CN2890831Y - 焰火燃放点火控制机 - Google Patents

Abstract

一种焰火燃放点火控制机，提供多个CAN总线接口和多组地址拨码开关、多个点火头接口，点火控制机通过CAN总线接口连接集线器，通过CAN接口与其它点火控制机直接连接，地址拨码开关使点火控制器统一编址，点火头接口直接连接电子点火头导线，电路的主控CPU为S52系列的单片机，同它相连的是一块CAN通信芯片SJA1000和两个锁存器，及多个IO口、串口功能。本实用新型支持多个燃放控制主机和多个集线器，实现点火控制系统树状连接，能完成特大型焰火燃放，极大提高系统可靠性和焰火燃放的艺术表现力。

Description

焰火燃放点火控制机

技术领域

本实用新型涉及一种控制装置，具体涉及一种焰火燃放终端点火控制机。

背景技术

目前，市面上存在的焰火燃放控制设备主要有两种，一种是纯手工控制的电子点火设备，相当于一个开关阵列，即人工控制一组开关，实现一次点火。另外一种就是程控电子点火设备，通常通过pc机来控制点火，将编排好的燃放序列表存储到pc机，燃放过程中，pc软件读取燃放序列表，并发送控制指令到点火控制主机，点火控制主机进行点火。其中，手工控制点火设备结构简单，所控制的点数量有限，操作不够方便和准确，不能完成复杂的燃火燃放，如特效焰火等，更不可能去放一场音乐焰火。而后面所讲的程控点火设备，虽然可以实现特效烟火的燃放，但缺点是pc机容易受病毒感染，通用操作系统不稳定，很容易导致系统崩溃，另外，由于该设备也没有与音乐直接关联，因此，燃放不可能做到与音乐同步，体现不出音乐焰火的艺术表现力。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题就是：解决上述现有技术存在的问题，而提供一种焰火燃放点火控制机，支持多个燃放控制主机和多个集线器，实现点火控制系统树状连接，确保多路多点同时点火，能完成特大型焰火的燃放，极大提高系统的可靠性和抗干扰能力，也极大提高焰火燃放的观赏美感和艺术表现力。

本实用新型采用的技术方案是：这种焰火燃放点火控制机提供多个CAN总线接口和多组地址拨码开关、多个点火头接口，点火控制机通过CAN总线接口连接到集线器，通过CAN接口与其它点火控制机直接连接，地址拨码开关使点火控制器统一编址，点火控制机的点火头接口直接连接电子点火头导线，电路主控CPU为S52系列的一块单片机，同它相连的是一块CAN通信芯片SJA1000和两个锁存器，另外有多个IO口同三极管相连来控制三极管或者MOS管的通断，还附带有串口功能，SJA1000被用来接收CAN总线上的数据命令，命令接收之后被单片机解析，运算，然后单片机作出相应的点火控制：单片机先向两个八位的锁存器输入数据，这些数据被用作控制各路三极管的通断信号，接通点火头的公共极，实现点火，进入检测状态则公共极的MOS管断开，而控制每一路的三极管依次接通，检测输出的电压，确定连通是否正常。

本实用新型的技术特点：

1)齐射技术

由于通讯传输的延时特性，传统技术点到多点的单点通讯在时间上有一个先后顺序，逐个点火指令的发送将会使多个设备逐个点火，相邻两次点火之间的时间间隔完全由线路的通讯速率决定，如果同时点火100个节点或更多个节点，则第一个节点的点火时间和最后一个节点的点火时间相差近125ms以上。那么从观众的角度讲，在视觉上就可发现这不是一次真正的齐射。为了解决这个问题，我们利用广播指令可以同时触发各个点火控制机响应的原理，采用两次指令发送技术进行点火，首先通过逐个发送预置指令，通知参与点火的点火控制机准备好对应的通道号，然后通过广播齐射指令，所有应该参与的点火控制机将立即响应，从而实现了真正的齐射技术。

2)同一个点火控制机多通道齐射技术

传统技术都是通过译码器来驱动继电器的吸合来进行点火，因此单机同时只能点火一个通道，而我们现在的点火控制机采用MOS开关管加锁存器，通过单片机管脚直接写锁存期同时驱动开关，从而实现单个点火机多路同时点火。

3)点火技术

由于点火是通过电源的瞬时放电产生大电流才能发生，这样如果通过电池直接放电，电压将下降很快，不能保证有效点火，如果通过总线供电点火，将对线路负载能力提出很高要求，尤其是当齐射时，因此，我们利用电容能够储电原理，辅助系统点火，电容不点火时则通过总线电源充电，点火时放电，即保证瞬时的大放电电流，也可防止总线电流过大或总线电压被拉低而使得单片机系统复位。

4)音乐完全同步控制技术

控制主机接收到同步信号，由点火控制机启动燃放，保持音乐与燃放的节奏完全一致。如果没有收到同步信号，则开始计时，如果连续几次都没有收到同步信号，则暂停燃放，除非手动启动。

5)分布式多燃放主机统一控制

可支持最多32个燃放控制主机的统一控制，每个燃放主机又可支持多个集线器连接，每个集线器可以连接多个点火控制机，整个系统最多可以控制32*255*16个点火点，可以完成特大型焰火的燃放。

6)本实用新型支持多个燃放控制主机和多个集线器，实现点火控制系统树状连接，极大提高了系统的可靠性和带负载的能力，也有利于系统抗干扰性能，极大提高焰火燃放的观赏美感和艺术表现力。

附图说明

图1为本实用新型原理框图

图2、图3为本实用新型实施电路图

具体实施方式

设计目的

接收和响应主机命令，对点火头进行连通性测试或控制点火。

本电路实现的功能

实现CAN信号的接收。

解析接收到的命令并且对三极管作出适当的控制(点火)。

本电路的结构原理

本电路的主控CPU为S52系列的一块单片机，同它相连的是一块CAN通信芯片SJA1000和两个锁存器，另外还有一些IO口同三极管相连来控制三极管或者MOS管的通断，附带的串口功能被保留使用。SJA1000被用来接收CAN总线上的数据命令，命令接收之后就被单片机解析，运算。然后在适当的时候单片机将作出相应的点火动作，点火过程是这样的，单片机先向两个八位的锁存器输入数据，这些数据(0或1)被用作控制各路三极管的通断信号，这些都是点火前的准备。当点火命令送过来之后，单片机便接通点火头的公共极(用三极管驱动MOS管实现，平常都是断开的，只是在点火的一瞬间接通)，这样就点火完成。当进入检测状态的时候，公共极的MOS管断开，而控制每一路的三极管依次接通，然后我们检测输出的电压，当输出的电压不为零的时候，则相应的通道为接线正常，否则异常。

本电路的具体实现

电源部分

由于本系统采用的是远程供电，线路损耗较大，我们就选用了效率较高的DC-DC转换芯片LM2575-5(图3中的U15)。

单片机与外围器件

本系统的单片机采用的是S52系列的芯片(图2中的U1)，除了单片机最小系统所需的芯片以外，复位电路部分还加了一块看门狗芯片MAX813L(图3中的U7)以防止程序跑死而不能自动复位。单片机的晶振的频率为24MHz。

单片机与CAN芯片

单片机对外部RAM的访问是通过P0口与P2口再配合以相应的读写信号来实现的，并且51系列的单片机有特定的汇编指令支持对外部RAM的访问，而SJA1000(图3中的U14)与51系列的单片机是兼容的。所以我们可以把SJA1000看作是一个只有128个字节的外部RAM，单片机通过对这128个字节的RAM数据进行操作就能实现对SJA芯片的控制和CAN数据的读取，具体地连线方法是把SJA1000的AD0-AD7分别连至单片机的P0口对应位；SJA1000的RD、WR与ALE口分别连接至S52的RD、WR与ALE口；SJA1000芯片的晶振为24MHz。

SJA1000的输出信号不能直接接在CAN总线上，它要通过一块CAN总线驱动芯片才能连接到CAN总线。在这里我们选用的CAN总线驱动芯片为P82C250(图3中的U13)。为了使SJA1000与CAN总线驱动芯片互不干扰，良好通信。我们就在SJA1000与P82C250之间串入了高速光藕6N137(图3中的U11，U12)，实现了很好的电器隔离。P82C250的输出信号就可以直接连在CAN总线上了。

单片机IO口驱动的点火电路

本系统选用了两片SN74S373锁存器(图2中的U3和U4)，因为两片373锁存器的输入与SJA1000的输入总线复用，所以就用74LS138译码器与或非门组成了一个逻辑电路实现对三个逻辑器件的片选。锁存器带负载能力不强，所以又在后一级加入了一个驱动芯片ULN2803(图2中的U5和U6，实质是封装了八个达林顿管)，这样就可以驱动大功率的复合PNP管TIP147(图2中的Q1-Q16)。只要向373锁存器中输入不同的值便能实现对16路复合三极管每一路的接通与断开。要想实现成功点火就还得要把他们的公共地极也接通，也就是把图中的Q18MOS管接通。由图2可知，只要P3_4为低电平，则三极管Q17导通，继而MOS管导通。373锁存器为高电平所对应的相应通道就会有三十几伏的点火电压。当为检测状态时，我们就接通要检测通道所对应的三极管，而公共MOS管断开，这样如果接线无误则图中P3_5就会检测到高电平，否则为低电平。

电路图具体连线与说明

图2中U1(AT89S51)为嵌入式单片机，负责整个电路的计算与分析。

U7(MAX813)是系统监控和复位芯片，它的第7脚和U1的第9脚相接(复位信号)，上电时为U1提供复位信号。其第6脚与U1的第13脚连接，提供看门狗功能，由U1定时复位，当系统出现死机或运行不正常时自动复位。

由晶振Y1和电容C19，C20组成的外部时钟电路接U1的18，19脚，为U1的MCU提供时钟。

集成电路U8(MAX232)为电平转换电路，U1的第10、11脚接U8的9、10脚，经U8将TTL电平转换为RS-232电平。由U8的第7，8脚输出构成RS-232的串行接口。

U14(SJA1000)为独立的CAN通讯控制器，U1的21，22脚通过译码器合成片选信号。U14的1，2脚和23-28脚(AD0-AD7)作为地址数据复用总线与U1的32-39脚相连接。U14的5，6脚读写信号与U1的16、17脚读写信号连接，U14的第3脚和U1的第30脚相连接。U14的16脚中断请求与U1的中断0即12脚连接。U1的第9脚通过或非门与U14的17脚复位脚相连接。为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，U14的第13脚TX0_SJA和第19脚RX0_SJA分别接光偶U11(6N137)的第3脚和光偶U12(6N137)的第6脚，通过高速光偶6N167后与82C250相连，很好的实现了总线上各CAN节点间的电器隔离。

U2(B0505S)是一个直流电源隔离器件，使CAN通信器件电源与本电路其它数字器件部分互不干扰，其中U2的第1脚接输入地，U2的第2脚接+5V输入，U2的第4脚，3脚分别为输出的电源与地。

U11，U12(6N137)为光电偶合器，U11的第6脚接U13的第1脚，U12的第3脚通过一个电阻接U13的第4脚。

U13(82C250)为CAN总线收发器，第7脚和第6脚各通过一个10欧姆电阻与CAN总线连接，电阻起到一定的限流作用，保护U13免受过流冲击；CANH和CANL与地之间并联了两个30P的小电容，可以滤除总线上的高频干扰和一定防电磁辐射能力，在两根CAN总线接入端和地之间分别反接了一个保护二极管，当CAN总线有较高的负电压时，通过二极管导通可起到一定的过压保护作用，U13的第8脚RS脚上接一个斜率电阻，电阻大小可根据总线速率适当调整，一般在16K-140K之间。

U10是4或非门，其中两组被当作反相器用，以实现对电平的整形。即U10的2，6脚接地，U10的第5脚接电阻R23与R24以实现电平的检测(R23，R24构成分压电阻以适合U10输入)，U10的第4脚接U1的15脚，即把检测到的电压经过反相整形送给单片机。U10的第1脚接U1的第9脚(复位信号)U10的第3脚接U14的第17脚，也就是把它们的复位信号连在一起，不过它们复位分别是高低电平有效，所以中间要加反相器。U9(74LS138译码器)与U10(CD4001或非门)构成地址译码器，由它们产生的数字信号负责对U3，U4，U14进行操作与片选。具体接线方式是U1的21，22脚(地址线)接U9的1，2脚，U9的15脚(译码输出信号)接U14的第4脚。U9的14，13脚(地址输出信号)分别接U10的9，12脚。U1的16脚写信号接U10的8脚和13脚。U10的10脚和11脚分别接U3的11脚和U4的11脚以实现对U3，U4的缩存操作。U3，U4(SN74S373JB)为锁存器，他们的3、4、7、8、13、14、17、18脚分别接单片机P0口的0-7脚，它们的2、5、6、9、12、15、16、19分别接U5，U6(ULN2803)的1-9脚，用于锁存从单片机P0输出的数据，并同时分别送给U5，U6为放大驱动芯片，它们输出的信号直接用于控制复合三极管Q1-Q16的通断，也就是控制点火头正电压的通断。点火头的公共地的通断由MOS管Q18控制，Q18的通断由单片机的14脚控制，中间接了Q17三极管进行了放大。在检测状态，Q18断路。被检测通道对应的三极管接通，其余的关闭，如果接通正常，则单片机15脚会是高电平，否则为低电平。

因为本点火头的电阻很小所以在点火的瞬间会产生很大的电流，为了减小点火头大电流对系统电源的影响，我们特意加了两个大电容(图2中的C26和C27)。

外部接口

地址拨码开关(图3中的J7)；CAN总线与电源输入(图3中的J5与J6)；点火线路输出(图2中的J1与J2)；点火线路公共端输入(图3中的J4)。

Claims (1)

1.一种焰火燃放点火控制机，其特征在于提供多个CAN总线接口和多组地址拨码开关、多个点火头接口，点火控制机通过CAN总线接口连接到集线器，通过CAN接口与其它点火控制机直接连接，地址拨码开关使点火控制器统一编址，点火控制机的点火头接口直接连接电子点火头导线，电路的主控CPU为S52系列的一块单片机，同它相连的是一块CAN通信芯片SJA1000和两个锁存器，另外有多个IO口同三极管相连来控制三极管或者MOS管的通断，还附带有串口功能，SJA1000被用来接收CAN总线上的数据命令，命令接收之后被单片机解析，运算，然后单片机作出相应的点火控制：单片机先向两个八位的锁存器输入数据，这些数据被用作控制各路三极管的通断信号，接通点火头的公共极，实现点火，进入检测状态则公共极的MOS管断开，而控制每一路的三极管依次接通，检测输出的电压，确定连通是否正常。

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