声控喷泉设计.doc

目录
1引言 1
2 方案论证 1
设计思路 1
方案论证 1
1
与传统喷泉方案的比较 3
新方案总体设计框图 5
3 系统框图中各硬件的选取及电路设计 5
喷嘴及彩灯平面布置图 5
6
变频器的选型 7
可编程控制器的选择 9
PLC概述 9
PLC的选型 9
LED水下彩灯的选型 10
水泵选择 11
硬件接线 12
花型及灯光控制 13
4 程序设计 13
5 结束语 14
致谢 14
参考文献 15
附录1 16
1引言
随着城市化进程的加速,全国各地城市、小区广场喷泉如雨后春笋般建造起来。然而喷泉建设中也出现了不少的问题,例如设计方面追求大型,喷泉唯美而忽略周边环境,不注重节水等问题。从喷泉在祖国各地的推广及设计方面存在的问题来看,对喷泉的研究具有很大的经济效益和社会效益。
喷泉设计的研究内容主要有以下几个方面:
(1)机械方面,喷嘴及水下彩灯的布置,管路的布置,各种接头的衔接。
(2)硬件设计方面,水泵规格、喷嘴类型、水下彩灯规格、PLC型号、变频器型号、音响设备等选择。
(3)软件设计方面,程序的编写。
(4)电路方面,怎样才能安全、长久、节能的运行下去。
本设计以变频器和可编程控制器PLC为核心,利用了变频器控制水泵的转速与松下FP0-C16 PLC的控制功能,协调了声音、灯光、水柱的变化,实现了对喷泉的控制。
2 方案论证
设计思路
根据系统设计要求,本系统的主要任务是:
(1)彻底解决水柱与声音信号的线性变化问题。
(2)利用PLC控制喷泉花样及灯光变化。
基于此,本设计应实现以下功能:选择一款变频器,它的能控制水泵的转速,解决水柱与声音信号的线性变化问题;喷泉水型能变化,花型方案由用户设计编程来解决。因此在系统中使用了变频技术和PLC的控制系统。由于喷泉花型可以根据个人爱好变化,所以对控制系统的设计提出了一些要求。
方案论证

在声控喷泉的传统设计中,为了满足一般喷泉的功能,通常设计的喷泉方案如图1所示。
其中,常设灯光和变化灯光由继电器控制,常量水泵控制固定花样的喷头,变量水泵用做声音信号的执行器件。电磁阀控制其他的一些变化功能。当喷泉工作在静态时,计算机定时循环输出一组数字量,经光电隔离和驱动后控制电磁阀和继电器,从而控制水底彩灯和常设喷头的通断,此时的控制主要是开关量的循环输出。当喷泉工作于动态时,从声音设备前级输入到计算机的音频信号被分成
两路,一路经检波处理后控制变量水泵的压力,实现水柱的上下运动;另一路经处理后送音响设备的功效。
计算机及接口
常
设及变量灯光
常
量及变量水泵
电磁阀
喷头
音乐设备
水下彩灯
图1 音乐喷泉系统组成框图
为实现声控喷泉系统的计算机控制,传统设计的计算机接口电路通常如图2所示。音频输入、输出信号和变压控制信号经过A/D、D/A数据板进出计算机。接口板提供10路单控制终端的数据采集通道。%的精度和12位的分辨率。此外,此板还带有5个12位分辨率的输出通道,可插入计算机扩展
槽,直接与PC总线交换数据。根据实际工程中的控制点数设计D/D通道,其中包括光电隔离器和保护电路。通常使用中断来处理数据采集和实时控制,一般情况下选用的计算机为386工控机。
计
算机
A/D
变量泵
D/D
光电隔离
常量泵
音响设备
D/A
驱动
电磁阀
继电器
图2 音乐喷泉控制流程图
传统方案中进行软件设计时,首先将设计好的彩灯与喷头的组合花样作为数据文件存储起来,系统采用定时中断方法处理各项任务,中断服务程序框图如图3所示。
在无音乐或音乐输入无效时,随机选出一种状态数据来完成灯光组合数据输
出。虽然它也能够自动完成多种喷头花样组合及彩灯的变换,但是他不是随音乐
节奏变化而变化,故令人有一种不协调的感觉。如果音乐信号有效,则进行实时音频信号送变量泵输出,音频信号得延时t时刻后,才送功放,同时完成灯光组合数据输出,从而解决了音乐与喷水不能同步的问题。
[2]
在缓存队列中取t时刻以前的音频信号
送功放
有效
无效
灯光
组合
数据
输出
任意
状态
数据
A/D
采样
信号
音乐
开关
数字
信号
处理
变量
泵控
制量
输出
音频
信号
缓存
图3中断服务程序框图
与传统喷泉方案的比较
(1)传统方案是利用电磁阀开关大小控制水柱高度。由图4可知