音乐喷泉自动控制系统

刘福禄

【摘要】鉴于目前中、大型音乐投入大，许多小型企事业单位一是没有这么大场地，二是没有这么多资金投入，使音樂喷泉的应用得到了限制，而我见许多单位为了美化环境都设置了喷泉，但其控制十分单调，缺乏观赏性。本文利用PLG、变频调速等控制喷泉的变化。它适用于中小型企事业单位及家庭，具有实用价值。

【关键词】音乐喷泉 变频调速 PLG

1.功能设想

对于小型企事业单位或家庭而言，要建立一个音乐喷泉系统，我认为一次性投入不能太大，与大型音乐喷泉系统相比，规模应大大缩小，功能也没有必要那么完备。除具备随音乐变化外，再加上几种变化就可以满足需求。就比原来仅仅单一手动调节水柱变化要强许多。尤其对已有喷泉的单位，则投入将更小。只需投入变频器、PLC、触摸屏、DVD一台即可。利用音乐的高低通过PLC控制变频器的输出频率，从而改变电动机转速，从而去改变水泵水柱的高低，利用变频器的多段速控制，不需要另外增加通讯模块，可降低成本，同时也具备15种转速变化之多，基本可以反映出音乐强弱变化的全貌。另外，配备一话筒，可以测量人们喊话音量的大小（用水柱高低变化来衡量）。如果仅有水柱随音量变化而变化这一种功能，则功能太过单一。所以，我设想当不播放音乐时，应该具备按一定的规律进行水柱高度和喷洒时间的自动控制功能，并且水柱的喷洒高度和时间可以由用户来调节（或者通过触摸屏修改）。从而增加系统的实用性，提高系统的附加值。而该功能可以通过PLC编程实现，且较容易实现和扩展。

2.方案设计

2.1音乐喷泉自动控制

2.1.1控制原理图

考虑到变频器和电动机及负载的惯性问题，决定每隔15秒采样一次音乐电平高低（采样频率过高，变频器、电机及水泵无法反应过来）。该每隔5秒采样一次可以通过PLC自身实现，（依靠PLC输出对继电器定时控制），经ADC量化，编码为四位二进制数码（除0000外，0001-1111刚好15种变化，可以对应多段速的15段速控制），采用输出可以直接驱动发光二极管的ADC，可以将其输出直接作为PLC的输入，可以减少输入模块，降低成本，而音频—电平可以参照现有电平指示电路即可。

PLC与变频器接线图：

2，1.3音乐喷泉PLC程序设计。输入输出分配：由于音频采样及控制需4个输入，外加启动与停止共需6个输入输出控制变频器的多段速控制，15段速需PLC4个输出点，外加转向控制一个点，采集控制一个点，共需6个输出点。输入输出逻辑分析：为了简化PLC程序的设计，如果将输入X1—X4的变化与输出Y1—Y4的变化一一完全相同，则只需要一条MOV传送指令即可实现音乐喷泉的适时控制。变频器参数设置：变频器除了基本参数设置外，为了实现PLC输入控制电机转速，还需进行运行参数设置。

2.2话筒音量控制喷泉的设计。只需在图（一）音频输入端加一个多路转换开关，一路接DVD的音频输出，一路接话筒经放大电路放大后的输出即可。由于话筒转化为电信号的电平比DVD线路输出要低60—70dB，故话筒电压放大的放大电路放大倍数应设计在1000倍以上。所以应采用多级放大，设两级放大，放大倍数接40×40设置，则总放大倍数可达1600。应该可以满足要求，今采用两级直接耦合放大。

2.2.1自动变速程序设计。为了实现喷泉高度变化的多样性和观赏性，决定设计一种单极性正弦曲线变化程序，即水柱高度接正弦规律（单极性）变化。由于前面音乐喷泉系统已设定了变频器的参数，而使用者一般难以懂得如何操作和修改变频器的参数。故变频器的参数不宜修改，应与音乐喷泉系统的参数一致。为了满足水柱变化快慢可调的要求（不同用户爱好不同）。故各档位运行时间应可修改。所以采用四按钮用于档位运行时间的增减。实质是修改数据寄存器中的数值，即定时器的运行时间。由于前面已用X0—X5，故设定X6、X7作为启动、停止。X10、X11作为定时器定时时间的增减键。为了满足用户要求，决定采用单循环与自动循环，依靠一个开关的两个状态来实现控制，设为X12控制。从而还可以得出自动变速单极性正弦式程序的状态转移图

2.2.2手动变速程序设计。由两个按钮实现手动增速和减速。由于上面用到了X13，故用X14、X15作为增减速按钮输入。X16作为手动变速的启动按钮输入，X17作为手动变速的停止按钮输入。

2.3综合程序设计。对于小型音乐喷泉系统而言，具有上述4种功能已较完备了。上面是分体设计，每步子程序均有启动与停止，会造成两个方面的困扰：第一，开关按钮过多，不利于使用者操作；第二，浪费输入端子，从这两方面原因考虑，可将各程序的启动和停止合并用一个启动与停止。由于上述运行方式有多种，而各种运行不能并存（即不能同时运行两种及两种以上的功能）。故应对各功能的选用设置专用选择开关，防止程序出错，使PLC无所适从。

该选择开关应具备下列几档：声乐控制、自动、单调、手动四个档位。而启动与停止则各用1个输入，速度增减2个输入，时间长短控制2个输入，加上音乐ADC输出4个输入共需14个输入。而输出没有变化，故总程序的I/O分配需重新分配。为了防止程序的修改量最小，故仍选用X1—X4接ADC输出不变。PLC与变频器由于输出未作改变，故其连接不变。

3.程序调试

经上机调试、仿真、监控，程序完成了预计逻辑要求。endprint