：位置复位记录模块、方位数据计算模块、加速度数据计算模块、三维数据换算模块；
三维数据换算组件进行三维位移量计算，并结合复位的初始位置数据，确定发射升空的烟花弹准确位置；
主服务器上安装的管理系统软件包含：轨迹测算模块、多轨迹同时合成模块、多轨迹时序合成模块；
位置复位记录模块保存复位数据，方位数据计算模块获取方位数据，加速度数据计算模块获取加速度数据，三维数据换算模块获取烟花弹三维位置数据；三维位置数据通过点火遥控组件传输给主服务器，主服务器计算协同点火的时间、空间数值，作为点火指令发回点火器继电器组件。
2.根据权利要求1所述的实现空中定时定点协同燃放的烟花综合燃放系统，其特征在于，GSM/CDMA基站由地面站点引入烟花燃放工作区，每一基站的无障碍传输距离选择在100m-1000m，采用链型组网方式实施组网。
3.根据据权利要求1至2的任一项所述的实现空中定时定点协同燃放的烟花综合燃放系统，其特征在于，所述点火继电器组件由稳压滤波电路、延时充放电电路和继电器控制电路组成。
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