树冰喷头

树冰喷头喷水时外观效果庞大丰满，粗壮挺拔，喷头安装在导流上端与水面水平，喷水时能将池水带出，形成粗大壮观的水柱，抗风力较强。这种喷头广泛用于广场和公共场所喷水池中。

万向直流喷头

直流喷头在各种场合的喷水池中广泛应用，并是音乐喷泉的必备喷头，这种喷头装有球型接头，可沿垂直方向15度进行调节，万向直流喷头可组合各种不同形状的喷射效果，射流的高低和角度的变化，可根据水池形状大小定。

孔雀开屏(半球蒲公英)喷头

半球蒲公英喷头也称孔雀开屏喷头，但它结构原理与构造形式和开屏(散射)喷头都不相同，而与蒲公英喷头基本相同，其区别仅在于它是半球形，喷出的水姿像半环蒲公英，又像孔雀开屏。对水质的要求与蒲公英喷头相同，可应用于各种喷水池中。

中心直上喷头

中心直上喷头是在同一个配水箱上安装许多万向直流喷嘴，当这些喷嘴规格相同时，喷出的水姿雄壮笔直；当这些喷嘴规格不完全相同时，大小喷嘴布设得当，喷出的水姿粗壮有力，层次分明、主题突出，是大型喷泉必备的主要喷头。该喷头也叫中心水柱。

雾状喷头

雾状喷头它喷出的水滴非常细小，成为雾状，在阳光照射下可形成七色彩虹。因喷嘴构造差异，喷出的水姿也有不同，喷水时噪声小，用水量少，一般安装在雕像周围。

花柱喷头

花柱喷头是多孔散射喷头的一种，又名层花喷头、花篮喷头等。喷水时，其外观形似一束鲜花，造型美观，安装方便，适用于各种场合的喷水池中。

旋转喷头

旋转喷头是利用水流的离心作用和反作用力的推动，使喷头边喷水边旋转。由于喷头的支管数目。弯曲方向及喷头安装的倾斜角度不同，在喷水时形成美观多姿的不同造型．如旋转喷头、旋转花篮喷头。

牵牛花喷头

牵牛花喷头又称喇叭花喷头。它是利用折射原理，喷水时形成均匀的薄膜，其形状在无风和一定的水压下可形成完整的喇叭花型。这种喷水适用于室内或庭院的喷水池。在喷头下方可安装阀门调节水量，同时还可以调节喷头顶部的盖帽，使喷水花型达到最佳效果，半球喷头与此原理相同。

扁嘴喷头

扁嘴喷头喷出的水形美观，适用于各种场合的喷水池中，扁嘴喷头装有球形接头，可作垂直方向和倾斜15度安装。

扇形喷头

扇形喷头是一种多嘴散射喷头，它是将一些直射小喷嘴设在同一个配水室上，喷水造型尤如孔雀开屏，又像扇面。因此，又称孔雀或孔雀开屏喷头。可垂直安装，也可倾斜安装。

可调玉柱喷头

玉柱喷头喷嘴断面为一环缝隙，当压力水从中直射喷出时，其水姿呈筒状空心水膜，形似水晶圆柱。该喷头喷出的水势宏伟壮观，抗风性能好。

涌泉(鼓泡)喷头

涌泉喷头也是加气喷头的一种，又称鼓泡喷头、珍珠喷头。喷水时能将气吸入，使水姿形成充满空气的白色水丘，这种喷头可用较少的水量获得丰满庞大的景观，它可广泛用于各种场合喷水池中。

礼花喷头

礼花喷头是多孔散射喷头的另一种，又称莲蓬喷头。由于它与花柱喷头的构造稍有不同，喷出的水姿与花柱也有区别，它的喷水造型尤如正在燃放的礼花，造型美观，安装方便，适用于各种场合的喷水池中。

加气喷头

加气喷头也称为掺气喷头、泡沫喷头、吸气喷头等。这种喷头用射流泵的原理，喷水时将空气吸入，以少量的水产生丰满的射流，喷头的水柱呈白色不透明状，反光效果好。调节外套的高度可以改变吸入的空气量，吸入空气越多，水柱的颜色越白，泡沫越细，喷头有球形接头，可绕中心线轴向15度转动。它适用于室内外的各种喷水池中。

音乐喷泉是由电脑控制声、光及喷孔组合而产生不同形状、不同色彩、配合音乐节奏而构成的综合水景。水的形态会随着声音的抑扬顿挫而跳起舞来，加上灯光的照射，可以形成舞姿优美、色彩斑谰的多样喷泉。
由于音乐喷泉的声、光、色、形俱美，常常用作风景园林的主景，或设专门的表演剧场，就如舞台上的表演艺术一样，可激起人们的沉思、咏叹、惊喜、雀跃的情绪而得到水美的艺术享受。音乐喷泉的使用越来越广泛，涉及PLC，变频器，单片机，上位机，触摸屏等，涵盖自动化的各个学科，并且形象直观，非常适合于本科生，研究生等做实验，是各个教学设备生产厂家没有关注到的领域，鉴于此我们公司全力开发了喷泉系列产品，与传统的电梯控制程序形成鲜明的对比，力争在全国教学设备领域处于顶尖地位，塑造永嘉公司在业界新的形象。

水景喷泉，已随着科学技术的发展进步，不断融入我们现代城市、现代企业和现代生活，也营造了一个富有时代特征、多姿多彩、健康向上的精神文化。特别是音乐喷泉，既展示了我们城市的文化品位、文明素质，又给我们旅游商贸等社会经济带来了活力和生机。

　当今喷泉已融入现代科技、建筑环境艺术和文化娱乐、社会经济为一体的多功能综合景观艺术。因此我们在研究"美学、水学、电学"互为互补科学关系的同时，利用计算机、软件、激光、变频技术等机电一体化现代科技，开发研制各系列喷泉控制系统。特别是最近研制的音乐喷泉控制系统，不但结构先进灵活方便可靠，可利用各种音源（如录音机、CD、VCD、DVD、卡拉OK音乐会），在喷水现场，根据不同的要求，通过控制任意改变喷水的高低、花形花样，而且克服了以往音乐与喷水不够同步、音乐曲目难改等缺点，更有效控制多路各种变化，既能创造出高歌澎湃、激昂热烈的壮观场面，又能达到轻歌曼舞柔情摇曳，绚丽多姿的景观，真正使音乐、水姿、色彩和感观有机融合，令人迷恋、陶醉！

音乐喷泉的工作原理是，根据播放的音乐来控制水柱，达到与音乐同步的效果，而水柱是由水泵来控制的，而水泵是由三相异步电动机组成的，三相异步电动机的转速如果通入工频电源，转速是不变化的，变频器是专门针对电机调速的装置。由变频器控制电机的转速，使水柱发生变化。音乐喷泉的使用越来越广泛，涉及PLC，变频器，单片机，上位机，触摸屏等，涵盖自动化的各个学科，并且形象直观，非常适合于本科生，研究生等做实验，是各个教学设备生产厂家没有关注到的领域，鉴于此我们公司全力开发了喷泉系列产品，与传统的电梯控制程序形成鲜明的对比，力争在全国教学设备领域处于顶尖地位，塑造永嘉公司在业界新的形象。音乐喷泉主要有音源，音频处理模块，变频器，泵模块，水源模块等，现将各个部分模块的计划介绍如下：

1.音源

主要是CD/VCD或者MP3/MP4等，是音乐产生的部分是音乐喷泉的灵魂所在，外接一个转换头一边接音响一边接AC/DC转换器，实验初期可以先只买一个转换器利用公司现有的电脑或者其他音源，音箱公司也有，因此音源部分的前期投入最小化。

转换器价格需要到中关村买，价格大约10元左右

2.音频处理模块

即AC/DC转换器，音源输入接CD 机或现场K 歌、DJ 表演线路输出，转换器输出为0-5V 模拟电压或者4-20MA模拟电流，可直接驱动变频器。

变频器是音乐喷泉的关键所在，选用国产变频器实现整个的音乐喷泉控制。变频器备选方案：

基于实验要求采用微型泵，鱼缸用泵即可，电源要求交流220伏,备选：

关键字：变频器，音乐喷泉

往往音乐喷泉系有统中由很多小型电机组成，功率很多在0.75KW，就目前这个项目中，中共要30台这样的小电机，共用一台变频器来同步控制这些电机。变频器的功率为37KW..

变频器的选择原则是：所有电机功率加起来再放大一挡，由于考虑电机与变频器的布线较远，且有很高的加减速时间，故将变频器的功率选择为37KW.

变频器采用我公司生产的ZY-P800-37K-3C的水泵专用变频器，功率为：37KW,过载能力为：120％。变频器的接线方式如下：

L1,L2,L3.接交流380V电源，

U,V,W接三相异步电动机，分别接到30台电机上面.每台电机需接单独的热继电器。

控制端子CM与OP6短接（正转启动信号）。音乐放大器输出的0－20MA信号输入到AN2, GND端子（控制变频器的速度）。AN2接正信号，GNG接负信号。

变频器的参数设置如下：

F109=0.5 加速时间

F110=0.5 减速时间

F200=1 控制方式为外部端子控制

F202=3 由AN2进行4－20mA的模拟量输入调速

F301=4 平方V/F曲线。

输入以上参数即可，确保音乐放大器经过一个转换器后输入到变频器的信号是4－20mA 　　

喷泉能将水的灵性、音乐的美感和灯光的色彩完美结合在一起，给人以赏心悦目的感觉。随着社会经济和技术的发展、文化艺术生活品位的提高，人们对喷泉的技术含量和艺术效果也提出了更高的要求。如今，设置在城市广场等规模较大的喷泉，已不再是采用几个按钮或一些逻辑开关的简单控制就能满足观众日益提高的欣赏水平要求。为此，在工业自动化系统的工程经验基础上，开发了一套适合音乐喷泉特点的计算机控制系统。
1 音乐喷泉控制概述
音乐喷泉工程中安装有大量的电磁阀门、彩灯、水泵和产生其它机械动作的电机。除个别变频水泵需要用模拟信号来连续调节水柱高度、实现特定的艺术效果之外，其它部件基本是通过开关量进行控制。这些开关信号驱动阀门、彩灯、水泵随着音乐进行不同的组合，从而产生各种水形和灯光变换效果。为了达到听觉、视觉的和谐统一，控制系统应能根据音乐的节奏、旋律和感情色彩输出，产生各种不同的状态组合来配合水形和灯光实时变化。这也是音乐喷泉的控制不同于工业控制的主要特点。
形成水形的基本通路是由水泵、管道、阀门和喷头组成，针对不同水形要求有不同的控制方法。从喷泉的控制来看基本可分为四类：第一类水形，启动水泵直接向管道和喷头加压，效果是喷头的水柱在启动和停止时有一过渡的升降过程；第二类水形，需要通过变频器控制水泵转速来实现一种水柱连续升降的效果；第三类水形，在加压喷水时启动传动电机控制喷头摇摆，达到一种花型变换；第四类水形，需要在直接启动水泵向管道加压后，通过控制器快速地控制大量的电磁阀门的开闭，使喷嘴以各种方式进行点射，形成所谓“跑泉”和“跳泉”效果。
2 矩阵式控制原理
实际工程中将上述几种方式有机地组合起来实现多种水形变幻，再配以音乐和灯光，就可产生丰富多彩的艺术效果。实际上，这一过程从计算机的控制角度来看就是将一组一维的空间变量e=按照△T时间间隔顺序输出的过程。我们可以用一个控制矩阵[Aij]来进行表述。
对控制矩阵处理是整个控制程序的核心。由于硬件驱动板卡为16路输出，[Aij]的列数为16的整数倍，目前系统主控变量设计列数最大为n=256，行数数量不受限制。所以，控制矩阵最大可做到m256，m可以取任意自然数。矩阵[Aij]中第i行元素对应本喷泉工程设
计中某时段△T里一个确定的控制输出点排列。△T的取值范围是10mS~1S,按lmS间隔可调。矩阵[Aij]的第j列的每个元素对应控制该点部件的一个时间间隔为△T的输出序列。于是[Aij]的每个元素Aij对应第j个被控部件在第i个时段的输出状态，Aij=1为开启，反之为关闭。如果某行元素全为零，表明此时段整个系统无输出；某列元素全为零表明该部件在工作期间无输出(可能是备用通道)。实际控制矩阵中，行数m是乐曲的播放时间和间隔△T取值之比。
控制矩阵可作为数组存放于计算机内存之中。当喷泉工作时，在音乐信号的触发下，计算机将并行地按着顺序逐行取出控制向量，再以△T为时间间隔向接口输出。
控制矩阵的生成可由人工在屏幕上编辑，也可采用可视化的组态软件来实现。具体的实现方法这里不作重点介绍。
3.控制系统的硬件构成
较大的喷泉一般均有上百个控制点，有些广场喷泉可达到数百甚至上千个被控点，所以需要采用模块化的分级式控制系统来完成工程的全部控制。图1给出了一个典型的计算机喷泉控制系统的组成框图。
为实现上述功能，系统在设计上根据不同负载类型，将大量的被控对象分为4类模块：
(1)乐曲识别与处理模块。由模拟采集板和音源处理电路组成；
(2)变频控制模块。由D／A输出板和变频器组成；
(3)开关量的直控模块。用于彩灯、水泵和传动电机等，这是数量最多的模块；
(4)分级控制的跑泉模块。由工控机、开关板和跑泉器构成三级控制结构。
系统第一级的上位机是本控制系统的核心。由于现场电磁干扰很大，使用环境比较恶劣，主机需要采用标准工控机。上位机的任务是实现人机交互界面，存放音乐文件，对音频信号进行读人、分析，对下级的输出模块进行*作和控制整个系统的启停等功能。为完成上位机对各类功能部件的控制，机箱内配置了A／D卡、D／A卡和开关量功率输出板，而且还要保证工控机主板上有足够的扩展能力。标准板卡配置如下：
(1)A／D卡，用于音乐信号的采集和识别，采用12位精度和100KHz转换速率可满足需要。计算机对外输入音乐信号的读取只需要强度信息即可，因此在进行A／D转换前还要加上有音乐信号的幅度包络检波电路；
(2)D／A卡，用来输出模拟信号控制变频调速器，12位的分辨率和100KHz的转换速率，输出控制信号幅度为0~10V，一般有8~16个通道，为提高抗干扰能力采用光电隔离输出；
(3)开关量输出卡，选用32个通道的光电隔离功率输出板，驱动能力达24V、50mA，但由于喷泉中的设备均为三相的交流供电，所以后面还要加上一级固态继电器的驱动板来驱动220V的交流接触器或电磁阀门。
4 跑泉控制器模块
由主控机直接控制的部件主要是一些变化复杂的开关量和模拟量。对于如跑泉(又叫跳泉)的阀门和循环彩灯等花色变换比较单一、控制点数很多、但要求响应速度又很快的输出量，可采用下位机分级控制。即由主机发出控制命令送至下位分机，再由分机根据接收的命令输出不同的花色信号来驱动阀门和彩灯。
大型音乐喷泉中，水幕跑泉是在近百米的管道上安装几十路到上百路的阀控喷嘴，喷泉启动时近百个阀门以几十毫秒的间隔循环交替打开，形成一种气势磅礴的动感效果。而且要求跑动时间可调，花形变化及时。由此可见跑泉控制器在营造喷泉艺术效果中起到了至关重要的作用。本项目采用专门设计的，多达256个控制量的EELab-Ⅱ型嵌入式跑泉控制器。控制器机箱与工控19英寸标准机柜配套，水形花色在现场可编程。连同配套的软件已形成完整的产品。并且经实践证明运行可靠，而成本却远远低于PLC控制器。跑泉控制器的电路框图如图2所示。
跑泉控制器的CPU采用的是单片机，采用电流环光隔控制输入。系统的上位机通过四条控制线送来16种状态控制跑泉控制器的工作。设计这种控制方案除结构简单、响应速度快以外，另一优点是对于其它简易型喷泉可以直接用拨码开关来控制，省去成本较高的主控计算机。
跑泉控制器的工作原理与主控机相仿，当单片机接收到某一种控制信号后，按着设定的时间定时产生中断，然后顺序读取FLASHROM芯片里的喷泉花形矩阵数据，再通过地址译码分别锁存到输出口上，由外围驱动电路板通过固态继电器来控制跑泉喷头下方的电磁阀。如果工控机向单片机发送不同的控制信号，就能快速地实现各种花形切换。花形控制信号有4位，共计有16个状态，除0FH作为停止信号之外，其余15个状态分别对应15种花形的矩阵。存储器采用64KB的FLASHROM芯片，如果控制矩阵最大为256x256点，恰好4KB空间安放一种花形。单片机P1，0~P1．3口用于识别4位控制信号但同时也得到花形矩阵的分区地址代码。从FLASH相应地址空间调出花形数据，再经过地址分配电路，锁存到外围驱动电路板上控制电磁阀的开闭。本控制器还具有跑泉控制情况实时监测功能，除了在前面板用7段数码管显示当前花形种类，另有128个与输出相对应的LED来实时显示输出状态。
本工程项目设计了两组跑泉，每组跑泉要控制115个电磁阀。为了使控制量每次输出时间间隔从5mS到0．5S连续可调，这套设备具有两种改变时间间隔的方法：一是通过FLASHROM写入不同定时参数，由单片机的定时中断实现，二是通过设备面板上的电位器手动调节。软件定时的优点是定时精确，手动调节的优点是可根据现场具体效果直接调整。
本控制器的控制矩阵的输入具有在线可编程功能。在上位机用VB语言开发了自动生成花形数据的程序，只要给出跑泉路数和花形特征两类参数，就能自动生成16进制花形数据文件。然后通过串口向跑泉器主板传输已经生成的花形数据和时间间隔数据，使控制器机内的单片机可对FLASH芯片进行在线擦除和重新写入。
5 音频信号的采集分析及模拟信号变频控制
这部分是音乐喷泉的核心技术。控制喷泉的外部音频信号有多种来源，其中之一是来自音响系统的音源输出。该信号还要经过变换电路放大、滤波、限幅和检波，变成与音乐幅度的对数成比例的包络检波信号送到采集卡，其幅值为0~10V。
模拟信号调控喷水高度的办法很多，其中最简单的是把采集到的音频信号经平滑后再转换成控制变频器的模拟输入电压，控制水泵的转速使水形跟随音乐节奏的快慢进行变化。由外部音源实现水形跟随变化的方案如图3所示。当然要做到水形跟随音乐旋律变化，并可靠地保证音乐起、水形起和音乐停、水形停绝不简单，而是要根据对大量乐曲音频信号的分析统计，给出一个判断依据和相应的阈值。
随着近年来计算机的处理速度大幅提高，在音乐音质满足要求的前提下可以利用机内硬盘的WAVE文件来播放音乐，使计算机根据WAVE文件的数据实时识别音乐并同时控制喷泉运行。
实际上在上述硬件的基础上，可以通过音频分析软件，结合一些特殊的处理方法和算法来产生更适合的控制代码。本系统上位机软件中音乐程控部分的流程图如图4所示，限于篇幅本文不再专门叙述。
6 结束语
这套计算机控制系统已经成功用于某大学校园广场的音乐喷泉，某省广播电视台演播大厅舞台喷泉项目也正在试用。结果表明：该系统的设计结构合理，安全可靠和控制精度等技术性能均能满足实际要求，而且成本低，使用简单方便，效果令人十分满意。

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