音樂噴泉與變頻調速技術

摘 要：音樂噴泉是由電腦控制聲、光及噴孔組合而產生不同形狀、不同色彩、配合音樂節奏而構成的綜合水景。用可編程邏輯控制器(PLC)，不僅能夠進行多種水型切換，而且能控制噴泉隨音樂上下起伏，也就是真正意義上的音樂噴泉。而變頻調速技術的不斷發展也為音樂噴泉的美學化提供了重要的技術手段。PLC和變頻器相結合，使音樂噴泉從傳統的設計思路中跳脫出來，更加適應不同音樂頻率帶來的水柱變化。

關鍵詞：可編程控制器（PLC） 變頻器

1．模擬音樂噴泉的控制系統

利用PLC的模擬量模塊，對音頻信號進行采樣處理，通過變頻器控制水泵的轉速實現音樂對噴泉的控制。

模擬音樂噴泉的控制系統由可編程序控制器、變頻器、音源、水泵、電磁閥等組成。音源將音頻信號傳送到PLC的模擬量輸入端，同時PLC按照編制的控制程序打開電磁閥；對音頻采樣信號進行數據處理，并向變頻器輸出直流控制信號，變頻器根據控制信號來控制水泵的轉速，從而完成音樂對噴泉的控制。根據工藝條件要求，編制出相應的控制程序，再在模型設備上進行調試和檢驗，配合計算機實現對可編程序控制器的程序輸入、輸出控制信號及對運行結果的實時監控。

2. 整個系統的工作原理

系統工作原理為：從電腦聲卡中采集出來的音樂信號，一路由音響設備直接播放，一路經過信號采集電路被放大、整流、濾波后輸出0—5V直流電，再將直流電送入變頻器的控制端子。變頻器和電機之間連接著繼電器，繼電器的開關由PLC控制，當PLC將某個繼電器吸合后會向變頻器發出一反饋信號，變頻器接收到信號后開始快速起動，并帶動電機的轉速隨音樂頻率的改變而改變，噴泉水柱的高度亦隨之改變。當PLC定時結束后，會向變頻器再發一信號告知變頻器停車，這時變頻器利用能耗制動電阻快速的剎車，在剎車過程中，能耗電阻的作用是成為中間電路的負載，從而確保剎車功率被能耗電阻所吸收。

3. 音樂信號從聲卡上的采集

（1）聲卡的基本工作原理：主機通過總線將數字化的聲音信號以PCM方式送到數模轉換器（D/A），將數字信號變成模擬的音頻信號；同時又可以通過模數轉換器（A/D）將傳聲器或CD的輸入信號轉換成數字信號，送到計算機進行各種處理。如下圖為聲卡的工作原理圖：

（2）一般聲卡上采集回來的是幾十毫伏的交流電，不能直接送給變頻器使用，必須用一電路將小的交流電轉換為大的直流電。下圖為對音樂信號進行處理的電路：

前置放大器的第一級是一個簡單的話筒放大器，音樂信號或其他音頻信號通過話筒MIC1進入IC1a放大，這里R2、R3因根據不同的話筒選取不同的阻值，以保證噴泉有足夠的運動范圍。轉換開關S1可選擇不同的信號源，可以連接音頻功率放大器，亦可連接其他音頻輸出裝置。第二級電路是一個壓縮器，主要作用是壓縮音頻信號的動態范圍，使之與噴泉的運動范圍相適應，噴泉隨音樂的變化均勻運動，不同的音源可通過調整R8的值來調整噴泉運動的均勻程度。第三級是輸出緩沖器，增加電路的帶負載能力。

結論

變頻調速技術在國內還屬于起步階段，還有許多不完備的地方。但我們也看到了可喜的地方，越來越多的地方正在逐步使用變頻調速技術，音樂噴泉領域也有許多變頻調速技術被應用，使音樂噴泉更具觀賞性，操作也更簡單。在以后變頻調速技術將出現在生活的方方面面。