CN109059676A - 一种冷焰火喷发设备控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种冷焰火喷发设备控制系统，所述控制系统包括：控制器用于通过对下料电机、输料电机和喷射电机进行控制实现三者的协同一致工作，控制器通过对下料电机速度控制电路、输料电机速度控制电路和喷射电机速度控制电路进行控制实现冷焰火喷射高度和喷射浓度的控制；控制器用于对下料电机、输料电机和喷射电机进行电流异常检测和速度异常检测；控制器用于通过对电磁加热控制装置的控制实现对电磁加热装置的加热功率控制；控制器用于对所述电磁加热装置进行过温、过压和过流保护。本发明提供的冷焰火喷发设备控制系统，能够实现喷发高度和喷发浓度的控制，且能够保证冷焰火喷发设备工作过程中的安全性。

Description

一种冷焰火喷发设备控制系统

技术领域

本发明涉及冷焰火技术领域，具体涉及一种冷焰火喷发设备控制系统。

背景技术

现在各种舞台演出活动大都通过燃放冷焰火来烘托气氛，推动演出活动高潮的出现。在实现舞台效果方面，达到了很好的效果。目前舞台上燃放的冷焰火均用一次性燃放的冷焰火筒，冷焰火筒中装入火药和金属粉末的混合物并且置入点火头装置。冷焰火燃放时通过电气连接控制点火头装置产生火花点燃火药。火药燃烧产生的高温点燃与之混合的金属粉末，火药燃烧产生的高压实现燃烧金属粉末的喷发而达到冷焰火效果。由于有火药的存在，这种冷焰火筒在生产、运输以及燃放过程中均存在一定的危险性。这种冷焰火筒采用的点火头装置属于危爆物品，容易被不法分子拆装进行违法使用而造成公共安全事故。此外这种冷焰火筒在燃放时产生较为强烈的烟雾以及刺激性气味的气体，容易污染环境。还有这种冷焰火筒燃放的冷焰火具有焰火喷发时间短、焰火喷发时间不可操控以及冷焰火筒不可循环利用等诸多弊端。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种冷焰火喷发设备控制系统。

具体地，本发明提供以下技术方案：

本发明提供一种冷焰火喷发设备控制系统，所述冷焰火喷发设备包括在输料过程中用于将金属粉末逐渐加热的加热机构、用于通过气流将加热后的金属粉末激发点燃的点燃机构以及用于利用点燃机构的气流将点燃的金属粉末喷发为冷焰火的喷发机构；加热机构的输出端连通点燃机构，点燃机构的输出端连通喷发机构；点燃机构的气流输出端朝向喷发机构布置，喷发机构设有喷发口；

相应地，所述控制系统包括：控制器、下料电机、输料电机、喷射电机、电磁加热装置、下料电机电源控制电路、输料电机电源控制电路、喷射电机电源控制电路、下料电机速度控制电路、输料电机速度控制电路、喷射电机速度控制电路、下料电机速度检测电路、输料电机速度检测电路、喷射电机速度检测电路、下料电机电流检测电路、输料电机电流检测电路、喷射电机电流检测电路、电磁加热控制装置、加热线圈温度采集装置、加热线圈电压采集电路、加热线圈电流采集电路、加热线圈过温保护电路、加热线圈过压保护电路和加热线圈过流保护电路；

所述控制器用于通过对所述下料电机、输料电机和喷射电机进行控制实现三者的协同一致工作，所述控制器通过对所述下料电机速度控制电路、输料电机速度控制电路和喷射电机速度控制电路进行控制实现冷焰火喷射高度和喷射浓度的控制；

所述控制器用于根据所述下料电机速度检测电路、输料电机速度检测电路、喷射电机速度检测电路、下料电机电流检测电路、输料电机电流检测电路和喷射电机电流检测电路实现对下料电机、输料电机和喷射电机的电流异常检测和速度异常检测，并在检测到电流异常或速度异常时通过下料电机电源控制电路、输料电机电源控制电路和喷射电机电源控制电路实现电源的切断；

所述控制器用于通过对所述电磁加热控制装置的控制实现对电磁加热装置的加热功率控制；

所述控制器用于通过所述加热线圈温度采集装置、加热线圈电压采集电路、加热线圈电流采集电路、加热线圈过温保护电路、加热线圈过压保护电路和加热线圈过流保护电路实现对所述电磁加热装置的过温、过压和过流保护。

进一步地，所述下料电机、输料电机和喷射电机为无刷直流电动机。

进一步地，所述控制系统还包括：喷射安全检测装置；所述喷射安全检测装置，用于检测所述冷焰火喷发设备在冷焰火喷射过程中的环境安全性和人员安全性。

进一步地，所述喷射安全检测装置包括：五个检测角度为90°的距离检测模块、数据处理模块、遮挡检测模块和人员靠近检测模块；其中，五个距离检测模块分别设置在所述冷焰火喷发设备顶部四个边的每一边上以及所述冷焰火喷发设备顶部的中央位置上；

所述数据处理模块，用于对每个距离检测模块，按照预设频率定时采集预设个数的距离数据，并对采集的距离数据进行循环平均值滤波处理，在进行循环平均值滤波处理后，使用倒二异常数据检测方法判断采集的数据是否存在异常，若是，则将异常点数据强制设置为当前剩余个数的原始数据的平均值；

所述遮挡检测模块，用于根据所述数据处理模块处理后的数据判断所述冷焰火喷发设备的正上方或四周是否有遮挡物，具体用于只要判断五个距离检测模块有一个检测到最近物体的距离小于预设遮挡范围，则确定所述冷焰火喷发设备周围有遮挡物；

所述人员靠近检测模块，用于根据所述数据处理模块处理后的数据判断所述冷焰火喷发设备周围是否有人员靠近，具体用于按照时间序列分别保存每个距离检测模块经过处理的数据，并只要判断五个距离检测模块有一个检测的距离数据持续降低，并且最新距离数据小于预设人员靠近范围，则确定所述冷焰火喷发设备周围有人员靠近。

进一步地，所述喷射安全检测装置在检测到所述冷焰火喷发设备周围有遮挡或有人员靠近时，向所述控制器发送报警命令；

所述控制器在接收到所述喷射安全检测装置发送的报警命令后，控制所述下料电机、输料电机、喷射电机和电磁加热装置停止工作，以停止喷射和停止加热；

所述控制器还用于在接收到所述喷射安全检测装置发送的报警命令后，通过蜂鸣方式提醒工作人员或周围相关人员。

进一步地，所述喷射安全检测装置还包括：倾斜检测模块；

所述倾斜检测模块用于实时检测所述冷焰火喷发设备的倾斜角度，并在判断所述倾斜角度超过预设角度阈值时，向所述控制器发送报警命令，以使所述控制器控制所述下料电机、输料电机、喷射电机和电磁加热装置停止工作，同时所述控制器在接收到所述喷射安全检测装置发送的报警命令后，通过蜂鸣方式提醒工作人员所述冷焰火喷发设备发生倾斜。

进一步地，所述控制系统还包括：BLE模块；所述控制器通过所述BLE模块与带有BLE功能的指定的外部智能设备进行通信；

其中，所述BLE模块在与指定的外部智能设备进行通信时，对通信数据进行打包和分包处理，并对通信数据进行加密处理。

进一步地，所述控制器通过BLE模块接收到指定的外部智能设备发送的喷射控制命令时，判断接收到的喷射控制命令是否超出与所述喷射控制命令对应的时间周期，若是，则停止喷射。

进一步地，所述控制系统还包括：DMX功能模块；所述DMX功能模块用于主从控制扩展；

所述DMX功能模块具体用于设置其中一台冷焰火喷发设备为主控设备，其他冷焰火喷发设备为从控设备，其他冷焰火喷发设备与主控设备通过DMX总线进行连接。

进一步地，所述控制系统还包括：显示屏；所述显示屏至少用于显示所述冷焰火喷发设备的连接状态、内部工作状态、设备使用说明和设备二维码信息。

由上述技术方案可知，本发明提供的冷焰火喷发设备控制系统，包括：控制器、下料电机、输料电机、喷射电机、电磁加热装置、下料电机电源控制电路、输料电机电源控制电路、喷射电机电源控制电路、下料电机速度控制电路、输料电机速度控制电路、喷射电机速度控制电路、下料电机速度检测电路、输料电机速度检测电路、喷射电机速度检测电路、下料电机电流检测电路、输料电机电流检测电路、喷射电机电流检测电路、电磁加热控制装置、加热线圈温度采集装置、加热线圈电压采集电路、加热线圈电流采集电路、加热线圈过温保护电路、加热线圈过压保护电路和加热线圈过流保护电路；所述控制器用于通过对所述下料电机、输料电机和喷射电机进行控制实现三者的协同一致工作，所述控制器通过对所述下料电机速度控制电路、输料电机速度控制电路和喷射电机速度控制电路进行控制实现冷焰火喷射高度和喷射浓度的控制；所述控制器用于根据所述下料电机速度检测电路、输料电机速度检测电路、喷射电机速度检测电路、下料电机电流检测电路、输料电机电流检测电路和喷射电机电流检测电路实现对下料电机、输料电机和喷射电机的电流异常检测和速度异常检测，并在检测到电流异常或速度异常时通过下料电机电源控制电路、输料电机电源控制电路和喷射电机电源控制电路实现电源的切断；所述控制器用于通过对所述电磁加热控制装置的控制实现对电磁加热装置的加热功率控制；所述控制器用于通过所述加热线圈温度采集装置、加热线圈电压采集电路、加热线圈电流采集电路、加热线圈过温保护电路、加热线圈过压保护电路和加热线圈过流保护电路实现对所述电磁加热装置的过温、过压和过流保护。可见，本发明提供的冷焰火喷发设备控制系统，能够实现喷发高度和喷发浓度的控制，且能够保证冷焰火喷发设备工作过程中的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的冷焰火喷发设备控制系统的结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的电机控制原理图；

图3是本发明一实施例提供的遮挡物或人体检测原理示意图；

图4是本发明一实施例提供的控制器通过BLE模块与带有BLE功能的指定的外部智能设备进行通信的通信过程示意图；

图5是本发明一实施例提供的冷焰火喷发设备控制系统的部件组成示意图；

图6为本发明一实施例提供的冷焰火喷发设备结构示意图；

图7为本发明一实施例提供的冷焰火喷发设备中的送料点燃装置的立体结构示意图；

图6和图7中：1、储料斗；2、补料电机；3、冷焰火粉末；4、补料装置的出料口；5、刮料电机；6、轴承；7、外环；8、刮料环；9、加热机构；10、加热出料口；11、风机；12、喷花管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同实现方式。为了简化本发明的公开，下文中仅对特定例子的方法步骤、结构和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。

具体地，本发明一实施例提供了一种冷焰火喷发设备控制系统，所述冷焰火喷发设备控制系统用于对冷焰火喷发设备进行控制，所述冷焰火喷发设备包括在输料过程中用于将金属粉末逐渐加热的加热机构、用于通过气流将加热后的金属粉末激发点燃的点燃机构以及用于利用点燃机构的气流将点燃的金属粉末喷发为冷焰火的喷发机构；加热机构的输出端连通点燃机构，点燃机构的输出端连通喷发机构；点燃机构的气流输出端朝向喷发机构布置，喷发机构设有喷发口；

进一步地，加热机构包括用于传送金属粉末的输送通道、设于输送通道内用于将进料口进入的金属粉末沿着输送通道的内壁面向点燃机构连续推送的推料丝杆以及紧贴于输送通道外壁面的加热圈，加热圈从进料口向点燃机构方向分布。

进一步地，加热圈外套设有用于保温和防止热量外泄的保温套管；输送通道的至少一端设有用于保温和防止热量外泄的隔热垫圈。

进一步地，点燃机构包括用于连通加热机构输出端的点燃部以及用于朝向点燃部内鼓风的风机。

进一步地，风机采用转速可调的风机，以控制冷焰火的喷发高度。

下面结合图6和图7对本实施例提供的冷焰火喷发设备进行更详细的结构剖析和说明。参见图6，本实施例提供的冷焰火喷发设备包括：补料装置、送料点燃装置和喷发装置，其中，送料点燃装置包括刮料电机5、刮料环8、外环7和加热机构9，外环7套在加热机构9的外周，两者中间留有环形通道，刮料电机5驱动刮料环8可转动的环套在加热机构9与外环7之间，补料装置的出料口4与外环7上的进料口相连通，用于将无火药的冷焰火粉末3输送入环形通道内，刮料环8用于将环形通道中的冷焰火粉末3沿加热机构9的外周输送，使冷焰火粉末3被加热机构9加热并点燃，所述喷发装置与外环7的加热出料口10连通，加热点燃后的冷焰火粉末经所述喷发装置喷出形成焰火。

如图6所示，所述补料装置包括用于容纳冷焰火粉末3的储料斗1以及设置在该储料斗1中的补料电机2和推料螺杆，该补料电机2连接并带动推料螺杆将冷焰火粉末3从所述补料装置的出料口4推送出去，进入到送料点燃装置中。

所述喷发装置包括风机11和喷花管12，喷花管12采用文丘里管结构形式，所述喷花管12侧壁上的进料口与外环7的加热出料口10相连通，风机11设在喷花管12的一端，用于向喷花管12内提供气流，使管道内形成负压，同时能将送料点燃装置出料管中被加热点燃的冷焰火粉末材料吸入到喷花管12内的气流中，加热点燃后的冷焰火粉末能顺着气流通过该喷花管12喷出形成焰火。

本发明上述实施例中，采用无火药的冷焰火粉末3，避免了因火药的存在而会带来生产、运输以及燃烧过程中的安全隐患，同时火药在燃烧过程中会产生强烈的烟雾和刺激性气味的气体，容易污染环境。将冷焰火粉末3装在补料装置的储料斗1中，通过补料电机2驱动推料螺杆将冷焰火粉末3由补料装置的出料口4推送到送料点燃装置的进料口(即外环7的进料口)，冷焰火粉末3落入外环7与加热机构9形成的环形通道中，此时刮料电机5驱动刮料环8旋转，刮料环8在旋转过程中，刮料环8能将环形通道中的冷焰火粉末3沿加热机构9的圆周表面输送，同时通过加热机构9给冷焰火粉末3加热并点燃，输送到送料点燃装置的下端加热出口10处进行出料，该送料方式利用了粉末自身重力在圆周表面自由滑落的同时，再通过刮料环8给送料点燃装置内的粉末通道提供一个持续定向的运动趋势，有效避免了粉末在通道内的堆积残留，避免了安全事故的发生，同时也能根据粉末燃点的不同而调整刮料电机5的转速，以控制可燃冷焰火粉末3的加热时间及温度，有效保证了冷焰火粉末的燃烧率。

如图7所示，优选地，所述刮料环8为两端面相贯通的薄壁筒状结构，可以从两端套在加热机构9的外围。

优选地，所述刮料环8上设有环向齿牙的刮料齿，用于送料点燃装置内环形通道中的冷焰火粉末的刮送，从而避免了粉末在通道内的堆积残留。

进一步地，所述刮料环8的一端连接刮料电机5，刮料齿设在所述刮料环8的另一端，且刮料齿与外环7的进料口位置正对应，以便于在冷焰火粉末进入送料点燃装置内就能进行充分刮料，进一步避免了粉末堆积。

进一步地，刮料电机5通过轴承6与刮料环8连接。刮料电机5通过轴承6能够将驱动力平稳的传输给刮料环8，保证刮料环8在回转中有稳定的支撑和里的传递，同时通过调整刮料电机5能相应调整转速的转向以适应送料点燃装置内粉末的送料和加热点燃操作。

另外，所述加热机构9包括筒形壳体和加热内芯，该筒形壳体沿轴线方向设有内孔，加热内芯通过该内孔设置在所述筒形壳体内。

可见，本实施例提供的冷焰火喷发设备，利用加热装置直接加热冷焰火材料，加热后燃烧的冷焰火材料被喷发装置喷出。没有火药参与，更加安全，也不会污染环境。

在介绍完上述冷焰火喷发设备后，下面对本实施例提供的冷焰火喷发设备控制系统进行详细说明。

相应地，参见图1，用于对上述冷焰火喷发设备进行控制的冷焰火喷发设备控制系统包括：控制器、下料电机、输料电机、喷射电机、电磁加热装置、下料电机电源控制电路、输料电机电源控制电路、喷射电机电源控制电路、下料电机速度控制电路、输料电机速度控制电路、喷射电机速度控制电路、下料电机速度检测电路、输料电机速度检测电路、喷射电机速度检测电路、下料电机电流检测电路、输料电机电流检测电路、喷射电机电流检测电路、电磁加热控制装置、加热线圈温度采集装置、加热线圈电压采集电路、加热线圈电流采集电路、加热线圈过温保护电路、加热线圈过压保护电路和加热线圈过流保护电路；

所述控制器用于通过对所述下料电机、输料电机和喷射电机进行控制实现三者的协同一致工作，以避免出现因送风、下料和送料不同步而导致的冷焰火喷花时花束延迟、喷花效果不佳的结果。此外，当检测到喷发装置工作不稳定或者停机，会控制供料装置、送料装置和加热装置也同步停止工作，从而避免当出现喷发装置工作不稳定或者停机时，由于供料装置、送料装置和加热装置继续工作而导致点燃的金属粉末进入到喷发装置的送风室里，进而损坏喷发装置，导致送风失效，甚至引发燃烧的问题。

所述控制器通过对所述下料电机速度控制电路、输料电机速度控制电路和喷射电机速度控制电路进行控制实现冷焰火喷射高度和喷射浓度的控制；由于冷焰火喷射高度和喷射浓度跟下料速度、输料速度和喷射速度有关，因此通过对所述下料电机速度控制电路、输料电机速度控制电路和喷射电机速度控制电路进行控制可以实现对冷焰火喷射高度和喷射浓度的控制。

所述控制器用于根据所述下料电机速度检测电路、输料电机速度检测电路、喷射电机速度检测电路、下料电机电流检测电路、输料电机电流检测电路和喷射电机电流检测电路实现对下料电机、输料电机和喷射电机的电流异常检测和速度异常检测，并在检测到电流异常或速度异常时通过下料电机电源控制电路、输料电机电源控制电路和喷射电机电源控制电路实现电源的切断；

所述控制器用于通过对所述电磁加热控制装置的控制实现对电磁加热装置的加热功率控制；

所述控制器用于通过所述加热线圈温度采集装置、加热线圈电压采集电路、加热线圈电流采集电路、加热线圈过温保护电路、加热线圈过压保护电路和加热线圈过流保护电路实现对所述电磁加热装置的过温、过压和过流保护。

由上面方案可知，本实施例提供的冷焰火喷发设备控制系统，能够实现下料电机、输料电机和喷射电机三者的协同一致工作，能够进行喷发高度和喷发浓度的控制，且能够保证冷焰火喷发设备工作过程中的安全性。在安全性方面，本实施例设置无线电磁加热控制，加热芯片温度采集，线圈电压采集，电流采集，有过温保护，过压保护，过流保护；电机驱动方面，有输料电机，喷射电机，下料电机三个电机，都选用直流电机，每个电机设计有电机速度控制电路，电机电流检测电路，以及电机速度检测。嵌入式软件系统中有每组电机的电流检测和速度检测、开关控制和速度控制输出。电流检测和速度检测能够分析电机是否异常，异常时通过供电开关电路关闭电机电源，保证其它电路不会因为电机异常损害。速度检测可以对速度控制输出进行反馈调整，增加电机速度输出稳定性。电机异常，加热系统异常时，关闭相关部分供电，并且向智能手机报警提醒，以及蜂鸣器声音提醒。加热系统产生高温最容易产生安全隐患，在出现电机异常、过温等异常时，都自动关闭加热功能，保护设备部件安全。

需要说明的是，整个冷焰火喷发设备共有3个电机，电机可以选择的有无刷直流电动机、有刷直流电动机、单相异步交流电动机等。交流电机启动加速度(响应速度)，速度控制不灵活。为了控制料物传送稳定，以及喷射速度(喷射速度与喷射高度有直接联系)可控，响应速度快。选择速度可控，扭矩大的无刷直流电机。无刷直流电机有能够在低速下输出大转矩，使得它可以提供大的起动转矩；任何速度下都可以全功率运行；效率高、过载能力强；体积小，功率密度高；无机械换向器，采用全封闭式结构，可以防止尘土进入电机内部，可靠性高等优点。因此，在一种优选实施方式中，所述下料电机、输料电机和喷射电机为无刷直流电动机。

参见图2，在电机驱动方面，有输料电机，喷射电机，下料电机三个电机，根据上面描述，作为一种优选方式，这三个电机都选用直流电机，这样，电机相关的供电控制，速度控制，速度检测，电流检测相关电路设计更简易可靠。嵌入式软件系统中有每组电机的电流检测和速度检测；开关控制和速度控制输出。电流检测和速度检测能够分析电机是否异常，异常时通过供电开关电路关闭电机电源，保证其它电路不会因为电机异常损害。速度检测可以对速度控制输出进行负反馈调整，增加电机速度输出稳定性。电机控制，在主控MCU(控制器)嵌入式软件中有过流保护功能，以及根据电机速度反馈实现的PID电机速度闭环控制。

可见，整个控制系统中所有电机都能够进行稳定的速度控制，以及安全检测，从而增强了设备可控性，能够实现喷射浓度，高度控制功能，并且过流检测可以增加系统可靠性。

需要说明的是，安全冷烟花喷射设备，喷射的烟花颗粒是相对于传统烟花温度较低的颗粒，并且因为颗粒较小，在空气中会迅速降温。经过实验不能引燃纸张，布料等，人手接触烟花可以也不会有灼烧感。但考虑到实际应用场景中，四周可能出现易燃物质，并且烟花喷射设备只有设备四周预留足够空间才能有更好的效果。因此考虑到安全性，增加了遮挡检测，人员检测功能。同样设备倾斜也会出现未知情况，也增加了倾斜检测。下面将通过几个优选实施方式对该部分内容进行详细介绍。

在一种优选实施方式中，参见图1，所述控制系统还包括：喷射安全检测装置；所述喷射安全检测装置，用于检测所述冷焰火喷发设备在冷焰火喷射过程中的环境安全性和人员安全性。

在一种优选实施方式中，所述喷射安全检测装置包括：五个检测角度为90°的距离检测模块、数据处理模块、遮挡检测模块和人员靠近检测模块；其中，五个距离检测模块分别设置在所述冷焰火喷发设备顶部四个边的每一边上以及所述冷焰火喷发设备顶部的中央位置上；

所述数据处理模块，用于对每个距离检测模块，按照预设频率定时采集预设个数的距离数据，并对采集的距离数据进行循环平均值滤波处理，在进行循环平均值滤波处理后，使用倒二异常数据检测方法判断采集的数据是否存在异常，若是，则将异常点数据强制设置为当前剩余个数的原始数据的平均值；

所述遮挡检测模块，用于根据所述数据处理模块处理后的数据判断所述冷焰火喷发设备的正上方或四周是否有遮挡物，具体用于只要判断五个距离检测模块有一个检测到最近物体的距离小于预设遮挡范围，则确定所述冷焰火喷发设备周围有遮挡物；

所述人员靠近检测模块，用于根据所述数据处理模块处理后的数据判断所述冷焰火喷发设备周围是否有人员靠近，具体用于按照时间序列分别保存每个距离检测模块经过处理的数据，并只要判断五个距离检测模块有一个检测的距离数据持续降低，并且最新距离数据小于预设人员靠近范围，则确定所述冷焰火喷发设备周围有人员靠近。

在一种优选实施方式中，所述喷射安全检测装置在检测到所述冷焰火喷发设备周围有遮挡或有人员靠近时，向所述控制器发送报警命令；

所述控制器在接收到所述喷射安全检测装置发送的报警命令后，控制所述下料电机、输料电机、喷射电机和电磁加热装置停止工作，以停止喷射和停止加热；

所述控制器还用于在接收到所述喷射安全检测装置发送的报警命令后，通过蜂鸣方式提醒工作人员或周围相关人员。

在一种优选实施方式中，所述喷射安全检测装置还包括：倾斜检测模块；

所述倾斜检测模块用于实时检测所述冷焰火喷发设备的倾斜角度，并在判断所述倾斜角度超过预设角度阈值时，向所述控制器发送报警命令，以使所述控制器控制所述下料电机、输料电机、喷射电机和电磁加热装置停止工作，同时所述控制器在接收到所述喷射安全检测装置发送的报警命令后，通过蜂鸣方式提醒工作人员所述冷焰火喷发设备发生倾斜。

图3是遮挡检测及人员靠近检测的原理图。参见图3，在设备的顶部四边各有一个检测角度为90°的距离检测模块(如可以采用超声波距离检测模块)，在设备的顶部中央也有一个检测角度为90°的距离检测模块，共五个距离检测模块，实现遮挡检测及人员检测。图3中的阴影部分为采集范围。具体检测过程包括如下步骤：

a、数据采集以及滤波

例如，按照10HZ频率定时采集5个距离数据，并且对距离数据进行一个循环平均值滤波处理。当前使用的平均值参与计算的数量为5个。循环平均值滤波是循环保存最新采集的原始数据，每次计算最新的原始数据的平均值。

实际实现过程中，可能会出现一些异常数据，为了使滤波后的数据能够更准确的反映四周遮挡物状态，使用倒二异常数据检测方法，判断采集数据是否有异常。倒二异常数据检测方法为，按照时间顺序排列的原始数据，倒数第一个数据为最新数据，倒数第二个数据为教新数据。设置一个变化阈值(当前为0.75米)，如果倒二的数据与平均值差大于变化阈值(0.75米)，而且倒一数据与平均值差小于变化阈值(0.75米)，则说明倒二数据为异常点数据。检测到异常点数据后，需要将异常点数据强制设置为当前剩下4个原始数据平均值，消除异常点。倒二异常数据检测方法，能够有效分析出异常点数据，并且通过倒一数据对比，避免确实出现距离突变时的正常变化。

b、遮挡检测

只要5个传感器中有一个检测到最近物体距离小于遮挡范围(当前为2米)，则认为有遮挡物。遮挡检测属于静态检测。

c、人员靠近检测

按照时间序列保存五个传感器滤波后的数据(也可以不考虑顶部中央的传感器获取的距离数据)，分析每个传感器，如果满足采集距离数据持续减少，并且最新距离数据小于人员靠近范围(当前为2.5米)，即认为有人员靠近。人员靠近检测属于动态检测。在检测到遮挡物或者人员靠近，都需要暂停喷射功能。

可见，通过距离传感器，检测周边遮挡物以及人员，在容易发生危险时停止喷射，保证了环境和人员安全，有效提高设备安全性设计。此外，实现方案使用循环平均值滤波处理和倒二异常数据检测方法，因此不会出现错误检测，从而可以提高可靠性。此外，在进行人体接近检测时，还可以使用热释电人体红外传感器，在检测到人员在靠近设备时，停止喷射。

为了进一步提高设备安全性，在一种优选实施方式中，参见图1，所述控制系统还包括：BLE模块；所述控制器通过所述BLE模块与带有BLE功能的指定的外部智能设备(如智能手机)进行通信；

需要说明的是，BLE模块具有高可靠性和高安全性，且低成本和低功耗。此外，还具有快速启动、瞬间连接的优势，例如蓝牙BLE仅需要3ms即可完成，几乎是瞬间连接。此外，蓝牙BLE的有效传输距离可以达到60～100m，极大开拓了蓝牙技术的应用前景。

此外，为进一步提高设备安全性，其中，所述BLE模块在与指定的外部智能设备进行通信时，对通信数据进行打包和分包处理，并对通信数据进行加密处理。

参见图4所示的通过BLE模块与带有BLE功能的指定的外部智能设备进行通信的通信过程示意图。

需要说明的是，一个数据传输过程需要执行的过程有：

[数据打包->数据加密->]通过BLE传输到目的设备->[数据解密->数据分包->处理执行]。

可见，手机APP通过手机自带的蓝牙BLE功能与控制系统中BLE模块进行数据通信；BLE模块与主控MCU通过UART串口通信传输数据，完成手机与主控MCU数据传输。考虑设备安全性，数据通信过程使用自定义的通信协议以及加密算法，防止了通过其他途径(他人开发的APP，其他带有BLE功能设备)控制设备的可能性，确保设备只能被指定智能设备APP控制，APP与服务器通信验证身份信息，保证设备控制安全性。可见，基于数据安全正确的传输功能，实现手机APP控制控制，获取设备状态。可见，上述通信方式使用独立自主设计的加密算法(即数据置换加密法)和通信协议，使得设备使用过程中安全性得到保证。

为保证控制安全性，在一种优选实施方式中，所述控制器通过BLE模块接收到指定的外部智能设备发送的喷射控制命令时，判断接收到的喷射控制命令是否超出与所述喷射控制命令对应的时间周期，若是，则停止喷射。也就是说，所有控制命令都有时间周期，超出时间周期，喷射自动停止。此外，正如上面所述，所有控制命令都有加密和校验，加密方式使用自定义的随机数方式加密，校验采用CRC校验，从而可以充分保证控制的安全性。

在一种优选实施方式中，参见图1，所述控制系统还包括：DMX功能模块；所述DMX功能模块用于主从控制扩展；

所述DMX功能模块具体用于设置其中一台冷焰火喷发设备为主控设备，其他冷焰火喷发设备为从控设备，其他冷焰火喷发设备与主控设备通过DMX总线进行连接。

需要说明的是，小型的应用场景，需要使用超过7台设备，而BLE仅提供同时对7台设备的控制，而单独使用一个DMX控制器也不方便时，可以使用设备DMX主机模式，其中一台设备作为DMX控制器使用，其它设备与主控通过DMX总线进行连接，实现多个设备，最多可达到200个设备的各种效果控制，如跑马灯，流水灯，齐喷等；以及多个效果序列输出。

在一种优选实施方式中，参见图1，所述控制系统还包括：显示屏；所述显示屏至少用于显示所述冷焰火喷发设备的连接状态、内部工作状态、设备使用说明和设备二维码信息，这里，所述设备二维码信息里融合有设备ID信息。

需要说明的是，所述显示屏可以为定制化液晶、数码管液晶或点阵液晶，为显示更多内容，让客户更容易操作和使用，了解内部状态，本实施例选择点阵液晶。在本实施例中，综合外观，成本，产品特点等，可以选用240*320液晶屏，用于显示设备连接状态，设备ID，设备加热进度等信息。其中，液晶模块内部有显示MCU，与主控MCU(控制器)之间通过UART串口进行通信。通过串口命令主控MCU可以在液晶上显示液晶存储模块内已经存储的图片，文字信息，绘制点线矩形等信息。

此外，所述控制系统中还可以设置数据及日志存储模块，例如通过外置一块flash芯片，循环存储运行日志信息，在出现异常时可以进行排查；此外，还可以存储控制命令，配置数据等信息。

由上面描述可知，本实施例提供的控制系统为以安全和人机交互为导向的控制系统。参见图5(图5中的主控MCU就是本实施例中提到的控制器)，本实施例提供的控制系统包括下面的结构：电源管理系统，输入220V交流电，产生一个24V(6A)直流；12V直流；隔离后干净稳定5V直流；隔离后加热控制18V和5V直流。喷射电机，电机电源开关控制，电机速度控制，有速度采集；有电机电流采集；下料电机，电机电源开关控制，电机速度控制，有速度采集；有电机电流采集；输料电机，电机电源开关控制，电机速度控制，有速度采集；有电机电流采集；电磁加热，加热功能保护电路；包括散热片温度采集，机器内部环境温度采集；过流保护，过压保护，过温保护；姿态采集，包括加速度计采集分析，磁场采集分析，以及陀螺仪采集分析；倾斜保护；加热部件温度采集；机器内部环境温度采集；包括单不限于电磁感应加热，电阻丝加热，红外加热；液晶显示屏及驱动电路；综合外观，成本，产品特点等，使用240*320液晶屏，能够显示设备连接状态，设备ID，设备加热进度等信息，以及显示智能手机交互APP下载地址和设备识别码的二维码等；DMX模块，主控模式，从机模式自由切换；蜂鸣器，声音提示；低功耗蓝牙模块(BLE)，人机交互模块；与智能手机交互模块，包括但不限于使用普通蓝牙、wifi和蜂窝式无线网络；人体接近检测；使用热释电人体红外传感器；检测到人员在靠近设备时，停止喷射；遮挡检测；置于仪器斜向四周有距离传感器，包括但不限于超声波距离传感器；红外距离传感器；激光飞行时间距离传感器；检测到正上方及四周斜上方有遮挡时，停止喷射；主控MCU，各种功能集成于嵌入式软件中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种冷焰火喷发设备控制系统，其特征在于，所述冷焰火喷发设备包括在输料过程中用于将金属粉末逐渐加热的加热机构、用于通过气流将加热后的金属粉末激发点燃的点燃机构以及用于利用点燃机构的气流将点燃的金属粉末喷发为冷焰火的喷发机构；加热机构的输出端连通点燃机构，点燃机构的输出端连通喷发机构；点燃机构的气流输出端朝向喷发机构布置，喷发机构设有喷发口；

相应地，所述控制系统包括：控制器、下料电机、输料电机、喷射电机、电磁加热装置、下料电机电源控制电路、输料电机电源控制电路、喷射电机电源控制电路、下料电机速度控制电路、输料电机速度控制电路、喷射电机速度控制电路、下料电机速度检测电路、输料电机速度检测电路、喷射电机速度检测电路、下料电机电流检测电路、输料电机电流检测电路、喷射电机电流检测电路、电磁加热控制装置、加热线圈温度采集装置、加热线圈电压采集电路、加热线圈电流采集电路、加热线圈过温保护电路、加热线圈过压保护电路和加热线圈过流保护电路；

所述控制器用于通过对所述下料电机、输料电机和喷射电机进行控制实现三者的协同一致工作，所述控制器通过对所述下料电机速度控制电路、输料电机速度控制电路和喷射电机速度控制电路进行控制实现冷焰火喷射高度和喷射浓度的控制；

所述控制器用于根据所述下料电机速度检测电路、输料电机速度检测电路、喷射电机速度检测电路、下料电机电流检测电路、输料电机电流检测电路和喷射电机电流检测电路实现对下料电机、输料电机和喷射电机的电流异常检测和速度异常检测，并在检测到电流异常或速度异常时通过下料电机电源控制电路、输料电机电源控制电路和喷射电机电源控制电路实现电源的切断；

所述控制器用于通过对所述电磁加热控制装置的控制实现对电磁加热装置的加热功率控制；

所述控制器用于通过所述加热线圈温度采集装置、加热线圈电压采集电路、加热线圈电流采集电路、加热线圈过温保护电路、加热线圈过压保护电路和加热线圈过流保护电路实现对所述电磁加热装置的过温、过压和过流保护。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述下料电机、输料电机和喷射电机为无刷直流电动机。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：喷射安全检测装置；所述喷射安全检测装置，用于检测所述冷焰火喷发设备在冷焰火喷射过程中的环境安全性和人员安全性。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述喷射安全检测装置包括：五个检测角度为90°的距离检测模块、数据处理模块、遮挡检测模块和人员靠近检测模块；其中，五个距离检测模块分别设置在所述冷焰火喷发设备顶部四个边的每一边上以及所述冷焰火喷发设备顶部的中央位置上；

所述数据处理模块，用于对每个距离检测模块，按照预设频率定时采集预设个数的距离数据，并对采集的距离数据进行循环平均值滤波处理，在进行循环平均值滤波处理后，使用倒二异常数据检测方法判断采集的数据是否存在异常，若是，则将异常点数据强制设置为当前剩余个数的原始数据的平均值；

所述遮挡检测模块，用于根据所述数据处理模块处理后的数据判断所述冷焰火喷发设备的正上方或四周是否有遮挡物，具体用于只要判断五个距离检测模块有一个检测到最近物体的距离小于预设遮挡范围，则确定所述冷焰火喷发设备周围有遮挡物；

所述人员靠近检测模块，用于根据所述数据处理模块处理后的数据判断所述冷焰火喷发设备周围是否有人员靠近，具体用于按照时间序列分别保存每个距离检测模块经过处理的数据，并只要判断五个距离检测模块有一个检测的距离数据持续降低，并且最新距离数据小于预设人员靠近范围，则确定所述冷焰火喷发设备周围有人员靠近。

5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述喷射安全检测装置在检测到所述冷焰火喷发设备周围有遮挡或有人员靠近时，向所述控制器发送报警命令；

所述控制器在接收到所述喷射安全检测装置发送的报警命令后，控制所述下料电机、输料电机、喷射电机和电磁加热装置停止工作，以停止喷射和停止加热；

所述控制器还用于在接收到所述喷射安全检测装置发送的报警命令后，通过蜂鸣方式提醒工作人员或周围相关人员。

6.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述喷射安全检测装置还包括：倾斜检测模块；

所述倾斜检测模块用于实时检测所述冷焰火喷发设备的倾斜角度，并在判断所述倾斜角度超过预设角度阈值时，向所述控制器发送报警命令，以使所述控制器控制所述下料电机、输料电机、喷射电机和电磁加热装置停止工作，同时所述控制器在接收到所述喷射安全检测装置发送的报警命令后，通过蜂鸣方式提醒工作人员所述冷焰火喷发设备发生倾斜。

7.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：BLE模块；所述控制器通过所述BLE模块与带有BLE功能的指定的外部智能设备进行通信；

其中，所述BLE模块在与指定的外部智能设备进行通信时，对通信数据进行打包和分包处理，并对通信数据进行加密处理。

8.根据权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述控制器通过BLE模块接收到指定的外部智能设备发送的喷射控制命令时，判断接收到的喷射控制命令是否超出与所述喷射控制命令对应的时间周期，若是，则停止喷射。

9.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：DMX功能模块；所述DMX功能模块用于主从控制扩展；

所述DMX功能模块具体用于设置其中一台冷焰火喷发设备为主控设备，其他冷焰火喷发设备为从控设备，其他冷焰火喷发设备与主控设备通过DMX总线进行连接。

10.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：显示屏；所述显示屏至少用于显示所述冷焰火喷发设备的连接状态、内部工作状态、设备使用说明和设备二维码信息。