毕业设计（论文）
题目基于PLC的音乐喷泉
控制系统设计
专业电气工程及其自动化
班级 11电气2班
学生张军（20113264 ）
指导教师李林
职称工程师
高科学院
2015 年
摘要
摘要
音乐喷泉是近年来出现的一种园林建筑与花式观赏相结合的一种产物，它集合声、光、色、形于一体，并产生千变万化的水景。随着可编程控制器的迅速发展，音乐喷泉对控制系统的要求也越来越高，使得越来越多的控制部分需要用可编程控制器来实现。
本课题结合任务书的要求，以音乐喷泉为研究对象，采用三菱PLC作为喷泉的控制器。设计的控制方式有两种：一种是固定程序运行方式。是按事先设计好的步骤一步一步进行，循环执行。另一种控制方式是通过音乐控制喷泉。是通过PLC的中断程序采集播放音乐的音频信号，PLC对采集的音频信号进行标准化算法，将运算的数据转换成模拟量，通过模拟量输出口输出去控制变频器的输出频率，从而控制水泵转速，达到控制喷泉水柱的高低跟随音乐强弱的变化。
本次设计对音乐喷泉控制系统的总体功能进行了分析，并且对可编程控制技术、变频控制技术的应用、发展趋势作了简要介绍，以及音乐喷泉控制总体设计方案、电气系统的整体设计和PLC程序设计思路、变频参数设置。本次设计改善了音乐喷泉系统的控制品质，提高了音乐喷泉控制系统的稳定性。
关键词：音乐喷泉，控制系统，可编程控制器，变频器
ABSTRACT
ABSTRACT
In recent years, music fountain is the emergence of a garden building combined with a fancy watch a product, its collection of sound, light, color, shape, and generates kaleidoscope waterscape. Along with the rapid development of the programmable controller, music fountain is becoming more and higher to the requirement of control system; make more and more need to use PLC to realize control part.
This topic combined with the requirements of the specification, with music fountain as the research object; adopt Mitsubishi PLC as the controller of the fountain model. Design of the control method has two kinds: one is fixed program operation mode. According to design a good steps in advance step by step, execution cycles. Another way of control is through the music fountain control. By PLC interrupt program audio signal collection and play music, audio signal of PLC to standardize algorithm, the algorithm of data into analog and output by analog output to control the output frequency of frequency converter, so as to control water pump speed, to control the fountain water column height to follow music strength changes.
The design of music fountain control system's overall function is analyzed, and the programmable control technology, the application of variable frequency control technology, the development trends are briefly introduced, as well as the music fountain control overall design, the overall design of the electric system and PLC program design and parameter setting of inverter. This design improves the music fountain system control quality; improve the stability of music fountain control system.
KEY WORDS: Musical fountain，Control system，PLC，frequency
目录
目录
第1章绪论 (1)
1.1 音乐喷泉的发展现状 (1)
1.2 本文主要研究内容及意义 (3)
1.3 本章小结 (3)
第2章 PLC音乐喷泉控制系统方案确定 (4)
2.1 音乐喷泉控制系统设计要求 (4)
2.2 音乐喷泉控制系统方案选择 (5)
2.3 本章小结 (6)
第3章音乐喷泉控制系统硬件设计 (7)
3.1 PLC的选型 (7)
3.2 变频器的选型 (8)
3.2.1 变频调速原理 (9)
3.2.2 变频器参数设置 (13)
3.3 音乐喷泉控制系统总电路设计及工作原理分析 (15)
3.4 本章小结 (17)
第4章音乐喷泉控制系统软件设计 (18)
4.1 系统程序流程图 (18)
4.2 系统I/O端口分配表 (18)
4.3 系统程序设计 (19)
4.3.1 梯形图程序设计 (19)
4.3.2 指令表程序转换 (21)
目录
4.3.3 控制程序调试 (24)
4.4 系统整体调试 (26)
4.5 本章小结 (27)
第5章总结与展望 (28)
5.1 总结 (28)
5.2 展望 (28)
致谢 (30)
参考文献 (31)
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第1章绪论
1.1音乐喷泉的发展现状
音乐喷泉是一种独特的人工景观，具有很大的观赏价值，通常用于大型广场、宽广的湖面、主题公园等。喷泉的形态、声音、色彩形成了一道人工的自然景观，同周围的自然环境、建筑环境交相辉映，给原环境增添了无限生机。给由钢筋混泥土组成的城市增添了自然气息，改善了城市环境的质量，为人们提供良好的聚集、散步、休闲的室外环境。由于人们对生活环境高的要求，已使音乐喷泉发展成为一种产业[1]。
目前，我国生产音乐喷泉的公司有上百家，一些公司有很强的实力，国内比较著名的公司有：上海雨琦喷泉工程有限公司，长沙喜马拉雅音乐喷泉有限公司，南京泉杰景观工程有限公司等。这些公司在全国承接各类大型音乐喷泉等，从工程设计到制作、安装、调试提供一套完善的服务体系。
但从实际使用的情况来看我国音乐喷泉公司生产的音乐喷泉同国外相比，其水平和质量还是有不小的差距。原因是水型和灯光实时跟踪音乐的“四大要素”（水、声、光、电）没有处理好[2]。我国现有的音乐喷泉在音乐节奏、强弱、节奏性、协调性、音乐内涵的表现等方面还存在不足之处。目前，国内外的音乐喷泉都只能演奏几首歌曲，这是因为音乐喷泉表演程序的设计、开发和调试非常繁琐。
音乐喷泉控制系统是当今国际上先进的科技成果，集音乐控制、程序控制、人工智能于一体的工业现场控制系统。它的控制设备是多媒体工业PC、PLC或电脑音乐喷泉控制器，它能实现实时音控，自行识别乐曲旋律、节奏、乐感和音频的强弱。该系统是音乐喷泉在控制设备的指挥下，跟随乐曲旋律不断变化水型，并与音乐同步[15]。
喷泉的控制系统可采用单片机、可编程控制器，甚至可采用工业控制
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邓世甲：基于PLC的音乐喷泉控制系统设计
机作为控制核心。其电气设备包括水泵、灯光、音响、变频器等。一个音乐喷泉艺术效果的表现力不仅与音乐喷泉的整体造型、喷头的空间造型、水泵的功率等硬件因素有关，还与喷泉的程序控制水平有关。硬件是音乐喷泉的基础，程序控制是音乐喷泉变化的灵魂。
从德国人20世纪发明音乐喷泉到现在已有几十年的历史了，随着科学技术的飞速发展，音乐喷泉系统的控制水平和科技含量也越来越高，控制方法也越来越多。现将主要的集中控制技术总结如下[1]：
（1）程序控制
程序控制是利用预先编写好的计算机程序来控制喷泉的水形和灯光，使水形和灯光产生不同的变化效果，整个系统通过计算机操作界面控制和显示，可以实现多个程序的随机执行，系统反应快、灵敏度高，能够承受一定的压力和撞击，系统采用模块化结构，便于维护和升级。但是对于音乐特征的识别需要人工完成，即由设计人员对乐曲进行特征提取，编辑处理。这使得系统曲目受到限制，如有新的乐曲加入就需要操作员重新编程处理，会带来很大的工作量。
（2）实时声控
实时声控控制方式是目前国内绝大多数音乐喷泉设备公司采用的控制手段，它可以自动识别和响应任何音频信号，与程控方式相比，它省去了预先的编程过程，节约了成本，但这种控制方式也存在一些问题，首先，水型动作要比音乐滞后，喷泉动作与音乐不协调，其次，水型的出现组合与出现时间的长短是固定的，不论任何曲目，都会出现表演水型与音乐所表达的情感不一制。使人听觉感受和视觉感受不协调。第三，乐曲的情感段落与水型变化的时间不符，而且千篇一律。
（3）预编程控制
预编程控制是根据某一首乐曲的情感和意境，人工编制各种水型、动作、灯光、水泵的开启和关闭，使喷泉的表演与音乐的情感和意境相吻合。此功能在控制技术、计算机技术、通信技术方面有一定的综合难度。
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（4）变频控制
音乐喷泉变频控制是众多控制系统中的一种。随着先进的控制理论和方法在喷泉控制系统中的应用，喷泉的控制系统不断的完善和升级，其中变频技术在喷泉控制系统中的应用也逐渐成熟，并逐步发展为水泵调速控制的主要方式。变频控制系统的应用会给大型音乐喷泉增色很多，可以使音乐喷泉的喷射高度随音乐信号大小变化，使音乐、水花、灯光融为一体，演出一场交响水诗。因而音乐喷泉变频调速技术具有广阔的应用前景。
1.2 课题研究的内容及意义
音乐喷泉作为一种独特的人工景观，其产生的景观效果非常美丽。在广场、平静的湖面、公园设置一个音乐喷泉，将使原来静态的景观变成动态的景观，其产生的效果不是其他人工景观可以比拟的。正是这种原因推动了音乐喷泉的发展和研究[3]。
本课题采用先进的控制设备，来研究音乐喷泉控制系统。第一，采用PLC控制技术，研究设计符合项目要求的控制程序。第二，采用变频技术。从扬声器两段采集的音频信号作为控制信号，去控制变频器的输出频率，控制水泵的转速，从而达到喷泉水柱根据音乐节奏变化。
在设计中，要解决的问题主要有：水泵电机间歇工作所产生的瞬间电压波动和干扰；变频的高频大电流抑制；工程的造价及设备的性价比；同时还要考虑控制系统的可靠性和扩展性。
1.3 本章小结
本章主要对音乐喷泉的发展现状做了简单的介绍，以及音乐喷泉控制系统现有的四种控制技术（程序控制、实时声控、预编程控制、变频控制）。介绍了本课题的研究内容和意义和在设计中要解决的主要问题等。
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第2章 PLC 音乐喷泉控制系统概述
2.1 音乐喷泉控制系统设计要求
本次音乐喷泉建立在面积为202M 的广场上。整个音乐喷泉的平面示意图如图2.1所示。该音乐喷泉由中心区和围绕中心区的一个环构成。中心区是由一个喷头控制的最大高度为15M 的主水柱，由一台7.5kw 的潜水泵和三菱FR-F740变频器控制。中心区外面一圈有8个跑泉，由一台4kw 潜水泵和三菱FR-F740变频器控制。另外中心区和外层之间有红、黄、绿3种彩灯共17盏。 Y1
Y2
Y3Y4
Y5Y6Y7
Y8
Y0
图2.1 音乐喷泉平面示意图 本次音乐喷泉控制系统有两种工作方式：音乐控制方式和固定程序控制方式。
（1）音乐控制方式。当按下音控按钮后，延迟30s 后音控程序启动，PLC 输入输出模块开始采集音频信号并进行A/D 转换作为PLC 的输入信号，经PLC 处理后控制变频器的运行，从而控制水泵的转速和彩灯的变换实现音控。
（2）固定程序控制方式。当按下程控按钮后，延迟30s 后固定控制程序启动，首先主水柱运行，延时20s 后外圈水柱运行，延时20s 后主水柱
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停止，外圈水柱停止，延时20s后主水柱、外圈水柱同时运行。
根据系统结构音乐喷泉系统能否可靠、稳定的运行，取决于所采用的硬件设备和软件系统。为满足整个系统可靠、稳定运行的要求，音乐喷泉控制系统的设计应遵循以下原则[4]：
（1）系统硬件设备先进可靠，技术成熟，具有连接所需的不同参数信号的功能，与现场仪表及控制执行机构等设备的接口规范，系统结构简单。
（2）系统软件技术成熟、可靠，操作系统及开发平台版本新，功能先进、齐全，易于维护、调试。
（3）应用软件功能完善，实用性强，操作简单，系统运行稳定。
（4）整个系统技术先进，性能可靠，使用方便，能够实现对音乐喷泉系统的控制和管理。
2.2 音乐喷泉控制系统方案选择
本次音乐喷泉控制系统的设计方案主要有两种可供选择，方案一：控制系统是由单片机、延迟放大电路、光电隔离电路及电磁阀和变频器组成, 该控制方案是通过对音乐信号的处理,将其转换成汇编程序存入单片机, 使单片机唱歌,而且在改程序之中还加入其他控制语句。单片机还需喷泉中的电磁阀和变频器的动作及灯光的变化,其中电磁阀对喷头控制原理是：预先根据设计的花形种类和变化方式,通过对电磁阀的开闭进行组合,编制不同的控制字制成表存入单片机,当单片机执行程序时,通过查表的方式去取不同的花形,以达到预想的花形变化,这样花形的变化就随音乐的节奏而变化。同样,单片机对变频器的控制也与之类似,只不过控制的编制是根据音乐的频率进行编制的,而且查表的方式也有所不同,因而变频器根据所接受的信号,输出不同的频率值,以控制水泵的转速,进而达到控制喷泉管路中的流量,就可以控制水柱的高度和花形大小了。灯光和音响是由同一个口，经过延迟放大电路后,使它们达到同步动作,而灯光之前必须接一个固态继电器,以驱动灯具,并使之与单片机隔离[5]。方案二：控制系统是由可编
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程控制器(PLC)和变频器构成。音乐分两路输出,一路经功率放大器送到外部音响,另一路经可编程控制器(PLC)送至变频控制器,再经变频器控制水泵。由于变频控制器范围是 5～50Hz,所以变频器就可以改变水泵的流量,从而改变喷泉的喷水效果，充分发挥变频调速的特点,它既可送入音乐信号形成音乐喷泉,也可在内存程序的指挥下做各种规律的运动,例如；缓慢上升,急速落下；急速上升, 缓慢下降；在半空中跳跃等。该控制器有三路电子开关,可直接驱动固态继电器,继而控制负载设备运行。其扩展功能可以使变频调速器控制的水型更具活力,当喷泉高度随音乐信号或程控信号增大而逐渐升高的同时,投入运行的水下灯和水型越来越多,喷泉则表现得越来越多彩和热烈；当喷泉高度随音乐信号或程控信号减弱而逐渐降低的同时,投入运行的水下灯和水型越来越少。这样,喷泉在音乐或程序的控制下,各色水下灯闪烁、变幻,各种水型起伏呼应,将为音乐喷泉增加观赏性和艺术的美感[5]。
鉴于上述二个方案的分析比较,由于各具优缺点。方案一控制系统简单,软件程序编制灵活,花形和流量控制也很灵活,只要改变预置的花形表和速度控制表, 无须改变程序就可达到不同设计效果,而且在考虑经济因素时可以撤去电磁阀, 直接改变喷头下方的球阀来组合成不同的单一花形,音乐喷泉在运行时只在花形大小和高度上发生变化。而方案二与方案一比较起来, 优点在于放音效果好, 能实现真人真唱,一直能唱出乐曲，且控制系统可靠性比方案一要高，因而，通过对比分析，并考虑到音乐喷泉控制系统需要可靠、稳定的运行要求，所以本次设计采用方案二作为音乐喷泉的控制方案，采用三菱1N FX -40MR 型号PLC 作为喷泉的控制器。
2.3 本章小结
本章主要是对音乐喷泉控制系统作了整体概述。首先对音乐喷泉的整体结构进行了介绍。然后分析了音乐喷泉的控制要求和现有的控制方式。最后对现有的控制方式进行分析比较，选择了PLC 作为控制核心的控制系统。
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第3章音乐喷泉控制系统硬件设计
3.1 PLC的选用
选择适当型号的PLC是应用设计中至关重要的一步，在功能满足要求的前提下，应选择最佳的性能价格比，具体考虑以下几点：
（1）I/O点数的选择。输入、输出点数是衡量PLC规模大小的重要指标。选择时应在实际使用点数的基础上留出15%～20%的备用量[6]。
（2）存储器容量的选择。一般小型的PLC存储容量是固定的，无法随意扩充和调整，选购时一定要注意，是否满足要求。
（3）PLC功能的选择。
1）对于开关量控制的应用系统，对控制速度要求不高，选用一般的低档机就能满足要求。
2）对于以开关量控制为主，带有部分模拟量控制的应用项目，应选用带有A/D、D/A转换，四则运算功能的低档机。
3）对于控制比较复杂，功能要求较高的应用系统，低档机往往不能满足要求，这时可选用中型和大型的PLC组成一个分布式控制系
统。
4）PLC运行速度的选择。PLC工作时，从输入信号到输出控制存在滞后现象，这对于一般的工业设备是允许的，但有些设备的实时要
求较高，不能容忍这种滞后现象。但一般滞后时间应控制在几十
ms之内。
（4）特殊I/O模块的选择。选择哪一种功能的输入/输出模块和哪一种输出形式，取决与控制系统中输入/输出系统的种类、参数要求和技术要求。另外，如果控制系统要求进行温度控制、位置控制、PID控制或波形控制，那么选择合适的智能模块会使系统设计变简单[7]。
（5）考虑对PLC通信联网功能的要求。如果PLC需要与别的通信设备连接，需要考虑PLC的通信联网能力。
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考虑到上述因素，结合“体积小、价格实惠”的原则，本文选用三菱MR F N 40X 1-型号的PLC 。其特点如下[8]：
（1）一体式可编程控制器：电源、 CPU 、存储器、输入输出组成一个单元的可编程控制器，同时在 AC 电源 DC 输入型中内置传感器用 DC24V 电源。
（2） 输入输出最大128点：输入输出扩展设备最大可扩展至 128 点，扩展模块或扩展单元只可以使用0N FX 系列和2N FX 系列，另外也可和3A FX 0N —连接。
（3）不用编制复杂的程序，就能捕捉到最小10μs(X0， X1)或50μs(X2～X5)的短信号。
（4）功能强大的GX Works2 V1.31H 编程软件。由三菱公司设计开发，适用于MR F N 40X 1-的编程，具有简单工程和结构化工程两种编程方式，支持梯形图、指令表、SFC 、ST 及结构化梯形图等编程语言，可实现程序编辑、参数设定、网络设定、程序监控、调试及在线更改、智能功能模块设置等功能。
3.2 变频器的选用
通用变频器的选择包括通用变频器的型号选择和容量选择两个方面，选择的原则是：首先其功能特性能保证可靠地事项工艺要求，其次是获得较好的性能价格比。通用变频器类型的选择要根据负载特性进行。对于风机、泵类等平方转矩，低速转矩负载，通常可选择专用或普通功能型通用变频器。对于恒转矩类负载或有较高静态转速精度要求的机械应选用具有转矩控制功能的高功能型通用变频器，这种通用变频器低速转矩、静态机械特性硬度大，不怕负载冲击，具有挖土机特性。为了实现大调速比的恒转矩调速，常采用加大通用变频器容量的办法。对于要求精度高、动态性能好、速度响应快的生产机械（如造纸机械、注塑机、轧钢机等），应采用矢量控制或直接转矩控制型通用变频器[16]。表3.1为不同类型变频器的主
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要性能、应用场合：
表3.1 不同类型变频器的主要性能、应用场合[9] 控制方式
U/f 开环控制U/f 闭环控制电压向量电流向量直接转矩速度控制
范围
<1：40<1：60<1：100<1：1000<1：100启动转矩
150%，在3HZ 150%，在3HZ 150%，在3HZ 250%，在3HZ 150%，在0HZ 静态转速
精度（%）
±（2～3）±（0.2～0.3）±0.2±0.02±0.2反馈装置
不要PID 调节不要编码器不要主要应用
场合泵类、风机保持压力、温
度、流量一般工业设置高精度工
业设备起重电机、电梯、轧机等设备
本次设计的音乐喷泉控制系统中，变频器所驱动的负载为水泵，即泵类负载，故选择U/f 开环控制。即选用三菱FR-F740系列变频器，FR-F740变频器是专为风机和水泵负载设计的。其特点如下[10]：
（1）功率范围：0.75～630KW ；
（2）简易磁通控制方式，实现3Hz 时输出转矩达120%；
（3）采用最佳励磁方式，实现更高节能运行；
（4）内置PID ，变频器/工频切换和可以实现多泵循环运行功能；
（5）内置独立的RS485通讯口；
（6）使用长寿命元件；
（7）内置噪声滤波器（75K 以上）；
（8）带有节能监控功能，节能效果一目了然。
3.2.1 变频调速原理
当向一台三相异步电动机的定子绕组中通入对称的三相交流电时，就产生一个以同步转速1n 沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以1n 转速顺时针旋转，转子导体开始是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势，由于转子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本
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一致的感应电流。由于通电导体在磁场中要受电磁力的作用，所以有感应电流的转子导体在旋转磁场中也将受到电磁力的作用，作用于转子导体上的电磁力对转子的轴，产生电磁转矩与旋转磁场的旋转方向是一致的，从而驱动转子沿着旋转磁场的旋转方向旋转[11]。
当将三相异步电动机绕组任意两相进行交换时，所产生的旋转磁场方向将发生改变。因此，电动机的转向也将发生改变。异步电动机定子磁场的转速被称为异步电动机的同步转速，其同步转速由电动机磁极对数和电源频率决定[17]。
异步电动机的同步转速为：
p
f 1160n = 式(3.1) 式（3.1）中 1n — 同步转矩，单位min /r ；
1f — 定子电源频率，单位HZ ；
p — 磁极对数。
异步电动机的转速为：
)1(60)1(11s p
f s n n -=
-= 式(3.2) 式（3.2）中 s — 异步电动机的转差率，11/)(n n n s -=。 由式（3.2）可知，对于极对数固定的异步电动机，只需供电频率1f 或电动机的转差率s 中的任意一个改变就可以改变电动机的转速。改变转差率s 的方法更多用在绕线式异步电动机的调速中，故对鼠笼式异步电动机改变供电频率1f 是最好的调速方法。对鼠笼式异步电动机，一般情况下，转速率s 很小，所以可近似地认为n ∝1n ∝1f ，考虑到电机的运行性能，并使电动机得到充分利用，在变频的同时，电源电压应根据负载性质的不同作相应的变化，通常希望气隙磁通m φ维持额定值不变，因为若m φ增大，将使电动机磁路过分饱和，引起励磁电流增加，功率因数降低；若m φ减小，电动机容量将得不到充分利用[12]。
由电动机理论可知，三相异步电动机定子每项电动势的有效值为
基于单片机的音乐喷泉设计 第一章音乐喷泉控制系统硬件设计 1.1控制系统硬件总设计方案 1.2音乐信号的采集 1.2.1 音频放大电路的设计 1.2.2 采样定理 1.3 单片机电路 1.3.1 单片机的概述 1.3.2 时钟电路的设计 1.4 AD转换电路 1.4.1 ADC0809与单片机AT89C51的连接 1.4.2输入电路 1.5潜水泵调速硬件方案设计 1.6灯光硬件方案设计 1.7解决系统时间滞后硬件电路设计. 第二章喷泉控制系统软件设计 2.1喷池数据 2.2主程序框图. 2.3 控制潜水泵软件设计模块 2.3.1 潜水泵开关调速的原理 2.3.2潜水泵开关调速的软件设计 2.4控制电磁阀软件设计模块 2.5 歌曲存储模块 2.5.1音频脉冲的产生 2.5.2音乐程序 2.6灯光控制模块 2.7看门狗子程序 2.7实验仿真
第一章音乐喷泉控制系统硬件设计 1.1 控制系统硬件总体设计方案 该音乐喷泉控制系统的总体结构如图2.1所示，由音乐输入系统、数模转换系统、单片机控制系统和输出控制系统等组成。 图1.1 系统总体结构框图 1.2音乐信号的采集 前面已经介绍过，本文的研究针对的是采用外部音源的喷泉系统，因此在对音乐信号进行特征识别前首先要完成对模拟音乐信号的采集。音乐信号的采集主 要包括音频放大和 A/D 转换两个过程，下面分别进行分析。 1.2.1 音频放大电路的设计 外部音源信号的幅度一般较弱，因此必须要对原信号进行放大处理后才能送入 A/D 转换器。本文选择了 LM386 芯片设计音频放大电路。LM386 是美国国家半导体公司（NS）推出的系列功率放大集成电路的一种，LM386 具有功耗低、工 作电压范围宽、所需外围元件少等特点，在电子设备的音频放大电路设计中应 用非常广泛，它使用了 10 只晶体管构成了输入级、电压增益和电流驱动级。 其中 T1~T6 组成 PNP 型复合差分放大器，T5、T6 为镜像恒流源，作为 T3、 T4 的有 6/32 源负载，使输入级有稳定的增益。电压增益级由接成共发射极状态的 T7 承担，其负载也使用了恒流源，整个集成功放的开环增益主要由该级决定。T8、T9 复合为一个 PNP 管，和 T10 共同组成互补对称射极输出电路，以供给负载以足 够的电流。D1、D2 提供了 T8、T9、T10 所需的偏置，使末级偏置在甲乙类状态。R5~R7 构成内部反馈环路。从图 3.2.1 可以看出，LM386 采用双列 8 脚 封装结构，它的工作电压范围为 4~12V，静态电流 4mA，最大输出功率 660mW，最大电压增益 46dB，增益带宽 300kHz，谐波失真 0.2%。 图1.2.1 LM386 封装形式及引脚定义 在 LM386 的 DataSheet 上，提供了两种典型放大电路的设计方案。一种是在LM386 的 1 脚和 8 脚之间不接其他元件，此时放大电路的增益仅由内部电 阻 R5~R7决定，为 20 倍数（26dB），这种方式外部电路元件最少，也最为经济。另一种通 过在 1 脚和 8 脚之间串接不同的阻容元件，改变放大电路的交流反馈量，从 而改变放大电路的闭环增益。音乐信号的放大采集如图 2.2.2 所示。外部音源（声卡、CD 机等）的模拟音乐信号分左、右声道分别进入放大电路，经过信号放大后，得到幅值放大后的音频信号。从图 3.2.2 可以看出放大电路的具体设计。在 LM386 的 1 脚和 8 脚之间串接一个 10 微法的电容 C4，使内部电 阻 R6 被交流旁路，放大电路的增益能达到最大值，200 倍数（46dB）。再对 音频放大电路的外围电路进行设计，电路中电容 C1、C6 作为隔直电容，电位 器 P1 用于调节音量的大小，元件 R2、C5 有助于旁路高频噪音和改善输出的 音质。电容 C3 作为去耦电容，一方面是本集成电路的蓄能电容，另一方面旁 路掉该器件的高频噪声。电容 C2 则是作为旁路电容，将信号的中高频噪音旁 路到地。经过放大电路的音频信号就送入 A/D 转换器进行采样，这里 A/D转
电子系统设计 大 作 业 课题：简易音乐喷泉的制作 组员： 任课老师：
目录 一、设计任务和分析 -------------------------------------------------------- 1 二、硬件电路设计 ---------------------------------------------------------- 1 2.1总体设计------------------------------------------------------------ 1 2.2各模块设计---------------------------------------------------------- 2 2.2.1单片机最小系统------------------------------------------------ 2 2.2.2 A/D转换模块------------------------------------------------- 3 2.2.3 音频放大模块-------------------------------------------------- 3 2.2.4 LED灯及电机------------------------------------------------- 4 三、程序设计-------------------------------------------------------------- 5 3.1主程序设计---------------------------------------------------------- 5 3.1.1设计框图------------------------------------------------------ 5 3.1.2程序代码------------------------------------------------------ 5 3.2 A/D转换程序设计--------------------------------------------------- 6 3.2.1 A/D转换程序原理--------------------------------------------- 6 3.2.2 A/D转换程序框图--------------------------------------------- 7 3.2.3 A/D转换子程序代码------------------------------------------- 8 3.3 PWM调压设计------------------------------------------------------- 9 3.3.1 程序框图 ---------------------------------------------------- 9 3.3.2 PWM调压子程序----------------------------------------------- 9 四、调试和测试结果分析 --------------------------------------------------- 11 4.1调试--------------------------------------------------------------- 11 4.2 结果分析 ---------------------------------------------------------- 12
湖南工业大学本科毕业设计（论文）过程管理资料 本科毕业设计（论文）开题报告 31
题目：基于单片机的音乐喷泉设计 1.1单片机应用于控制系统的研究背景 早期时候，人们通过继电器来实现对系统的控制，成而形成了对系统的控制。在单片机出现后，单片机应用于小型或者是中小型控制系统已经成为了主流，随着科学技术和科学理论的不断创新和发展，单片机的控制理论不断成熟。单片机的发展能也逐渐朝着高集成、高速度、低功耗、低价格、大存储容量和强I/O 功能等方向发展。随着计算机档次的不断提高，功能的不断完善，单片机已越来越广泛地应用在各种领域的控制、自动化、智能化等方面。其中单片机也应用到了美化环境系统中，比如说彩灯显示，喷泉。 本次毕业设计我将以8位单片机AT89C51为主机，以及各先关的元器件，来完成对音乐喷泉控制系统设计。 1.2研究意义： 音乐喷泉是近几年来出现的喷泉水景与音乐欣赏相结合的产物，它的出现改变了喷泉艺术单调不变的局面。在音乐的伴随下喷泉的高度、灯光的色彩以及喷泉造型等随着音乐变化而变化，忽而气势磅礴，犹如万马齐奔，忽而悠然舒缓，犹如春风抚过杨柳，使观众陶醉于音乐与水型的完美结合中。目前，音乐喷泉出现了各种表现形式，比如大型广场喷泉、激光喷泉、水幕电影、超高喷泉、人工瀑布等。由于音乐喷泉作为一种独特的人工景观，具有很大的观赏价值，国内各大城市或在广场或在公园都有它的身影。可以说，音乐喷泉己经成为一种娱乐产业，具有很高的经济效益和社会效益。为了适应喷泉工程建设的需要，国内出现了众多的喷泉设备厂和喷泉设计专业公司。音乐喷泉作为一种独特的人工景观，获得了广大人民的喜爱，不仅使得人们在视觉上得到了享受，而且在音乐背景下，能够激励我们的心智。目前音乐喷泉已经成为一种娱乐产业，具有很高的经济效益和社会效益，研究和设计高水平的音乐喷泉控制技术是非常重要的 1.3音乐喷泉国内外发展形势 音乐喷泉是现代科技与艺术的综合，音乐喷泉将喷水图形、彩色灯光及音乐旋律构成一个有机的整体，随着乐曲旋律和节奏的变化，各种不同的喷水花形相应的配合变换，在五彩绚丽的变幻灯光照耀下，构成一幅幅奇妙无比的景观、令人赏心悦目，叹为观止，在视听上获得极大的享受。音乐喷泉的起源于1930年，
河南理工大学 毕业设计（论文）任务书 专业班级电科12-2班学生姓名李想 一、题目基于plc的音乐喷泉控制系统的设计 二、起止日期年月日至年月日 三、主要任务与要求 指导教师职称 学院领导签字（盖章） 年月日 河南理工大学 毕业设计（论文）评阅人评语 题目 评阅人职称 工作单位 年月日 河南理工大学 毕业设计（论文）评定书 题目 指导教师职称 年月
日 河南理工大学 毕业设计（论文）答辩许可证 答辩前向毕业设计答辩委员会（小组）提交了如下资料： 1、设计（论文）说明共页 2、图纸共张 3、指导教师意见共页 4、评阅人意见共页 经审查，专业班同学所提交的毕业设计（论文），符合学校本科生毕业设计（论文）的相关规定，达到毕业设计（论文）任务书的要求，根据学校教学管理的有关规定，同意参加毕业设计（论文）答辩。 指导教师签字（盖章） 年月日根据审查，准予参加答辩。 答辩委员会主席（组长）签字（盖章） 年月日 河南理工大学 毕业设计（论文）答辩委员会（小组）决议 学院专业班 同学的毕业设计（论文）于年月日进行了答辩。 根据学生所提供的毕业设计（论文）材料、指导教师和评阅人意见以
及在答辩过程中学生回答问题的情况，毕业设计（论文）答辩委员会（小组）做出如下决议。 一、毕业设计（论文）的总评语 二、毕业设计（论文）的总评成绩： 三、答辩组组长签名： 答辩组成员签名： 答辩委员会主席：签字（盖章） 年月日基于plc的音乐喷泉控制系统的设计 摘要 本文设计的核心为三菱FX2N系列PLC，使用这种PLC能够容易的完成对喷泉系统的控制，并且能够准确的完成控制动作，达到设计的目的。本文首先根据设计的需要完成喷泉控制的流程设计，然后完成输入和输出的分配，根据这个分配选择合适的PLC 完成编程控制，程序编辑完成后对程序进行检查，检查没有问题后开始使用仿真软件进行仿真，证明程序的正确性，确定本次设计的喷泉控制系统能够完成对喷泉的控制。关键词：喷泉;PLC;变频器;PLC仿真; Abstract In this paper, the core of design for the Mitsubishi FX2N series PLC, using the PLC can easily complete the fountain system control, and be able to complete the control action accurate, to achieve the purpose of design. This paper according to the need of the design of the complete fountain control process design, and then complete the distribution of the input and output, according to the distribution of choosing the appropriate PLC programming control, program editing the program after the completion of inspection, check no problem after start using simulation software simulation, prove the correctness of the program, the fountain of the design of the control system can complete control of the fountain. Key words: fountain PLC Frequency converter PLC simulation
毕业设计（论文）任务书 专业班级电科12-2班学生姓名李想 一、题目基于plc的音乐喷泉控制系统的设计 二、起止日期年月日至年月日 三、主要任务与要求 指导教师职称 学院领导签字（盖章） 年月日
毕业设计（论文）评阅人评语 题目 评阅人职称 工作单位 年月日
毕业设计（论文）评定书 题目 指导教师职称
年月日 河南理工大学 毕业设计（论文）答辩许可证 答辩前向毕业设计答辩委员会（小组）提交了如下资料： 1、设计（论文）说明共页 2、图纸共张 3、指导教师意见共页 4、评阅人意见共页 经审查，专业班同学所提交的毕业设计（论文），符合学校本科生毕业设计（论文）的相关规定，达到毕业设计（论文）任务书的要求，根据学校教学管理的有关规定，同意参加毕业设计（论文）答辩。 指导教师签字（盖章） 年月日 根据审查，准予参加答辩。 答辩委员会主席（组长）签字（盖章） 年月日
河南理工大学 毕业设计（论文）答辩委员会（小组）决议 学院专业班 同学的毕业设计（论文）于年月日进行了答辩。 根据学生所提供的毕业设计（论文）材料、指导教师和评阅人意见以及在答辩过程中学生回答问题的情况，毕业设计（论文）答辩委员会（小组）做出如下决议。 一、毕业设计（论文）的总评语 二、毕业设计（论文）的总评成绩： 三、答辩组组长签名： 答辩组成员签名： 答辩委员会主席：签字（盖章） 年月日
基于plc的音乐喷泉控制系统的设计 摘要 本文设计的核心为三菱FX2N系列PLC，使用这种PLC能够容易的完成对喷泉系统的控制，并且能够准确的完成控制动作，达到设计的目的。本文首先根据设计的需要完成喷泉控制的流程设计，然后完成输入和输出的分配，根据这个分配选择合适的PLC完成编程控制，程序编辑完成后对程序进行检查，检查没有问题后开始使用仿真软件进行仿真，证明程序的正确性，确定本次设计的喷泉控制系统能够完成对喷泉的控制。 关键词：喷泉;PLC;变频器;PLC仿真;
摘要 音乐喷泉是近年来出现的一种园林建筑与花式观赏相结合的一种产物。随着可编程控制器在我国的迅速发展，对音乐喷泉的控制要求也越来越高，使得越来越多的控制部分需要可编程控制器来实现。 本课题结合任务设计书的要求，以音乐喷泉为研究对象，采用了西门子S7-300系列PLC作为喷泉的控制器。对音乐喷泉的控制系统的总体功能进行了分析，阐述了可编程控制器的组成和工作原理。提出了喷泉硬件的各组成模块及详细的硬件模块设计方案，并对控制方式进行了设计和程序的编写。本设计改善了喷泉系统的控制品质，并真正地达到了实时控制的要求。 关键词：PLC；喷泉；控制系统
目录 引言 (4) 第一章喷泉概述 (3) 1.1喷泉的意义 (5) 1.2喷泉的发展 (6) 1.3喷泉的种类 (7) 1.4喷泉涉及领域 (8) 第二章音乐喷泉设计方案 (9) 2.1 音乐喷泉设计示意图 (9) 2.2 音乐喷泉控制要求 (10) 2.3 喷泉设备使用简介 (10) 第三章控制系统方案设计 (15) 3.1 音乐喷泉控制系统整体设计 (15) 3.2 控制方案选择 (16) 3.3 变频器选择 (17) 3.4 计算机硬件系统组成 (19) 第四章硬件电路设计 (20) 4.1 控制系统硬件组成 (20) 4.2 PLC控制电路设计 (21) 4.3 电路原理图 (22) 4.4 PLC外部接线图 (24) 第五章软件程序流程图 (27) 5.1 系统整体流程图 (27) 5.2 梯形图 (27) 第六章调试过程 (28) 6.1 硬件调试 (28) 6.2 软件调试 (28) 第七章总结与展望 (29) 参考文献 (30) 附录 (31)
毕业设计（论文）课题名称基于单片机控制的喷泉系统的设计
毕业论文（设计）原创性声明 本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：日期： 毕业论文（设计）授权使用说明 本论文（设计）作者完全了解**学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名：指导教师签名： 日期：日期：
注意事项 1.设计（论文）的内容包括： 1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作） 2）原创性声明 3）中文摘要（300字左右）、关键词 4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入） 6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论 7）参考文献 8）致谢 9）附录（对论文支持必要时） 2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。 3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。 4.文字、图表要求： 1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写 2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印 4）图表应绘制于无格子的页面上 5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档 5.装订顺序 1）设计（论文） 2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订 3）其它
毕业项目 2011 届 项目类别：毕业设计 项目名称：基于单片机的音乐喷泉控制器设计专业名称：应用电子技术 姓名： 学号：200800784 班级：电子08301 指导教师： 2011年5月5日
毕业项目任务书（个人表）
诚信声明 本人郑重声明： 所呈交的毕业项目报告/论文《基于单片机的音乐喷泉控制器设计》是本人在指导老师的指导下，独立研究、写作的成果。论文中所引用是他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中以明确方式标明。 本声明的法律结果由本人独自承担。 作者签名： 年月日
目录 摘要 (1) 1 音乐喷泉的概述 (2) 1.1音乐喷泉简介 (2) 1.2音乐喷泉的发展方向 (2) 1.3音乐喷泉的设计意义 (3) 2 校园音乐喷泉的方案分析与论证 (4) 2.1校园音乐喷泉控制器的要求 (4) 2.2校园音乐喷泉控制器的方案分析 (4) 2.3方案论证 (6) 3 控制系统硬件设计......................... 错误！未定义书签。 3.1校园音乐喷泉控制系统结构框图 ......... 错误！未定义书签。 3.2校园音乐喷泉控制器硬件原理图 ......... 错误！未定义书签。 3.3单片机主控模块....................... 错误！未定义书签。 3.4控制器电源模块....................... 错误！未定义书签。 3.5控制器红外遥控模块 ................... 错误！未定义书签。 3.6SD卡模块............................ 错误！未定义书签。 3.7F/V转换模块......................... 错误！未定义书签。 3.8A/D模块............................. 错误！未定义书签。 3.9D/A模块............................. 错误！未定义书签。 3.10功率放大模块........................ 错误！未定义书签。 3.11液晶12864显示模块 .................. 错误！未定义书签。
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摘要 音乐喷泉是近年来出现的一种园林建筑与花式观赏相结合的一种产物。随着可编程控制器在我国的迅速发展，对音乐喷泉的控制要求也越来越高，使得越来越多的控制部分需要可编程控制器来实现。 本课题结合任务设计书的要求，以音乐喷泉为研究对象，采用了西门子S7-300系列PLC作为喷泉的控制器。对音乐喷泉的控制系统的总体功能进行了分析，阐述了可编程控制器的组成和工作原理。提出了喷泉硬件的各组成模块及详细的硬件模块设计方案，并对控制方式进行了设计和程序的编写。本设计改善了喷泉系统的控制品质，并真正地达到了实时控制的要求。 关键词：PLC；喷泉；控制系统 2
目录 引言 (4) 第一章喷泉概述 (3) 1.1喷泉的意义 (5) 1.2喷泉的发展 (6) 1.3喷泉的种类 (7) 1.4喷泉涉及领域 (8) 第二章音乐喷泉设计方案 (9) 2.1 音乐喷泉设计示意图 (9) 2.2 音乐喷泉控制要求 (10) 2.3 喷泉设备使用简介 (10) 第三章控制系统方案设计 (15) 3.1 音乐喷泉控制系统整体设计 (15) 3.2 控制方案选择 (16) 3.3 变频器选择 (17) 3.4 计算机硬件系统组成 (19) 第四章硬件电路设计 (20) 4.1 控制系统硬件组成 (20) 4.2 PLC控制电路设计 (21) 4.3 电路原理图 (22) 4.4 PLC外部接线图 (24) 第五章软件程序流程图 (27) 5.1 系统整体流程图 (27) 5.2 梯形图 (27) 第六章调试过程 (28) 6.1 硬件调试 (28) 6.2 软件调试 (28) 第七章总结与展望 (29) 参考文献 (30) 附录 (31)
四川工商职业技术学院毕业设计（论文） 设计(论文)题目音乐喷泉 系别机电工程系 专业电子信息工程技术 班级电子14311 姓名彭禹 指导教师张娜 2017年 6 月 教务处制
音乐喷泉设计 目录 摘要 (1) 关键词 (1) 第一章：喷泉概述 (1) 1.1喷泉的意义 (1) 1.2喷泉的发展 (2) 1.3喷泉的种类 (2) 1.4喷泉的设计 (3) 1.5喷泉设计涉及的知识领域 (4) 第二章：控制方案及要求 (5) 2.1 音乐喷泉设计示意图 (5) 2.2 音乐喷泉控制要求 (5) 2.3 喷泉设备使用简介 (5) 第三章：PLC、电磁阀、水泵等简介 (6) 3.1 PLC简介 (6) 3.1.1 PLC的特点及发展趋势 (6) 3.1.2 PLC 的分类和基本结构 (7) 3.1.3 PLC的应用范围 (8) 3.1.4 PLC的技术性能 (8) 3.1.5 PLC的内存分配及I/O点数 (8) 3.1.6 PLC的功能及应用 (11) 3.2电磁阀简介 (11) 3.2.1工作原理 (11) 3.2.2电磁阀的分类 (12) 3.2.3电磁阀在选型时的注意事项 (13)
3.2.4 电磁阀的安装注意事项 (14) 3.3 水泵简介 (14) 3.4变频器简介 (14) 3.4.1变频器的工作原理 (15) 3.4.2变频器的组成 (15) 3.5 彩灯简介 (16) 第四章花样喷泉设计 (18) 4.1 PLC 型号的选择 (18) 4.2 PLC的编程注意事项 (18) 4.3 花样喷泉的I/O分配 (19) 4.4 PLC外部接线图 (19) 第五章软件设计 (20) 5.1 系统程序设计 (20) 致谢 (22) 参考文献 (22)
目录 第一章、绪论 (1) 1.1、本课题研究的意义 (1) 1.2、单片机的特点及应用 (1) 1.3、本课题研究的现状 (3) 1.4、音乐喷泉在诸多领域的应用 (3) 1.5、本课题的基本内容 (3) 第二章、总体设计方案 (4) 2.1、音乐喷泉控制系统整体设计 (4) 2.2、方案比较 (4) 2.3、系统框图 (4) 第三章、硬件电路的设计 (7) 3.1、电源电路 (7) 3.2、单片机控制电路设计 (7) 3.3、输入、出电路的设计 (9) 第四章、软件程序流程图 (11) 4.1、系统整体流程图 (12) 4.2、喷池数据 (12) 第五章、调试过程和调试方法 (14) 5.1、硬件调试 (14) 5.2、软件调试 (14) 结论 (15) 致谢 (16) 参考文献 (17)
第一章绪论 1.1本课题的研究意义 音乐喷泉系统设计采用单片机为控制核心有较好的经济效益。因为单片机的特点是体积小、集成度高、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易等。 1.2单片机的特点及应用 单片机的特点是控制性能和可靠性高，体积小、价格低、易于产品化。由于单片机具有良好的控制性能和灵活的嵌入品质，近年来在智能仪表、机电一体化产品、实时工业控制家用电器等各个领域都获得了极其广泛的应用 1.2.1 什么是单片机 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统。单片机是将中央处理器，随机存储器。只读存储器，定时器芯片和I/O接口电路集成于一个芯片上的微控制器。 单片机也被称为微控制器（Microcontroler），是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大的提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。 单片机通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！ 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的
摘要 一些园林建筑、大型公共建筑以及旅游建筑设计中，设计者经常将喷泉以一种艺术形式融合在建筑物中，给人以自然之美与艺术感。当音乐播放时（包括音乐的曲调和音乐的声音大小），喷头有规律的喷水，彩灯有规律的亮灭（达到白天时灯不亮，夜晚时灯有规律的亮与灭）。 本系统是一个小型音乐喷泉控制系统,它以PLC为控制核心，变频器控制水柱高度，以音频采集为基础，同时PLC程序控制灯光的亮灭和颜色的变化。本系统选用SIEMENS公司的S7-200 PLC为控制核心，选用MicroMaster 440（简称MM440）变频器控制水泵高度，达到喷泉的立体效果随音乐变换而变化。 本系统主要包括PLC的选型（CPU226）、PLC的扩展模块（EM222）、I/O地址的分配、输入输出接口的连接和梯形图的绘制，梯形图绘制是重点，同时着重介绍了MM440变频器的变频原理、参数设置和变频器与PLC和电动机的接口连接。 系统设计完成后，能够达到中心、内圈、外圈共三圈喷头喷水，变频器控制内圈喷头改变水柱高度，PLC控制余下喷头有序启动停止，同时夜晚有三层灯光变幻，能够实时展现音乐的动态美。 关键词：音乐喷泉,控制系统，可编程控制器，梯形图，变频器
ABSTRACT In a number of landscape architecture, the design of large public buildings and tourist buildings, designers often fountain in the form of an art integration in the building, giving to the beauty of nature. Along with regular music player nozzle spray and lights a regular light off (the law, including the size of the music tunes and music sound), to achieve the control effect of light (day light does not shine, night light a regular light off) . This system is a small musical fountain control system, which PLC as the control core, inverter control column height to audio capture-based PLC program control while the bright lights off and color changes. The system selected company SIEMENS S7-200 PLC as the control core, the choice MicroMaster 440 (referred MM440) inverter control pump height and reach fountains transform three-dimensional effect varies with the music. The system includes PLC Selection (CPU226), PLC expansion module (EM222), I / O address allocation, input-output interface connections and draw ladder, ladder drawing is the key, while highlighting MM440 inverter the inverter principle, parameter settings and the motor and inverter and PLC interface connection. System design is complete, it can reach the center, the inner and outer rings of nozzles spray three times, the inverter control inner nozzle change column height, PLC control start and stop the remaining nozzles, while at night there are three light changes, real-time display of music dynamic beauty. KEY WORDS: musical fountain,control system, PLC, LAD，Transducer
2011届应用工程学院毕业设计（论文） 开题报告 课题名称音乐喷泉控制设计 专业应用电子技术 班级应电0816 学号1510081641 姓名陆志欢 校内指导教师余有芳 校外指导教师钱向东 应用工程学院 2010 年12 月
一、选题依据 课题来源、选题依据和工程应用价值 课题来源： 本人在一家生产电子音箱设备的公司实习，经过一段时间的实习，我对音乐控制以及音频信号的控制转换等有了一定的了解，所以我选择了音乐控制喷泉设计作为自己的毕业课题。 选题依据： 随着生活水平的提高，人们对环境要求越来越高,城市环境建设日益为人们所重视。喷泉作为一种观赏性较高的艺术水景，不断地出现在城市的广场、公园及其他公共场所。在音乐喷泉中，喷头的多姿造型和缤纷的水下灯光都受喷泉控制器的控制。由于不同的喷泉对水泵和彩灯组数的要求各不相同，因此设计一种简单、通用、组数可灵活扩充的喷泉控制器就成为喷泉设计者的一个任务。本课题利用所学的知识，设计一个音乐控制的模拟喷泉。 工程应用价值： 音乐喷泉是近几年来出现的喷泉水景与音乐欣赏相结合的产物，它的出现改变了喷泉艺术单调不变的局面。在音乐的伴随下喷泉的高度、灯光的色彩以及喷泉造型等随着音乐变化而变化，忽而气势磅礴，犹如万马齐奔，忽而悠然舒缓，犹如春风抚过杨柳，使观众陶醉于音乐与水型的完美结合中。目前，音乐喷泉出现了各种表现形式，比如大型广场喷泉、激光喷泉、水幕电影、超高喷泉、人工瀑布等。由于音乐喷泉作为一种独特的人工景观，具有很大的观赏价值，国内各大城市或在广场或在公园都有它的身影。可以说，音乐喷泉己经成为一种娱乐产业，具有很高的经济效益和社会效益。为了适应喷泉工程建设的需要，国内出现了众多的喷泉设备厂和喷泉设计专业公司。音乐喷泉作为一种独特的人工景观，获得了广大人民的喜爱，不仅使得人们在视觉上得到了享受，而且在音乐背景下，能够激励我们的心智。目前音乐喷泉已经成为一种娱乐产业，具有很高的经济效益和社会效益，研究和设计高水平的音乐喷泉控制技术是非常重要的。
摘要 音乐喷泉就是近年来出现的一种园林建筑与花式观赏相结合的一种产物。随着可编程控制器在我国的迅速发展,对音乐喷泉的控制要求也越来越高,使得越来越多的控制部分需要可编程控制器来实现。 本课题结合任务设计书的要求,以音乐喷泉为研究对象,采用了西门子S7-300系列PLC作为喷泉的控制器。对音乐喷泉的控制系统的总体功能进行了分析,阐述了可编程控制器的组成与工作原理。提出了喷泉硬件的各组成模块及详细的硬件模块设计方案,并对控制方式进行了设计与程序的编写。本设计改善了喷泉系统的控制品质,并真正地达到了实时控制的要求。 关键词:PLC;喷泉;控制系统
目录 引言 (4) 第一章喷泉概述 (3) 1、1喷泉的意义 (5) 1、2喷泉的发展 (6) 1、3喷泉的种类 (7) 1、4喷泉涉及领域 (8) 第二章音乐喷泉设计方案 (9) 2、1 音乐喷泉设计示意图 (9) 2、2 音乐喷泉控制要求 (10) 2、3 喷泉设备使用简介 (10) 第三章控制系统方案设计 (15) 3、1 音乐喷泉控制系统整体设计 (15) 3、2 控制方案选择 (16) 3、3 变频器选择 (17) 3、4 计算机硬件系统组成 (19) 第四章硬件电路设计 (20) 4、1 控制系统硬件组成 (20) 4、2 PLC控制电路设计 (21) 4、3 电路原理图 (22) 4、4 PLC外部接线图 (24) 第五章软件程序流程图 (27) 5、1 系统整体流程图 (27) 5、2 梯形图 (27) 第六章调试过程 (28) 6、1 硬件调试 (28) 6、2 软件调试 (28) 第七章总结与展望 (29) 参考文献 (30) 附录 (31)
毕业设计（论文） 题目基于PLC的音乐喷泉 控制系统设计 专业电气工程及其自动化 班级 11电气2班 学生张军（20113264 ） 指导教师李林 职称工程师 高科学院 2015 年
摘要 音乐喷泉是近年来出现的一种园林建筑与花式观赏相结合的一种产物，它集合声、光、色、形于一体，并产生千变万化的水景。随着可编程控制器的迅速发展，音乐喷泉对控制系统的要求也越来越高，使得越来越多的控制部分需要用可编程控制器来实现。 本课题结合任务书的要求，以音乐喷泉为研究对象，采用三菱PLC作为喷泉的控制器。设计的控制方式有两种：一种是固定程序运行方式。是按事先设计好的步骤一步一步进行，循环执行。另一种控制方式是通过音乐控制喷泉。是通过PLC的中断程序采集播放音乐的音频信号，PLC对采集的音频信号进行标准化算法，将运算的数据转换成模拟量，通过模拟量输出口输出去控制变频器的输出频率，从而控制水泵转速，达到控制喷泉水柱的高低跟随音乐强弱的变化。 本次设计对音乐喷泉控制系统的总体功能进行了分析，并且对可编程控制技术、变频控制技术的应用、发展趋势作了简要介绍，以及音乐喷泉控制总体设计方案、电气系统的整体设计和PLC程序设计思路、变频参数设置。本次设计改善了音乐喷泉系统的控制品质，提高了音乐喷泉控制系统的稳定性。 关键词：音乐喷泉，控制系统，可编程控制器，变频器
ABSTRACT In recent years, music fountain is the emergence of a garden building combined with a fancy watch a product, its collection of sound, light, color, shape, and generates kaleidoscope waterscape. Along with the rapid development of the programmable controller, music fountain is becoming more and higher to the requirement of control system; make more and more need to use PLC to realize control part. This topic combined with the requirements of the specification, with music fountain as the research object; adopt Mitsubishi PLC as the controller of the fountain model. Design of the control method has two kinds: one is fixed program operation mode. According to design a good steps in advance step by step, execution cycles. Another way of control is through the music fountain control. By PLC interrupt program audio signal collection and play music, audio signal of PLC to standardize algorithm, the algorithm of data into analog and output by analog output to control the output frequency of frequency converter, so as to control water pump speed, to control the fountain water column height to follow music strength changes. The design of music fountain control system's overall function is analyzed, and the programmable control technology, the application of variable frequency control technology, the development trends are briefly introduced, as well as the music fountain control overall design, the overall design of the electric system and PLC program design and parameter setting of inverter. This design improves the music fountain system control quality; improve the stability of music fountain control system. KEY WORDS: Musical fountain，Control system，PLC，frequency