基于plc的音樂噴泉和水幕電影智能控制系統(tǒng)設計

基于plc的音樂噴泉和水幕電影智能控制系統(tǒng)設計

隨著人們生活水平的提高，對生活環(huán)境的要求也越來越高。。音樂噴泉和水幕電影以超常的音樂享受和視覺效果被廣泛應用在大型休閑廣場、辦公樓廣場以及主題公園等場所。因為很多設備和技術采用進口方式(主要指水幕電影),所以高昂的成本使得如此美妙的景觀變成了“燒錢”的游戲。本文正是在此背景下,設計了一種基于可編程控制器(PLC)的音樂噴泉和水幕電影控制系統(tǒng),一定程度上實現(xiàn)了系統(tǒng)的簡單化和一體化。一、水幕電影概述音樂噴泉是利用音樂的頻率、振幅、節(jié)拍等元素來控制噴泉的花型變化、水柱高低、燈光亮暗的一種噴泉裝置。其原理是將聲音信號轉變成電信號,再通過驅動裝置驅動電磁閥和繼電器,實現(xiàn)對噴頭水路的控制和水壓大小的控制。在夜晚,音樂噴泉再結合五彩繽紛的燈光效果使景色異常絢麗奪目,形成一片迷人而又引人入勝的風景。水幕電影產(chǎn)生于20世紀80年代,早期出現(xiàn)在法國、日本等發(fā)達國家。由于采用多種光學效果,使電影在水幕上播放時,顏色更加奪目,圖像更加新鮮生動。當人物進入畫面時,好似騰空而降,產(chǎn)生虛無飄渺的夢幻感覺,令人心馳神往。目前,水幕電影形式多樣,主要有水池平面、垂直平面、不規(guī)則垂直平面和360度環(huán)形立體等樣式。目前的設計中,主要是獨立的音樂噴泉設計或水幕電影設計。本文把音樂噴泉和水幕電影設計結合在一起,使兩者相得益彰,優(yōu)勢互補,使系統(tǒng)既有悅耳的音樂享受,又有震撼的視覺沖擊。二、噴泉系控制系統(tǒng)以PLC為核心的音樂噴泉和水幕電影控制系統(tǒng)整體結構如圖1所示。該系統(tǒng)主要包括檢測部分、操作控制部分、指示報警部分、噴泉系控制系統(tǒng)部分和水幕電影控制部分。檢測部分主要實現(xiàn)對音樂元素的檢測;操作面板主要實現(xiàn)系統(tǒng)的啟動、停止、噴泉系統(tǒng)開關、水幕電影系統(tǒng)開關等輸入命令的輸入;報警部分實現(xiàn)對系統(tǒng)異常工作時的報警;指示燈顯示系統(tǒng)工作的各種狀態(tài);噴泉系統(tǒng)直接由PLC系統(tǒng)進行控制,主要是對壓力泵、潛水泵、潛水彩燈的實時控制;水幕電影系統(tǒng)主要由PLC協(xié)調噴泉系統(tǒng)進行控制。三、plc控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)硬件部分設計可以采用繼電器、單片機和PLC為核心。繼電器控制系統(tǒng)成本高、控制的噴泉花樣較單一且控制復雜;單片機控制系統(tǒng)成本較低、控制噴泉花樣豐富且改進方便,但易受電磁干擾以致工作不穩(wěn)定,且控制系統(tǒng)的設計較為復雜;PLC控制系統(tǒng)成本相對偏高,但控制電路設計簡單,程序修改方便,同時,PLC內(nèi)部設置了大量抗干擾保護電路,使其工作穩(wěn)定性高。因此,本系統(tǒng)將采用三菱PLC的FX2N系列進行設計,設計中音樂噴泉的檢測部分即采用變頻器進行音樂信號的采集參考文獻中技術。水幕電影部分的控制主要包括PLC對水幕電影投影機、水幕噴泉等的控制和它們之間的通訊。音樂噴泉隨著水幕電影音樂節(jié)奏變化主要是通過檢測部分完成,實現(xiàn)形式與普通音樂噴泉檢測音樂信息類似。(一)plc的i/o分配系統(tǒng)控制器硬件電路的設計主要是PLC外圍電路的設計,其關鍵部分為I/O分配表的設計。I/O分配表包含了在PLC控制過程中,PLC對輸入信號的檢測以及對輸出設備潛水泵、彩燈等的控制。詳細的PLCI/O分配表如表1和表2所示。表1和表2主要列出了音樂噴泉的詳細I/O分配表,除了列出的PLCI/O點外,還必須分配模擬量輸入單元與變頻器連接,實現(xiàn)對音樂信號的檢測,同時,還必須分配輸出口控制水幕電影投影機、水幕噴泉等設備。(二)潛水泵和燈的具體位置設計音樂噴泉的潛水泵和燈分布如圖2所示,本設計噴泉采用中心圓臺,四周圓方型設計,圖中數(shù)字表明了表1所示潛水泵和燈的具體位置。一般情況下,為了傍晚或晚上得到較好的燈光效果,彩燈設計在潛水泵旁邊底部。四、軟件部分的設計(一)工作模式判斷軟件部分主要實現(xiàn)整個系統(tǒng)的運行和準確控制。圖3為該系統(tǒng)的主程序流程圖,主要包括系統(tǒng)初始化程序、啟動判斷和工作模式的判斷。系統(tǒng)主要有3種工作模式:音樂噴泉模式(模式0)、水幕電影模式(模式1)和聯(lián)合模式(模式2)。其中音樂噴泉模式和水幕電影模式主要是為了單獨測試或者單獨開放時使用,而音樂噴泉和水幕電影的聯(lián)合工作模式是主要的工作模式,可以得到音樂噴泉和水幕電影的雙重應用優(yōu)勢和效果。(二)狀態(tài)轉移圖t由于系統(tǒng)的工作過程有較嚴格的時間先后順序,因此程序設計可以采用狀態(tài)轉移圖來實現(xiàn),利用狀態(tài)轉移圖直觀、編程容易等特點可以大大降低程序的設計難度和設計周期。系統(tǒng)在運行時,可以進行參數(shù)的設置,參數(shù)可以通過中斷方式進行修改,未修改時均采用默認參數(shù)。五、種工作模式在設計方面的運用和運用中對傳統(tǒng)的系統(tǒng)進行了改進。對于現(xiàn)代本文以可編程控制器(PLC)為核心,對音樂噴泉和水幕電影控