CN2847436Y - 字符水幕装置 - Google Patents

Abstract

一种字符水幕装置，结构主要包括：主控单元、USB通讯控制单元、灯光控制单元、水阀控制单元四部分，该字符水幕装置能够控制水阀开关时间的长短以断开水流来形成水珠，利用该字符水幕装置，可在空中显示出字符形式的文字、英文或图形，并且使下落后的水珠在下落完成后飞溅产生水雾以达到净化空气的效果。

Description

字符水幕装置

技术领域

本实用新型涉及一种水文景观领域，更具体的说涉及一种字符水幕装置。

背景技术

现有技术的水幕，分为两个方面，一个方面是下落式的水幕，一个方面是上喷式的水幕。在下落式的水幕中，是利用水流的下落，在空中形成整体的水的遮挡，从而达到幕的效果。也有利用玻璃为载体，使水缓缓从玻璃上下落，可在玻璃上形成横向的水纹，达到产生一条条水纹缓缓下滑的效果。它的不足之处在于不能产生间隔极小的水珠，控制方式单一(仅仅控制开关)，在空中产生不了造型，仅仅产生水墙，而利用玻璃载体的水幕，同样不能产生间隔极小的水珠，控制方式同样单一，在空中产生的水纹造型是不可控的。现有的技术存在着以下几个问题：1、在水流下落时，无法实现将水流断开，产生组成造型所需要的间隔很小的水珠；2、水流出口的喷头断水后形成的水珠粘连；3、不能在空中将水组合成文字、英文或图形。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种字符水幕装置，这种装置能够使水幕产生字符形式的水珠图形的效果。

本字符水幕装置的结构主要包括：水阀、主控单元、USB通讯控制单元、灯光控制单元和水阀控制单元。

所述的水阀选用AIRTAC的2V025-08型号，其出水口安装有一个喷嘴，该喷嘴为一圆台结合一圆柱的形状，圆台的侧面与出水口所在的竖直平面之间的倾斜角为30°，并且圆柱的厚度为0.1-0.5mm。

所述的主控单元主要包括MCU(微控制单元)模块、FLASH存储器模块、在系统调试及烧写模块；该单元负责装置的逻辑产生、时序控制以及信息存储；其中，在系统调试及烧写模块通过边界扫描协议IEEE1149.1来实现对MCU(MSP430F449)的在装置编程和在装置调试。FLASH(SST39VF320)存储模块存储了从PC机通过USB接口发下来的对水阀及对灯光进行控制的控制字符软件，供MCU在装置运行过程中使用，下落的水流在空中组成的文字、英文或图形的字符形式就是通过所述的控制字符软件来实现的。FLASH(SST39VF320)存储模块的地址总线A[0..20]、数据总线D[0..15]以及信号选择线(CE，WE，OE)与MCU的I/O管脚相连。MCU(MSP430F449)对整个装置进行全面的管理。在字符软件的下载阶段，它负责对USB通讯模块进行控制，通过USB接口从PC机下载水阀及灯光的控制字符软件，并且将这些字符软件写入FLASH(SST39VF320)中。在装置的运行过程中，MCU以1毫秒为时间间隔调用FLASH中的水阀及灯光控制字符软件来完成对灯光和水阀的控制，MCU用16个I/O(P2、P3)来充当装置的数据总线，用21个I/O(P4、P6、P5.[0..4])来充当装置的地址总线，通过字符软件来实现FLASH的读写时序及对水阀进行选址并控制的时序。

所述的USB通讯控制单元包括电平转换芯片74LVC4245A，电平缓冲芯片74HC244，USB接口模块USB100，所述的USB100是整个USB通讯实现的核心及枢纽，它负责整个USB协议的实现，它一方面将从PC机接收到的数据存入接收缓冲区，另一方面负责把从MCU接收到的数据存入发送缓冲区，并通过USB总线传送给PC机，USB100和PC机之间的传输是透明传输，而USB100和MCU之间的信号传输则是通过MCU的引脚URD，UWR和数据总线D[0..7]的时序来实现的，为了实现3.3V供电的MCU和5V供电的USB100之间的电平匹配，在装置中引入了电平转换芯片74LVC4245A和电平缓冲芯片74HC244，因为数据总线D[0..7]需要数据进行双向传输，所以选择在信号USBDIR的控制下能实现3.3V和5V双向传输的芯片74LVC4245A，而信号URD，UWR只有MCU对外输出的信号，所以选用电平缓冲芯片74HC244来实现信号URD，UWR的电平转换。

所述的灯光控制单元主要包括ULN2003及三个继电器，由于MCU的I/O接口不能直接驱动继电器从而控制灯的亮灭，所以选用达林顿型驱动器ULN2003来实现信号的隔离和驱动，三个继电器可以在I/O引脚的控制下完成对三组灯光的控制。

所述的水阀控制单元主要包括CPLD(复杂可编程逻辑器件)模块、信号隔离及信号驱动模块、水阀控制继电器组，它的功能是负责对字符雨装置的384个水阀进行准确、快速的控制，由于在装置设计中将384个水阀按照每16个水阀一组进行分组，整个装置分成24组进行控制，分别用组号1、2......24来标注。所有的继电器组进行控制所用的控制方法是完全相同的，组与组之间的唯一不同是组地址有区别，CPLD选择具有128个逻辑宏单元的芯片EPM7128S，它的内部逻辑实现在地址总线的控制下对输出I/O的组选择，本装置将384个待控水阀分成24组进行管理，每组16个，每一组都有自己的地址，例如：第一组的地址是0X001。另外，由于地址总线除了用来对水阀进行选址外还要对FLASH进行选址，所以在对水阀进行选址时设置了VCHOSEN信号线以进行区别，因为CPLD的I/O接口不能直接驱动继电器从而控制水阀的通断，所以选用达林顿型驱动器ULN2003来进行信号的隔离和驱动，水阀控制继电器选用高速、可靠的固态继电器欧姆龙G3MB-202P。

本实用新型的字符水幕装置具有以下优点：可在空中利用水珠显示出文字、英文或图形等字符形式，达到了将水用于信息传递的功能，并且下落后的水珠在下落完成后能够飞溅产生水雾，以达到净化空气的效果，使人有如临瀑布般的清新空气感受。

附图说明

下面参照附图和具体实施方式对本实用新型的物流检测管理装置作进一步详细地说明。

图1是本实用新型的字符水幕装置的结构程序图；

图2是本实用新型的字符水幕装置的主控单元、USB通讯控制单元及灯光控制单元的电路结构原理图；

图3是本实用新型的字符水幕装置的水阀控制单元的电路结构原理图；

图4是本实用新型的字符水幕装置的水阀出水口的喷嘴示意图；

图5是本实用新型的字符水幕装置的水阀控制单元的一个实施例的工作流程图；

具体实施方式

图1所示的字符水幕装置的结构包括：MCU模块、FLASH存储器模块和在系统调试及烧写模块构成的主控单元、CPLD模块、信号隔离及信号驱动模块和水阀控制继电器组构成的水阀控制单元，USB通讯控制单元、灯光控制单元，灯光系统以及水阀。

图2所示的电路结构包括主控单元、USB通讯控制单元及灯光控制单元，所述的主控单元主要包括MCU(模块、FLASH存储器模块、在系统调试及烧写模块；该单元负责装置的逻辑产生、时序控制以及信息存储；其中，在系统调试及烧写模块通过边界扫描协议IEEE1149.1来实现对MCU(MSP430F449)的在装置编程和在装置调试。FLASH(SST39VF320)存储模块存储了从PC机通过USB接口发下来的对水阀及对灯光进行控制的控制字符软件，供MCU在装置运行过程中使用，它的地址总线A[0..20]、数据总线D[0..15]以及信号选择线(CE，WE，OE)与MCU的I/O管脚相连，MCU(MSP430F449)对整个装置进行全面的管理。在字符软件下载阶段，它负责对USB通讯模块进行控制，通过USB接口从PC机下载水阀及灯光的控制字符软件，并且将这些字符软件写入FLASH(SST39VF320)中。在装置的运行过程中，MCU以1毫秒为时间间隔调用FLASH中的水阀及灯光控制字符软件来完成对灯光和水阀的控制。MCU用16个I/O(P2、P3)来充当装置的数据总线，用21个I/O(P4、P6、P5.[0..4])来充当装置的地址总线，通过字符软件来实现FLASH的读写时序及对水阀进行选址并控制的时序。

所述的USB通讯控制单元包括电平转换芯片74LVC4245A，电平缓冲芯片74HC244，USB接口模块USB100，所述的USB100是整个USB通讯实现的核心及枢纽，它负责整个USB协议的实现，它一方面将从PC机接收到的数据存入接收缓冲区，另一方面负责把从MCU接收到的数据存入发送缓冲区，并通过USB总线传送给PC机。可见，USB100和PC机之间的传输是透明传输，而它和MCU之间的信号传输则是通过MCU的引脚URD，UWR和数据总线D[0..7]的时序来实现的，为了实现3.3V供电的MCU和5V供电的USB100之间的电平匹配，在装置中引入了电平转换芯片74LVC4245A和电平缓冲芯片74HC244，因为数据总线D[0..7]需要数据进行双向传输，所以选择在信号USBDIR的控制下能实现3.3V和5V双向传输的芯片74LVC4245A，而信号URD，UWR只有MCU对外输出的信号，所以选用电平缓冲芯片74HC244来实现信号URD，UWR的电平转换。

所述的灯光控制单元主要包括ULN2003及三个继电器，因为MCU的I/O接口不能直接驱动继电器从而控制灯的亮灭，所以选用达林顿型驱动器ULN2003来实现信号的隔离和驱动。三个继电器可以在I/O引脚的控制下完成对三组灯光的控制。

图3所示的电路结构为水阀控制单元的电路结构，由图可知，水阀控制单元主要包括CPLD模块、信号隔离及信号驱动模块、水阀控制继电器组，它的功能是负责对字符雨装置的384个水阀进行准确、快速的控制，由于在装置设计中将384个水阀按照每16个水阀一组进行分组，整个装置分成24组进行控制，分别用组号1、2......24来标注，CPLD选择具有128个逻辑宏单元的芯片EPM7128S，它的内部逻辑实现在地址总线的控制下对输出I/O的组选择，本装置将384个待控水阀分成24组进行管理，每组16个，每一组都有自己的地址，另外，由于地址总线除了用来对水阀进行选址外还要对FLASH进行选址，所以在对水阀进行选址时设置了VCHOSEN信号线以进行区别。因为CPLD的I/O接口不能直接驱动继电器从而控制水阀的通断，所以选用达林顿型驱动器ULN2003来进行信号的隔离和驱动，水阀控制继电器选用高速、可靠的固态继电器选用欧姆龙G3MB-202P系列。

图4所示的是本实用新型的字符水幕装置的水阀出水口的喷嘴，由图可知，该喷嘴为一圆台结合一圆柱的形状，圆台的侧面与出水口所在的竖直平面之间的倾斜角为30°，并且圆柱的厚度为0.1-0.5mm。

图5所示的是本字符水幕装置在工作时的一个具体实施例，如图所示，在工作时，将水阀交替打开与关闭，并且通过USB100设定延时时间，然后利用PC机内预先编辑好的控制字符软件实现下落的水流在空中组成的文字、英文或图形等字符形式。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，这些也应视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种字符水幕装置，其特征在于：包括水阀、主控单元、USB通讯控制单元、灯光控制单元和水阀控制单元，所述的主控单元包括MCU模块、FLASH存储器模块和在系统调试及烧写模块，所述的水阀控制单元包括CPLD模块、信号隔离及信号驱动模块和水阀控制继电器组，所述的MCU模块与USB通讯控制单元、FLASH存储器模块、信号隔离及信号驱动模块、CPLD模块和在系统调试及烧写模块分别进行连接，所述的信号隔离及信号驱动模块与灯光控制单元、CPLD模块和水阀控制单元进行连接。

2.根据权利要求1所述的字符水幕装置，其特征在于：所述的水阀为AIRTAC的2V025-08型号，其出水口安装有一个喷嘴，该喷嘴为一圆台结合一圆柱的形状，圆台的侧面与出水口所在的竖直平面之间的倾斜角为30°，并且圆柱的厚度为0.1-0.5mm。

3.根据权利要求2所述的字符水幕装置，其特征在于：所述的MCU模块为MSP430F449，所述的FLASH存储器模块为SST39VF320，所述的在系统调试及烧写模块通过边界扫描协议IEEE1149.1来实现对MCU的在装置编程和在装置调试，FLASH存储器模块存储了从PC机通过USB接口发下来的对水阀及对灯光进行控制的控制字符软件，供MCU在装置运行过程中使用。

4.根据权利要求3所述的字符水幕装置，其特征在于：所述的USB通讯控制单元包括电平转换芯片74LVC4245A，电平缓冲芯片74HC244，USB接口模块USB100。

5.根据权利要求4所述的字符水幕装置，其特征在于：所述的灯光控制单元包括ULN2003及继电器，所述的继电器在I/O引脚的控制下完成对灯光的控制。

6.根据权利要求5所述的字符水幕装置，其特征在于：所述的CPLD是具有128个逻辑宏单元的芯片EPM7128S，所述的信号隔离及信号驱动模块是达林顿型驱动器ULN2003，所述的水阀控制继电器组选用欧姆龙G3MB-202P。