專利名稱:焰火燃放控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種焰火燃放控制系統，可根據音頻的節奏及意境來編排焰火燃放的品種、數量及組合，然后在音樂的播放過程中通過燃放控制系統精確地依據音樂節奏將焰火效果展示出來，提供完美的焰火藝術表現。
背景技術：
隨著焰火燃放技術的日益發展，傳統的人工點火方式已經逐步過渡到電子點火方式，即通過將電子點火頭與焰火燃放產品的引線進行連接，然后對電子點火頭進行供電，即可將點火頭引爆，點燃引線，從而實現焰火燃放產品的點火，這樣也為自動控制點火提供了技術基礎。
目前，市面上存在的焰火燃放控制設備主要有兩種，一種是純手工控制的電子點火設備，相當于一個開關陣列，即人工控制一組開關，就實現一次點火。另外一種就是程控電子點火設備，通常通過pc機來控制點火，即將實現編排好的燃放序列表存儲到pc機，燃放過程中，pc軟件讀取燃放序列表，并發送控制指令到點火控制主機，控制點火控制主機點火。其中，手工控制點火設備結構簡單，所控制的點火點數量有限，操作不夠方便和準確，不能完成復雜的燃火燃放，如特效焰火等，更不可能去放一場音樂焰火。而后面所講的程控點火設備，可以實現特效煙火的燃放了，但是缺點是pc機容易受病毒感染，且通用操作系統不是很穩定，很容易導致系統崩潰，另外，由于該設備也沒有與音樂直接關聯，因此，該燃放不可能做到與音樂的同步，從而使得燃放體現不出音樂焰火的藝術表現力。
現有音樂焰火燃放的技術，通常的過程是使用一些通用的音樂編輯軟件如CoolEdit等來采集音頻波形，根據對應音頻的播放時間來設定對應的點火地址和煙花的數量，組合；然后把這些采集的結果時間-地址碼通過excel等工具生成編排表存儲到pc主機，然后在音樂播放的同時手工啟動設備進行焰火燃放，即煙火的燃放開始是通過人與人之間的信息傳遞來完成，由于人聽覺上的延時特性，必然做不到真正的同步，所以這種同步技術產生的音樂焰火燃放效果相對比較差。
從上述技術系統的描述中能夠了解到目前燃放控制設備的幾個問題(1)這些設備缺乏一個專業、有效的編排系統以及精確的燃放控制系統，缺乏對焰火燃放過程中最重要的因素時間的有效管理和控制，達不到音樂焰火燃放所需的時間精度要求，只適用于那些對時間精度要求不高的場合，如傳統焰火燃放項目。
(2)同時由于編排過于簡單，對于焰火燃放中時間因素影響很大的諸多元素不能有效地反映在焰火燃放的編排過程里面，如點火引線、禮花彈的上升時間、效果時間等等，使得系統并不能夠有效地實施精確點火燃放，也就不能保證真正意義上的音樂與焰火燃放的同步。
(3)由于缺乏有效的管理、編排及必要的檢測手段，這些系統實際上不能有效、可靠的實施音樂焰火的燃放；點火器容易產生錯碼、重復碼、空碼等錯誤。
(4)通過人的視覺和聽覺的配合來進行音樂與煙火燃放的同步，所謂的同步也就是音樂和燃火燃放同時開始，后面不會再單獨進行兩者同步。因此，音樂和焰火燃放的節奏配合比較差。

發明內容
本實用新型所要解決的技術問題是解決上述現有技術存在的問題，而提供一種能夠實現音樂播放與煙火燃放完全同步，真正保證音樂播放節奏和焰火燃放效果完全吻合的焰火燃放控制裝置，通過采用樹狀連接，可最大限度的將線路故障局限在某一個小區，不會影響其他部件的繼續工作，大大提高系統的工作可靠性；先進的齊射技術，真正實現多路點火點同時點火，大大提高了觀賞的美感。
本實用新型采用的技術方案是這種焰火燃放控制裝置由四個部分組成即音頻分析處理機，燃放控制主機，集線器以及點火控制機；燃放控制主機由6.4寸TFT液晶屏、掃描鍵盤、工業控制主板、有線模塊、無線模塊組成，燃放控制主機是整個系統的核心部分，是燃放控制軟件的載體，它通過通訊模塊接收來自音頻分析處理機發送過來的音頻同步信號及同步系統燃放控制時間，并通過另一組通訊模塊向集線器發送點火控制指令；也可以通過燃放控制主機的人機接口接收人工點火命令，向集線器發送點火指令；集線器由集線器板卡，2個有線模塊和1個無線模塊組成，用于連接燃放控制主機和點火控制機，起網絡中繼和分隔作用，負責燃放控制主機和點火控制機之間的數據傳遞。點火控制機提供有線通訊接口接受并響應集線器轉發過來的控制命令；點火控制機的點火頭接口直接連接電子點火頭的導線，點火控制機接收到點火指令后，將向對應通道送點火電流，進行點火；音頻處理機由6.4寸TFT液晶屏、掃描鍵盤、工業控制主板、有線通訊模塊或無線通訊模塊組成，音頻處理機提供音頻播放和音頻信號提取，通過人機接口進行兩種模式的選擇，同時提供無線信號強度監測；音頻播放模式，音頻處理機向音頻輸出接口送立體聲信號，在同步時間點向燃放控制主機發送時間同步信息；音頻提取模式，則通過音頻輸入接口提取音頻信號并將提取到的同步信息通過通訊模塊發送給燃放控制主機，實現音頻播放和燃放控制在時間上完全同步。
音頻分析處理機的工業控制主板采用深圳億威爾計算機有限公司的EW-AM3902-B0工控板，采用ARM9312芯片，64M SDRAM，64M FLASH和20G筆記本用硬盤，帶AC97聲卡，提供TFT液晶屏接口，提供100M以太網接口。TFT LCD屏為臺灣源太6.4寸屏，無線模塊采用南京智達康無線通信科技有限公司的XI-1500-IH 802.11無線網橋。
燃放控制主機的的工業控制主板采用深圳億威爾計算機有限公司的EW-AM3902-A3工控板，采用ARM9312芯片，32M SDRAM，16M FLASH，提供TFT液晶屏接口，提供2個標準的RS232接口以及一個100M以太網接口；TFT LCD屏為臺灣源太6.4寸屏。
無線模塊采用南京智達康無線通信科技有限公司的XI-1500-IH 802.11無線網橋，該設備提供一個100Mbps的以太網接口。
通用射頻無線模塊采用上海桑銳電子科技有限公司的SRWF-508型無線模塊，該模塊提供一個RS232接口，無線傳輸距離為4000米。
本系統的基本原理是建立在音頻處理技術基礎上的，一是通過擦除所要采用的音頻文件(.wav)的左聲道或右聲道的音樂信號，將音樂播放的時間信息(相對音樂起始播放的偏移時間)調制(可采用fsk調制技術，qsk調制技術等)在人耳可聽見的聲音頻率上，再將該調制后的聲音波形寫入到擦除了聲音信號的聲道上，再將該音頻文件制作成CD碟片或直接將該音頻文件拷貝到相應的存儲播放器的存儲器里，這部分工作的硬件平臺需要一臺普通pc機以及一臺cd刻錄機。在燃放時，將該CD或播放器直接提供給現場音響師，并從對方的CD播放機或播放器里通過音頻線將含有音樂同步信號的聲道接到音頻處理機上。當播放音樂時，音頻處理機通過分析傳過來的音頻信號的波形，按照對應的解調技術進行解調，取得音樂播放的時間信息。二是依據音頻文件的大小是根據采樣的速率，聲道數以及采樣位數所決定，播放速度同樣也是依據這個原理，否則聲音由于失速導致變音，因此，按照這個原理，該設備在播放音樂時我們根據播放的文件長度得到音樂播放的時間信息。這樣，我們從兩種提取音頻時間的技術中的任何一種就可得到音樂播放時間信息，將該時間與燃放控制時間同步或直接將該時間節拍作為燃放控制的時間節拍，就可實現焰火燃放的時間與音樂播放的時間完全一致，從而實現真正的同步。
音樂在聽覺上極負感染力的特點結合焰火在視覺上的強大沖擊力，將給人鍛造出一種火與音樂，光與節奏的完美效果，它將千姿百態、變幻莫測、不可思議的焰火造型和激昂動聽、美妙無比的音樂交融在一起，創造出光和色的火樹銀花不夜天，是藝術與科技的完美融合，是一種全新的視聽享受。如果不能精確保證兩者的節奏吻合，效果將大打折扣，該套系統就是為保證兩者的完美結合而設計出來的。另外該系統也可以脫離音樂依據燃放編排表自動精確的進行焰火燃放，保證ms級的燃放時間準確度，大大提高了焰火燃放的藝術表現力。由于實現了智能化點火，燃放現場不需要人員參與，這樣可以更好的保證焰火燃放時人員的安全性。
技術特點1)齊射技術由于通訊傳輸的延時特性，點到多點的單點通訊在時間上有一個先后順序，逐個點火指令的發送將會使多個設備逐個點火，相鄰兩次點火之間的時間間隔完全由線路的通訊速率決定，對于19200bps的通訊速率，假如點火指令為3個字節，則每兩個設備之間的點火響應時間差別為3*8/19200s，大約為1.25ms，這個還不算上處理延時，這樣如果同時點火100個節點，則第一個節點的點火時間和最后一個節點的點火時間相差近125ms。那么從觀眾的角度講，在視覺上就可發現這不是一次真正的齊射。為了解決這個問題，我們利用廣播指令可以同時觸發各個點火控制器響應的原理，采用兩次指令發送技術進行點火，首先通過逐個發送預置指令，通知參與點火的點火控制機準備好對應的通道號，然后通過廣播齊射指令，所有應該參與的點火控制機將立即響應，從而實現了真正的齊射技術。
2)同一個點火控制器多通道齊射技術傳統技術都是通過譯碼器來驅動繼電器的吸合來進行點火，因此單機同時只能點火一個通道，我們現在采用MOS開關管加鎖存器，通過單片機管腳直接寫鎖存期同時驅動開關，從而實現單個點火器多路同時點火。
3)點火技術由于點火是通過電源的瞬時放電產生大電流才能發生，這樣如果通過電池直接放電，電壓將下降很快，不能保證有效點火，如果通過總線供電點火，將對線路負載能力提出很高要求，尤其是當齊射時，因此，我們利用電容能夠儲電原理，輔助系統點火，電容不點火時則通過總線電源充電，點火時放電，即保證瞬時的大放電電流，也可防止總線電流過大或總線電壓被拉低而使得單片機系統復位。
4)音樂完全同步控制技術控制主機接收到同步信號，啟動燃放，保持音樂與燃放的節奏完全一致。如果沒有收到同步信號，則開始計時，如果連續幾次都沒有收到同步信號，則暫停燃放，除非手動啟動。
5)分布式多燃放主機統一控制可支持最多32個燃放控制主機的統一控制，每個燃放主機又可支持多個集線器連接，每個集線器可以連接多個點火控制器，整個系統最多可以控制32*255*16個點火點，可以完成特大型焰火的燃放。



圖1為本實用新型系統結構框圖圖2為音頻處理機電原理框圖圖3為燃放控制機電原理框圖圖4、5為集線器板卡和CAN模塊實施電路圖圖6、7為點火器實施電路圖具體實施方式
本實用新型由四個部分組成即音頻分析處理機部分，燃放控制主機部分，集線器部分以及點火控制機部分。燃放控制主機提供6.4寸TFT液晶屏，鍵盤接口，以太網接口以及can總線接口，燃放控制主機是整個系統地核心部分，是燃放控制軟件的載體，其通802.11b無線網橋模塊或以太網接收來自音頻處理機的信號，通過can總線接口連接集線器(采用12芯屏蔽電纜，其中5對線用于遠距離傳輸電源，1對用作信號線)或通過RS-232接口連接到射頻無線模塊，通過以太網接收來自音頻處理機發送過來的音頻同步信號，同步系統燃放時間，并通過can總線接口或RS-232接口向集線器發送點火控制指令；也可以通過燃放控制主機的人機接口接收人工點火命令，向集線器發送點火指令。集線器提供3個12芯can總線接口和6個4芯卡龍接口，1個RS-232接口，通過12芯can總線接口連接到燃放控制主機和其他集線器(采用12芯屏蔽電纜，其中5對線用于遠距離傳輸電源，1對用作信號線)，通過RS-232接口連接到射頻無線模塊，通過4芯can總線接口連接點火控制器(采用4芯屏蔽電纜)，其用于連接can主干總線和can分支總線或無線網絡和can分支網絡，起總線中繼和分隔作用，可將通訊故障局限在局部，不會影響其它部分的正常工作。點火控制器提供2個4芯卡龍can總線接口和2組地址撥碼開關，16個點火頭接口，其通過4芯卡龍can總線接口連接到集線器，也可以通過4芯卡龍接口與其他點火控制器直接連接，地址撥碼開關便于點火控制器統一編址，通過點火控制器的點火頭接口，直接連接電子點火頭的導線，點火控制器接收到點火指令后，將向對應通道送點火電流，進行點火。音頻處理機提供6.4寸TFT液晶屏，鍵盤接口，以太網接口和音頻接口(立體聲接口，3芯卡龍接口，蓮花頭接口)，通過音頻輸出接口與音頻功放連接，或通過音頻輸入接口與音頻播放器連接，通過以太網接口連接802.11b無線網橋，音頻處理機提供音頻播放和音頻信號提取功能，通過人機接口進行兩種模式的選擇，同時提供無線信號強度監測的功能；如果是音頻播放模式，則音頻處理機向音頻輸出接口送立體聲信號，在同步時間點向燃放控制主機發送時間同步信息；如果是音頻提取模式，則通過音頻輸入接口提取音頻信號并將提取到的同步信息發送給燃放控制主機。
具體電路分析1)音頻處理機電路說明如圖2，工業控制主板通過板上TFT接口連接到LCD顯示屏，板上GPIO口連接掃描鍵盤(8*8鍵盤)，通過板上IDE接口連接硬盤，聲卡接口作為音頻的輸入輸出接口，以太網接口用于連接802.11無線模塊或者直接連接到燃放控制主機。
工業控制板從硬盤存儲器打開需要播放的音頻文件，啟動播放的同時，通過以太網控制器發送燃放開始指令，以后每送完一段時間的音頻數據，通過以太網控制器向燃放控制機發送一個音頻同步信號，音頻數據送聲卡輸出到音樂臺播放。或者通過聲卡的AD采集功能(或解調電路或專用AD采集芯片)采集外部播放器傳過來的含有時間信息的音頻信號，通過軟件(或硬件)解調獲取音樂播放時間信息，音頻處理機接著通過以太網控制器向燃放控制主機發送該時間信息。
2)燃放控制主機電路說明如圖3，工業控制主板通過板上TFT接口連接到LCD顯示屏，板上GPIO口連接掃描鍵盤(8*8鍵盤)，以太網接口用于連接802.11無線模塊或者直接連接到音頻處理機，RS232接口1用于連接CAN總線模塊，RS-232接口2用于連接通用射頻無線模塊。
提供焰火的燃放控制，點火器測試等人機接口，可直接操作該設備進行現場的焰火燃放。同時該設備通過有線(以太網)或無線(802.11無線)與音頻處理機通訊，獲取同步控制信號，控制焰火燃放。燃放控制主機與下屬點火控制機或集線器可通過有線(can總線)或無線(通用射頻無線)進行通訊，傳遞控制燃放指令控制點火。
該燃放控制主機從以太網接口接收音樂同步信號，啟動和同步焰火的燃放節奏，將燃放控制指令通過can總線或無線模塊發射出去，驅動點火器點火，也可以通過人工手動操作該燃放主機，控制點火控制機點火。
3)集線器/串口轉can模塊電路圖說明設計目的在音樂焰火自動控制系統中，由于點火終端很多而且相對比較分散，所以我們就用具有高可靠性的CAN通信系統來完成主機與各個點火終端的信號傳輸工作，由于CAN芯片的帶負載能力有限而且傳輸距離達不到我們的設計要求，因此為了分散CAN芯片的帶負載能力和實現更遠距離的傳輸目的，我們就設計了CAN轉CAN的CAN中繼器。串口轉CAN被保留用于主網用無線模式傳輸的方案。
實現功能 實現CAN信號的中繼，即把從主網(或子網)接收到的CAN信號通過特定的芯片接收存儲之后再轉發到另一層子網(或主網)。
實現CAN信號到串口信號(或者串口信號到CAN信號)的轉變。
本電路原理本電路的主控CPU為一塊S52系列的單片機，同它相連的是兩塊CAN通信芯片SJA1000和一塊串口電平轉換器MAX232，SJA1000和MAX232在單片機的控制之下協調工作。如果該電路被用作CAN中繼器，兩塊SJA1000芯片則要分別接在兩個不同的CAN網絡之中以實現CAN的跨網通信，在音樂焰火控制系統中它們一片接在主干網絡(主控制器)，而另一片則接在子網(點火終端)之中；如果本電路被用作CAN-串口轉換器，則它們的MAX232和SJA1000就要分別接在一個串口網絡和一個CAN網絡之中，以實現傳輸信號的轉變，在音樂焰火控制系統的無線方案中，主干CAN網將被無線網絡取代，而無線網絡內部傳輸的則是串口信號，無線接收模塊會將接收到的串口信號通過MAX232傳給單片機，單片機再將接收到的信號通過SJA1000傳到子網的點火終端中去。
本電路的具體實現 電源部分由于本系統采用的是遠程供電，線路損耗較大，我們就選用了效率較高的DC-DC轉換芯片LM2575-5(圖4中的U1)，將+35V的輸入轉換為+5V輸出對系統供電。
單片機與外圍器件本系統的單片機采用的是S52系列的芯片(圖4中的U15)，除了單片機最小系統所需的芯片以外，復位電路部分還加了一塊看門狗芯片MAX813L(圖4中的U9)以防止程序跑死而不能自動復位。單片機的晶振的頻率為24MHz。
單片機與串口單片機(U1)的RXD和TXD接MAX232(圖4中的U10)的一端，MAX232的另一端則直接接收外部送來的串口信號。這樣外部串口網絡的信號就可間接地送入單片機。
單片機與CAN芯片單片機對外部RAM的訪問是通過P0口與P2口再配合以相應的讀寫信號來實現的，并且51系列的單片機有特定的匯編指令支持對外部RAM的訪問，而SJA1000(圖5中的U6與U7)與51系列的單片機是兼容的。所以我們可以把SJA1000看作是一個只有128個字節的外部RAM，單片機通過對這128個字節的RAM數據進行操作就能實現對SJA芯片的控制和CAN數據的讀取，具體地連線方法是把SJA1000的AD0-AD7分別連至單片機的P0口對應位；SJA1000的RD、WR與ALE口分別連接至S52的RD、WR與ALE口；因為有兩個SJA1000芯片并聯在一起，所以我們在一個時間只能對一個芯片進行操作，因此我們又用了S52的P2.0與P2.1來片選兩片SJA1000的其中之一；兩片SJA1000的復位信號被并聯在一起，并且和單片機同時復位(復位電平不一樣因此通過反相器連接)；當SJA1000的接受存儲器滿了之后它就要通知單片機來取數據，通知的方法就是向單片機傳送中斷信號，因此兩片SJA1000的中斷信號線分別連接至單片機的兩個中斷口。SJA1000芯片的晶振為24MHz。
SJA1000的輸出信號不能直接接在CAN總線上，它要通過一塊CAN總線驅動芯片才能連接到CAN總線。在這里我們選用的CAN總線驅動芯片為P82C250(圖5中的U4與U5)。為了使SJA1000與CAN總線驅動芯片互不干擾，良好通信。我們就在SJA1000與P82C250之間串入了高速光藕6N137(圖5中的U11-U14)，實現了很好的電器隔離。P82C250的輸出信號就可以直接連在CAN總線上了。
電路圖具體連線與說明圖4中U15(AT89S52)為嵌入式單片機，負責整個電路的計算與分析。
U9(MAX813)是系統監控和復位芯片，它的第7腳和U15的第9腳相接(復位信號)，上電時為U15提供復位信號。其第6腳與U15的第28腳連接，提供看門狗功能，由U9定時復位，當系統出現死機或運行不正常時自動復位。
由晶振Y2和電容C28，C29組成的外部時鐘電路接U15的18，19腳，為U15的MCU提供時鐘。
集成電路U10(MAX232)為電平轉換電路，U15的第10、11腳接U4的9、10腳，經U10將TTL電平轉換為RS-232電平。由U10的第7，8腳輸出構成RS-232的串行接口。
U6和U7(SJA1000)為兩片獨立的CAN通訊控制器，U15的21腳和22腳作為兩者的片選信號。U6和U7的1，2腳和23-28腳(AD0-AD7)作為地址數據復用總線與U15的32-39腳相連接。U15的5，6腳讀寫信號與U6和U7的16、17腳讀寫信號連接，U6和U7的第3腳和U15的第30腳相連接。U6的16腳中斷請求與U15的中斷0即12腳連接，U7的16腳中斷請求與U15的13腳中斷1相連接。U15的第9腳通過反相器與U6和U7的17腳復位腳相連接。為了增強CAN總線節點的抗干擾能力，U6的第13腳CTX0和第19腳CRX0分別接光偶U11(6N137)的第3腳和光偶U12(6N137)的第6腳，通過高速光偶6N167后與82C250相連，U7的第13腳CTX0_2和第19腳CRX0_2分別接光偶U13(6N137)的第3腳和光偶U14(6N137)的第6腳，通過高速光偶6N167后與82C250相連，很好的實現了總線上各CAN節點間的電器隔離。
U11，U12，U13，U14(6N137)為光電偶合器，U11的第6腳接U4的第1腳，U12的第3腳接U4的第4腳；U13的第6腳接U5的第1腳，U14的第3腳接U5的第4腳。
U4(82C250)和U5(82C250)為CAN總線收發器，第7腳和第6腳各通過一個10歐姆電阻與CAN總線連接，電阻起到一定的限流作用，保護U4或U5免受過流沖擊；CANH和CANL與地之間并聯了兩個30P的小電容，可以濾除總線上的高頻干擾和一定防電磁輻射能力，在兩根CAN總線接入端和地之間分別反接了一個保護二極管，當CAN總線有較高的負電壓時，通過二極管導通可起到一定的過壓保護作用，U4或U5的第8腳RS腳上接一個斜率電阻，電阻大小可根據總線速率適當調整，一般在16K-140K之間。
U1(LM2575-5)為穩壓電源芯片，將總線上傳過來的+35V直流電源轉換為+5V直流電源，作為系統工作電源。
U2(B0505S)和U3(B0505S)是兩個獨立的直流電源隔離器件，使兩個CAN通信芯片電源與本電路其它數字器件部分互不干擾，其中U2和U3的第1腳接輸入地，U2和U3的第2腳接+5V輸入，U2和U3的第4腳，3腳分別為輸出的電源與地。
外部接口本系統共有12個接口，一個接口為串口接口(圖4中的J12)，以實現和外部串口線的連接；三個CAN總線接口(圖5中的J1-J3)并聯在一起，同屬于一個CAN網絡。另外八個CAN總線接口(圖5中的J4-J11)并聯在一起，同屬于另外一個CAN網絡。
4)終端點火控制系統電路圖說明設計目的接收和響應主機命令，對點火頭進行連通性測試或控制點火。
本電路實現的功能 實現CAN信號的接收。
解析接收到的命令并且對三極管作出適當的控制(點火)。
本電路的原理本電路的主控CPU為S52系列的一塊單片機，同它相連的是一塊CAN通信芯片SJA1000和兩個鎖存器，另外還有一些IO口同三極管相連來控制三極管或者MOS管的通斷，附帶的串口功能被保留使用。SJA1000被用來接收CAN總線上的數據命令，命令接收之后就被單片機解析，運算。然后在適當的時候單片機將作出相應的點火動作，點火過程是這樣的，單片機先向兩個八位的鎖存器輸入數據，這些數據(0或1)被用作控制各路三極管的通斷信號，這些都是點火前的準備。當點火命令送過來之后，單片機便接通點火頭的公共極(用三極管驅動MOS管實現，平常都是斷開的，只是在點火的一瞬間接通)，這樣就點火完成。當進入檢測狀態的時候，公共極的MOS管斷開，而控制每一路的三極管依次接通，然后我們檢測輸出的電壓，當輸出的電壓不為零的時候，則相應的通道為接線正常，否則異常。本電路的具體實現 電源部分由于本系統采用的是遠程供電，線路損耗較大，我們就選用了效率較高的DC-DC轉換芯片LM2575-5(圖7中的U15)。
單片機與外圍器件本系統的單片機采用的是S52系列的芯片(圖6中的U1)，除了單片機最小系統所需的芯片以外，復位電路部分還加了一塊看門狗芯片MAX813L(圖7中的U7)以防止程序跑死而不能自動復位。單片機的晶振的頻率為24MHz。
單片機與CAN芯片單片機對外部RAM的訪問是通過P0口與P2口再配合以相應的讀寫信號來實現的，并且51系列的單片機有特定的匯編指令支持對外部RAM的訪問，而SJA1000(圖7中的U14)與51系列的單片機是兼容的。所以我們可以把SJA1000看作是一個只有128個字節的外部RAM，單片機通過對這128個字節的RAM數據進行操作就能實現對SJA芯片的控制和CAN數據的讀取，具體地連線方法是把SJA1000的AD0-AD7分別連至單片機的P0口對應位；SJA1000的RD、WR與ALE口分別連接至S52的RD、WR與ALE口；SJA1000芯片的晶振為24MHz。
SJA1000的輸出信號不能直接接在CAN總線上，它要通過一塊CAN總線驅動芯片才能連接到CAN總線。在這里我們選用的CAN總線驅動芯片為P82C250(圖7中的U13)。為了使SJA1000與CAN總線驅動芯片互不干擾，良好通信。我們就在SJA1000與P82C250之間串入了高速光藕6N137(圖7中的U11，U12)，實現了很好的電器隔離。
P82C250的輸出信號就可以直接連在CAN總線上了。
單片機IO口驅動的點火電路本系統選用了兩片SN74S373鎖存器(圖6中的U3和U4)，因為兩片373鎖存器的輸入與SJA1000的輸入總線復用，所以就用74LS138譯碼器與或非門組成了一個邏輯電路實現對三個邏輯器件的片選。鎖存器帶負載能力不強，所以又在后一級加入了一個驅動芯片ULN2803(圖6中的U5和U6，實質是封裝了八個達林頓管)，這樣就可以驅動大功率的復合PNP管TIP147(圖6中的Q1-Q16)。只要向373鎖存器中輸入不同的值便能實現對16路復合三極管每一路的接通與斷開。要想實現成功點火就還得要把他們的公共地極也接通，也就是把圖中的Q18MOS管接通。由圖6可知，只要P3_4為低電平，則三極管Q17導通，繼而MOS管導通。373鎖存器為高電平所對應的相應通道就會有三十幾伏的點火電壓。當為檢測狀態時，我們就接通要檢測通道所對應的三極管，而公共MOS管斷開，這樣如果接線無誤則圖中P3_5就會檢測到高電平，否則為低電平。
電路圖具體連線與說明圖6中U1(AT89S51)為嵌入式單片機，負責整個電路的計算與分析。
U7(MAX813)是系統監控和復位芯片，它的第7腳和U1的第9腳相接(復位信號)，上電時為U1提供復位信號。其第6腳與U1的第13腳連接，提供看門狗功能，由U1定時復位，當系統出現死機或運行不正常時自動復位。
由晶振Y1和電容C19，C20組成的外部時鐘電路接U1的18，19腳，為U1的MCU提供時鐘。
集成電路U8(MAX232)為電平轉換電路，U1的第10、11腳接U8的9、10腳，經U8將TTL電平轉換為RS-232電平。由U8的第7，8腳輸出構成RS-232的串行接口。
U14(SJA1000)為獨立的CAN通訊控制器，U1的21，22腳通過譯碼器合成片選信號。U14的1，2腳和23-28腳(AD0-AD7)作為地址數據復用總線與U1的32-39腳相連接。U14的5，6腳讀寫信號與U1的16、17腳讀寫信號連接，U14的第3腳和U1的第30腳相連接。U14的16腳中斷請求與U1的中斷0即12腳連接。U1的第9腳通過或非門與U14的17腳復位腳相連接。為了增強CAN總線節點的抗干擾能力，U14的第13腳TXO_SJA和第19腳RXO_SJA分別接光偶U11(6N137)的第3腳和光偶U12(6N137)的第6腳，通過高速光偶6N167后與82C250相連，很好的實現了總線上各CAN節點間的電器隔離。
U2(B0505S)是一個直流電源隔離器件，使CAN通信器件電源與本電路其它數字器件部分互不干擾，其中U2的第1腳接輸入地，U2的第2腳接+5V輸入，U2的第4腳，3腳分別為輸出的電源與地。
U11，U12(6N137)為光電偶合器，U11的第6腳接U13的第1腳，U12的第3腳通過一個電阻接U13的第4腳。
U13(82C250)為CAN總線收發器，第7腳和第6腳各通過一個10歐姆電阻與CAN總線連接，電阻起到一定的限流作用，保護U13免受過流沖擊；CANH和CANL與地之間并聯了兩個30P的小電容，可以濾除總線上的高頻干擾和一定防電磁輻射能力，在兩根CAN總線接入端和地之間分別反接了一個保護二極管，當CAN總線有較高的負電壓時，通過二極管導通可起到一定的過壓保護作用，U13的第8腳RS腳上接一個斜率電阻，電阻大小可根據總線速率適當調整，一般在16K-140K之間。
U10是4或非門，其中兩組被當作反相器用，以實現對電平的整形。即U10的2，6腳接地，U10的第5腳接電阻R23與R24以實現電平的檢測(R23，R24構成分壓電阻以適合U10輸入)，U10的第4腳接U1的15腳，即把檢測到的電壓經過反相整形送給單片機。U10的第1腳接U1的第9腳(復位信號)U10的第3腳接U14的第17腳，也就是把它們的復位信號連在一起，不過它們復位分別是高低電平有效，所以中間要加反相器。U9(74LS138譯碼器)與U10(CD4001或非門)構成地址譯碼器，由它們產生的數字信號負責對U3，U4，U14進行操作與片選。具體接線方式是U1的21，22腳(地址線)接U9的1，2腳，U9的15腳(譯碼輸出信號)接U14的第4腳。U9的14，13腳(地址輸出信號)分別接U10的9，12腳。U1的16腳寫信號接U10的8腳和13腳。U10的10腳和11腳分別接U3的11腳和U4的11腳以實現對U3，U4的縮存操作。U3，U4(SN74S373JB)為鎖存器，他們的3、4、7、8、13、14、17、18腳分別接單片機P0口的0-7腳，它們的2、5、6、9、12、15、16、19分別接U5，U6(ULN2803)的1-9腳，用于鎖存從單片機P0輸出的數據，并同時分別送給U5，U6為放大驅動芯片，它們輸出的信號直接用于控制復合三極管Q1-Q16的通斷，也就是控制點火頭正電壓的通斷。點火頭的公共地的通斷由MOS管Q18控制，Q18的通斷由單片機的14腳控制，中間接了Q17三極管進行了放大。在檢測狀態，Q18斷路。被檢測通道對應的三極管接通，其余的關閉，如果接通正常，則單片機15腳會是高電平，否則為低電平。
因為本點火頭的電阻很小所以在點火的瞬間會產生很大的電流，為了減小點火頭大電流對系統電源的影響，我們特意加了兩個大電容(圖6中的C26和C27)。
外部接口地址撥碼開關(圖7中的J7)；CAN總線與電源輸入(圖7中的J5與J6)；點火線路輸出(圖6中的J1與J2)；點火線路公共端輸入(圖7中的J4)。
權利要求
1.一種焰火燃放控制裝置，其特征在于由四個部分組成，即音頻分析處理機，燃放控制主機，集線器以及點火控制機；燃放控制主機由6.4寸TFT液晶屏、掃描鍵盤、工業控制主板、有線模塊、無線模塊組成，燃放控制主機是整個系統的核心部分，是燃放控制軟件的載體，它通過通訊模塊接收來自音頻分析處理機發送過來的音頻同步信號及同步系統燃放控制時間，并通過另一組通訊模塊向集線器發送點火控制指令；也可以通過燃放控制主機的人機接口接收人工點火命令，向集線器發送點火指令；集線器由集線器板卡，2個有線模塊和1個無線模塊組成，用于連接燃放控制主機和點火控制機，起網絡中繼和分隔作用，負責燃放控制主機和點火控制機之間的數據傳遞。點火控制機提供有線通訊接口接受并響應集線器轉發過來的控制命令；點火控制機的點火頭接口直接連接電子點火頭的導線，點火控制機接收到點火指令后，將向對應通道送點火電流，進行點火；音頻處理機由6.4寸TFT液晶屏、掃描鍵盤、工業控制主板、有線通訊模塊或無線通訊模塊組成，音頻處理機提供音頻播放和音頻信號提取，通過人機接口進行兩種模式的選擇，同時提供無線信號強度監測；音頻播放模式，音頻處理機向音頻輸出接口送立體聲信號，在同步時間點向燃放控制主機發送時間同步信息；音頻提取模式，則通過音頻輸入接口提取音頻信號并將提取到的同步信息通過通訊模塊發送給燃放控制主機，實現音頻播放和燃放控制在時間上完全同步。
專利摘要
一種焰火燃放控制裝置，由四個部分組成，即音頻分析處理機，燃放控制主機，集線器以及點火控制機，燃放控制主機是整個系統的核心，接收來自音頻分析處理機的音頻同步信號和同步控制時間，向集線器發送點火控制指令，點火控制機進行煙花的點火。本實用新型實現音樂播放與焰火燃放完全同步，系統可靠性高，技術先進，觀賞效果好。
文檔編號F42B4/00GKCN2874403SQ200520052923
公開日2007年2月28日 申請日期2005年12月29日
發明者彭軍, 顏斌 申請人:瀏陽市東信煙花集團有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan