CN106938235A - 一种安全互动式喷泉 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种安全互动式喷泉，主要包括：压力传感器单元、多路压力传感器数据采集模块、中央控制单元、通讯模块、上位机、LED驱动电路、LED彩灯、水泵、多路水泵调速电路、多路电磁阀驱动电路、电磁阀。所述的压力传感器单元均匀布置在喷泉场地及周边，检测到压力信号时，通过模拟/数字转换模块进行处理，将数据发送给所述的多路数据采集模块，由所述的中央控制单元得到处理方案，将控制信号发送至所述的多路水泵调速电路和所述的多路电磁阀驱动电路，减小对应的水流压力以及关闭相应的电磁阀，达到喷泉喷水多样变换以及防止伤人的效果，实现人与喷泉的友好互动。

Description

一种安全互动式喷泉

技术领域

本发明属于喷泉设备制造领域，尤其涉及一种安全互动式喷泉

背景技术

随着科技的发展，喷泉已经成为了一种改善空气湿度，提高舒适度，美化环境的观赏景观，人们对于高质量，高水平喷泉的需求也越来越高。

现有喷泉，不论是市场上销售的喷泉，或者是2016年1月20日授权公告的公告号为：CN103230854U的“一种旋转式飞碟喷泉”专利，产品功能相对单一，不能满足人们对高水平，高质量喷泉的要求，现有喷泉的主要缺点是：

1、只是单调的作为一种观赏景观的装置，缺乏互动性，不能满足人们在享受喷泉景观的同时，安全进入喷泉内部嬉戏玩耍纳凉的要求。

2、在使用过程中，不能及时有效地实现对喷头水流的控制，容易伤到行人和游玩观赏的人。

3、没有将喷泉与外围灯光很好地配合，增大喷泉在夜晚的使用效果

发明内容：

本发明的目的是针对现有喷泉系统的不足，提供一种安全可靠高互动性的喷泉，具有实时人物检测，及时喷头水流控制，智能水泵转速调节等功能，可以满足人们在享受喷泉景观的同时，安全进入喷泉内部嬉戏玩耍纳凉的要求。

本发明的技术方案是：一种安全互动式喷泉，主要包括：压力传感器单元、多路压力传感器数据采集模块、中央控制单元、通讯模块、上位机、LED驱动电路、LED彩灯、水泵、多路水泵调速电路、多路电磁阀驱动电路、电磁阀。所述安全互动式喷泉的特征是：

所述的压力传感器单元均匀布置在喷泉所在场地以及其外一定范围，所述的压力传感器单元包括压力传感器和模拟/数字转换模块，并通过所述的多路压力信号采集模块与所述的中央控制单元相连。所述的压力传感器单元检测到压力信号时，通过所述的模拟/数字转换模块进行数据处理，之后将得出数据发送给所述的多路数据采集模块，所述的多路数据采集模块收集多路数据进行处理后，发送给所述的中央控制单元，所述的中央控制单元进行处理，得到及时处理方案，将控制信号发送至所述的多路水泵调速电路和所述的多路电磁阀驱动电路，所述的多路水泵调速电路和所述的多路电磁阀驱动电路迅速响应来减小对应的水流压力以及关闭相应的电磁阀，达到喷泉喷水多样变换以及防止伤人的效果，通过该响应模式实现人与喷泉的友好互动。与此同时，本系统能通过控制人物所在周围的水流由内之外逐渐增高的变化配合灯光特效来反应，既满足了人们对于喷泉观赏游玩的需求，又保证了人们的安全。

本发明采用上述方案，可以达到下述效果：

1、在工作时，若行人无意中进入了喷泉阵列，喷泉中的压力传感器网络便能够检测到处于喷泉阵列中的人的位置，该位置信息通过模数转换模块以及多路数据采集模块处理后传给中央控制单元，中央控制单元能够根据这些数据预判出行人的行进方向，其对位置信息进行处理并控制多路水泵调速电路和多路电磁阀驱动电路，实现对喷泉水流的控制，使得行人周围及其将要经过路径周围的水柱停止喷射，防止伤到行人；

2、喷泉在工作时，若行人即将踏入喷泉阵列，喷泉阵列将会利用位于边缘的传感器网络做出判断，使得有可能伤到行人的喷头在行人踏进之前就停止喷射，可以有效防止伤到行人；

3、喷泉系统与配套的外围灯光相配合，能够使喷泉的效果在夜晚更加绚丽，大大地增强了娱乐及观赏性。

附图说明

图1为本发明的电路整体连接示意图；

图2为本发明的传感器布置方案示意图；

图3为图1中多路水泵调速电路图；

图4为图1中多路电磁阀驱动电路图；

图5为图1中多路压力传感器数据采集电路；

图6为图5中各个传感器单元结构示意图；

图7为图6中压力传感器单元中传感器安装示意图；

图8为图6中压力传感器与模拟/数字装换模块连接的电路原理图；

图9为本发明的系统工作流程图。

图1中各零部件的标号如下：

1中央控制单元、2多路压力传感器数据采集模块、3LED彩灯、4LED驱动电路、5多路水泵调速电路、6水泵、7电磁阀、8多路电磁阀驱动电路、9上位机、10通讯模块、11传感器单元、12喷头。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步说明本发明。

如图1和图2所示，一种安全互动喷泉系统，主要包括：中央控制单元(1)、多路压力传感器数据采集模块(2)、LED彩灯(3)、LED驱动电路(4)、多路水泵调速电路(5)、水泵(6)、电磁阀(7)、多路电磁阀驱动电路(8)、上位机(9)、通讯模块(10)、传感器单元(11)及喷头(12)。所述的喷泉特征是：

图2为所述的传感器单元(11)与所述的喷头(12)的布置方案。所述的传感器单元(11)是构成传感器网络的最小单元，每个正方形的所述的传感器单元(11)的边长15cm，传感器网络边界超出喷头边界的距离取150cm，从而尽可能的避免误判。所述的传感器单元(11)中的接触平面(11-1)通过支撑垫(11-2和11-3)与下支撑平面相连接，传感器(11-5)镶嵌在所述的支撑垫(11-2)与所述的支撑垫(11-3)中间。如果有行人踩踏所述的传感器单元(11)，所述的应变式压力传感器(2-1)，在压力的作用下，使得镶嵌在所述的支撑垫(11-2)和所述的支撑垫(11-3)之间的应变式压力传感器上的电阻(1)发生变化，导致引出导线(2)中的信号电压发生改变，通过所述的模拟/数字转换模块(2-2)转换成为压力信号传入所述的多路信息采集模块(2-5)。

如图3所示，motor+(5-5)接水泵电机的正极，motor-(5-4)接水泵电机的负极，中央控制单元(1)产生连续的占空比不同的方波，所述的中央控制单元通过mos_in(5-3)将控制信号输入水泵调速电路，控制信号经过MOS管(5-2)放大，驱动水泵的电机以不同的转速旋转。由于所述的水泵的电机是感性原件，为了保护电路，在所述的motor+(5-5)与所述的motor-(5-4)两端接续流二极管(5-1)。

如图4所示，relay+(8-6)连接电磁阀的正极，relay-(8-5)连接电磁阀的负极，所述的中央控制单元产生高低电平，所述的中央控制单元(1)通过r_in(8-3)将控制信号输入电磁阀驱动电路，控制信号经过三极管(8-2)放大控制继电器(8-4)断开与闭合，所述的继电器(8-4)的断开与闭合，驱动着电磁阀的断开与闭合。由于所述的继电器(8-4)是感性原件，为了保护电路，在relay+(8-6)与relay-(8-5)两端接续流二极管(8-1)。

所述的多路压力传感器数据采集电路(2)包括应变式传感器(2-1)，模数转换模块(2-2)，多路数据采集模块(2-5)。所述的多路数据采集模块(2-5)的输出端(2-3)与所述的中央控制单元(1)的输出端TX相连，输入端(2-4)与所述的中央控制单元(1)的输入端RX相连，通过串口通信，将所述的多路压力传感器数据采集电路(2)采集到的的位置信息传到所述的中央控制单元(1)。所述的LED彩灯(3)通过LED驱动电路(4)接到所述的中央控制单元(1)的一组I/O口上。所述的水泵(6)通过所述的多路水泵调速电路(5)接到所述的中央处理单元(1)的另一组I/O口上。所述的电磁阀(7)通过所述的多路电磁驱动电路(8)与所述的中央控制单元(1)的一组I/O口相连。上位机(9)通过通讯模块(10)与所述的中央控制单元(1)的TX、RX端相连，可以实现上位机编程控制喷泉的喷射形式。

如图8所示，所述的应变式压力传感器(2-1)上的4根导线分别与所述的模拟/数字转换模块(2-2)相连，所述的模拟/数字转换模块(2-2)引出4根导线，其中VCC接5v的电压，GND接地，DAT与CLK与所述的多路信息采集模块(2-5)相连。所述的应变式压力传感器(2-1)受到压力作用时，所述的模拟/数字转换模块(2-2)就会检测到数据，并将数据传给所述的多路信息采集模块(2-5)，所述的多路信息采集模块(2-5)收集多路的数据后进行汇总，通过所述的RX(2-4)与所述的TX(2-3)将数据发送到所述的中央控制单元(1)。

当整个系统在开始工作时，所述的中央控制单元(1)向所述的多路数据采集模块(2-5)发出读数据指令，之后就检测是否收到返回数据，如果没有收到返回数据，则重新发出读数据指令，如果收到了返回数据，所述的中央控制单元(1)则将返回数据处理成位置信息，并将位置信息发送给所述的彩灯控制电路(4)，所述的彩灯控制电路(4)由此调节所述的LED彩灯(3)的变换方案，使得所述的LED彩灯(3)可以配合喷泉进行变换，使得喷泉的趣味性和互动性大大加强；所述的中央控制单元(1)根据位置信息，相应的调整水泵的转速以及电磁阀的通闭状态，以此达到控制喷泉多样变换以及躲避人的功能，使得喷泉的互动性、趣味性、多样性大大加强；所述的中央控制单元(1)完成上述操作后，检测是否收到了所述的上位机(9)通过所述的通讯模块(10)发送的读数据请求，如果收到了请求，则通过所述的通讯模块(10)向所述的上位机(9)发送位置、水泵转速、电磁阀通闭状态等信息，如果没有收到读数据请求，则不向上位机发送信息；再检测是否收到了上位机(9)的停止指令，如果收到，则结束整个程序，如果没有收到，则继续向多路数据采集模块发出读数据指令，重复上述过程。

Claims (6)

1.一种安全互动式喷泉，主要包括：中央控制单元(1)、多路压力传感器数据采集模块(2)、LED彩灯(3)、LED驱动电路(4)、多路水泵调速电路(5)、水泵(6)、电磁阀(7)、多路电磁阀驱动电路(8)、上位机(9)、通讯模块(10)、传感器单元(11)及喷头(12)，其特征在于：

所述的压力传感器单元(11)均匀布置在喷泉场地及周边，检测到压力信号时，通过模拟/数字转换模块进行处理，将数据发送给所述的多路数据采集模块(2)，由所述的中央控制单元(2)得到处理方案，将控制信号发送至所述的多路水泵调速电路(5)和所述的多路电磁阀驱动电路(8)，减小对应的水流压力以及关闭相应的电磁阀。

2.根据权利要求1所述的安全互动式喷泉，其特征在于所述的传感器单元(11)的边长15cm，传感器网络边界超出喷头边界的距离取150cm，所述的传感器单元(11)中的接触平面(11-1)通过支撑垫(11-2和11-3)与下支撑平面相连接，传感器(11-5)镶嵌在所述的支撑垫(11-2)与所述的支撑垫(11-3)中间。

3.根据权利要求1所述的安全互动式喷泉，其特征在于所述的多路压力传感器数据采集电路(2)包括应变式传感器(2-1)，模数转换模块(2-2)，多路数据采集模块(2-5)，所述的多路数据采集模块(2-5)的输出端(2-3)与所述的中央控制单元(1)的输出端TX相连，输入端(2-4)与所述的中央控制单元(1)的输入端RX相连，通过串口通信，将所述的多路压力传感器数据采集电路(2)采集到的的位置信息传到所述的中央控制单元(1)，所述的LED彩灯(3)通过LED驱动电路(4)接到所述的中央控制单元(1)的一组I/O口上。

4.根据权利要求1所述的安全互动式喷泉，其特征在于所述的水泵(6)通过所述的多路水泵调速电路(5)接到所述的中央处理单元(1)的另一组I/O口上，所述的电磁阀(7)通过所述的多路电磁驱动电路(8)与所述的中央控制单元(1)的一组I/O口相连，上位机(9)通过通讯模块(10)与所述的中央控制单元(1)的TX、RX端相连。

5.根据权利要求3所述的安全互动式喷泉，其特征在于所述的应变式压力传感器(2-1)上的4根导线分别与所述的模拟/数字转换模块(2-2)相连，所述的模拟/数字转换模块(2-2)引出4根导线，其中VCC接5v的电压，GND接地，DAT与CLK与所述的多路信息采集模块(2-5)相连。

6.根据权利要求1所述的安全互动式喷泉，其特征在于所述的中央控制单元(1)可以选用加强型51单片机。