音樂噴泉自動控制系統(tǒng)

劉福祿

【摘要】鑒于目前中、大型音樂投入大，許多小型企事業(yè)單位一是沒有這么大場地，二是沒有這么多資金投入，使音樂噴泉的應(yīng)用得到了限制，而我見許多單位為了美化環(huán)境都設(shè)置了噴泉，但其控制十分單調(diào)，缺乏觀賞性。本文利用PLG、變頻調(diào)速等控制噴泉的變化。它適用于中小型企事業(yè)單位及家庭，具有實(shí)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】音樂噴泉 變頻調(diào)速 PLG

1.功能設(shè)想

對于小型企事業(yè)單位或家庭而言，要建立一個(gè)音樂噴泉系統(tǒng)，我認(rèn)為一次性投入不能太大，與大型音樂噴泉系統(tǒng)相比，規(guī)模應(yīng)大大縮小，功能也沒有必要那么完備。除具備隨音樂變化外，再加上幾種變化就可以滿足需求。就比原來僅僅單一手動調(diào)節(jié)水柱變化要強(qiáng)許多。尤其對已有噴泉的單位，則投入將更小。只需投入變頻器、PLC、觸摸屏、DVD一臺即可。利用音樂的高低通過PLC控制變頻器的輸出頻率，從而改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速，從而去改變水泵水柱的高低，利用變頻器的多段速控制，不需要另外增加通訊模塊，可降低成本，同時(shí)也具備15種轉(zhuǎn)速變化之多，基本可以反映出音樂強(qiáng)弱變化的全貌。另外，配備一話筒，可以測量人們喊話音量的大?。ㄓ盟叩妥兓瘉砗饬浚?。如果僅有水柱隨音量變化而變化這一種功能，則功能太過單一。所以，我設(shè)想當(dāng)不播放音樂時(shí)，應(yīng)該具備按一定的規(guī)律進(jìn)行水柱高度和噴灑時(shí)間的自動控制功能，并且水柱的噴灑高度和時(shí)間可以由用戶來調(diào)節(jié)（或者通過觸摸屏修改）。從而增加系統(tǒng)的實(shí)用性，提高系統(tǒng)的附加值。而該功能可以通過PLC編程實(shí)現(xiàn)，且較容易實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展。

2.方案設(shè)計(jì)

2.1音樂噴泉自動控制

2.1.1控制原理圖

考慮到變頻器和電動機(jī)及負(fù)載的慣性問題，決定每隔15秒采樣一次音樂電平高低（采樣頻率過高，變頻器、電機(jī)及水泵無法反應(yīng)過來）。該每隔5秒采樣一次可以通過PLC自身實(shí)現(xiàn)，（依靠PLC輸出對繼電器定時(shí)控制），經(jīng)ADC量化，編碼為四位二進(jìn)制數(shù)碼（除0000外，0001-1111剛好15種變化，可以對應(yīng)多段速的15段速控制），采用輸出可以直接驅(qū)動發(fā)光二極管的ADC，可以將其輸出直接作為PLC的輸入，可以減少輸入模塊，降低成本，而音頻—電平可以參照現(xiàn)有電平指示電路即可。

PLC與變頻器接線圖：

2，1.3音樂噴泉PLC程序設(shè)計(jì)。輸入輸出分配：由于音頻采樣及控制需4個(gè)輸入，外加啟動與停止共需6個(gè)輸入輸出控制變頻器的多段速控制，15段速需PLC4個(gè)輸出點(diǎn)，外加轉(zhuǎn)向控制一個(gè)點(diǎn)，采集控制一個(gè)點(diǎn)，共需6個(gè)輸出點(diǎn)。輸入輸出邏輯分析：為了簡化PLC程序的設(shè)計(jì)，如果將輸入X1—X4的變化與輸出Y1—Y4的變化一一完全相同，則只需要一條MOV傳送指令即可實(shí)現(xiàn)音樂噴泉的適時(shí)控制。變頻器參數(shù)設(shè)置：變頻器除了基本參數(shù)設(shè)置外，為了實(shí)現(xiàn)PLC輸入控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，還需進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)設(shè)置。

2.2話筒音量控制噴泉的設(shè)計(jì)。只需在圖（一）音頻輸入端加一個(gè)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，一路接DVD的音頻輸出，一路接話筒經(jīng)放大電路放大后的輸出即可。由于話筒轉(zhuǎn)化為電信號的電平比DVD線路輸出要低60—70dB，故話筒電壓放大的放大電路放大倍數(shù)應(yīng)設(shè)計(jì)在1000倍以上。所以應(yīng)采用多級放大，設(shè)兩級放大，放大倍數(shù)接40×40設(shè)置，則總放大倍數(shù)可達(dá)1600。應(yīng)該可以滿足要求，今采用兩級直接耦合放大。

2.2.1自動變速程序設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)噴泉高度變化的多樣性和觀賞性，決定設(shè)計(jì)一種單極性正弦曲線變化程序，即水柱高度接正弦規(guī)律（單極性）變化。由于前面音樂噴泉系統(tǒng)已設(shè)定了變頻器的參數(shù)，而使用者一般難以懂得如何操作和修改變頻器的參數(shù)。故變頻器的參數(shù)不宜修改，應(yīng)與音樂噴泉系統(tǒng)的參數(shù)一致。為了滿足水柱變化快慢可調(diào)的要求（不同用戶愛好不同）。故各檔位運(yùn)行時(shí)間應(yīng)可修改。所以采用四按鈕用于檔位運(yùn)行時(shí)間的增減。實(shí)質(zhì)是修改數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)值，即定時(shí)器的運(yùn)行時(shí)間。由于前面已用X0—X5，故設(shè)定X6、X7作為啟動、停止。X10、X11作為定時(shí)器定時(shí)時(shí)間的增減鍵。為了滿足用戶要求，決定采用單循環(huán)與自動循環(huán)，依靠一個(gè)開關(guān)的兩個(gè)狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)控制，設(shè)為X12控制。從而還可以得出自動變速單極性正弦式程序的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

2.2.2手動變速程序設(shè)計(jì)。由兩個(gè)按鈕實(shí)現(xiàn)手動增速和減速。由于上面用到了X13，故用X14、X15作為增減速按鈕輸入。X16作為手動變速的啟動按鈕輸入，X17作為手動變速的停止按鈕輸入。

2.3綜合程序設(shè)計(jì)。對于小型音樂噴泉系統(tǒng)而言，具有上述4種功能已較完備了。上面是分體設(shè)計(jì)，每步子程序均有啟動與停止，會造成兩個(gè)方面的困擾：第一，開關(guān)按鈕過多，不利于使用者操作；第二，浪費(fèi)輸入端子，從這兩方面原因考慮，可將各程序的啟動和停止合并用一個(gè)啟動與停止。由于上述運(yùn)行方式有多種，而各種運(yùn)行不能并存（即不能同時(shí)運(yùn)行兩種及兩種以上的功能）。故應(yīng)對各功能的選用設(shè)置專用選擇開關(guān)，防止程序出錯，使PLC無所適從。

該選擇開關(guān)應(yīng)具備下列幾檔：聲樂控制、自動、單調(diào)、手動四個(gè)檔位。而啟動與停止則各用1個(gè)輸入，速度增減2個(gè)輸入，時(shí)間長短控制2個(gè)輸入，加上音樂ADC輸出4個(gè)輸入共需14個(gè)輸入。而輸出沒有變化，故總程序的I/O分配需重新分配。為了防止程序的修改量最小，故仍選用X1—X4接ADC輸出不變。PLC與變頻器由于輸出未作改變，故其連接不變。

3.程序調(diào)試

經(jīng)上機(jī)調(diào)試、仿真、監(jiān)控，程序完成了預(yù)計(jì)邏輯要求。endprint