[音乐喷泉中的音响系统PLC控制]音乐喷泉音响怎么喷水
时间：2019-01-03 03:30:02 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
音乐喷泉是一种科技含量较高,设计和制造难度较大的喷泉。目前音乐喷泉最常采用控制方式为实时控制,即对音乐的主要因素进行全员实时跟踪采集、分解处理并转换成模拟量或数字量讯号,用以控制水泵的运行组合和转速变化,或用以控制液压伺服阀或电动调节阀的运行组合和开启度,同时相应控制灯光的组合变化。
一、PLC应有实例
1.温度控制系统
设计思想:温度的采样由温度传感器、温度显示控制仪来实现,应用可编程序控制器来控制脉冲调宽功放电路的输出,最终实现对温度的控制。
温度控制系统由可编程序控制器、温度显示控制仪、传感器、烤箱等组成。传感器将检测到的烤箱温度转换成电压信号,将此电压信号传送到温度显示控制仪显示当前烤箱温度,同时向PLC输出直流采样信号;PLC按照预先编制的控制程序对采样信号进行数据处理,控制脉冲调宽功放电路的输出,进而决定加热功率的大小。
实验要求:编制出相应的控制程序,再在模型设备上进行调试和检验,配合计算机完成对可编程序控制器的程序输入、输出控制信号和对运行结果的实时监控。
2.电梯控制系统
设计思想:电梯的种类多种多样,按拖动系统来分,有交流单速/双速拖动电梯、交流调压调速电梯(ACVV)、交流变频调压调速电梯(VVVF)、直流电梯(已趋淘汰);按控制方式来分,有信号控制电梯、集选控制电梯、下集选控制电梯,等等。交流调压调速电梯舒适感好、简单、经济、能量消耗低,使用了小惯量系统,实现短楼层距离行驶和最佳的时间行驶曲线,能满足目前市场对中、低速电梯的要求。PLC在电梯控制系统中完成的主要功能有:楼层位置检测,门控制,处理召唤,选向控制,启、停控制,等等。
实验要求:电梯的控制线路主要由以下几部分组成:轿内指令、厅门召唤线路,轿厢位置信号输入及指层线路,启动运行线路,开关门控制线路,安全保护电路,电源电路,紧急电动运行控制电路。
二、系统工作原理
音乐喷泉就是利用音乐的主要音素(频率、振幅、音色和节拍)控制喷水的花型组合变化、水柱高低、远近变化和灯光色彩组合,其原理是将声音信号转变为电信号。
经过放大及其它一些处理推动继电器或电子开关,再去控制设在水路上的电磁阀的启闭,从而达到控制喷头水路的通断。这样随着声音的变化,人们可以看到喷水大小、高矮和形态的变化。它能把人们的听觉和视觉结合起来,使喷泉喷射的水花随着音乐优美的旋律而翩翩起舞。
系统启动后,根据有无音乐信号(计算机上播放或外部输入),启停喷泉。当有音乐信号时,获取声音强度,通过模拟量卡,实时输出到变频器,作用到变速电机上,使喷头喷水产生随音乐起伏的效果。为更准确地表现音乐,对一些喷头或喷头组合同一定强度的音乐进行了绑定。
1.信号源
使用声卡播放音乐信号,有利于获得高信噪比,良好的音响效果与音乐喷泉相协调,方便操作,性能更好。其线路输出信号幅度约1V,频响20―20kHz,将左右声道混合成单声道信号。当然,这个信号源也可采用其它音频设备的音频信号,如:放音机、收音机、话筒放大信号等。
2.信号转换电路
将音频信号进行缓冲放大、高中低分段分频、直流变换、数字量变换、驱动放大输出等处理,为变频调速器和可编程序控制器提供与各频段音乐信号强弱相对应的模拟0―10V直流电压信号和TTL电平的数字信号。另外还设置模拟信号强弱调节及数字信号阀值(门槛比较电压)调节,以适应各种不同的信号,方便喷水和灯光的动作灵敏度的调节。
3.可编程控制器PLC
根据信号处理变换器输出的数字开关量信号,按照一定的功能和要求编制出控制程序,依程序对电机进行启动和关闭控制,各电机可按程序或音乐节奏进行转速快慢的连续变化,电机的控制和安排较为灵活多样,可自行编程改变其循环型式,以提高带负载能力,驱动更多更大电机组负载。
三、音乐喷泉PLC控制部分的设计过程
1.信号源使用从声卡中直接提取
计算机上都装有声卡,声卡具有以下的功能。
(1)录制、编辑和回放数字声音文件。包括对音频信号采样、量化、文件生成等操作。
(2)控制声源,进行音频混合数字化(通常用Mixer程序来控制卡上的混合器。
(3)在记录和回放声音文件时通过DSP对音频信号进行压缩。
(4)可进行语音合成,让计算机朗读文本。
(5)语音识别功能,可让计算机接受用户话音指令。
(6)具有MIDI接口(乐器数字接口),在计算机上可控制多台带MIDI接口。
电子乐器进行MIDI文件存放、压缩、编辑和回放。
还有对信号滤波、放大及采样保持、A/D和D/A转换等功能。因此,一方面我们可以借助于多媒体获得高质量的音乐享受,另一方面可以在声卡强大的语音信号处理功能的基础上进行语音信号的开发和利用。
2.音频的采集
声卡的基本工作原理:主机通过总线将数字化的声音信号以PCM方式送到数模转换器(D/A),将数字信号变成模拟的音频信号;同时又可以通过模数转换器(A/D)将传声器或CD的输入信号转换成数字信号,送到计算机进行各种处理。
音频的采集,就是从声卡上获取数据。Windows通过高级音频函数,媒体控制接口MCI(Media Control Interface)设备驱动程序、低级音频函数、MIDIMapper及低级音频设备驱动提供音频服务。
3.本设计所用的实验方法
本设计所选用的音频信号转换电路为前置放大器,电路的正极输入端直接与声卡相连接,输出端接变频器即可控制电机转速的变换。
前置放大器的第一级是一个简单的音源放大器,音乐信号或其他音频信号通过声卡输出口进入IC1a放大,这里R2、R3因根据不同的声卡选取不同的阻值,以保证喷泉有足够的运动范围。第二级电路是一个压缩器,主要作用是压缩音频信号的动态范围,使之与喷泉的运动范围相适应,喷泉的运动随音乐的变化比较均匀,不同的音源可通过调整R8的值来调整喷泉运动的均匀程度。第三级是输出缓冲器,增加电路的带负载能力。
其中三级放大所使用的放大器型号均为TL084,它的一个芯片中包含四个运算放大器。
在实验中我们使用了两个芯片,它的电源电压为±18V。
4.对电路的分析计算及原理介绍
本设计所使用的电路由三级放大组成,第一级放大器主要用于放大声音信号,其中电容C5起到隔直作用,反馈回路中的R2、R3决定电压的放大倍数,通过给定参数来计算一级放大倍数,计算过程如下:
第二级放大电路具有整流作用,从输入端进入的声音信号经放大器到输出端。其中各部分的作用如下:
3DJ7:结型场效应管,具有噪音小、输入阻抗高的优点,常用于放大器的第一级,用作放大或缓冲器(起到阻抗变换作用)。它的基本结构是在一块N型硅半导体材料上制造两个P区域形成PN结,并且使两个PN结均处于反向偏置。它的电极有三个,N型硅半导体两端各引出一个电极,分别叫漏极(D)和源极(S)。N型硅两侧的P型区的引线连接在一起成为栅极(G)。与普通晶体管相比较,漏极相当于集电极,源极相当于射级,栅极相当于基极。
IN4148:二极管的作用是将放大的交流信号进行负半波截波,使输入3DJ7栅极的信号较平整。
C7:电容的作用是将从二极管来的电流进行充电。
R6:电阻用来分压。
R7:电阻用来放电。
R8:电阻用来分流。
三级自反馈电路,只起缓冲作用。
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