【正文】 面的展現(xiàn)出來。本課題設(shè)計(jì)的這款音樂噴泉，它總共由4大部分組成，這4部分由里到外，由低到高。最外邊的一層是通過110個(gè)噴頭組成的跑泉，噴泉高度大約3米，這是第一部分。第二部分是由70個(gè)噴頭組成的跑泉，噴泉的時(shí)候高度稍微比外圈高了一些大約5米左右，第三部分由兩個(gè)三角形噴泉組成，這兩個(gè)三角形距離中心的距離相等，他們分別由3個(gè)噴頭構(gòu)成，噴泉噴射的高度大約8米，本課題中也稱為副水柱。第4部分由6個(gè)噴頭組成的同心圓構(gòu)成，噴射的高度大約12米。是該噴泉噴射高度最高的地方，在本課題稱它為主水柱。本課題中的音樂噴泉總共需要5臺(tái)水泵，4臺(tái)變頻器。第一部分需要一臺(tái)10千瓦的水泵和一臺(tái)變頻器，第二部分需要一臺(tái)15千瓦的水泵和一臺(tái)變頻器，第三部分由兩臺(tái)10千瓦的水泵和一臺(tái)變頻器構(gòu)成，第四部分由一臺(tái)20千瓦的水泵和一臺(tái)變頻器構(gòu)成。當(dāng)然燈光是不能少的，如果沒有了燈光，噴泉就沒有了生命力，本課題中的噴泉用了4種顏色的的燈光，分別是紅、綠、黃、藍(lán)色的燈，在第一部分與第二部分中間各有16盞燈交叉放置，第二部分與第三部分中間放了12盞燈，這四種交叉放置。第三部分與第四部分中間放置了4盞燈，一種顏色一盞，四個(gè)方向顏色不同。整個(gè)音樂噴泉的平面圖如圖1所示。圖1 音樂噴泉的平面圖這一次設(shè)計(jì)的這款音樂噴泉，對(duì)控制系統(tǒng)要求比較嚴(yán)格，控制功能復(fù)雜，而且要求系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)控制。并且要保證控制系統(tǒng)的可靠性，所以采用了模塊化，我設(shè)計(jì)的噴泉系統(tǒng)由PLC模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、變頻器模塊組成。這次設(shè)計(jì)的噴泉控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如下面的圖2所示。噴頭水泵 變頻器模擬量輸出音樂燈光 放大I/O擴(kuò)展PLC模擬量輸入圖2 噴泉控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖噴泉的控制系統(tǒng)以PLC為控制核心，其流程如下，首先音樂通過音箱進(jìn)行播放，然后進(jìn)行音樂信號(hào)的放大和采集，采集完畢后，送入由I/O擴(kuò)展模塊組成的模擬量輸入接口，再由I/O擴(kuò)展模塊送入PLC進(jìn)行運(yùn)算處理，PLC處理完后再將信息通過I/O擴(kuò)展模塊的模擬量輸出口輸出，輸出給變頻器，變頻器通過該信號(hào)控制水泵，水泵通過控制水的流量控制噴頭，從而使噴泉具有樂感，跟音樂一起波動(dòng)。與此同時(shí)PLC還控制燈光，到達(dá)燈光與噴泉相結(jié)合的藝術(shù)效果。第三章 系統(tǒng)信號(hào)采集及硬件的應(yīng)用音樂是其中不可缺少的部分，所以音樂的知識(shí)不可缺少，音樂其實(shí)就是有規(guī)律的振動(dòng)發(fā)出的音，所有的聲音都是由振動(dòng)產(chǎn)生的，聽著悅耳的聲音，就是比較有規(guī)律的振動(dòng)，無規(guī)律的振動(dòng)那個(gè)就叫做噪聲。聲音又分為純音和復(fù)合音[5]。這個(gè)非常好理解，純音就是特別純正，只有一個(gè)音調(diào)，復(fù)合音就是由多個(gè)純音組成的。聲音這個(gè)東西有很多特征，其中起決定性作用的有音長(zhǎng)、音色、音高和音強(qiáng)。它們分別與發(fā)聲體振動(dòng)的頻率、持續(xù)時(shí)間、振幅和頻譜分布等物理量相對(duì)應(yīng)[5]。越長(zhǎng)的聲音，振動(dòng)的時(shí)間越長(zhǎng)，越短的音振動(dòng)的時(shí)間越短。音色是由發(fā)音的物體決定的，比如每個(gè)人說話的聲音不一樣。聲音越高說明發(fā)音物體頻率振動(dòng)快，聲音越低說明振動(dòng)的頻率越低。音的強(qiáng)弱又叫做聲音的力度，音的強(qiáng)弱取決于振動(dòng)的幅度，你振動(dòng)的幅度越大，聲音就越大[9]。反之也是這個(gè)道理。本次設(shè)計(jì)的音樂噴泉需要實(shí)時(shí)通過音樂來控制噴泉，為了達(dá)到實(shí)時(shí)這個(gè)要求，所以就要對(duì)音樂進(jìn)行采樣，因?yàn)橐魳肥悄M信號(hào)，要求實(shí)時(shí)所以需要一種開關(guān)頻率較高的脈沖進(jìn)行取樣，它的原理是用脈沖的幅度來表示音樂的信號(hào)的強(qiáng)度。在得到音樂信號(hào)后首先要進(jìn)行濾波，因?yàn)橐魳返念l率是有一定的范圍的，通過高通濾波、低通濾波器把其中的干擾去掉，然后在進(jìn)行信號(hào)的放大，因?yàn)槲覀兯杉降男盘?hào)是很小的。直接給PLC,PLC也無法收到，也就無法進(jìn)行運(yùn)算處理。放大之后還要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，因?yàn)闄C(jī)器只能識(shí)別像二進(jìn)制這樣的代碼，所以就需要將采集到的信號(hào)進(jìn)行離散化。采樣定理的提出者香農(nóng)，曾經(jīng)說過這樣的一句話 “如果要對(duì)一個(gè)模擬信號(hào)離散時(shí)，必須要滿足采樣頻率等于或者大于被采樣信號(hào)最大的頻率fm的2倍那么大才可以，這樣就可以通過適當(dāng)?shù)牡屯V波、高通濾波裝裝置，從樣本值里的一串信號(hào)中完完整整地恢復(fù)出原來的信號(hào)”[6]。它因?yàn)檫@個(gè)定理很出名，后來人們?yōu)榱思o(jì)念他，將這個(gè)頻率又叫做香農(nóng)頻率。在進(jìn)行采樣的時(shí)候，選擇頻率非常的重要，頻率決定著周期。所以要選擇一個(gè)合適的頻率，根據(jù)香農(nóng)定理，它一般比信號(hào)頻率要高出一倍左右。設(shè)計(jì)噴泉其中的第四部分，也就是噴泉的最中心的部分，它是整個(gè)噴泉的核心，所以這部分噴頭的選擇應(yīng)該大號(hào)的直噴頭。直噴頭噴出的水量不僅多，而且要有強(qiáng)度，壓力大，要給欣賞人一種怒放的感覺，這種噴頭噴出的水奔放美麗，就像東北人屬于比較豪放的感覺。這種噴頭也能夠改變噴射的方向。因?yàn)檫@種噴頭要接觸水，所以材質(zhì)要耐水的腐蝕，還有就是承受的壓力大，所以選用鑄銅、和不銹鋼的直噴頭，如圖4所示。圖 4 直噴頭結(jié)構(gòu)圖本次設(shè)計(jì)噴泉的第三部分，位于第四部分的兩邊，該部分的噴泉噴射的高度比第四部分的噴泉噴射的高度低了4米，所以該部分噴射出的噴泉應(yīng)該比第四部分的細(xì)，流量小一些，所以選擇了中型號(hào)的直噴頭，這種噴頭也能夠調(diào)節(jié)噴射的角度，它噴射的給人感覺，比較流暢，比較適中。因?yàn)檫@種噴頭要接觸水，所以材質(zhì)要耐水的腐蝕，還有就是承受的壓力大，所以選用鑄銅、和不銹鋼做噴頭，如圖5所示。圖5 中型直噴頭結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)噴泉的第二部分，它位于里圈跑泉的位置，跑泉是組成噴泉必不可缺少的部分，他能進(jìn)行多種形狀的變化，讓你們感到變幻莫測(cè)，激起人們的好奇心，這種噴泉需要噴射的高度低，因?yàn)楦叨鹊?，所以噴泉水柱就?huì)粗，顯得像大理石柱一樣，在加上上燈光的組合，非常的壯觀，非常的漂亮。并且噴射的時(shí)候能把水池中的水帶出來一小部分，優(yōu)點(diǎn)像大樹一樣，所以這種噴泉又叫樹狀噴泉頭。這種噴泉頭的材質(zhì)也是由鑄銅、不銹鋼組成的，如圖6所示。圖6 樹狀噴頭結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)音樂噴泉的第一部分，它位于整個(gè)噴泉的最外層，它也是一層跑泉最外面的這組跑泉噴射的高度很低，它主要為了凸顯里邊噴泉的高度，顯得整體有層次感，這部分選擇的噴頭叫做珍珠噴頭，這樣的噴頭噴射的時(shí)候很低，就像涌泉一樣。很好看，很豐滿，它噴出的水柱夾有很多氣體，從遠(yuǎn)處看，有點(diǎn)像在云間一般。該組噴頭的材質(zhì)也為鑄銅和不銹鋼，如圖7所示。圖7 珍珠噴頭結(jié)構(gòu)圖水泵在我們平時(shí)的生活中隨處可見，水泵在我們的日常生活中早就成了不可缺少的一部分，大部分人對(duì)水泵都不是很了解，但是對(duì)于我們搞控制的人來說，水泵必須十分的了解。水泵的性能參數(shù)有流量、揚(yáng)程、功率、效率，轉(zhuǎn)速，有的高級(jí)水泵還有表示汽蝕參數(shù)的能力，并且這些參數(shù)都反映了泵的整體性能，下面具體解釋下各性能參數(shù)：流量流量就是泵體在一定的時(shí)間內(nèi)所輸出的液體數(shù)量，還有的用所流過的液體的重量表示，它常用的符號(hào)Q表示[7]。揚(yáng)程揚(yáng)程就是指在用泵的過程中，液體由進(jìn)到出后所得到的能量，一般都裝化為距離，揚(yáng)程大的水泵，做的功就多，泵的揚(yáng)程用H表示。功率與效率評(píng)價(jià)一個(gè)泵的好壞，最有效的就是比泵的功率和效率，泵的功率分為3種，這3種包括有效功率，軸功率，原動(dòng)機(jī)功率。由泵流出的液體所獲得能量，叫做有效功率。一般大功率的泵都是由一臺(tái)電機(jī)和一個(gè)泵頭組成，電機(jī)通過軸帶動(dòng)泵，軸上的功率就是軸功率，電動(dòng)機(jī)的功率就是原動(dòng)機(jī)功率。一般要配置較大的泵，事先留出余量。效率是指有效功率與原動(dòng)機(jī)效率的比值。轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速就是指泵里邊的軸的每分鐘轉(zhuǎn)的圈數(shù)，它用符號(hào)n表達(dá)，它的單位為r／min[8]。泵的并、串運(yùn)行特點(diǎn)：只有當(dāng)水泵的揚(yáng)程都相同的時(shí)候，泵才能并聯(lián)，泵的并聯(lián)的好處是能夠增加液體的流量，能節(jié)約不少時(shí)間。只有當(dāng)泵的流量差不多的時(shí)候，泵才能串聯(lián)，泵的串聯(lián)的好處是能提高泵的總揚(yáng)程，揚(yáng)程大，流出的液體能量高，噴的距離遠(yuǎn)。隨著中國(guó)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在的水泵的樣也越來越多，還有不少泵是專門針對(duì)某些特殊用途的專用水泵。例如現(xiàn)在有、離心泵、水輪泵、真空泵、往復(fù)泵、羅茨泵、計(jì)量泵、等等。這些泵的名稱叫法沒有具體的歸類，但是大致可分為兩類，分為葉片式和容積式[9]。還有不少的是按照用途分的，例如消防泵、醫(yī)用泵。現(xiàn)在只要你能設(shè)計(jì)出來，通過了國(guó)家的審批，就能產(chǎn)出一種新式的泵。就泵來說，國(guó)內(nèi)的泵的種類遠(yuǎn)遠(yuǎn)超于外國(guó)的泵，但是國(guó)外的泵的質(zhì)量比我們國(guó)內(nèi)的泵的質(zhì)量稍微好一些,也更精密一些。把泵按結(jié)構(gòu)分：容積式容積式的水泵是利用帶活塞的缸，通過來回推動(dòng)活塞，使缸內(nèi)的的容積交叉變化，來把液體帶進(jìn)來，帶出去。識(shí)別這樣的泵的方法很簡(jiǎn)單，這樣的泵一般都有缸體。如往復(fù)泵。 葉片式葉片式的泵是利用葉片，帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，改變氣壓，或者帶動(dòng)液體轉(zhuǎn)的到能量。這種泵的應(yīng)用比較多，大到工業(yè)用的水泵，小到農(nóng)村家水泵，都是看得見這樣的葉片式泵。葉片式的泵還可以細(xì)分為很多種，離心式、軸流式、混流式等等。一般帶有葉片的泵都是葉片泵。如潛水泵。一、離心式泵的工作原理離心式的泵是通過葉片飛速的旋轉(zhuǎn)，葉片被裝在一個(gè)螺旋狀的半封閉的空間里，隨著葉片的旋轉(zhuǎn)，空間里的空氣別變得稀薄，這樣液體就會(huì)被抽送上來，葉輪轉(zhuǎn)的越快，液體流出的越快。二、軸流式泵與工作原理軸流室內(nèi)泵的工作原理是利用，葉片在旋轉(zhuǎn)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生一個(gè)像前的推力，就像船的螺旋槳一樣。葉片的飛速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生推進(jìn)力，讓流體有了動(dòng)能和壓能。這種軸流式式的泵適用于大型的循環(huán)水泵。 三、往復(fù)泵的工作原理往復(fù)泵的工作原理有點(diǎn)像小汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)，它一般都會(huì)有一個(gè)缸，有一個(gè)連動(dòng)桿，它帶動(dòng)桿在缸內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這樣的一進(jìn)一出，就帶動(dòng)液體流出了。這是一種相對(duì)簡(jiǎn)單的泵，所以在我們平時(shí)的使用中較少。 四、環(huán)式真空泵的工作原理環(huán)式真空泵在使用之前必須得灌滿水，它在設(shè)計(jì)時(shí)候，故意把葉片在泵殼內(nèi)裝偏，當(dāng)葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片也會(huì)產(chǎn)生離心的效果，水打在了泵殼內(nèi)壁，慢慢會(huì)形成一個(gè)水環(huán)，這個(gè)水環(huán)會(huì)與葉輪相切。這個(gè)泵利用泵殼與葉輪不同心，致使泵殼內(nèi)會(huì)慢慢分成兩部分，一部分為一半為水，一半為真空，水被排至外邊。空氣的那部分會(huì)繼續(xù)壓制其余的水進(jìn)入泵內(nèi)。 五、羅茨真空泵工作原理羅茨三兄弟發(fā)明了羅茨真空泵，它還利用了這個(gè)泵的原理發(fā)明了一種鼓風(fēng)機(jī)，非常的有名，羅茨發(fā)明的這種真空泵，泵內(nèi)有一個(gè)封閉的空間，有一對(duì)葉型轉(zhuǎn)子，當(dāng)這對(duì)葉型轉(zhuǎn)子同方向時(shí)會(huì)把液體帶進(jìn)泵內(nèi)，當(dāng)這對(duì)轉(zhuǎn)子方向相反時(shí)會(huì)把液體排除泵，羅茨泵的工作原理想法比較超前，設(shè)計(jì)獨(dú)特。有很多優(yōu)點(diǎn)，大多數(shù)情況下，羅茨泵的優(yōu)點(diǎn)有一下幾點(diǎn)： 羅茨泵不像離心泵那樣，得把液體攪起來，羅茨泵的葉片直接轉(zhuǎn)就能立即把液體噴射出來； 對(duì)被抽送的液體沒有特殊的要求，應(yīng)用廣泛； 羅茨泵的轉(zhuǎn)子是待在所抽的液體中所以不必潤(rùn)滑； 羅茨泵采用對(duì)稱形狀的葉片，所以驅(qū)動(dòng)功率小，振動(dòng)小，機(jī)械摩擦損失小，噪聲就??； 羅茨泵獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，不用排氣閥