音乐喷泉设计资料.docx

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音乐喷泉设计资料

 1．本课题所涉及的内容国内（外）研究现状综述

随着我国人民物质和精神生活水平的不断提高，现在中国许多城市的市民广场、单位和居民生活小区里都能看到各种形式的音乐喷泉。

音乐喷泉，顾名思义就是指喷泉的水形根据播放音乐的旋律和节拍有规律地进行变化，同时辅以灯光、激光或其它介质的变化，在人们的视觉和听觉上形成和谐的统一，使人们在精神上有舒心愉悦的感受。

音乐喷泉涉及的专业非常广泛，包括音乐信号分析、给排水、电气控制、通讯、摄像技术、计算机自动控制、三维动画制作和网络通讯技术等。

所以说音乐喷泉这个行业是一个综合性非常强的行业。

一个音乐喷泉工程的成功实施需要以上几方面的专业工程技术人员紧密的配合才能完成。

在国际上，由于现在大多数喷泉使用单位对音乐喷泉的要求越来越高，他们想让喷泉具备更多的变化手段或表现形式，所以有越来越多的用户或者需要根据自己的喜好；或者对音乐喷泉控制程序进行进一步研发和应用；或者抱着游戏的态度对喷泉本身的水形变化根据音乐信号的特征进行有目的或随机的编排。

这就要求音乐喷泉控制系统中的组态软件、PLC编程软件、网络通讯架构和变频器必须具备“宏指令编辑功能”（即在组态界面专门开辟出的编辑菜单或子程序内填写相应的数据后存储形成新的控制程序）、开放式编程环境（即可以在线或离线编制与主控制程序相适应的符合国际标准的开放式程序写入到组态软件和PLC程序内形成新的控制程序）和快速稳定可靠的网络通讯功能。

可喜的是，随着国内外科学技术的迅猛发展，为音乐喷泉的创新型设计和智能化设计提供了强大的动力，相信在不久的将来，人们所见到的将是一个全新的智能的高科技音乐喷泉！

2．本课题有待解决的主要关键问题

 音乐喷泉的控制由以下两个部分组成：

1音乐信号的采集和处理.（音乐信号经整流滤波转换标准的电压（或电流）信号后，送到A/D转换模块，转换成数字信号的过程）

2音乐喷泉中的水形与音乐采集分析器输出的数字信号和谐对应的处理过程.（数字信号传输到PLC主机，PLC主机计算得到一个控制量去控制变频器从而控制水泵的转速，即是控制了水柱的高度的过程）

本课题有待解决的两个主要关键问题：

可编程控制器：

音乐喷泉的成败最重要的是看喷出的水流是否有音乐感。

可编程控制器的主要功能是对音乐信号进行处理，再将处理后的信号传输到下一级控制设备，这样就可以控制所需的水型及灯光按照音乐的节奏高低起伏做动感变化，使音乐喷泉真正达到了水上芭蕾的艺术效果。

变频器：

变频器通过通讯网络实时接收PLC输出的控制信号，使水泵的转速与音乐同步变化，因而使喷出的水柱能够随着音乐的高低、节奏的快慢而起伏变换，达到了音乐喷泉特殊的艺术效果。

3．对课题要求及预期目标的可行性分析（包括解决关键问题技术和所需条件两方面）

设计要求随着音乐在播放过程中旋律的变化，音乐信号经整流滤波转换标准的电压（或电流）信号后，送到A/D转换模块，转换成数字信号，并将实时的、严格按照操作人员设定的水形配置向PLC发送数据，并由PLC输出指令动态地改变水形以配合音乐的播放。

PLC接到输入的数据进行逻辑运算控制相应的水泵的开启和关闭和控制变频器从而控制水泵的转速，达到控制水流量的要求。

控制系统主要由：

整流滤波A/D转换模块、可编程控制器、变频器等组成。

音乐喷泉的成败最重要的是看喷出的水流是否有音乐感。

可编程控制器所具有的准确、精密、快速、稳定的特点和多点控制的功能已使它成为现代高技术音乐喷泉工程中不可缺少的设备。

变频器通过实时接收PLC输出的控制信号，使水泵的转速与音乐同步变化，因而使喷出的水柱能够随着音乐的高低、节奏的快慢而起伏变换，达到了音乐喷泉特殊的艺术效果。

因此变频器应具有信号响应速度快、启动和停止力矩大、灵敏度高，控制效果好，使用寿命长，工作安全可靠等特点。

除此之外还需要自身综合运用所学的基础理论、基础知识和基本技能，能够进行PLC系统设计和实施，掌握PLC对音乐喷泉的控制方法。

4．完成本课题的工作计划及进度安排

 1、第一周：

毕业调查学习，与指导老师交流设计事宜。

2、第二周：

查阅文献，收集资料；

3、第三周：

确定系统的设计方案，撰写开题报告；

4、第四至六周：

总体设计，结构设计，详细计算，编程与调试等等；

5、第七至九周：

撰写毕业设计说明书，批改，更正；

5．指导教师审阅意见

指导教师（签字）：

　　　　　　年月日

6．指导小组意见

指导小组组长（签字）：

年月日

说明：

1.本报告前4项内容由承担毕业论文（设计）课题任务的学生独立撰写；

2.本报告必需在第八学期开学两周内交指导教师审阅并提出修改意见；

3.学生须在小组内进行报告，并进行讨论；

4.本报告作为指导教师、毕业论文（设计）指导小组审查学生可否承担该毕业设计（论文）课题和是不是按时完成进度的检查依据，并同意学校的抽查。

摘要

随着我国人民物质和精神生活水平的不断提高，此刻中国许多城市的市民广场、单位和居民生活小区里都能看到各类形式的音乐喷泉。

音乐喷泉，顾名思义确实是指喷泉的水形依照播放音乐的旋律和节拍有规律地进行转变，同时辅以灯光、激光或其它介质的转变，在人们的视觉和听觉上形成和谐的统一，令人们在精神上有愉悦的感受。

随着科学技术的不断进展和人们生活水平的不断提高，人们对环境的要求愈来愈高，尤其是喷泉在城市和社区环境建设中起着尤其重要的作用。

现今喷泉工程和高新技术的结合正是历史进展的必然，由于喷泉工程中采纳了大量的高新技术，从而使喷泉成效加倍绚丽多彩，婀娜多姿，令人赏心悦目、流连忘返。

随着科学技术突飞猛进的进展，变频调速器技术正大步走进喷泉操纵领域，发挥着不可替代的作用。

专门是一些小型喷泉只有一台潜水泵，其转变按常规讲只能是喷或不喷的转变，但如果是引进变频调速器技术，其转变将是极为丰硕的。

本设计涉及的要紧内容有：

电气设计方案的选择、电气操纵系统设计的概况、电气操纵系统电气原理图的设计、电气元件的选型、PLC的程序设计、操作面板布置设计、如何提高该操纵系统靠得住性的方法等。

用组态软件、可编程操纵器、变频器、音响系统、灯光系统和其它工控器件组成的高技术含量和高靠得住性的音乐喷泉操纵系统能够提供完整的音乐喷泉解决方案

关键词：

音乐喷泉操纵器；PLC；变频器；

音乐喷泉操纵器

一、概述………………………………………………………….10

二、面板说明…………………………………………………………11

三、端子说明……………………………………………………13

四．功能说明……………………………………………………13

五．接线说明……………………………………………………14

六．技术参数……………………………………………………16

七．开孔尺寸……………………………………………………..17

可编程序操纵器说明书

一、概述……………………………………………………..19

二、面板说明………………………………………………….21

三、与负载（潜水泵、水下灯等）的连接及说明………22

四、面板操作……………………………………………………23

变频器在音乐喷泉操纵系统中的应用

音乐喷泉的组成............................................25

变频技术在音乐喷泉的应用……………………………………..28

运算机操纵系统硬件组成…………………………………….32

程序编制…………………………………………………32

设计末节……………………………………………………37

参考文献………………………………………………………………37

电器设计方案的选择

音乐喷泉操纵器

一.概述

本操纵器能充分发挥变频调速器的特点，为您的喷泉工程增光添彩。

它可以后自光盘CD、VCD、DVD的音乐信号自动转换成变频调速器所要求的操纵信号。

输出信号与输入的音乐信号大小成线性关系，使喷泉的喷高随音乐信号大小转变，音乐、水花、彩灯融为一体，演出一场交响水诗。

该操纵器除以上把音频信号转化为模拟量信号，还能够在某点音频信号实行开关量输出，另外还带有音频启动信号。

因此该操纵器不仅能操纵变频器，而且还能操纵固态继电器。

二．面板说明

编号

名称

说明

（1）

音频放大倍数调节旋钮

调节单位音频对应输出电压的大小

（2）

起始电压调节旋钮

调节没有音频输入时的输出电压,

（3）

固态驱动设定电压调节旋钮

固态驱动设定电压和输出电压比较,当输出电压大时,固态输出点就有输出，当输出电压小时，固态输出点截止

（4）

音频输入选择开关

OFF时把音频输入信号切断,ON时开着音频输入信号

（5）

起始电压输入选择开关

OFF时关掉起始电压（起始电压为0V）,ON时为开启起始电压

（6）

频谱显示切换开关

用于切换显示固态设定驱动频谱和实际输出频谱。

左边固态设定输出频谱，右边为实际输出频谱

（7）

频谱显示

显示输出频谱强度和固态设定频谱强度

（8）

电源指示灯

有电源就亮

（9）

音频启动指示灯

有音频信号输入就亮，确认音乐信号开始播放

（10）

固态输出指示灯

固态输出点有输出就亮

表2-1

功能及动作原理

1.音频放大倍数旋钮：

调剂单位音频的对应输出电压。

若是输出电压随音频输入信号转变不大，输出电压只在很小范围内转变，那么可调大放大倍数；若是在有很小的音频信号输入时输出信号就超过10V，而且启动电压不太高，那么就调小音频放大倍数。

2.起始电压旋钮：

起始电压是没有音频输入时，对外的输出电压。

调剂起始电压能够确信变频器在没有音频信号时变频器的输出频率，当有音频信号输入时变频器输出频率是此基础上的叠加。

若是没有起始电压的情形下，当刚有音频信号输入时，变频器频率上升，而水泵是来不及出水的，如此音控成效就很不明显。

若是加了起始电压，水泵在没有音频信号的输入情形下就有出水，当有音频信号输入时，出水量增加，音控成效就比较明显。

3.

固态驱动设定电压旋钮：

把开关（6）选择到固态显示，（7）上显示的频谱的大小对应固态驱动设定电压大小。

当输出电压大于固态驱动设定电压时，固态输出点对外输出，输出电压小于固态驱动设定电压时，固态输出点截止。

用固态来实现音控时，在输入的音频信号是比较柔和的情形下，那么固态驱动设定电压就要调小一点，若是在输入的音频信号比较强烈，那么固态驱动设定电压就要调大一点。

（起始电压＜固态驱动设定电压＜该音乐最大输出电压）

4.音频输入选择开关：

OFF时断开音频输入信号，ON时接通音频输入信号。

5.起始电压开关：

当为OFF的时，起始电压就为0V，ON时起始电压为起始电压旋钮选择的电压。

在（4）为OFF，（6）选择到输出显示的情形下，（7）显示的频谱大小对应起始电压大小。

6.显示切换开关：

选择显示固态设定输出频谱和实时输出频谱。

7.频谱显示光柱：

实时显示当前音乐节拍及音乐强度+起始电压，当切换固态显示时显示当前固态驱动设定电压。

8.电源指示灯：

显示操纵器是不是通电进入待机工作状态。

9.音频启动指示灯：

显示是不是有音频信号输入。

10.固态输出指示灯：

显示是不是有固态输出点有输出。

三．端子说明：

图3-1功能端子图

表3-1

四．功能说明：

1．本操纵器以后自CD、VCD、MP3的音乐信号自动转换成变频器所要求的0-10V直流电压信号与输入的音乐信号大小成线性关系。

（有3路输出）

2．本操纵器可设定起始电压，利用人员可调剂起始电压来选择没有音频输入时的输出电压，而当有音频信号输入的时候输出电压是起始电压和音频对应电压的叠加。

3．本操纵器还带有音频启动输出功能，其中当有音频信号输入Y0和CM0端子就接通（为无源触点）。

1．本操纵器还带有操纵固态继电器的功能，用户可调剂比较电压来操纵输出。

如此在没变频器的的情形下，用固态继电器也能够达到音控的成效。

（有继电器输出和晶体管输出，其中晶体管输出电源已提供）

五．接线说明：

如图

图5-1音控喷泉固态驱动接线图

图5-2音控喷泉变频驱动接线图

说明：

1.CDVCDDVD和MP3的左右声道信号直接到操纵器的VL和VR，在输出信号不是圆孔的情形下可接端子VL，VR，COM。

2.VF0，VF1，VF2，GND接到变频器模拟量电压输入端（如图5-2）

3.Y2，Y3，Y4，别离接固态继电器的（-），V+接（+）（如图5-1）

4.Y0，CM0，能够启动可编程顺序操纵器等操纵器来完成音乐启动的成效。

六．技术参数

电源输入

额定电压

AC220V

电压允许范围

AC220V±10％

额定频率

50Hz/60Hz

允许瞬间断电时间

20ms以内的瞬间断电，机器继续运行

电源保险丝

250V3A

信号输入

音频信号

项目

继电器输出

晶体管输出

模拟量输出

电压

AC250V

DC30V以下

DC12V

0-10VDC

电路绝缘

机械绝缘

光耦合器绝缘

光耦合器

绝缘

最大

负载

电阻负载

2A/点

500mA/点

2K

感性负载

80VA

——

——

灯负载

100W

DC12V

——

开关漏电流

——

DC12V

——

6-1电源与输入规格表

表6-2输出规格表

七．开孔尺寸

图7-1

可编程序操纵器利用说明书

●数字化输入输出、LED数码显示

●可同时操纵40路各类负载

●一百步程序可任意设定循环步数

●每步时刻可独立设定、最小时刻秒

●手动—自动双功能，自由选择

●水下灯开关可在白天一次性将水下灯关断

●输入与输出信号光电隔离，靠得住性高

●五位密码锁爱惜，输入正确的密码才能编制或修改程序

●音乐启动程序（输出）功能，增加音乐喷泉功能

一、概述

随着科学技术的不断进展和生活水平的不断提高，人们对环境的要求愈来愈高，尤其是喷泉在城市和社区环境建设中起着尤其重要的作用。

现今喷泉工程和高新技术的结合正是历史进展的必然趋势，由于喷泉工程中采纳了大量的高新技术，从而使喷泉成效加倍绚丽多彩，婀娜多姿，令人赏心悦目、流连忘返。

该操纵器是专为大中型喷泉工程配套而设计制造的。

能够现场编程，修改程序一直达到用户中意为止，而不必事前设计程序考虑喷水造型，可完全在现场依照用户要求和实际成效编制程序，这必将受到喷泉工程公司和用户的欢迎。

本操纵器是新一代的可编程操纵器，它不仅能编制100步程序，而且迎合了电子技术的进展，输入输出全数数字化。

它具有如下的特点：

设计新颖，更具时期气息：

本操纵器是新一代的可编程操纵器，采纳了今世先进的微处置器技术，迎合了电子技术的进展，步数与步长的输入及输出全数数字化，并用数码管显示，准确、直观，可存储多达100步程序，每步程序之间的距离时刻独立可调（—20秒），可由用户随意设定，这无疑增加了喷泉的转变花型，增强了喷泉的可观赏性。

操作简单，方便利用：

可依如实际情形现场编程，输入信息自动存储。

而且改变程序的操作只须按一下轻触开关，选定欲修改的步数，然后通过编程输出键改变该步程序的组成内容，即可完成。

编制程序与程序运行之间的切换选用了五位密码锁，目的是当程序编制好以后，可对程序进行密码爱惜，如此，即便操作者误操作也可不能破坏已编好的程序，只有输入正确的密码，才能够编制或修改程序。

该操纵器有手动功能，用户能够通过操纵器面板上的40支自锁按键开关操纵任何一路负载的启动或停止，方便调试水型。

该操纵器面板上设有水下灯开关，白天时可一钮化关掉所有水下灯，夜晚时又可一钮化将水下灯编入运行序列。

不必调整输出端子的连接方式或一路一路的拉闸合闸的重复操作，既方便又平安，专门是在喷泉系统中水下灯组较多时，其作用加倍明显。

带负载能力强：

本操纵器有40路输出，每路输出电流25mA，输出电压DC12V。

可直接驱动固态继电器（需依如实际情形在输出回路中串接限流电阻），或本公司配套产品KKG-08型光电隔离式固态继电器。

输入／输出信号光电隔离，靠得住性高。

该产品的信号输入部份与输出部份采纳光电耦合，可避免输出部份发生故障时，对与输入部份连接的操纵设备的意外破坏，提高了本产品的靠得住性和系统的平安性。

增加音乐启动程序功能：

在以往的中小型音乐喷泉操纵系统中，多采纳在音乐的伴奏下，依照预先编好的程序不断的转变花型，但发觉一个问题，在音乐停止的时候，喷泉还在转变，给人一种喷泉转变与音乐没有直接关系的感觉，为了解决那个问题，咱们在该操纵器上增加了音乐功能，在播放音乐的时候，操纵器依照预先编好的程序进行转变，并对外输出，在音乐停止的时候，程序继续转变，但已经停止对外输出。

二、面板说明

　１、面板图

２、背板图

３、说明

编号简要说明编号简要说明（01）操纵部份电源开关（02）输出部份电源开关（03）

操纵部份电源保险（04）输出部份电源保险（05）手动、自动转换开关（06）水下灯开关（07）程序输出指示灯（08）音乐启动程序指示灯（09）立体声音频插座（前）（10）编程输出指示灯（11）系统编程开关（12）手动输出开关（13）输出指示灯（14）程序步数指示数码管（15）程序运行时刻指示数码管（16）加步键（17）减步键（18）加时键（19）减时键（20）程序编制五位密码锁（21）许诺编程指示灯（22）电源线及其插头（23）输出端子（24）输出泵公共端（25）输出灯公共端（26）音乐启动程序输出/直接程序输出转换开关（27）立体声音频插座（后）

三、与负载（潜水泵、水下灯等）的连接及说明：

１、负载的连接：

本操纵器背板（23）位置是输出端子。

请选用适当线径、长度的导线将每路对应的固态继电器负端与本操纵器背板的输出端子01—40靠得住连接。

将操纵潜水泵的固态继电器正端与本操纵器背板的输出泵公共端（24）靠得住连接。

将操纵水下灯的固态继电器正端与本操纵器背板的输出灯公共端（25）靠得住连接。

具体连接请参阅附图。

２、补充说明：

每路输出端子既可单独操纵潜水泵或水下灯固态继电器，也可将潜水泵及其相关的水下灯固态继电器的负端并在一路接于同一路输出端子上，只是请务必将所有操纵潜水泵的固态继电器正端连起来一同接于输出泵公共端上，而所有操纵水下灯的固态继电器正端连起来一同接于输出灯公共端上，该点超级重要，因为本操纵器面板上的水下灯开关，是利用操纵输出灯公共端的通断的方式来

实现其功能的，若是未将水下灯公共端单独引出接于输出灯公共端上，该功能无效。

除此之外，还需在水下灯操纵回路中串接隔离二极管，具体连接请参阅操纵器背板图。

三、与负载（潜水泵、水下灯等）的连接及说明：

１、负载的连接：

本操纵器背板（23）位置是输出端子。

请选用适当线径、长度的导线将每路对应的固态继电器负端与本操纵器背板的输出端子01—40靠得住连接。

将操纵潜水泵的固态继电器正端与本操纵器背板的输出泵公共端（24）靠得住连接。

将操纵水下灯的固态继电器正端与本操纵器背板的输出灯公共端（25）靠得住连接。

具体连接请参阅附图。

２、补充说明：

每路输出端子既可单独操纵潜水泵或水下灯固态继电器，也可将潜水泵及其相关的水下灯固态继电器的负端并在一路接于同一路输出端子上，只是请务必将所有操纵潜水泵的固态继电器正端连起来一同接于输出泵公共端上，而所有操纵水下灯的固态继电器正端连起来一同接于输出灯公共端上，该点超级重要，因为本操纵器面板上的水下灯开关，是利用操纵输出灯公共端的通断的方式来

实现其功能的，若是未将水下灯公共端单独引出接于输出灯公共端上，该功能无效。

除此之外，还需在水下灯操纵回路中串接隔离二极管，具体连接请参阅操纵器背板图。

四、面板操作

１、电源开关和保险：

该操纵器操纵部份和输出部份电源别离操纵，操纵部份电源开关位于操纵中心面板的（01）位置，输出部份电源开关位于操纵中心面板的（02）位置，打开操纵部份电源开关，操纵系统即正常工作，可是不对外输出。

再打开输出部份电源开关，操纵系统对外输出。

如此可方便操作者编制程序，而喷泉并非喷水。

操纵器面板（03）（04）位置别离为操纵部份和输出部份电源保险（3A），保险盒内有两只保险，一只正在利用，还有一只备份。

２、手动自动转换开关（05）：

该操纵器有手动自动两种工作方式，可通过该开关进行转换。

操纵器处于手动状态时。

用户能够通过操纵器面板上的手动输出开关（12）手动操纵各负载。

能够用于喷泉的检查调试。

操纵器处于自动状态时，系统按预先编好的程序自动循环运行。

３、系统编程开关的利用：

系统编程开关位于操纵器面板（11）位置，共40支。

为无锁循环按键（需进入编程状态），即按一下为开，与该键编号相同的编程输出指示灯（10）会相应点亮，与此同时操纵器输出一个操纵信号，启动对应负载（潜水泵、水下灯等）。

再按一下该键那么为关，与该键编号相同的编程输出指示灯会相应熄灭，与此同时操纵信号停止输出，负载停止运行。

假设再按一次，该键又处于开的状态……。

如此开—关—开—关……循环交替利用。

４、加步键、减步键：

加步和减步按键位于操纵器面板（16）、（17）位置，别离为1支轻触键。

当操纵器处于编程状态时，每按一次加步键，步数显示数码管（14）显示的数据会自动加1，表示程序前进了一步，同时上步程序会被自动存储。

（若是该步程序还未编内容，那么位于操纵器面板（10）位置的编程输出指示二极管将没有显示，假设已编有程序那么相应的指示灯点亮，用户能够对其进行编程，完成后只需再按下加步键即可自动存储）。

减步按键与加步按键用法、功能完全相同，只是按下它会使程序后退一步。

加步、减步的范围在00—99步。

５、加时键、减时键：

加时和减时按键位于操纵器的（18）、（19）位置，别离为1支轻触键。

时刻的大体计量单位是秒；步长＝秒×时刻显示值。

例如时刻显示为12时，那么步长＝秒×12＝秒。

当本操纵器处于编程状态时，按下加时键，显示时刻数码管（15）显示的数据会加1，它表示每步运行时刻各不相同，将给喷泉的操纵增加新的内容，让操作者加倍灵活、自如地操纵喷泉。

时键与加时键相反，是使运行时刻减少秒，加时、减时的范围在—20秒之间，但那时刻设为00秒时，运行程序，操纵器会自动将其置成1，即最少要运行秒。

６、程序编制五位密码锁（程序编制与程序运行的转换）：

系统上电复位，将手动、自动转换开关（05）置于自动位置，系统按预先编好的程序自动循环

运行，周而复始、循环不止。

当需要修改程序时，按动五位密码锁（20），输入正确的密码，系统自动进入程序编制模式，许诺编程指示灯（21）点亮。

用户能够用加步（16）、减步（17）按键开关顺序选择要编辑的某步程序，通过系统编程开关（11）调整该步程序的输入内容。

用加时（18）、减时（19）按键开关调

整该步程序的运行时刻。

程序修改完成后，按一下程序运行键（20），即五位密码锁的1号键。

系统进入程序运行状态，现在许诺编程指示灯（21）熄灭，按预先编好的程序自动循环运行，周而复始、循环不止。

五位密码锁出厂时密码设置为“13425”。

７、音乐启动程序功能：

音乐喷泉有多种操纵方式，其中一种确实是在音乐的伴奏下不断的变换水型组合。

尽管不能达到完美，但也不失为一种经济、有效、公共式音乐喷泉。

只要喷泉设计的大体水型足够多，能组成