【正文】 第5章 總結與展望……………………………………………………………28 總結…………………………………………………………………28 展望…………………………………………………………………28致謝……………………………………………………………………………30參考文獻………………………………………………………………………31 2015屆電氣工程及其自動化專業(yè)畢業(yè)設計（論文）第1章 緒論音樂噴泉是一種獨特的人工景觀，具有很大的觀賞價值，通常用于大型廣場、寬廣的湖面、主題公園等。噴泉的形態(tài)、聲音、色彩形成了一道人工的自然景觀，同周圍的自然環(huán)境、建筑環(huán)境交相輝映，給原環(huán)境增添了無限生機。給由鋼筋混泥土組成的城市增添了自然氣息，改善了城市環(huán)境的質量，為人們提供良好的聚集、散步、休閑的室外環(huán)境。由于人們對生活環(huán)境高的要求，已使音樂噴泉發(fā)展成為一種產業(yè)[1]。目前，我國生產音樂噴泉的公司有上百家，一些公司有很強的實力，國內比較著名的公司有：上海雨琦噴泉工程有限公司，長沙喜馬拉雅音樂噴泉有限公司，南京泉杰景觀工程有限公司等。這些公司在全國承接各類大型音樂噴泉等，從工程設計到制作、安裝、調試提供一套完善的服務體系。但從實際使用的情況來看我國音樂噴泉公司生產的音樂噴泉同國外相比，其水平和質量還是有不小的差距。原因是水型和燈光實時跟蹤音樂的“四大要素”（水、聲、光、電）沒有處理好[2]。我國現(xiàn)有的音樂噴泉在音樂節(jié)奏、強弱、節(jié)奏性、協(xié)調性、音樂內涵的表現(xiàn)等方面還存在不足之處。目前，國內外的音樂噴泉都只能演奏幾首歌曲，這是因為音樂噴泉表演程序的設計、開發(fā)和調試非常繁瑣。音樂噴泉控制系統(tǒng)是當今國際上先進的科技成果，集音樂控制、程序控制、人工智能于一體的工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)。它的控制設備是多媒體工業(yè)PC、PLC或電腦音樂噴泉控制器，它能實現(xiàn)實時音控，自行識別樂曲旋律、節(jié)奏、樂感和音頻的強弱。該系統(tǒng)是音樂噴泉在控制設備的指揮下，跟隨樂曲旋律不斷變化水型，并與音樂同步[15]。噴泉的控制系統(tǒng)可采用單片機、可編程控制器，甚至可采用工業(yè)控制機作為控制核心。其電氣設備包括水泵、燈光、音響、變頻器等。一個音樂噴泉藝術效果的表現(xiàn)力不僅與音樂噴泉的整體造型、噴頭的空間造型、水泵的功率等硬件因素有關，還與噴泉的程序控制水平有關。硬件是音樂噴泉的基礎，程序控制是音樂噴泉變化的靈魂。從德國人20世紀發(fā)明音樂噴泉到現(xiàn)在已有幾十年的歷史了，隨著科學技術的飛速發(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。現(xiàn)將主要的集中控制技術總結如下[1]： （1）程序控制 程序控制是利用預先編寫好的計算機程序來控制噴泉的水形和燈光，使水形和燈光產生不同的變化效果，整個系統(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，便于維護和升級。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。 （2）實時聲控 實時聲控控制方式是目前國內絕大多數(shù)音樂噴泉設備公司采用的控制手段，它可以自動識別和響應任何音頻信號，與程控方式相比，它省去了預先的編程過程，節(jié)約了成本，但這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)時間的長短是固定的，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制。使人聽覺感受和視覺感受不協(xié)調。第三，樂曲的情感段落與水型變化的時間不符，而且千篇一律。（3）預編程控制 預編程控制是根據(jù)某一首樂曲的情感和意境，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、通信技術方面有一定的綜合難度。（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，噴泉的控制系統(tǒng)不斷的完善和升級，其中變頻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。變頻控制系統(tǒng)的應用會給大型音樂噴泉增色很多，可以使音樂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。因而音樂噴泉變頻調速技術具有廣闊的應用前景。 課題研究的內容及意義音樂噴泉作為一種獨特的人工景觀，其產生的景觀效果非常美麗。在廣場、平靜的湖面、公園設置一個音樂噴泉，將使原來靜態(tài)的景觀變成動態(tài)的景觀，其產生的效果不是其他人工景觀可以比擬的。正是這種原因推動了音樂噴泉的發(fā)展和研究[3]。本課題采用先進的控制設備，來研究音樂噴泉控制系統(tǒng)。第一，采用PLC控制技術，研究設計符合項目要求的控制程序。第二，采用變頻技術。從揚聲器兩段采集的音頻信號作為控制信號，去控制變頻器的輸出頻率，控制水泵的轉速，從而達到噴泉水柱根據(jù)音樂節(jié)奏變化。在設計中，要解決的問題主要有：水泵電機間歇工作所產生的瞬間電壓波動和干擾；變頻的高頻大電流抑制；工程的造價及設備的性價比；同時還要考慮控制系統(tǒng)的可靠性和擴展性。 本章小結本章主要對音樂噴泉的發(fā)展現(xiàn)狀做了簡單的介紹，以及音樂噴泉控制系統(tǒng)現(xiàn)有的四種控制技術（程序控制、實時聲控、預編程控制、變頻控制）。介紹了本課題的研究內容和意義和在設計中要解決的主要問題等。第2章 PLC音樂噴泉控制系統(tǒng)概述 音樂噴泉控制系統(tǒng)設計要求本次音樂噴泉建立在面積為20的廣場上。該音樂噴泉由中心區(qū)和圍繞中心區(qū)的一個環(huán)構成。中心區(qū)是由一個噴頭控制的最大高度為15M的主水柱。中心區(qū)外面一圈有8個跑泉，由一臺4kw潛水泵和三菱FRF740變頻器控制。另外中心區(qū)和外層之間有紅、黃、綠3種彩燈共17盞。 音樂噴泉平面示意圖本次音樂噴泉控制系統(tǒng)有兩種工作方式：音樂控制方式和固定程序控制方式。（1）音樂控制方式。當按下音控按鈕后，延遲30s后音控程序啟動，PLC輸入輸出模塊開始采集音頻信號并進行A/D轉換作為PLC的輸入信號，經PLC處理后控制變頻器的運行，從而控制水泵的轉速和彩燈的變換實現(xiàn)音控。（2）固定程序控制方式。當按下程控按鈕后，延遲30s后固定控制程序啟動，首先主水柱運行，延時20s后外圈水柱運行，延時20s后主水柱停止，外圈水柱停止，延時20s后主水柱、外圈水柱同時運行。根據(jù)系統(tǒng)結構音樂噴泉系統(tǒng)能否可靠、穩(wěn)定的運行，取決于所采用的硬件設備和軟件系統(tǒng)。為滿足整個系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定運行的要求，音樂噴泉控制系統(tǒng)的設計應遵循以下原則[4]：（1）系統(tǒng)硬件設備先進可靠，技術成熟，具有連接所需的不同參數(shù)信號的功能，與現(xiàn)場儀表及控制執(zhí)行機構等設備的接口規(guī)范，系統(tǒng)結構簡單。（2）系統(tǒng)軟件技術成熟、可靠，操作系統(tǒng)及開發(fā)平臺版本新，功能先進、齊全，易于維護、調試。