花式音乐喷泉毕业设计Word格式文档下载.docx

1、园林中的喷泉，一般是为了造景的需要，人工建造的喷泉具有装饰性。据记载，早在我国汉代的上林苑中，就有铜龙吐水，这就是一种人工的喷泉，可见喷泉应用于园林已有二千余年的历史了。明代地理学家徐霞客曾遍游我国山水风景，他在游历云南鸡足山时，发现一寺庙内有喷泉，曾作过如下在描述：（息阴）轩中水由亭沼中射空而上，其高将三丈，玉痕一缕，自下上喷，随风飞洒，散作空花，前观之，甚奇。他感到很疑惑：认为既然是在池中置管向上喷则水管中的水不一定是池水，而且水能喷得如此之高，又不外泄，并保持一定的高度，必定另有水源供水，彼下此上，与之等高，才保持平衡。经过他的调查研究，他终于发现在这喷泉附近的三丈高一个山崖上有水源，从

2、山崖以锡管承接，并由地下埋伏数十丈至池沼中后，始向池心竖起之故。这大概是我国利用自然水设置人工喷泉的原始做法了。而现代城市中设置的喷泉已十分先进，游人和居民经常光顾的场所，我们可以看到有各种各样的喷泉，这些喷泉有的是为了引人入目，有的是为了给生活或者节日带来喜庆的气氛，而有的变成了企业的一种精神象征1。与此同时喷泉可以湿润周围的空气，减少尘埃，降低气温。喷泉的细小水珠同空气分子撞击，能产生大量的负氧离子。因此，喷泉的存在改善了城市面貌，有益于人们的身心健康。目的：在很多地方都可见到人工音乐喷泉,它集光、色、音于一身,给人以美感。喷泉的控制系统可采用单片机,可编程序控制器PLC,甚至可采用工控机

3、作控制核心。传统的喷泉控制一旦设计好控制电路,就不能随意改变喷水花样及喷水时间。若采用PLC控制系统,利用PLC体积小、功能强、可靠性高,且具有较大的灵活性和可扩展性的特点, 对音乐特征的自动识别，通过改变喷泉的控制程序或改变方式选择开关,就可以改变花式喷泉的喷水规律,从而不需要改变硬件就可变换出各式花样,适合应用于大型广场或景区的喷泉中。要求：通过PLC，结合按钮、开关、电源电路，将软件和硬件有机的结合起来，设计系统简单可靠，快捷方便，能很好的满足要求，并能准确高效运转的花式喷泉。1）按下启动按钮,喷泉控制装置开始工作;按下关闭按钮,喷泉控制装置停止工作.2）喷泉的工作方式由花样按钮来自行选

4、择.3）花样选择开关用于选择喷泉的喷水花样.原理：由音乐传感器识别音乐频率特征，将其转换为模拟信号传送到PLC，PLC根据信号按照编写的程序控制变频器和水泵的运行意义：本设计利用传感器采集音乐信号特征，使用可编程控制器控制花式喷泉，具有使用方便，运行可靠，控制程序设计简单等优点。采用变频调速技术,实现水泵无级调速，能根据音频信号强弱随时调节水泵速度。本设计能够通过程序使输出不同的结果，从而改变原来设定的喷泉花样。程序编写简便，查错方便，扩展能力强，有很大的发展空间和广泛的应用前景。第1章 音乐喷泉总体设计1.1 音乐喷泉布局本设计喷泉布局如图2-1，图中分别为喷水管编号，4号为中间喷水管，3号

5、为内环状喷水管，2号为中环形状喷水管，1号为外环形状喷水管。图2.1 花式喷泉喷头布局示意图本设计的特点是4号喷水管，水柱高度能够随音乐变化，该喷水管所喷出的水柱为4组喷水管最大，喷射高度为4组喷水管最高，为2-10（m）。3号喷水管所处的圆上由8个喷水管组成，该喷水管所喷出的水柱为比4号的水柱略小，所喷高度比4号的高度略底，所喷高度为1.5（m）。图1-1中2号喷水管所处的圆上由20个喷水管组成，该号所喷出的水柱比3号的水柱小，所喷高度比3号水柱低，所喷高度为1（m）。1号喷水管由30个喷水管组成，该组所喷水柱为4组中水柱最小，所喷高度最低的一组。所喷高度为0.5（m）。为了在每组喷水管工作

6、时能够更好的欣赏，能区别4组所喷出的水柱，所以3号所处的圆的半径为R=2（m），2号所处的圆的半径为R=4（m），1号所处的圆的半径为R=6（m）。1.2 音乐喷泉运行控制要求控制要求如下：（1）喷泉控制电源开关接通后，按下启动按钮，喷水装置即开始工作，4号喷水管，水柱高度随音乐变化，其余3个则进行花式喷水。按下停止按钮，则停止喷水。工作方式由“选择样式”和“连续循环”来决定。（2）选择“选择样式”时，喷泉只循环运行一个喷水样式；选择“连续循环”时，所有喷水样式连续循环运行。（3）方式选择开关用以选择喷泉的喷水花样，24号喷水管的工作方式选择如下：1）选择开关在位置“1”按下启动按钮后 ，喷泉

7、13号水管的工作顺序为： 123按顺序延时5s喷水，然后一起喷水10s后，1、2、3水管分别延时5s停水，停顿5s后开始下一个循环；2）选择开关在位置“2”按下启动按钮后，1、3号同时喷水，延时5s后，2、3号同时喷水，延时5s后，1、,2号同时喷水，延时5s后开始下一个循环；3）选择开关在位置“3”按下启动按钮后由321反序分别延时5s喷水，然后再一起喷水10s，为一个循环。 （4）不论在什么工作方式，按下停止按钮，喷泉立即停止工作，所有存储器复位。第2章 音乐喷泉系统硬件设计本设计以PLC为控制核心，通过传感器把音乐特征给PLC，通过程序控制变频器驱动水泵电机，使喷泉的喷射水柱高度随音乐变

8、化。2.2 音乐喷泉系统组成首先由音乐传感器识别音乐频率特征，将其转换为模拟信号传送到PLC，PLC根据信号按照编写的程序控制变频器和水泵的运行，。2.3声音传感器选型人们的听觉最直接的感受就是声音的响度，响亮度是声音的一个重要特性，因此本音乐喷泉把乐曲的响度值做为识别的音乐特征。声音的相对响度一般用分贝做计算单位。BR-ZS1型分贝模块内置高灵敏度传感器、数据采集模块。使声音响度信号不失真的以05V电压或420mA电流等工业标准输出，直接与用户的PLC配套使用，实现对现场声音的实时监控，精度高、通用性强、性价比高成为其显著的特点，被广泛用于各种声音测量领域。测量范围：30120dB（A）；频

9、率范围：20Hz12.5kHz，最大误差：0.5dB，供 电：220V市电或24V DC 。2.4PLC选型S7-200 是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，

10、橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。S7-200系列PLC是模块式结构，可以通过配接各种扩展模块来达到扩展功能、扩大控制能力的目的。目前S7-200主要有三大类扩展模块。（1）输入/输出扩展模块 S7-200 CPU上已经集成了一定数量的数字量I/O点，但如用户需要多于CPU单元I/O点时，必须对系统做必要的扩展。CPU221无I/O扩展能力，CPU 222最多可连接2个扩展模块（数字量或模拟量），而CPU224和CPU226最多可连接7个扩展模块。S7-200 PLC系列目前总共提供共5大类扩展模块：数字量输入扩展板EM221（8路扩展输入）；数字量输出扩展板EM222（8路扩展输出

11、）；数字量输入和输出混合扩展板EM223（8I/O，16I/O，32I/O）；模拟量输入扩展板EM231，每个EM231可扩展3路模拟量输入通道，A/D转换时间为25s，12位；模拟量输入和输出混合扩展模板EM235，每个EM235可同时扩展3路模拟输入和1路模拟量输出通道，其中A/D转换时间为25s，D/A转换时间100s，位数均为12位。基本单元通过其右侧的扩展接口用总线连接器（插件）与扩展单元左侧的扩展接口相连接。扩展单元正常工作需要+5VDC工作电源，此电源由基本单元通过总线连接器提供，扩展单元的24VDC输入点和输出点电源，可由基本单元的24VDC电源供电，但要注意基本单元所提供的最

12、大电流能力。（2）热电偶/热电阻扩展模块 热电偶、热电阻模块（EM231）是为CPU222，CPU224，CPU226设计的，S7-200与多种热电偶、热电阻的连接备有隔离接口。用户通过模块上的DIP开关来选择热电偶或热电阻的类型，接线方式，测量单位和开路故障的方向。（3）通讯扩展模块 除了CPU集成通讯口外，S7-200还可以通过通讯扩展模块连接成更大的网络。S7-200系列目前有两种通讯扩展模块：PROFIBUS-DP扩展从站模块（EM277）和AS-i接口扩展模块（CP243-2）。2.5模拟量扩展模块在过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编

13、程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。EM235是最常用的模拟量扩展模块，它实现了4路模拟量输入和1路模拟量输出功能。用户通过DIP开关设置EM235扩展模块，开关1到6可选择输入模拟量的单/双极性、增益和衰减。DIP开关SW6决定模拟量输入的单双极性，当SW6为ON时，模拟量输入为单极性输入，SW6为OFF时，模拟量输入为双极性输入。SW4和SW5决定输入模拟量的增益选择，而SW1，SW2，SW3共同决定了模拟量的衰减选择。假设模拟量的标准电信号是A0Am

14、（如：420mA），A/D转换后数值为D0Dm（如：640032000），设模拟量的标准电信号是A，A/D转换后的相应数值为D，由于是线性关系，函数关系Af（D）可以表示为数学方程：A（DD0）（AmA0）（DmD0）A0。根据该方程式，可以方便地根据D值计算出A值。将该方程式逆变换，得出函数关系Df（A）可以表示为数学方程：D（AA0）（DmD0）（AmA0）D0。为了减小音乐杂音带来的误差，本程序采取一段时间内的平均值做为模拟量输出值。2.6变频器选型变频器是采用交-直-交电源变换技术、电力电子技术、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品，它通过改变电动机工作电源频率从而达到改变电动机转速

15、的目的。它是水泵电机调速的执行者，在音乐喷泉控制系统中起着非常重要作用。变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系： （2-1）式中，n表示电机转速；f表示电源频率；s表示电机转差率； P表示电机磁极对数。 通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交-直-交电源变换技术、电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。 实际上，若仅改变电源的频率则不能获得异步电动机满意的调整性能。因此，必须在调节 的同时，对定子相电压 也进行调节，使 与 之间存在一定的比例关系。故变频电源实际上是变频变压电源，而变频调速准确的称呼应是变频变压调速，其英文术语为Variable Volt