[发明专利]音乐水型同步的可扩展喷泉控制系统及其方法

权利要求书

1.一种音乐水型同步的可扩展喷泉控制系统，其特征在于系统采用EPA主干网、微网段组成的两层架构控制网络，微网段包括EPA微网段和非EPA微网段，EPA微网段经网桥接入EPA主干网，非EPA微网段则经网关接入EPA主干网；EPA控制网络按需划分为若干控制区域，每个控制区域设置1个微网段，EPA微网段通过网桥、非EPA微网段借助网关与其它微网段隔离，微网段内部设备节点间的通信遵循同一物理/数据链路层通信协议、且限于本微网段的控制区域；不同微网段设备节点间的通信需经网桥/关转发；音乐播放器与上位机相连，上位机接入EPA主干网；微网段的设备节点通过所处微网段的通信协议接口电路接入，当采用CAN物理/数据链路层协议的EPA微网段时，其设备节点需经设备节点的CAN接口电路接入；音乐喷泉的LED灯具和喷嘴步进电机是微网段设备节点的受控对象，即喷嘴步进电机由设备节点的步进电机驱动电路控制；

所述的喷泉控制系统参照ISO网络七层理论模型，首先，设备节点的用户数据遵照EPA协议进行EPA应用层协议的控制封装；然后，进行EPA网络层协议的控制封装；最后，设备节点采用所处路径的通信数据链路层协议控制封装，并发送数据包至本微网段的目的设备节点，提取用户数据的解包过程与此相反；EPA网络层为任意两个微网段的设备节点通信提供路径信息，从而使报文传送到目的地；EPA网络层报文传输无需关心具体的物理层和数据链路层，网络报文传输路径中跨越不同的通信协议路径时，需要相应更换数据包的数据链路层协议的控制封装。

2.根据权利要求1所述的一种音乐水型同步的可扩展喷泉控制系统，其特征在于所述的设备节点的步进电机驱动电路以MCU S3C2440为核心，步进电机驱动模块型号是TA8435；MCU S3C2440经RS485接口电路接入RS485总线、即物理/数据链路层为RS485的EPA微网段；S3C2440的引脚K2、引脚K3、引脚J7、引脚K5、引脚K6与步进电机驱动模块TA8435的引脚5、引脚6、引脚7、引脚8、引脚9相连：其中S3C2440的GPIO引脚K2、引脚K5、引脚K6分别与步进电机驱动模块TA8435的引脚5、引脚8、引脚9相连，控制步进电机的正反转和工作方式，S3C2440的TOUT3引脚K3和TOUT2引脚J7分别与TA8435的引脚6、引脚7相连，PWM控制步进电机的脉冲输入、细分步进电机的步距角；

所述步进电机的脉冲输入包括脉冲数量和脉冲频率两项参数，其中脉冲数量根椐步进电机的转角值直接导出；脉冲频率需经历三个步骤确定：第一步依椐步进电机的矩频特性、获取不失步前提下驱动喷头的步进电机转速的可行上限值，即脉冲频率，第二步在驱动喷头的步进电机S形加减速可行值区间内、设计驱动喷头的步进电机S形加减速曲线，第三步S形加减速曲线离散化、并映射成驱动喷头的步进电机脉冲频率表；S形加减速曲线从加速度视角考量，由加加速、匀加速、减加速、匀速、加减速、匀减速、减减速7个阶段组成，从速度视角考量分成起动加速、匀速和制动减速三部分，而且起/制动段曲线呈镜像对称；S形加减速曲线无加速度突变，即无力突变造成的设备可靠性隐患。

3.一种使用如权利要求1所述系统的音乐水型同步的可扩展喷泉控制方法，其特征在于系统的控制流程分为离线预编控制流程和在线音乐、水型、灯光三同步的控制流程；离线预编控制流程：在上位机中调用计算机辅助编辑系统、显示选定的音乐曲目波形，借助计算机辅助编辑系统内嵌的专家系统和音乐知识库，通过人机交互方式对选定的音乐曲目分段、设定各段的起始时间和终止时间、以及每段时间内喷头和灯光的状态；编辑水型和配置灯光的预编控制流程生成配置文件；配置文件保存在上位机的播放列表中，同时通过EPA主干网、微网段下载至相关的各个设备节点，各设备节点存储音乐、水型和灯光三同步的水型、灯光控制信息；

在线音乐、水型、灯光三同步的控制流程：音乐喷泉表演时，按序逐一执行播放列表中的曲目，并行同步展开音乐喷泉的曲目播放和水型、灯光控制；一方面，上位机启动音乐播放器播放列表中的曲目；另一方面，各设备节点读取离线预编控制流程中存储在设备节点本地的配置文件、即水型和灯光的控制参数，上位机通过EPA主干网、微网段向各个设备节点发送音频数据的同步信号，根据音频数据的同步信号调节灯光，根据音频数据的同步信号、采用GPC预测控制算法控制水型，使水型、灯光的视觉感受和音乐的听觉感受溶为一体。