基于PLC控制的音乐喷泉设计论文.doc

毕业设计有关说明一、方案设计与论证1.1课题分析近年来我国经济的不断发展，物质生活水平的提高促使着人们迫切的追求更高的生活享受，于是大大小小的公园如雨后春笋般出现在新的城市规划中，其中必然会修建一些喷泉供人们休闲、观赏。这些喷泉按一定的规律改变喷水式样，如果再与五颜六色的灯光相配合，在和谐优雅的音乐中，更是令人心旷神怡，流连忘返。其中PLC控制的音乐喷泉更是作为佼佼者，以其简单的操作方法和多变的视觉效果饱受人们的称赞。本文讲述的是如何利用PLC控制喷泉喷水方式，通过将音乐信号进行调制，来控制喷泉的参数，从而产生产生各样的样式。1.2控制方案比较1.继电器-接触器控制方案继电器-接触器控制方式是通过采用不同硬件接线方式，组合常开常闭触点来实现不同的逻辑控制功能。硬件接线的固定则意味着逻辑功能的确定，如果需要修改功能或增加新的功能，只能对硬件接线方式或结构进行调整。在复杂的控制系统中，这种控制系统就存在许多问题。系统由许多分立元件组成，属有触点控制，虽然单个元件故障率不高，但是由于元件过多，整体的出错率大幅度提升。同时，众多的元件让故障排查工作困难，影响设备的维护。2.单片机控制方案单片机控制系统具有运算速度快，通用性好，成本低等优点。单片机由CPU、存储器（包括RAM和ROM）、I/O接口、定时/计数器、中断控制功能等均集成在一块芯片上，片内各功能通过内部总线相互连接起来。它具有优异的性能价格比,集成度高、体积小、可靠性高、控制功能强、低电压、低功耗。目前应用于机电一体化产品是指集成机械、微电子技术、计算机技术于一本，具有智能化特征的电子产品。缺点是稳定性、可靠性和抗干扰能力较差。同时，用于控制强电设备需要用到可控硅等电力电子元件，提高了整体的成本。3.PLC控制方案可编程逻辑控制器（PLC）作为一种工业控制设备，具有很强大的控制功能，极高的稳定性和可靠性。PLC采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可。由于PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制的，所以也具有速度快，严格同步等优良特性。1.3论证结论以PLC为核心设计音乐喷泉控制系统，比继电器-接触器控制方案和单片机方案在稳定性、控制速度、开关量频率、设备体积等方面均有巨大的优势。同时，PLC“软接线”的特性还便于喷泉进行参数调整和功能升级。由于PLC抗干扰能力强，开关损耗小，故控制系统的稳定性和寿命都能得到极大的提升。PLC简单易读易学的梯形图程序为音乐喷泉控制系统的逻辑构建和设计提供了极大的便利。同时，PLC还能方便地进行PWM调制，使得对水泵电机、灯光亮度的调节更加轻松。综上所述，选用PLC设计缸体加工机床控制系统，在设计其逻辑和实现功能方面，是完全可行的。同时，使用PLC设计的音乐喷泉控制系统，在使用寿命，扩展性等方面都具有极大的优势。二、系统硬件2.1硬件结构设计将音乐信号放大到0~9V后，分三路分别送入响度、频率和旋律信号检测调制电路，信号检测和调制电路根据当前信号分量值与预设值进行比较，输出高、中、低三个档次，并转换为开关量输入到PLC。PLC根据档位，来控制多级水闸的开合、PWM波形的占空比等，进而控制喷泉的花式。旋律部分由于需要调制成占空比连续可调的PWM波，使用PLC并不方便，所以使用了外置的PWM调制电路。系统框架图如图2.1所示。音频信号响度检测频率检测旋律检测PLC阀门彩灯电机PWM调制图2.1系统框架图2.2响度检测调制电路响度检测调制电路见图2.2示。图2.2响度检测调制电路本电路是音频信号响度的检测调制电路，选用的3个串联的TAS二极管作为稳压管，反向导通电压降为2.4V，3个运放均作为电压比较器，电压比较的3个基准分别为2.4V、4.8V、7.2V。音频响度检测调制电路的真值表表见表2.1所示。表2.1音频响度检测调制电路真值表输入电压(V)\输出HighvolMidvolLowvol0~2.40002.4~4.80014.8~7.20117.2+1112.3频率检测调制电路音频频率检测调制电路见图2.3所示。图2.3音频频率检测调制电路2.4旋律检测调制电路和PMW调制电路音频旋律检测调制电路见图2.4所示。图2.4音频旋律检测调制电路音频信号经包络检波后获得单极性旋律信号，这是一个模拟量，随后经过进一步的处理用于PWM调制。PWM调制电路见图2.5所示。图2.5PWM调制电路2.5PLC的选型作为音乐喷泉的主要控制单元，需要保证功能适用和稳定性强的同时，也要考虑到成本因素。综合I/O接口需求、体积、价格等因素，三菱（Mitsubishi）公司的FX2N系列应该是最好的选择。MitsubishiFX2N是FX家族中最高端的系列，它体积小（182mm*90mm*82mm）却提供了极快的程序执行速度。