我國音樂噴泉控制系統(tǒng)研究進展

石小和

摘 要：音樂噴泉控制系統(tǒng)是整個音樂噴泉系統(tǒng)的核心部分。文章結合音樂噴泉的研究進展，對音樂噴泉的定義和技術原理進行闡述。按照控制系統(tǒng)的運行方式和控制方法，對我國音樂噴泉控制系統(tǒng)的研究成果進行分類，其中包括：程序控制、實時聲控、預編控制方式和變頻控制方式，對每種方式的優(yōu)勢和不足進行總結。隨著科學技術的迅猛發(fā)展，智能控制、變頻調速等高科技技術進入噴泉控制領域，噴泉控制系統(tǒng)將會有很好的發(fā)展前景，新型音樂噴泉控制系統(tǒng)的研究和應用將會更加廣泛。

關鍵詞：音樂噴泉；控制系統(tǒng)；變頻控制；智能控制

引言

隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，人民對生存環(huán)境的要求也隨之提高。很多地方都可見到人工音樂噴泉，如公園、廣場、游樂場、居民小區(qū)等，它是為了娛樂而創(chuàng)造出來的可以活動的噴泉，是現(xiàn)代科技與藝術的完美結合。它集合聲、光、色、形于一體，并產(chǎn)生千變?nèi)f化的水景[1]。音樂噴泉作為一種獨特的人工景觀，不僅可以給人民帶來視覺和聽覺上的藝術享受，同時也美化了我們的城市，促進了整個城市大環(huán)境的發(fā)展，同周圍的自然環(huán)境、建筑環(huán)境交相輝映，給周圍環(huán)境增添了無限生機，提高了城市中鋼筋混凝土建筑物的文化藝術氛圍，也凈化了空氣，帶來了很好的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益[2，3]。

音樂噴泉演奏的樂曲數(shù)目有限，這是因為音樂噴泉通常需要程序控制系統(tǒng)和音樂控制系統(tǒng)對不同的音樂進行編程，使得噴泉產(chǎn)生的水型與音樂的旋律配合協(xié)調，音樂的內(nèi)涵通過噴泉的形式表達出來，目前我國生產(chǎn)音樂噴泉的企業(yè)有上百家，這些公司都具有制造、設計、安裝、調試的能力，但計算機軟件集成控制技術還很薄弱。與國外企業(yè)相比，在音樂內(nèi)涵的表達形式和程序控制等方面還存在很大的差距。本文針對我國在音樂噴泉控制系統(tǒng)中存在的問題，從音樂噴泉控制系統(tǒng)的組成和研究進展兩方面進行探討，并展望未來的發(fā)展趨勢。

1 音樂噴泉系統(tǒng)

1.1 概念

音樂噴泉是一種為了娛樂而創(chuàng)造出來的可以活動的噴泉。它根據(jù)美學設計產(chǎn)生三維立體效果。這種效果是由于聲波、光波或激光穿過水粒子而產(chǎn)生的。在此過程中，水流被操控，光線被散射和折射，呈現(xiàn)出一個三維的動態(tài)畫面。

1.2 系統(tǒng)組成及工作原理

音樂噴泉是在程序控制的基礎上加入了音樂控制系統(tǒng)，首先要從音樂中提取主要構成元素，其中包括音樂速度、調式、音區(qū)、節(jié)奏、旋律方向、力度等，通過計算機對音頻及MIDI信號進行識別、譯碼和編碼，然后根據(jù)音樂所表達出來的情感，為音樂匹配相應的燈光、水型，最終音樂、水型、燈光三者節(jié)奏同步，得到滿意的音樂噴泉信息，然后噴泉信息被存入數(shù)據(jù)庫。在實際運行過程中，首先從數(shù)據(jù)庫中調用相應的音樂曲目，然后將控制信息發(fā)送給噴頭、水泵、變頻機、搖擺機、燈頭等硬件設備。這樣，音樂、水型、燈光（水、聲、電）信息可以實現(xiàn)同步播放，呈現(xiàn)出和諧統(tǒng)一的動感畫面[4]。音樂噴泉系統(tǒng)作用原理結構簡圖如圖1所示。

2 音樂噴泉控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

2.1 控制系統(tǒng)組成

音樂噴泉控制系統(tǒng)是集音樂控制、程序控制、人工智能控制技術于一體的現(xiàn)場控制系統(tǒng)。通過程序控制系統(tǒng)和音樂控制系統(tǒng)，對音樂進行編程，使噴泉造型與音樂旋律、燈光同步結合而產(chǎn)生千變?nèi)f化的水景，表達音樂內(nèi)涵及主題。音樂噴泉聲、光、色、形俱美，激起人們的情緒而得到水美的藝術享受。

音樂噴泉控制系統(tǒng)結構如圖2所示，首先計算機將數(shù)據(jù)庫中的音樂分解為一系列不同頻率的電信號，這些信號被傳送到控制設備?？刂圃O備根據(jù)這些信號的變化，改變電泵的功率、閥門的開合度以及噴嘴轉動的角度，呈現(xiàn)音樂和水型的完美統(tǒng)一。

音樂噴泉控制系統(tǒng)主要包括：計算機、可編程控制器、變頻器、控制柜等。計算機作為用戶終端，可以實時顯示操作界面，并且所有控制程序和數(shù)據(jù)庫都安裝存儲在計算機內(nèi)，可編程控制器在程序的控制下決定變頻器、電磁閥和燈光的開關，由控制柜、變頻器控制相應動作的開合度。

音樂噴泉是音樂和噴泉自動控制系統(tǒng)的有機結合，音樂指導噴泉的水型，噴泉表達音樂的內(nèi)涵我國音樂噴泉產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中出現(xiàn)了許多問題，如缺乏自主創(chuàng)新能力、控制系統(tǒng)硬件質量差、音樂軟件程序設計薄弱等，其中噴泉控制系統(tǒng)是整個音樂噴泉的核心部分，它決定噴泉的最終呈現(xiàn)效果，因此我國需要加強控制系統(tǒng)的研究，結合其它行業(yè)的優(yōu)勢，利用先進的計算機和軟件系統(tǒng)，解決音樂噴泉發(fā)展過程中存在的一系列問題。

2.2 控制系統(tǒng)類別

從德國人20世紀發(fā)明音樂噴泉到現(xiàn)在已經(jīng)有幾十年的歷史了，隨著科學技術的飛躍發(fā)展，音樂噴泉系統(tǒng)的控制水平和科技含量也越來越高，控制方法也越來越多?，F(xiàn)將主要的幾種控制方式總結如下：

2.2.1 程序控制

程序控制是利用預先編輯好的計算機程序來控制噴泉系統(tǒng)的水型和燈光，使水型和燈光產(chǎn)生不同的變化效果，整個控制系統(tǒng)通過計算機操作界面控制和顯示，可以實現(xiàn)多個程序的隨機執(zhí)行，系統(tǒng)反應快、靈敏度高，能夠承受一定的壓力和撞擊，系統(tǒng)采用模塊化結構，便于系統(tǒng)升級和維護。但是對于音樂特征的識別需要人工完成，即由設計人員對樂曲進行特征提取，編輯處理。這使得系統(tǒng)曲目受到限制，如有新的樂曲加入就需要操作員重新編程處理，會帶來很大的工作量，系統(tǒng)的靈活性較差，所以這類系統(tǒng)談不上對音樂特征的自動識別。李瑞程和應柏青[5]基于可編程序控制器，設計了音樂噴泉控制系統(tǒng)。程序設計完成投入運行后，音樂噴泉模型裝置噴水高度按設計的要求隨著音樂信號的強弱而變化。張均和廖建波[6]設計了一種小型音樂噴泉控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用模塊結構，可較靈活組合，是一種較為理想的音樂噴泉控制系統(tǒng)。但是，由于組合過于復雜，可靠性下降，故不適用于復雜的大型噴泉系統(tǒng)。

2.2.2 實時聲控

實時聲控控制方式是目前國內(nèi)絕大多數(shù)音樂噴泉設備公司采用的一種控制手段，它可以自動識別和響應任何音源信號，與程控方式相比，它省去了預先的程序編輯過程，節(jié)約了成本，但此種控制方式也存在一些問題，首先，水型動作要比音樂滯后，噴泉動作與音樂不協(xié)調。其次，水型的出現(xiàn)組合與出現(xiàn)時間長短是固定的，不論任何曲目，都會出現(xiàn)表演水型與音樂所表達的情感不一致。使人聽覺感受與視覺感受不協(xié)調。第三，樂曲的情感段落與水型變化時間不符，而且千篇一律。呂傳林[7]提出了一種新的音樂噴泉設計方案和控制方法，采用PWM變頻調速、預處理、預測補償控制和信號提前控制方法，利用計算機仿真軟件，分析證明該設計方案的運行效果。結果表明，該控制方法大大改善了噴泉系統(tǒng)的控制品質，真正達到了實時控制的效果。劉莉宏[8]介紹了一種基于音樂特征識別的音樂噴泉智能控制系統(tǒng)。由于能夠自動識別音樂的曲式、情感等特征，該系統(tǒng)能夠根據(jù)不同曲目的特點形成體現(xiàn)音樂內(nèi)涵的音樂噴泉表演程序；同時，通過綜合運用電腦動畫、自動控制等技術，充分使音樂旋律、情感、節(jié)奏與水景藝術完美結合，呈現(xiàn)出一幅完美的水聲畫面。endprint

2.2.3 預編控制

預編控制是根據(jù)某一首樂曲的情感與意境，人工編制各種水型、動作、燈光、水泵的開啟和關閉，使噴泉的表演與音樂的情感和意境相吻合。此功能在控制技術、計算機技術、通訊技術方面有一定的綜合難度。吳仁華和祁大勇[9]利用8031單片機通過A/D對音頻信號進行采樣，進而控制步進電機，達到控制電磁閥，實現(xiàn)噴頭流量的控制。陶虹等[10]用vb6.0編程語言在win98系統(tǒng)下開發(fā)了噴泉主控系統(tǒng)，介紹了音樂噴泉系統(tǒng)的硬件結構，系統(tǒng)控制軟件的組成及功能，并給出了主要程序。該噴泉主控系統(tǒng)的主要硬件設備包括工控機、雙工聲卡、模擬量卡及開關量卡，該控制系統(tǒng)在音樂起伏較大時，有比較好的效果，但由于系統(tǒng)沒有音樂預處理功能，加之噴泉變頻噴頭的數(shù)量及設計限制，系統(tǒng)對音樂的整體性表達不夠。林濤等[1]為了改進音樂噴泉的效果，采用PLC多點控制系統(tǒng)代替大量的繼電器線路，通過PLC對音樂噴泉控制系統(tǒng)的SSR、彩燈、射燈、水泵的多點控制，編寫一些程序和簡單的連接實現(xiàn)大量的開關按照邏輯條件進行順利動作和進行連鎖保護動作的控制。結果表明，PLC的應用不僅能夠進行多種水型切換，而且能控制噴泉隨音樂上下起伏，同時花式更改方便，SFC編程設計思路清晰。潘禮慶[11]采用PLC與普通計算機組成的音樂噴泉實時控制系統(tǒng)中，發(fā)揮PLC的通信功能和編程特點，實現(xiàn)上位機與下位機的通信與控制，由PLC來完成噴泉實時控制中的各種水型、燈光、跑泉的快速變化動作，為快速、高效地構建：大型音樂噴泉實時控制系統(tǒng)提供可靠、性價比優(yōu)越的應用方案，同時該設計方法也適用于PLC程控噴泉的調試及獨立運行。趙永強等[12]通過借用有源音箱揚聲器的信號，節(jié)約了系統(tǒng)的成本，并引入史密斯（Smith）預估補償器，解決了系統(tǒng)因為各種執(zhí)行機構的慣性和機械因素而導致的整個控制系統(tǒng)較大的時間滯后問題，實現(xiàn)了PLC控制音樂噴泉。通過實驗，此系統(tǒng)具有較好的時間同步性，可以很好地實現(xiàn)聲、光、水的結合；可以改造已有的音樂噴泉系統(tǒng)，具有廣闊的應用前景。張長君和王連濤[13]介紹了一個以AT89C51單片機為核心的小型音樂噴泉控制系統(tǒng)。給出了一個簡潔的單片機控制電路，分析了輸出地址，描述了不同類型的輸出電路和輸入電路；介紹了從特定構造的噴池中獲得決定噴池動作的噴池數(shù)據(jù)原理；給出了主程序框圖和程序。目前，該系統(tǒng)已在多個小型音樂噴泉工程中應用，取得了令人滿意的效果。龐婷婷[14]等介紹了基于單片機的音樂噴泉系統(tǒng)，本系統(tǒng)是PC機將數(shù)據(jù)通過RS-232總線傳輸?shù)絾纹瑱C，然后應用單片機實現(xiàn)音樂播放、電機轉速等功能，實現(xiàn)遠距離調控及水、光、電的完美結合，本系統(tǒng)功能強，成本低，具有很高的實用價值。本系統(tǒng)是基于AT89C52單片機的控制系統(tǒng)，不僅具有智能化程度高，功能強大，性能穩(wěn)定可靠，成本低等特點，也具有硬件和軟件的升級空間。不足之處是系統(tǒng)利用單片機產(chǎn)生方波信號控制蜂鳴器發(fā)音，音色不是很優(yōu)美。

2.2.4 變頻控制

音樂噴泉變頻控制是眾多控制系統(tǒng)中的一種。隨著先進的控制理論和方法在噴泉控制系統(tǒng)中的應用，噴泉控制系統(tǒng)不斷完善和升級，其中變頻調速技術在噴泉控制系統(tǒng)中的應用也逐漸成熟，并逐步發(fā)展為水泵調速控制的主要方式。王連濤和張長君[15]介紹變頻控制系統(tǒng)在音樂噴泉中的工作原理和應用。一個大型的彩色音樂噴泉系統(tǒng)往往是一個集多種控制于一身的綜合系統(tǒng)，科技含量很高。不過，變頻控制系統(tǒng)的應用會給大型音樂噴泉系統(tǒng)增色很多，可以使噴泉的噴射高度隨音樂信號大小變化，使音樂、水花、燈光融為一體，演出一場交響水詩。魏世化[16]主要介紹音樂噴泉系統(tǒng)的組成及變頻調速技術在音樂噴泉控制系統(tǒng)中的應用，闡述了變頻器在音樂噴泉應用中的一些特殊要求，變頻調速技術已經(jīng)成為音樂噴泉控制系統(tǒng)中水泵調速的主要方式，它不僅能夠提高系統(tǒng)控制的靈活性，而且還能起到節(jié)能效果，因而音樂噴泉變頻調速技術具有廣闊的應用前景。李春艷[17]從介紹音樂噴泉系統(tǒng)的構成入手，探討了變頻調速技術在音樂噴泉控制系統(tǒng)中的應用，并以“古冶幸福廣場”噴泉為實例，闡述了變頻器在音樂噴泉中應用一些特殊要求。大量的研究和實踐表明，變頻控制系統(tǒng)在音樂噴泉控制系統(tǒng)中得到廣泛的應用，對設備的運行和維護、節(jié)能和降低環(huán)境噪音都有很好的效果，是一種有效的水泵調速控制手段。

3 結束語

音樂噴泉作為聽覺和視覺相結合的藝術呈現(xiàn)形式，已經(jīng)得到了廣泛的關注。音樂噴泉控制系統(tǒng)是音樂噴泉的核心，種類繁多，但都是優(yōu)點和不足共存，沒有一種控制方式是完美無缺的，實時聲控方式雖然可以響應任何聲源信號，但水型動作與音樂不協(xié)調；預編控制方式雖然可以使噴泉的表演與音樂的情感相協(xié)調，但此控制方式音樂和控制在系統(tǒng)上是獨立的，表演曲目有限；一些音樂噴泉控制器雖然可以音頻信號自動轉換成變頻調速器要求的控制信號，但其輸出信號與輸入的聲頻信號呈線性關系，不能將音樂、水型、燈光三者融為一體，呈現(xiàn)的效果不統(tǒng)一。

當今音樂噴泉控制系統(tǒng)和高新科技的結合正是歷史發(fā)展的趨勢和必然。隨著科學技術的迅猛發(fā)展，智能控制、變頻調速等高科技技術正不斷地融入噴泉控制領域，未來必將發(fā)揮不可替代的作用，使噴泉效果更加絢麗多彩，婀娜多姿，令人賞心悅目。

參考文獻

[1]林濤，楊慶斌，寧福軍，等.PLC在音樂噴泉控制系統(tǒng)中的應用[J].青島大學學報，2008，（4）：27-28.

[2]潘禮慶.PLC在大型音樂噴泉實時控制系統(tǒng)中的設計與應用[J].工業(yè)控制計算機，2009，（6）：86-87.

[3]唐莉萍，汪穎.音樂噴泉上位機控制系統(tǒng)的設計[J].東華大學學報（自然科學版），2003，2（4）：38-42.

[4]王春潔.音樂噴泉系統(tǒng)的設計與實施[D].北京郵電大學，2006.

[5]李瑞程，應柏青.音樂噴泉控制系統(tǒng)的設計及PLC實現(xiàn)[J].實驗技術與管理，2008，25（5）：81-83.

[6]張均，廖建波.小型音樂噴泉控制系統(tǒng)設計[J].江西農(nóng)業(yè)大學學報，1999，21（4）：619-621.

[7]呂傳林.音樂噴泉的視音同步性研究[D].大連理工大學，2002.

[8]劉莉宏.基于音樂特征識別的音樂噴泉智能控制系統(tǒng)的研究[J].北京工業(yè)職業(yè)技術學院學報，2009，8（4）：1-3.

[9]吳仁華，祁大勇.大型廣場音樂噴泉控制系統(tǒng)的設計[J].測控技術，2003，22（9）：34-35.

[10]陶虹，唐年慶，蔣猛.音樂噴泉控制系統(tǒng)設計[J].內(nèi)江師范學院學報，2004，19（6）：21-24.

[11]潘禮慶.PLC在大型音樂噴泉實時控制系統(tǒng)中的設計與應用[J].工業(yè)控制計算機，2009（6）：86-87.

[12]趙永強，劉帥，范淑靜，等.基于PLC控制的音樂噴泉系統(tǒng)[J].電子測試，2011（6）：73-77.

[13]張長君，王連濤.單片機控制在音樂噴泉中的應用[J].計算機工程與設計，2006，27（10）：1905-1907.

[14]龐婷婷，李盼，陳楊陽等.基于單片機的音樂噴泉系統(tǒng)[J].科技信息，2013，35：126-127.

[15]王連濤，張長君.變頻控制系統(tǒng)在音樂噴泉中的應用[J].工程建設與設計，2005（6）：57-58.

[16]魏世化.變頻器在音樂噴泉控制系統(tǒng)中的應用[J].變頻器世界，2006，2：86-88.

[17]李春艷.變頻器在音樂噴泉中的應用探討[J].科技創(chuàng)新導報，2013（4）：137-137.endprint

2.2.3 預編控制

預編控制是根據(jù)某一首樂曲的情感與意境，人工編制各種水型、動作、燈光、水泵的開啟和關閉，使噴泉的表演與音樂的情感和意境相吻合。此功能在控制技術、計算機技術、通訊技術方面有一定的綜合難度。吳仁華和祁大勇[9]利用8031單片機通過A/D對音頻信號進行采樣，進而控制步進電機，達到控制電磁閥，實現(xiàn)噴頭流量的控制。陶虹等[10]用vb6.0編程語言在win98系統(tǒng)下開發(fā)了噴泉主控系統(tǒng)，介紹了音樂噴泉系統(tǒng)的硬件結構，系統(tǒng)控制軟件的組成及功能，并給出了主要程序。該噴泉主控系統(tǒng)的主要硬件設備包括工控機、雙工聲卡、模擬量卡及開關量卡，該控制系統(tǒng)在音樂起伏較大時，有比較好的效果，但由于系統(tǒng)沒有音樂預處理功能，加之噴泉變頻噴頭的數(shù)量及設計限制，系統(tǒng)對音樂的整體性表達不夠。林濤等[1]為了改進音樂噴泉的效果，采用PLC多點控制系統(tǒng)代替大量的繼電器線路，通過PLC對音樂噴泉控制系統(tǒng)的SSR、彩燈、射燈、水泵的多點控制，編寫一些程序和簡單的連接實現(xiàn)大量的開關按照邏輯條件進行順利動作和進行連鎖保護動作的控制。結果表明，PLC的應用不僅能夠進行多種水型切換，而且能控制噴泉隨音樂上下起伏，同時花式更改方便，SFC編程設計思路清晰。潘禮慶[11]采用PLC與普通計算機組成的音樂噴泉實時控制系統(tǒng)中，發(fā)揮PLC的通信功能和編程特點，實現(xiàn)上位機與下位機的通信與控制，由PLC來完成噴泉實時控制中的各種水型、燈光、跑泉的快速變化動作，為快速、高效地構建：大型音樂噴泉實時控制系統(tǒng)提供可靠、性價比優(yōu)越的應用方案，同時該設計方法也適用于PLC程控噴泉的調試及獨立運行。趙永強等[12]通過借用有源音箱揚聲器的信號，節(jié)約了系統(tǒng)的成本，并引入史密斯（Smith）預估補償器，解決了系統(tǒng)因為各種執(zhí)行機構的慣性和機械因素而導致的整個控制系統(tǒng)較大的時間滯后問題，實現(xiàn)了PLC控制音樂噴泉。通過實驗，此系統(tǒng)具有較好的時間同步性，可以很好地實現(xiàn)聲、光、水的結合；可以改造已有的音樂噴泉系統(tǒng)，具有廣闊的應用前景。張長君和王連濤[13]介紹了一個以AT89C51單片機為核心的小型音樂噴泉控制系統(tǒng)。給出了一個簡潔的單片機控制電路，分析了輸出地址，描述了不同類型的輸出電路和輸入電路；介紹了從特定構造的噴池中獲得決定噴池動作的噴池數(shù)據(jù)原理；給出了主程序框圖和程序。目前，該系統(tǒng)已在多個小型音樂噴泉工程中應用，取得了令人滿意的效果。龐婷婷[14]等介紹了基于單片機的音樂噴泉系統(tǒng)，本系統(tǒng)是PC機將數(shù)據(jù)通過RS-232總線傳輸?shù)絾纹瑱C，然后應用單片機實現(xiàn)音樂播放、電機轉速等功能，實現(xiàn)遠距離調控及水、光、電的完美結合，本系統(tǒng)功能強，成本低，具有很高的實用價值。本系統(tǒng)是基于AT89C52單片機的控制系統(tǒng)，不僅具有智能化程度高，功能強大，性能穩(wěn)定可靠，成本低等特點，也具有硬件和軟件的升級空間。不足之處是系統(tǒng)利用單片機產(chǎn)生方波信號控制蜂鳴器發(fā)音，音色不是很優(yōu)美。

2.2.4 變頻控制

音樂噴泉變頻控制是眾多控制系統(tǒng)中的一種。隨著先進的控制理論和方法在噴泉控制系統(tǒng)中的應用，噴泉控制系統(tǒng)不斷完善和升級，其中變頻調速技術在噴泉控制系統(tǒng)中的應用也逐漸成熟，并逐步發(fā)展為水泵調速控制的主要方式。王連濤和張長君[15]介紹變頻控制系統(tǒng)在音樂噴泉中的工作原理和應用。一個大型的彩色音樂噴泉系統(tǒng)往往是一個集多種控制于一身的綜合系統(tǒng)，科技含量很高。不過，變頻控制系統(tǒng)的應用會給大型音樂噴泉系統(tǒng)增色很多，可以使噴泉的噴射高度隨音樂信號大小變化，使音樂、水花、燈光融為一體，演出一場交響水詩。魏世化[16]主要介紹音樂噴泉系統(tǒng)的組成及變頻調速技術在音樂噴泉控制系統(tǒng)中的應用，闡述了變頻器在音樂噴泉應用中的一些特殊要求，變頻調速技術已經(jīng)成為音樂噴泉控制系統(tǒng)中水泵調速的主要方式，它不僅能夠提高系統(tǒng)控制的靈活性，而且還能起到節(jié)能效果，因而音樂噴泉變頻調速技術具有廣闊的應用前景。李春艷[17]從介紹音樂噴泉系統(tǒng)的構成入手，探討了變頻調速技術在音樂噴泉控制系統(tǒng)中的應用，并以“古冶幸福廣場”噴泉為實例，闡述了變頻器在音樂噴泉中應用一些特殊要求。大量的研究和實踐表明，變頻控制系統(tǒng)在音樂噴泉控制系統(tǒng)中得到廣泛的應用，對設備的運行和維護、節(jié)能和降低環(huán)境噪音都有很好的效果，是一種有效的水泵調速控制手段。

3 結束語

音樂噴泉作為聽覺和視覺相結合的藝術呈現(xiàn)形式，已經(jīng)得到了廣泛的關注。音樂噴泉控制系統(tǒng)是音樂噴泉的核心，種類繁多，但都是優(yōu)點和不足共存，沒有一種控制方式是完美無缺的，實時聲控方式雖然可以響應任何聲源信號，但水型動作與音樂不協(xié)調；預編控制方式雖然可以使噴泉的表演與音樂的情感相協(xié)調，但此控制方式音樂和控制在系統(tǒng)上是獨立的，表演曲目有限；一些音樂噴泉控制器雖然可以音頻信號自動轉換成變頻調速器要求的控制信號，但其輸出信號與輸入的聲頻信號呈線性關系，不能將音樂、水型、燈光三者融為一體，呈現(xiàn)的效果不統(tǒng)一。

當今音樂噴泉控制系統(tǒng)和高新科技的結合正是歷史發(fā)展的趨勢和必然。隨著科學技術的迅猛發(fā)展，智能控制、變頻調速等高科技技術正不斷地融入噴泉控制領域，未來必將發(fā)揮不可替代的作用，使噴泉效果更加絢麗多彩，婀娜多姿，令人賞心悅目。

參考文獻

[1]林濤，楊慶斌，寧福軍，等.PLC在音樂噴泉控制系統(tǒng)中的應用[J].青島大學學報，2008，（4）：27-28.

[2]潘禮慶.PLC在大型音樂噴泉實時控制系統(tǒng)中的設計與應用[J].工業(yè)控制計算機，2009，（6）：86-87.

[3]唐莉萍，汪穎.音樂噴泉上位機控制系統(tǒng)的設計[J].東華大學學報（自然科學版），2003，2（4）：38-42.

[4]王春潔.音樂噴泉系統(tǒng)的設計與實施[D].北京郵電大學，2006.

[5]李瑞程，應柏青.音樂噴泉控制系統(tǒng)的設計及PLC實現(xiàn)[J].實驗技術與管理，2008，25（5）：81-83.

[6]張均，廖建波.小型音樂噴泉控制系統(tǒng)設計[J].江西農(nóng)業(yè)大學學報，1999，21（4）：619-621.

[7]呂傳林.音樂噴泉的視音同步性研究[D].大連理工大學，2002.

[8]劉莉宏.基于音樂特征識別的音樂噴泉智能控制系統(tǒng)的研究[J].北京工業(yè)職業(yè)技術學院學報，2009，8（4）：1-3.

[9]吳仁華，祁大勇.大型廣場音樂噴泉控制系統(tǒng)的設計[J].測控技術，2003，22（9）：34-35.

[10]陶虹，唐年慶，蔣猛.音樂噴泉控制系統(tǒng)設計[J].內(nèi)江師范學院學報，2004，19（6）：21-24.

[11]潘禮慶.PLC在大型音樂噴泉實時控制系統(tǒng)中的設計與應用[J].工業(yè)控制計算機，2009（6）：86-87.

[12]趙永強，劉帥，范淑靜，等.基于PLC控制的音樂噴泉系統(tǒng)[J].電子測試，2011（6）：73-77.

[13]張長君，王連濤.單片機控制在音樂噴泉中的應用[J].計算機工程與設計，2006，27（10）：1905-1907.

[14]龐婷婷，李盼，陳楊陽等.基于單片機的音樂噴泉系統(tǒng)[J].科技信息，2013，35：126-127.

[15]王連濤，張長君.變頻控制系統(tǒng)在音樂噴泉中的應用[J].工程建設與設計，2005（6）：57-58.

[16]魏世化.變頻器在音樂噴泉控制系統(tǒng)中的應用[J].變頻器世界，2006，2：86-88.

[17]李春艷.變頻器在音樂噴泉中的應用探討[J].科技創(chuàng)新導報，2013（4）：137-137.endprint

2.2.3 預編控制

預編控制是根據(jù)某一首樂曲的情感與意境，人工編制各種水型、動作、燈光、水泵的開啟和關閉，使噴泉的表演與音樂的情感和意境相吻合。此功能在控制技術、計算機技術、通訊技術方面有一定的綜合難度。吳仁華和祁大勇[9]利用8031單片機通過A/D對音頻信號進行采樣，進而控制步進電機，達到控制電磁閥，實現(xiàn)噴頭流量的控制。陶虹等[10]用vb6.0編程語言在win98系統(tǒng)下開發(fā)了噴泉主控系統(tǒng)，介紹了音樂噴泉系統(tǒng)的硬件結構，系統(tǒng)控制軟件的組成及功能，并給出了主要程序。該噴泉主控系統(tǒng)的主要硬件設備包括工控機、雙工聲卡、模擬量卡及開關量卡，該控制系統(tǒng)在音樂起伏較大時，有比較好的效果，但由于系統(tǒng)沒有音樂預處理功能，加之噴泉變頻噴頭的數(shù)量及設計限制，系統(tǒng)對音樂的整體性表達不夠。林濤等[1]為了改進音樂噴泉的效果，采用PLC多點控制系統(tǒng)代替大量的繼電器線路，通過PLC對音樂噴泉控制系統(tǒng)的SSR、彩燈、射燈、水泵的多點控制，編寫一些程序和簡單的連接實現(xiàn)大量的開關按照邏輯條件進行順利動作和進行連鎖保護動作的控制。結果表明，PLC的應用不僅能夠進行多種水型切換，而且能控制噴泉隨音樂上下起伏，同時花式更改方便，SFC編程設計思路清晰。潘禮慶[11]采用PLC與普通計算機組成的音樂噴泉實時控制系統(tǒng)中，發(fā)揮PLC的通信功能和編程特點，實現(xiàn)上位機與下位機的通信與控制，由PLC來完成噴泉實時控制中的各種水型、燈光、跑泉的快速變化動作，為快速、高效地構建：大型音樂噴泉實時控制系統(tǒng)提供可靠、性價比優(yōu)越的應用方案，同時該設計方法也適用于PLC程控噴泉的調試及獨立運行。趙永強等[12]通過借用有源音箱揚聲器的信號，節(jié)約了系統(tǒng)的成本，并引入史密斯（Smith）預估補償器，解決了系統(tǒng)因為各種執(zhí)行機構的慣性和機械因素而導致的整個控制系統(tǒng)較大的時間滯后問題，實現(xiàn)了PLC控制音樂噴泉。通過實驗，此系統(tǒng)具有較好的時間同步性，可以很好地實現(xiàn)聲、光、水的結合；可以改造已有的音樂噴泉系統(tǒng)，具有廣闊的應用前景。張長君和王連濤[13]介紹了一個以AT89C51單片機為核心的小型音樂噴泉控制系統(tǒng)。給出了一個簡潔的單片機控制電路，分析了輸出地址，描述了不同類型的輸出電路和輸入電路；介紹了從特定構造的噴池中獲得決定噴池動作的噴池數(shù)據(jù)原理；給出了主程序框圖和程序。目前，該系統(tǒng)已在多個小型音樂噴泉工程中應用，取得了令人滿意的效果。龐婷婷[14]等介紹了基于單片機的音樂噴泉系統(tǒng)，本系統(tǒng)是PC機將數(shù)據(jù)通過RS-232總線傳輸?shù)絾纹瑱C，然后應用單片機實現(xiàn)音樂播放、電機轉速等功能，實現(xiàn)遠距離調控及水、光、電的完美結合，本系統(tǒng)功能強，成本低，具有很高的實用價值。本系統(tǒng)是基于AT89C52單片機的控制系統(tǒng)，不僅具有智能化程度高，功能強大，性能穩(wěn)定可靠，成本低等特點，也具有硬件和軟件的升級空間。不足之處是系統(tǒng)利用單片機產(chǎn)生方波信號控制蜂鳴器發(fā)音，音色不是很優(yōu)美。

2.2.4 變頻控制

音樂噴泉變頻控制是眾多控制系統(tǒng)中的一種。隨著先進的控制理論和方法在噴泉控制系統(tǒng)中的應用，噴泉控制系統(tǒng)不斷完善和升級，其中變頻調速技術在噴泉控制系統(tǒng)中的應用也逐漸成熟，并逐步發(fā)展為水泵調速控制的主要方式。王連濤和張長君[15]介紹變頻控制系統(tǒng)在音樂噴泉中的工作原理和應用。一個大型的彩色音樂噴泉系統(tǒng)往往是一個集多種控制于一身的綜合系統(tǒng)，科技含量很高。不過，變頻控制系統(tǒng)的應用會給大型音樂噴泉系統(tǒng)增色很多，可以使噴泉的噴射高度隨音樂信號大小變化，使音樂、水花、燈光融為一體，演出一場交響水詩。魏世化[16]主要介紹音樂噴泉系統(tǒng)的組成及變頻調速技術在音樂噴泉控制系統(tǒng)中的應用，闡述了變頻器在音樂噴泉應用中的一些特殊要求，變頻調速技術已經(jīng)成為音樂噴泉控制系統(tǒng)中水泵調速的主要方式，它不僅能夠提高系統(tǒng)控制的靈活性，而且還能起到節(jié)能效果，因而音樂噴泉變頻調速技術具有廣闊的應用前景。李春艷[17]從介紹音樂噴泉系統(tǒng)的構成入手，探討了變頻調速技術在音樂噴泉控制系統(tǒng)中的應用，并以“古冶幸福廣場”噴泉為實例，闡述了變頻器在音樂噴泉中應用一些特殊要求。大量的研究和實踐表明，變頻控制系統(tǒng)在音樂噴泉控制系統(tǒng)中得到廣泛的應用，對設備的運行和維護、節(jié)能和降低環(huán)境噪音都有很好的效果，是一種有效的水泵調速控制手段。

3 結束語

音樂噴泉作為聽覺和視覺相結合的藝術呈現(xiàn)形式，已經(jīng)得到了廣泛的關注。音樂噴泉控制系統(tǒng)是音樂噴泉的核心，種類繁多，但都是優(yōu)點和不足共存，沒有一種控制方式是完美無缺的，實時聲控方式雖然可以響應任何聲源信號，但水型動作與音樂不協(xié)調；預編控制方式雖然可以使噴泉的表演與音樂的情感相協(xié)調，但此控制方式音樂和控制在系統(tǒng)上是獨立的，表演曲目有限；一些音樂噴泉控制器雖然可以音頻信號自動轉換成變頻調速器要求的控制信號，但其輸出信號與輸入的聲頻信號呈線性關系，不能將音樂、水型、燈光三者融為一體，呈現(xiàn)的效果不統(tǒng)一。

當今音樂噴泉控制系統(tǒng)和高新科技的結合正是歷史發(fā)展的趨勢和必然。隨著科學技術的迅猛發(fā)展，智能控制、變頻調速等高科技技術正不斷地融入噴泉控制領域，未來必將發(fā)揮不可替代的作用，使噴泉效果更加絢麗多彩，婀娜多姿，令人賞心悅目。

參考文獻

[1]林濤，楊慶斌，寧福軍，等.PLC在音樂噴泉控制系統(tǒng)中的應用[J].青島大學學報，2008，（4）：27-28.

[2]潘禮慶.PLC在大型音樂噴泉實時控制系統(tǒng)中的設計與應用[J].工業(yè)控制計算機，2009，（6）：86-87.

[3]唐莉萍，汪穎.音樂噴泉上位機控制系統(tǒng)的設計[J].東華大學學報（自然科學版），2003，2（4）：38-42.

[4]王春潔.音樂噴泉系統(tǒng)的設計與實施[D].北京郵電大學，2006.

[5]李瑞程，應柏青.音樂噴泉控制系統(tǒng)的設計及PLC實現(xiàn)[J].實驗技術與管理，2008，25（5）：81-83.

[6]張均，廖建波.小型音樂噴泉控制系統(tǒng)設計[J].江西農(nóng)業(yè)大學學報，1999，21（4）：619-621.

[7]呂傳林.音樂噴泉的視音同步性研究[D].大連理工大學，2002.

[8]劉莉宏.基于音樂特征識別的音樂噴泉智能控制系統(tǒng)的研究[J].北京工業(yè)職業(yè)技術學院學報，2009，8（4）：1-3.

[9]吳仁華，祁大勇.大型廣場音樂噴泉控制系統(tǒng)的設計[J].測控技術，2003，22（9）：34-35.

[10]陶虹，唐年慶，蔣猛.音樂噴泉控制系統(tǒng)設計[J].內(nèi)江師范學院學報，2004，19（6）：21-24.

[11]潘禮慶.PLC在大型音樂噴泉實時控制系統(tǒng)中的設計與應用[J].工業(yè)控制計算機，2009（6）：86-87.

[12]趙永強，劉帥，范淑靜，等.基于PLC控制的音樂噴泉系統(tǒng)[J].電子測試，2011（6）：73-77.

[13]張長君，王連濤.單片機控制在音樂噴泉中的應用[J].計算機工程與設計，2006，27（10）：1905-1907.

[14]龐婷婷，李盼，陳楊陽等.基于單片機的音樂噴泉系統(tǒng)[J].科技信息，2013，35：126-127.

[15]王連濤，張長君.變頻控制系統(tǒng)在音樂噴泉中的應用[J].工程建設與設計，2005（6）：57-58.

[16]魏世化.變頻器在音樂噴泉控制系統(tǒng)中的應用[J].變頻器世界，2006，2：86-88.

[17]李春艷.變頻器在音樂噴泉中的應用探討[J].科技創(chuàng)新導報，2013（4）：137-137.endprint