【正文】 設定為 ，這樣設定的目的是為了提高變頻器的反應時間，使之與音樂的各個音符之間的最小間隔時間相匹配；如果該時間設定值過大，當音符由上一個變化至下一個音符時，變頻器的反應就不迅速了，這是因為控制 系統電路原理圖中的延遲電路是加在音響和燈光之前的，而沒有在變頻器之前加延遲電路，故不能直接對變頻器進行延時處理，所以，變頻器的設定值取較小值為宜。 根據以上條件 可選擇 成都中南實業(yè)有限公司 提供的西門子全新一代標準變頻器，變頻器型號為 MICROMASTE 440 通用型的 變頻器。 ② 變頻器的容量計算 [17] 由于變頻器只驅動一臺電機，而對于連續(xù)運轉的變頻器必須滿足下列 3 項計算公式： 滿足負載要求輸出： c o s1 .0 5 3 4 .4 70 .8 2 0 .8 6MCMKPPKV A?? ????? 式（ ） 滿足電動機容量： 333 1 03 1 0 1 .0 5 3 8 0 7 .5 4 5 .2 1CM E EP KU I AKV A????? ? ? ? ? ? 式（ ） 滿足電動機電流： 5 7 .54 7 .92C M EI K I A?? ? ? 式（ ） 式中： PCM是變頻器的容量、 PM負載要求的電動機軸輸出功率、 UE是電動機的額定電壓、 IE電動機的額定電流、η是電動機的效率、 cos? 電動機功率因素、 K 是電流波形補償系數，由于變頻器的輸出波形不是完全的正 弦，而含有高次諧波的成分，其電流應有所增加。個別電機額定 電流值較特殊，不在常用標準規(guī)格附近，又有的電機額定電壓低，額定電流偏大，此時要求變頻器的額定電流必須等于或大于電機額定電流 [16]。 根據 變頻器的選用原則 ： 變頻器的輸出功率和電流選擇必須等于或大于被驅動異步電機的功率和電流 。故直接選擇具有數字輸入的變頻器，但是一般的變頻器不能直接與單片機相連，需要進行強弱電的隔離處理。由于變頻器有數字輸入和模擬輸入的信號類型。雙極性 SPWM 波如圖 所示 ,其中圖 (a)是三角形的載波與正弦形信號進行比較的情形，圖 (b)是比較后獲的 SPWM 波形。為了達到這一控制原理，下面對通用性的變頻器的工作原理進行了簡單的介紹： 控制電路 1— 整流部分 2— 濾波部分 3— 逆變部分 4— 控制部分 5— 負載 圖 通用變頻器基本電路 通用變頻器的基本電路如圖 所示，它由 4 個主要部分組成，分別是 ： 1— 整流部分，把交流電壓變?yōu)橹绷麟妷?； 2— 濾波部分，把脈動較大的交流電進行濾波變成比較平滑的直流電 ； 3— 逆變部分，把直流電又轉換成三相交流電，這種逆變電路一般是利用功率開關元件按照控制電路的驅動、輸出脈沖寬度被調制的 PWM 波，或者正弦脈寬調制 SPWM 波，當這種波形的電壓加到負載上時，由于負載電感作用，使電流連續(xù)化， 16 變成接近正弦形波的電流波形 ； 4— 控制電路是用來產生輸出逆變橋所需要的各驅動信號，這些信 號是受外部指令決定的，有頻率、頻率上升下降速率、外部通斷控制以及變頻器內部各種各樣的保護和反饋信號的綜合控制等。即： RAM 地址： 000H～ 00FFH 命令口： 0100H PA 口 : 0101H PB 口： 0102H PC 口： 0103H 命令字： 0FH 8155 的初始化程序如下： CLR ； 8155 復位 SETB CLR SETB ； 8155IO/M=1 選擇使用在輸出輸入口 MOV DPTR， 100H ；命令 /狀態(tài)寄存器地址 100H（指向命令口） MOV A,0FH ；設定命令 /狀態(tài)寄存器 PA， PB， PC為輸出 MOVX DPTR， A ；寫入命令字 表 8155 端口地址表 IO 口 命令口 PA PB PC 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 十六進制數 0100H 0101H 0102H 0103H 15 表 8155 命令字表 TM2 TM1 IEB IEA PC2 PC1 PB PA 命令字 0 0 0 0 1 1 1 1 0FH 變頻器的選擇 ①變頻器 工作控制 的 原理 根據設計要求，浪花與音樂要保持同步， 在此 提出了以下 3 點問題： 1） 怎樣實現噴泉與音樂的同步 ； 2） 變頻器能否瞬時響應 ； 3） 整套設備的調試和絕緣安全性 。 RESET 與 口相連，即采用軟件復位，以減少復位電路，節(jié)約設計成本，其他引腳連接如硬件原理圖附錄 A 所示。 8155 的初始化 將 8155 的地址 /數據復用線 AD0～ AD7與 8751 單片機的 P0 口相連，作為數據的內外傳遞，使片選信號 CE 接地，讓芯片始終被選中。因而具有很寬的應用領域，有逐步取代傳統電磁繼電器之勢，并且可以進一步擴展到傳統電磁繼電器無法應用的計算機等領域 [13]。整個器件無可動部件及觸點，可實現常用的機械式電磁繼電器一樣的功能。其中兩個端子為輸入控制端，另外兩端為輸出受控端，中間采用光電隔離，作為輸入輸出之間電氣隔離 (浮空 )。 為了使音響和花形變化同步，系統采用了硬件延時電路，其電路設計將在后面進行；為了實現強電與弱電之間隔離，采用了 光電隔離電路。由于系統中的電磁閥數量較多，且每個電磁閥都需要一個控制信號，同時還有變頻器的控制，所以單片機的輸出口點數不夠，故需進行輸出口的擴展，以便電磁閥和變頻器的控制，也方便今后其它控制動作改造?？紤]到本系統的控制特點：主要的數據處理時進行放音處理，如何將存入單片機中的音樂播放出來，這是一個關鍵，需要硬件和軟件的協同工作。 13 控制系統的 硬件設計 系統組成 該硬件電路的核心是 8751 單片機，其片內具有 4KB 的 EPROM，無須外擴程序存儲器；該系統中控制的對象，沒有大量的運算和暫存數據，片內的 128B 的 RAM已足以滿足容量要求，故不必進行片外的 RAM 擴展。 單片機型號選擇 確定 單片機型號 經查 INTER 公司主要單片機微處理器系列 MCS4 MCS5 RUPI4 MCS96等， 考慮到本設計的特點，需要將程序預先寫入程序存儲器，只有選擇具有可擦除功能的程序存儲器 [11]。同樣，單片機對變頻器的控制也與之類似，只不過控制字的編制是根據音樂的頻率進行編制的，而且查表的方式也有所不同，這將在后面的內容中進行闡述；因而變頻器根據所接受的信號，輸出不同的頻率值，以控制水泵的轉速，進而達到控制噴泉管路中的流量，就可以控制 水柱的高度和花形大小了。由控制原理圖可以看出。由此可以計算出水池的最大蓄水量為 ： 22 32 . 5 0 . 3 5 1 . 7 244dhVm?? ??? ? ? 式（ ） 其平面俯視圖如下： 11 1 圖 噴水池的尺寸及管道和燈具布置圖 1水下燈 2管道 3池壁 12 3 控制系統的設計 控制系統的方案設計 揚聲器燈光 電磁閥 光電隔離 噴頭 潛水泵變頻器延遲放大單片機 S S R 圖 控制原理圖 方案：控制系統是由單片機、延遲放大電路、光電隔離電路及電磁閥和變頻器組成，其控制結構形式如圖 所示。 表 潛水泵的主要技術參數表 型 號 額定流量(m3/h) 額定揚程(m) 額定功率 （ kw） 額定轉速(R/min) 額定電流(A) 額定電壓(V) 配管內徑(mm) 40 3 2860 380 50 噴水池的設計 噴水池的組成 噴水池由池底、池壁、噴水供水管、吸水管、溢水管、泄水管、補充劑水管等組成。 水泵及電機的選擇 潛水泵泵體 可以 完全浸于水中工作，其電動機和水泵的運動部件都是利用水來潤滑，所以不會產生過高的水溫，效率較 高，既減少了機械損失又減少了水頭損失。 經查文獻 [7]選擇水下 燈具 如表 。 直通式管接頭 ：用于球閥、電磁閥和噴頭之間的連接。 球閥 :安裝在電磁閥和管道之間 ,使用它的目的是為了 ,再安裝調試時 ,便于調 9 節(jié)噴頭內的水流量 ,以便到達用戶想要的噴水高度和噴水花形大小。 SLDF 系列電磁閥是是使水柱的變化隨音樂的節(jié)奏而變化得 到不同的花型，達到花型效果。 浮球閥是依靠水位變化而自動控制水流的開關。連接型式有內螺紋和法蘭兩種，公稱壓力一般在 10kg/ 2cm 以下。 6～155 4～ 9 ≤ 10 普通管 ≤ 16 加厚管 ② 控制管件 在噴泉管路中常用的閥門主要由閘閥，截止閥，逆止閥，電磁閥。 表 噴泉管道材料選擇表 管材類別和名稱 產品特征 優(yōu)點 缺點 金屬管 水煤氣鋼管 鍍鋅鋼管︵白鐵管︶ 管徑︵mm︶ 單根長度（ m） 容許工作壓力（ kg/2cm ） 堅韌：耐力大，抗震佳，彎切易 薄輕：壁薄，質輕，耗料少 不 糙：內壁較光滑，水力條件好 易裝：連接方便（白鐵管的鍍鋅層能保護管和稅的色味不銹 損） 易生銹：埋在土中 易腐蝕，其壽命為 20～30 年。 ① 連接管件 鋼管的連接方式有螺紋連接，焊接和法蘭連接三種。 管材的選用 按表 選擇噴泉主管道為公稱通徑為 50mm，外徑為 60mm 的鋼管，管螺紋連接方式（圓柱形管螺紋），其螺紋長度為 24mm，基面處 大 徑為 。 8 ④ 連接噴頭的水管不能有急劇的變化 ， 直管 的長度不小于噴頭直徑的 20～ 50倍 ， 以保持射流的穩(wěn)定。 ② 由于蒸發(fā)等原因，造成噴水池內水量的損失，另外水泵運行前需要充水 ， 因此噴水池需設補充供水管。即 ??沿 局總h = h + h 式 （ ） 式中 h— 總水頭損失 ∑ h 沿 — 沿程水頭損失之和 ∑ h 局 — 局部水 頭損失之和 噴泉的管道布置、管材及附件選擇 噴泉的管道布置 噴泉的管道主要由輸水管、配水管、補給水管、溢水管和泄水管等組成。 ① 管徑的計算 由水力學公式得知 2,4Q A V A D?? ? ?而 ，將其代入上式，移項得 [1]： ?4QD= V式（ ） 式中 D— 管徑 Q — 流量 A— 水管的過水斷面積 （通流面積） π — 圓周率 V— 流速 查標準管道直徑系列無 48mm 的管徑，因此需對其修正，查標準管徑系列取D=50mm. ②水 頭損失計算 噴泉中使用的管道都是壓力管道，水流經管道時能量損失叫水頭損失。 5 水泵 1— 花柱噴頭 6— 樹冰噴頭 1 1 15— 萬向直流噴頭 1 1 16— 扁嘴噴頭 圖 噴泉造型平面圖 噴泉的管網設計 噴泉的水力計算 ① 水平射程和噴水高度 影響噴頭水平射程的因素很多，但主要 因數 是工作壓力，噴嘴直徑和噴射角度 ,射流曲線軌跡的幾個主要參數見圖 。當垂直視角在 30 度、水平視角在 45度的范圍內，有良好的視域 [1]。由于噴泉設置在酒店門口，為了取得較好的視距效果。同時，本方案具有花形控制靈活，花形變化類型多，而且觀賞效果好，可以從各個方向上都能夠看到同樣的花形，作為酒店門 口的迎賓用的音樂噴泉是較佳的選擇。 4 2 音樂噴泉造型系統設計 造型方案設計及選擇 方案：設 置了十六個噴頭，分內外兩圈布置， 在水池的 中心 還設置了 一個 花柱噴頭， 噴泉造型如圖 所示 。 通過上述分析，本課題將同時采用 第二類水形 和 第四類水形 ，即控制系統須控制變頻器的動作，實現對水泵轉速控制，讓噴泉在運行時，可以看到水柱的連續(xù)升降和花 型 的大小變化效果；為了在噴泉運行過程中 ，隨音樂的節(jié)奏變化，可以在不同的瞬時獲得不同的花形，系統將設有一定數量的電磁閥，系