当前位置:首页 >> 机械/仪表 >>

音乐喷泉上位机控制系统的设计




卷 第 期 年 月

东华 大学 学 报《自然 科 学 版


,

音 乐 喷 泉 上 位 机 控 制 系 统 的 设计
唐 莉萍 汪
,
,


,

东华 大 学信息科 学 与技 术学 院 上 海



摘要
关键 词

结 合 宜 昌 五 一 广 场 音 乐 喷 泉 系 统 给 出 了 基 于 上 位 机 控 制 的 音 乐 喷 泉设 计 方 法 用 统 一 建模 语 言
,

,


,

对 系统 进 行 描 迷 并 对 上 下 位 机 的 实 时 通信 机 制 进 行 探 讨
,
,



音 乐 喷 泉 上 位 机 串行 通 信

中图 法分 类 号

随 着 人 民生 活 水 平 的 提 高 城 市 环 境 建 设 日益 为
,

为 下 位机 的 音 乐 喷 泉 系 统 在 功 能 上 大 大 超 越 了 小 型

人们 所重 视



喷 泉 作 为 一 种 观 赏性 较 高 的 艺 术 水 景
、 、


,

音 乐 喷泉 系 统 计 算 机 实 现 音 乐 节 拍 的辨 识 预 测 和
,



不 断地 出 现 在 城 市 广 场 居 民 小 区 公 园 等 场 所
,


,

喷泉花 型 设 计 等功 能
,

,

刃 从 计算 机 获 取 实 时控 制 数
、 。

不 仅 可 以增 加 周 围 空 气 湿 度 减 少 空 气 中 的 尘 埃 降

据 完成对 喷 泉 现 场 的 造 型 灯 光 的 控 制
,

这里结合

低 空 气 温 度 更 为 人们 生 活 增 添 了 不少 情趣
,



宜 昌五 一 广 场音 乐 喷 泉 系 统 介 绍 音 乐 喷 泉 上 位 机 控


在 各 种 类 型 喷 泉 中 音 乐 喷泉 技 术 含 量 最 高
,




制 系 统 的 软 件 设计



乐 喷 泉 能 将喷泉 的 造 型 灯 光 与 音 乐 的 起伏 和 节 奏 的

变 化相 互关联 在一 起 喷 泉 随着 音 乐 的 变 化 改 变 其 形
,

态 呈 现丰 富多 彩 的 花 型 变 化 人 们 通 过 视 觉 和 听 觉
, ,

共 同感 受音 乐 丰 富 的 内涵




音 乐 喷 泉 中花 型 造 型 动 作 和 节拍 变 量 的 定 义
基 于 上位 机 控制 的 音乐 喷 泉 是 根 据 所 播放 的 音 乐





由单 片 机 或 可 编 程 控 制 器


,
,

组成 的小 型 音乐 喷 泉 系 统〔




无论

信号 在不 同时 间 内 的 节 拍及音 频 信 号 的强 弱 排 列 出 花
,

是 在软 件上 或 是 在 硬 件 上 均 无 法 很 好 地 满 足 喷 泉造
型 随 音 乐 变 化 的 要求

型 造 型 节拍 和 动作 命 令 由 计算 机传 送 给
,












由 计算 机 作 为 上 位 机

,

一作

乐 喷 泉 的 花 型 造 型 动 作 和 节 拍 的关 系 如 图






,

音 乐 喷 泉的花 型 造 型 动 作 和 节拍的 关 系 图





不 同 的花 型 组 成 造 型 连 续 的造 型 变 化 构 成 动

型 和灯光



通 过 造 型 和 灯 光 的变 化 表 现 出 音 乐 的 感
, ,





在 每 一 个 节拍 点 上 音 乐 喷 泉 系 统 输 出 不 同 的 造
,

情 色彩 和强 烈 的节 奏 真 正 达 到 声



” 、“



”、“

光 完美



收 稿 日期







唐莉萍 等 音乐喷 泉上 位 机 控 制 系 统 的设 计


合一 的境界


中各 个 模块 的

十 十编程 语 言定 义 方法 如下
,


音乐 喷泉 不 仅 用 水 的 瞬 息 变 化 来 表 现 音 乐 所 蕴 涵 的 丰 富 内涵 变 幻 莫 测 的 灯 光 背 景 在 夜 晚 更 烘 托 出 音乐强 烈 的 节 奏
、 。

花 型 定义
、 、

系 统 有 多种 不 同 的 喷 头 组 成 喷 头 有 花型有


,

机 地 组 合在 一 起 可 以 形 成 形 态 各 异 的 花 型

、 、

因 此 在 软 件 中对 灯 光 控 制 定 义 了

涌泉 花 环 编 网 倾 幅 摇 摆 纵 向 摇 摆 大 对 抛 树 冰

结构



灯 光 没 有 亮 度 的 变化 只 包 含 不 同
, ,

礼花 等
,



宜 昌五一 广 场音 乐喷泉共 有
,

种 不 同 的花
,

颜 色 的彩 灯组 合 其 结 构如 下

型 每种花 型 的 喷 射 都 采 用 独 立 的 变 频 器 控 制 为 了

使花 型 更具层 次 感 和 动 态 效 果 每 种 花 型 的 喷射 高 度



种 喷射 的 方式有 连 续 单脉 冲 双脉 冲 快升 慢
,










降 慢 升快 降 等

通 过 对 高 度 和 喷 射 方 式 的组 合 形
,


刀 彩灯 花 型 名称
,

成 多 种基 本花 型 的 变 化

花 型 的结 构 如 下

刀彩 灯 组 合 方 式 节 拍 为 了 更 好 地 表 现 音 乐 的 节奏 感 和 跳 跃 感 刀 花 型 名称

,

捕 捉音 乐 的 节 拍 信 息 非 常 重 要
, ,



通 过 编辑人员对 音

乐 信 号 的 编辑 将 音 乐 每 一 个 节 拍 的 节 奏 点 信 息 输 人

刀 水 柱 喷射 的 方 式


计 算 机 保 存 为 节 拍 文 件 不 同 的乐 曲有 不 同量 的 节
,

拍 数 节 拍 结 构 的 定 义采 用 动 态 链 表 方式
,



刀 水 柱 的 喷高
造 型 定 义 喷泉 系 统 的
,

种 基 本 花 型 都是采 用 独 刀 记 录节 拍 相 对
开 始 的绝 对 时 间

立 的变频器控制 在 任 意时刻 每种花 型 都 可 以 有 不 同 的

喷高 和 喷射方 式
,



将不 同 喷 射 高度 和 喷射方式 的 花 型


组 合在一起 就构成 了 喷泉 的 造 型

造 型 的结 构 如 下

刀 指 向下 一 个 节 拍 的指 针



刀 造 型 的名 称

音 乐 喷 泉 上 位 机 控 制 系统 的 基 本功 能模块
统 一 建 模 语 言 川 是 一 种 通 用 的 标 准建 模 语 言 它 基 于 有 效 的 面 向对 象 的 设计 方 法 能 使 软 件
, ,





刀 不 同 的花 型

动作定 义 若 干 个 不 同造 型 的组 合 即 为 动 作



系 统 的 设 计 和 开 发 人 员 实 现 良好 的 沟 通 并 使 软 件 系
,

作 的结构如下

统 具 有 最 大 程 度 的重 用 从 而 有 效 地 提 高 软件 系 统 的
,

开 发效 率 和重 用 性
,



音 乐 喷泉 上 位 机 系 统 是 针 对 特 殊 对 象 的控 制 系


统 往 往 需 要 根 据 不 同 的 喷 泉 结 构 采 用 特殊 的 实 现

,

刀 动 作 名称


模 式 因 此 在 软 件 设 计 中更 需 要 突 出 系 统 模 块 化 软
,



件 的 易 升 级性 和 代码 的重 用 性
基 于 以上要 求 用
,







该 动作 中有 的 造 型 个数


对 上 位 机 系 统软件 结 构进 对 上 位 机 软件 结构进 行
,

行 分析并 用 例 图



描述 得到 图
,

所 示 系统 软件结构框 图 包括
,


个模块


,

刀 该动作 中包 含 的 造 型

分为

个部分 即 后 台支持 编辑 工 具 和 音 乐播放

东 华 大学学报 自然 科 学 版





〔〕
节 拍输入

〔〕
节 拍 定义

喷泉 动 作 定 义 和 灯 光 动 作 定 义

为便 于 用 户编辑 歌 曲和表 现 歌 曲感情色彩 在上位


,

机 中引人动 作 的 概 念
, ,



通 常 一 首乐 曲包 含 约


个以

〔〕
喷泉造型 定 义


灯光造 型 定义 花 型数

用 ”

磊扒


属 毛 蕊 寸蕊

上 节 拍 点 如 果逐个对节 拍 点进行 喷泉造 型 定 义 和 灯 光

造 型 定 义 那 么 编辑 的工 作 量是很 可 观的
,

通 过 对 音乐
,



的研究 发 现 乐 曲所 表现 的 情 感包 含 在 不 同 的 段 落 中
, , , ,

有 的 段 落 比较 抒 情 有 的段 落 比较 高亢 但 在 同一 段 落 中感 情 色彩相 对 稳定 因 此 在一 个 段 落 中 采 用 能 表 现 出 乐 曲所 表 达 的 感 情 的 动 作 较 之 在 每 一 个 节 拍 点 单
,

,



独定义 造 型 具有 更 好 的 表 现 力
,
,



同时 对 编 辑人 员 来


下位机

说 也 只 需 要 在 一 个 段 落 的 开 始 点 为 音 乐 编 辑 合适 的
动作 这 样 可 以 大 大 地 减 少 编 辑 的 工 作 强 度
,

基于上

系 统 软 件 结构 框 图

述 考虑 在 上 位 机 系 统 中 开 辟 了 喷 泉 动 作定 义 和 灯 光 动 作定 义 功 能 模 块
、 。

后 台支 持 后 台 支持包括喷泉 造 型 定 义 和 灯 光 造 型 定 义 花
型 数据 编辑及 下 载

喷泉动作定义 和 灯光 动作定义


经 编辑 后 生 成 动 作库 文 件保存 在上位 机 中 节拍 定 义
,

个模 块



喷 泉 造 型 定 义 和 灯 光 造 型定 义 这两 个 功 能 模 块 以 花 型 库 文 件 作 为 基 本 的 输 人 文件 通 过 用 户 编辑 产 生 不 同 的 喷 泉 造 型 和 灯 光 造 型
,

在 形成 节拍 文 件 的 基 础 上 用 户 可 以 在 动作 库 中

选 择 能 体 现音 乐 情 感 的 动 作 对 一 些 特 定 的节 拍 点 进
,

行 定 义 形 成 歌 曲文 件
, ,



选 择适合音乐 节 奏 情 感 的




数 据 保存 在造 型 库 文 件 中
,



用 户 可 以 不 断地 对 该模

动 作 是 保证 音 乐 喷 泉具 有 表 现力 的 关 键
音 乐播放

块 添 加 新 的造 型 数 据



花 型 数 据编 辑 及 下 载

音 乐播 放 是 音 乐 喷 泉实 施 控 制 的 部 分
,



在音乐


为 了减 轻 上 位机 与 下 位 机 通 信 的 负担 更 好地实 现

播 放 模块 中 系 统 通 过
,
,

多媒 体 控 件

播放音乐

喷泉 的 实时 控 制 将基本 花 型 结 构 数 据依次 下 载 到 下 位

,

,



的存 储 区 中



在 播放 音 乐 的 同 时 系 统 载 人 造 型 库 文 件 动 作 库
,

在音 乐 播 放 的时 候 只 需 将 花 型
,


文 件 和 歌 曲文 件 程 序 根 据 当 前 的
,

绝对时 间和歌
,

的 编号 传 送 给 下 位 机 而 不 必 发 送 每 个 结 构 的 所 有 数

据 减 少 了 通 信 的 数据 量

喷泉花 型 和 灯光花型 的 编


曲文 件 的 内容 查 询 动 作 库 和 造 型 库 并 将 查 得 的 数 据 转 变 为 下 位机
到 下 位机
,

辑 功 能 为用 户 提 供 了 灵 活 的 编 辑 空 间
编 辑工具

下 载 功 能保


所 能 接 受 的 格 式 通 过 串行 口 送
,

证 了 将数据 有 效 地 存 人 下 位 机 相 应 的 存 储 区 域



实 现 对 音 乐 喷 泉 的 实 时 控制
,



歌 曲 文 件 记 录 的是 每 个 节 拍 对应
在播 放 程 序 中 程 序 不 断地 扫 描 当 前 播 放 绝 对 时 间 与 歌 曲文 件 记 录 的
, ,

音 轨 的绝 对


编辑 工具 由 节 拍 输 人 节 拍 定 义 喷 泉 动 作 定 义
和灯 光动作定义

时 间 和 该 节 拍 对 应 的 造 型 编号 时 间 精 度 达 到 毫 秒
,

个模 块 组 成



音轨 的
,

节拍输入

音轨 的绝对时 间进

节拍输人 实 际 上 通 过 用 户 的 参 与 来 确 定 音 乐 的 节

行 对 照 一 旦 当前 时 间 超 过 相 应 的 时 间 点 就 触 发 相 应 的 事件


拍点
,



虽 然 目前对 语 音 识别 已 经 取得 了 较 好 的 研究成

以 下 为歌 曲文 件 的一 个 片 断

果 例如

就 是 一 种 有 效 的 语 音识 别 软件 但 尚
,


音轨 绝 对 时 间

动作代 号

未找到较有效 的音 乐节拍 识 别 方 法 和 识 别 软件 识 别并 形 成 记 录 节拍点 时 间 数 据 的节拍文件
于 以后 软件 系统 的 升 级 和 模 块 更 新 的 考 虑
,


因此

上 位机 系统 须 通 过 操 作 人 员 的 参 与 实 现 音 乐 节 拍 的


之 所 以 将 这 一 部分 单 独 作 为 一 个 功 能 模 块 是 基
,

一旦有

有 效 的音 乐 识 别 方 法 导 人 系 统 只 需 要 修 改这 一 个 模 块 不 影 响上 位 机 系 统 的 其 他模块
,




唐莉 萍等 音 乐 喷 泉上 位机 控制 系 统 的 设 计

当程 序扫描发 现 当前 的

,

播 放 的 时 间 第 一 次超
, ,

和 播放 的音 乐 的 同 步 效 果



其 关键 是 上 位 机 和 下 位

时 程 序 首 先 向下 位 机 发 送 命 令 帧 触 的第一 个造 型 然后 再 发送数 据


机 的通 信 是 否 能 够 满 足 实 时 数据传 输 的 需 要 及 保 证 数 据 的可 靠接 收


发 下 位 机输 出动作 帧 将 动作
, ,

简化通 信方 式 和 减 少 通 信数据 量


的 第 二 个 造 型 数 据 存 人 下 位 机 的存 储
,

的 方法 能有 效解决 通 信 的 实 时性 和 可 靠 性
, ,

处 理 完毕 音 乐 播 放 的 主 程 序 进 人 扫 描 状 态 直 至 发

宜 昌五 一 广 场 音 乐 喷 泉 系 统 通 信 上 位 机 采 用
串 口 协 议 下 位 机 采 用 松 下 电 工 的专 用 通 信

现 当前 的

播放 时 间 第 一 次 超 过


时 再

,

进行 下 一 步 操作

协议




,





一 与计算机 的通 信通
,

协议转换适 配 器 将 物 理层 信 号 转 标准 的
一 能 识别 的 信 号
。 。

上 位机和

的 通信机制

换 为符 合





上 位机 和 下 位 机 的连 接 示 意 图 音乐 喷 泉 的 表 现 效 果 很 大 程 度 取 决 于 喷 泉 系 统

上位 机

下位 机



上 位机 和 下 位 机 的 连 接 示 意 图


计算 机 与
,

一 之 间 采 用 异 步半 双工通 信 模 式
,

力 地保 障 了 通 信 的 实 时 性
,



在 喷泉 造 型 控 制 中 如 果 采 用 上 位 机 发 送 花 型 数

在 程 序设 计 中 通 信 传输 和 控 制 系 统 的 延 时 是 两

据 的 方法 则一 个 花 型 结 构 字 节 一 个 灯 光结 构
,

需 占有



个不容忽 略 的延 时 因 素
,



针对音乐 喷泉控制 系统本
, ,

占有

个字节



身的 延 时 特别是 变频器启动 的 延 时 在上 位机控制
系统 中 引 人 了 一 定 的 提 前 量 来 抵 消 控 制 系 统 的

每 个 节 拍 数 据 帧 的发 送 文 本 长 度 为

命令 字
发送结束 地 址 光 编号 起 始部分 结 束部 分
,

个 字 节 十 发送 起始 地址

个字节
十 灯

延时



个字节 十 花型编号


每 个 节 拍 的 传输 延 时 为

,


个字节



每 个 节拍 的 数据 帧 长 度 为 个字节
发 送 文本

个字 节

针 对 通 信 传输 延 时 采 用 将 数 据 帧 和 控 制 命 令 帧 分 离
的方 法


个 字节 一

个 字节



命令 帧实 际 上 是 将
, ,

刀 的某 个 字 节 通 过 上


我们 采用 了 喷 泉 花 型 库 和 灯 光 花 型 库 数 据 下 载
的 方式 将 喷泉 花 型 和 灯 光花 型 存储 在 刃 特定 的 存

位 机 的 命 令 进行 置 位

程 序通 过 扫描该字节 判 断

是 否 将 当前 的 造 型 输 出 操作 完毕 将该 字节 清 零

储 区域



在通信 的过程 中 只传 送 花 型 编 号 给
,




,

刃 利 用 自身 的 指 令 进 行 查 询 得 到 相 应 的 数 据



中 每个 花 型 编号 采 用

个字 节 的 长度



命令 帧 的 发 送 文 本 长 度 为 发送 起 始地址 个字节 命令 字 个 字 节 置位 个字节 一 个 发送 结束地 址 个字节
字节


因 此实 际 每个 节拍 数 据 帧 的发 送 文本 长 度 为

命令 字
发 送 结 束地址

个 字 节 十 发送 起 始 地 址 个字节 十 花 型 编号

个字节
十 灯光

整 个命令 帧 的长 度 为 起 始部分

个字节

发送 文本 个字 节


个 字节 十

编号
起 始部 分

个字节



结 束 部分

个 字节 一

每 个命令 帧 的 传输 延 时

每个节拍 的 数据 帧长 度 为

个字节 十发 送 文本
个字节



个字节

,







结 束部 分 个 字 节 一 实 际 通信 量 减 少 了

在 当前 节 拍 到 来 的 时 候 只 向下 位 机 发 送 简 单 的 有

控 制 命 令 要 求 下 位机控 制 整 个 音 乐 喷 泉输 出 符 合 当
,

东华 大 学 学 报《 然 科学版 自


,




前 节拍 的 造 型
拍 之 间约



紧跟 控 制 命 令 帧 上 位 机 利 用 两 个 节
,

了 丰 富 的 变化 得 到 了 广 泛 的 认 可
,

上位机控制系统


符合 经 验 的 最 小 值 的 间 隔 将 下 一 个
,
,

给 用 户 提 供 了 方便 的 操 作 简 洁直 观 的 界 面
,

虽 然这

节拍 的 造 型 和 灯 光 造 型 数 据 事 先 发送 到 下 位 机
的 指定 存储 区 域 这 样 使 下 位 机 有 足 够 的 时 间 完 成 对

里 只 是 针 对 一 个 特 定 的系 统 进 行 介 绍 但 也 为 其 他 的 基于上 位 机 和 下 位 机 控 制 的 系 统 设 计 提 供 了 一 种

控 制 对 象 的准 备 工 作 减少 了 通 信 的延 时
间隔也 能 满 足




通 过 这样 的分离 最 大 限 度 地
, ,

参考



即 使 通 信 干 扰 比较 大
,



次 重 发 的要 求 保 证 数 据 通 信 的 稳
一任飞 工尸 曰 厂 勺刁 」月 「 , 厂‘ 气
, ,










单 片 机 制 作 的音乐 喷 泉控制
,

定性



从宜 昌 五 一 广场音乐 喷 泉 一 年 的 实 际 运 行 来 看
,
,

,

郝迎 吉 李充 宁 夏方林 用
器 现 代 电子 技术
,

,

,

以 上 方 法有 效地 解 决 了 音 乐 喷泉 系 统 的延 时 问 题 使

张均 廖建 波 小 型 音乐 喷 泉控制 系 统设计 江 西 农 业 大学学 报
,

喷泉造 型 的 变 化 能 很 好 地 符 合 音 乐 节 奏 的 变 化 取 得
了很 好 的 效 果




蒋慧


设计核心 技术

,

北京

北 京希望 电子 出版社

,

结论
,



宝典

北京


电子 工 业 出版 社


,



,



常斗 南 李全 利 张学 武 可 编 程 控 制 器 原理 应 用 实 践 北 京
,

通 过近 一 年 的实 际 运 行 宜 昌五 一 广 场 的 音 乐 喷
,

机械 工 业 出版社

,



泉 系 统 运 行稳 定



由于整个基 于上 位机控制 的 音乐
,

喷泉 的 系 统 为 用 户 提 供 开 放 的编 辑 空 间 使 喷 泉 体 现

,
洒 〔 昭



,

飞 夕
,









心 口 理







,

抽雌

,


,
,





,

,

,

廿


相关文章:
基于PLC音乐喷泉系统控制设计
基于PLC音乐喷泉系统控制设计_工学_高等教育_教育专区...进而控制电动机,以达到顺利实现工业控制的 要求及...PLC 与上位计算机、PLC 与其它智能设备之间的通信,...
音乐喷泉自动控制系统设计
(一) 音乐喷泉自动控制原理图 B、音频信号转换为 PLC 输入的设计 考虑到变频器和电动机及负载的惯性问题,决定每隔 15 秒采样一次音乐电平高低(采 样频率过高,...
基于PLC的音乐喷泉控制系统设计
毕业设计(论文)题目 基于 PLC 的音乐喷泉 控制系统设计 专班学业级生 电气工程...甚至可采用工业控制 1 邓世甲:基于 PLC 的音乐喷泉控制系统设计 机作为控制核心...
基于PLC音乐喷泉控制系统的设计
基于PLC音乐喷泉控制系统的设计_工学_高等教育_教育专区。PLC 本科毕业设计 自动...摘要音乐喷泉作为一种人造环境工程项目, 将音乐的美和喷泉有机的结合在一起, ...
基于AT89C51单片机的音乐喷泉控制系统设计
基于AT89C51单片机的音乐喷泉控制系统设计_电子/电路_工程科技_专业资料。青岛...湖北:水利电力出版社,1979:40-45 【5】 任致程. 实用电动机控制电路 350 ...
基于PLC的音乐喷泉控制系统设计
基于PLC的音乐喷泉控制系统设计_电力/水利_工程科技_...机设 10-12 班 基于 PLC 的音乐喷水池系统设计 ...PLC 与上位计算机以及其他智能 设备之间能够交换信息,...
基于AT89C51单片机的音乐喷泉控制系统设计毕业设计报告
毕业设计报告 题目 基于 AT89C51 单片机的 音乐喷泉控制系统设计 无锡科技职业学院毕业设计(论文) 基于 AT89C51 单片机的音乐喷泉控制系统设计 毕业论文(设计)原创...
音乐喷泉控制系统设计报告
音乐喷泉控制系统设计报告 姓名:张彦波 学号:201258502248 班级:计 122-2 指导教师:孙红霞 一、设计任务 1、设计内容:设计随音乐节拍变化的喷泉控制系统,并编程实...
音乐喷泉PLC控制系统设计
(一) 音乐喷泉自动控制原理图 B、音频信号转换为 PLC 输入的设计 考虑到变频器和电动机及负载的惯性问题,决定每隔 15 秒采样一次音乐电平高低(采 样频率过高,...
更多相关标签:
音乐喷泉控制系统 | 音乐喷泉控制系统设计 | plc音乐喷泉控制系统 | 音乐喷泉控制系统原理 | 上位机控制系统 | 喷泉控制系统 | 喷泉控制系统设计 | plc自动喷泉控制系统 |