石小和

摘 要：音樂噴泉控制系統(tǒng)是整個(gè)音樂噴泉系統(tǒng)的核心部分。文章結(jié)合音樂噴泉的研究進(jìn)展，對(duì)音樂噴泉的定義和技術(shù)原理進(jìn)行闡述。按照控制系統(tǒng)的運(yùn)行方式和控制方法，對(duì)我國(guó)音樂噴泉控制系統(tǒng)的研究成果進(jìn)行分類，其中包括：程序控制、實(shí)時(shí)聲控、預(yù)編控制方式和變頻控制方式，對(duì)每種方式的優(yōu)勢(shì)和不足進(jìn)行總結(jié)。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，智能控制、變頻調(diào)速等高科技技術(shù)進(jìn)入噴泉控制領(lǐng)域，噴泉控制系統(tǒng)將會(huì)有很好的發(fā)展前景，新型音樂噴泉控制系統(tǒng)的研究和應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。

關(guān)鍵詞：音樂噴泉；控制系統(tǒng)；變頻控制；智能控制

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人民對(duì)生存環(huán)境的要求也隨之提高。很多地方都可見到人工音樂噴泉，如公園、廣場(chǎng)、游樂場(chǎng)、居民小區(qū)等，它是為了娛樂而創(chuàng)造出來的可以活動(dòng)的噴泉，是現(xiàn)代科技與藝術(shù)的完美結(jié)合。它集合聲、光、色、形于一體，并產(chǎn)生千變?nèi)f化的水景[1]。音樂噴泉作為一種獨(dú)特的人工景觀，不僅可以給人民帶來視覺和聽覺上的藝術(shù)享受，同時(shí)也美化了我們的城市，促進(jìn)了整個(gè)城市大環(huán)境的發(fā)展，同周圍的自然環(huán)境、建筑環(huán)境交相輝映，給周圍環(huán)境增添了無(wú)限生機(jī)，提高了城市中鋼筋混凝土建筑物的文化藝術(shù)氛圍，也凈化了空氣，帶來了很好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益[2，3]。

音樂噴泉演奏的樂曲數(shù)目有限，這是因?yàn)橐魳穱娙ǔＰ枰绦蚩刂葡到y(tǒng)和音樂控制系統(tǒng)對(duì)不同的音樂進(jìn)行編程，使得噴泉產(chǎn)生的水型與音樂的旋律配合協(xié)調(diào)，音樂的內(nèi)涵通過噴泉的形式表達(dá)出來，目前我國(guó)生產(chǎn)音樂噴泉的企業(yè)有上百家，這些公司都具有制造、設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試的能力，但計(jì)算機(jī)軟件集成控制技術(shù)還很薄弱。與國(guó)外企業(yè)相比，在音樂內(nèi)涵的表達(dá)形式和程序控制等方面還存在很大的差距。本文針對(duì)我國(guó)在音樂噴泉控制系統(tǒng)中存在的問題，從音樂噴泉控制系統(tǒng)的組成和研究進(jìn)展兩方面進(jìn)行探討，并展望未來的發(fā)展趨勢(shì)。

1 音樂噴泉系統(tǒng)

1.1 概念

音樂噴泉是一種為了娛樂而創(chuàng)造出來的可以活動(dòng)的噴泉。它根據(jù)美學(xué)設(shè)計(jì)產(chǎn)生三維立體效果。這種效果是由于聲波、光波或激光穿過水粒子而產(chǎn)生的。在此過程中，水流被操控，光線被散射和折射，呈現(xiàn)出一個(gè)三維的動(dòng)態(tài)畫面。

1.2 系統(tǒng)組成及工作原理

音樂噴泉是在程序控制的基礎(chǔ)上加入了音樂控制系統(tǒng)，首先要從音樂中提取主要構(gòu)成元素，其中包括音樂速度、調(diào)式、音區(qū)、節(jié)奏、旋律方向、力度等，通過計(jì)算機(jī)對(duì)音頻及MIDI信號(hào)進(jìn)行識(shí)別、譯碼和編碼，然后根據(jù)音樂所表達(dá)出來的情感，為音樂匹配相應(yīng)的燈光、水型，最終音樂、水型、燈光三者節(jié)奏同步，得到滿意的音樂噴泉信息，然后噴泉信息被存入數(shù)據(jù)庫(kù)。在實(shí)際運(yùn)行過程中，首先從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)用相應(yīng)的音樂曲目，然后將控制信息發(fā)送給噴頭、水泵、變頻機(jī)、搖擺機(jī)、燈頭等硬件設(shè)備。這樣，音樂、水型、燈光（水、聲、電）信息可以實(shí)現(xiàn)同步播放，呈現(xiàn)出和諧統(tǒng)一的動(dòng)感畫面[4]。音樂噴泉系統(tǒng)作用原理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

2 音樂噴泉控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

2.1 控制系統(tǒng)組成

音樂噴泉控制系統(tǒng)是集音樂控制、程序控制、人工智能控制技術(shù)于一體的現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)。通過程序控制系統(tǒng)和音樂控制系統(tǒng)，對(duì)音樂進(jìn)行編程，使噴泉造型與音樂旋律、燈光同步結(jié)合而產(chǎn)生千變?nèi)f化的水景，表達(dá)音樂內(nèi)涵及主題。音樂噴泉聲、光、色、形俱美，激起人們的情緒而得到水美的藝術(shù)享受。

音樂噴泉控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，首先計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)庫(kù)中的音樂分解為一系列不同頻率的電信號(hào)，這些信號(hào)被傳送到控制設(shè)備?？刂圃O(shè)備根據(jù)這些信號(hào)的變化，改變電泵的功率、閥門的開合度以及噴嘴轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，呈現(xiàn)音樂和水型的完美統(tǒng)一。

音樂噴泉控制系統(tǒng)主要包括：計(jì)算機(jī)、可編程控制器、變頻器、控制柜等。計(jì)算機(jī)作為用戶終端，可以實(shí)時(shí)顯示操作界面，并且所有控制程序和數(shù)據(jù)庫(kù)都安裝存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)，可編程控制器在程序的控制下決定變頻器、電磁閥和燈光的開關(guān)，由控制柜、變頻器控制相應(yīng)動(dòng)作的開合度。

音樂噴泉是音樂和噴泉自動(dòng)控制系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，音樂指導(dǎo)噴泉的水型，噴泉表達(dá)音樂的內(nèi)涵我國(guó)音樂噴泉產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中出現(xiàn)了許多問題，如缺乏自主創(chuàng)新能力、控制系統(tǒng)硬件質(zhì)量差、音樂軟件程序設(shè)計(jì)薄弱等，其中噴泉控制系統(tǒng)是整個(gè)音樂噴泉的核心部分，它決定噴泉的最終呈現(xiàn)效果，因此我國(guó)需要加強(qiáng)控制系統(tǒng)的研究，結(jié)合其它行業(yè)的優(yōu)勢(shì)，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)和軟件系統(tǒng)，解決音樂噴泉發(fā)展過程中存在的一系列問題。

2.2 控制系統(tǒng)類別

從德國(guó)人20世紀(jì)發(fā)明音樂噴泉到現(xiàn)在已經(jīng)有幾十年的歷史了，隨著科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展，音樂噴泉系統(tǒng)的控制水平和科技含量也越來越高，控制方法也越來越多?，F(xiàn)將主要的幾種控制方式總結(jié)如下：

2.2.1 程序控制

程序控制是利用預(yù)先編輯好的計(jì)算機(jī)程序來控制噴泉系統(tǒng)的水型和燈光，使水型和燈光產(chǎn)生不同的變化效果，整個(gè)控制系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)操作界面控制和顯示，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)程序的隨機(jī)執(zhí)行，系統(tǒng)反應(yīng)快、靈敏度高，能夠承受一定的壓力和撞擊，系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于系統(tǒng)升級(jí)和維護(hù)。但是對(duì)于音樂特征的識(shí)別需要人工完成，即由設(shè)計(jì)人員對(duì)樂曲進(jìn)行特征提取，編輯處理。這使得系統(tǒng)曲目受到限制，如有新的樂曲加入就需要操作員重新編程處理，會(huì)帶來很大的工作量，系統(tǒng)的靈活性較差，所以這類系統(tǒng)談不上對(duì)音樂特征的自動(dòng)識(shí)別。李瑞程和應(yīng)柏青[5]基于可編程序控制器，設(shè)計(jì)了音樂噴泉控制系統(tǒng)。程序設(shè)計(jì)完成投入運(yùn)行后，音樂噴泉模型裝置噴水高度按設(shè)計(jì)的要求隨著音樂信號(hào)的強(qiáng)弱而變化。張均和廖建波[6]設(shè)計(jì)了一種小型音樂噴泉控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用模塊結(jié)構(gòu)，可較靈活組合，是一種較為理想的音樂噴泉控制系統(tǒng)。但是，由于組合過于復(fù)雜，可靠性下降，故不適用于復(fù)雜的大型噴泉系統(tǒng)。

2.2.2 實(shí)時(shí)聲控

實(shí)時(shí)聲控控制方式是目前國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)音樂噴泉設(shè)備公司采用的一種控制手段，它可以自動(dòng)識(shí)別和響應(yīng)任何音源信號(hào)，與程控方式相比，它省去了預(yù)先的程序編輯過程，節(jié)約了成本，但此種控制方式也存在一些問題，首先，水型動(dòng)作要比音樂滯后，噴泉?jiǎng)幼髋c音樂不協(xié)調(diào)。其次，水型的出現(xiàn)組合與出現(xiàn)時(shí)間長(zhǎng)短是固定的，不論任何曲目，都會(huì)出現(xiàn)表演水型與音樂所表達(dá)的情感不一致。使人聽覺感受與視覺感受不協(xié)調(diào)。第三，樂曲的情感段落與水型變化時(shí)間不符，而且千篇一律。呂傳林[7]提出了一種新的音樂噴泉設(shè)計(jì)方案和控制方法，采用PWM變頻調(diào)速、預(yù)處理、預(yù)測(cè)補(bǔ)償控制和信號(hào)提前控制方法，利用計(jì)算機(jī)仿真軟件，分析證明該設(shè)計(jì)方案的運(yùn)行效果。結(jié)果表明，該控制方法大大改善了噴泉系統(tǒng)的控制品質(zhì)，真正達(dá)到了實(shí)時(shí)控制的效果。劉莉宏[8]介紹了一種基于音樂特征識(shí)別的音樂噴泉智能控制系統(tǒng)。由于能夠自動(dòng)識(shí)別音樂的曲式、情感等特征，該系統(tǒng)能夠根據(jù)不同曲目的特點(diǎn)形成體現(xiàn)音樂內(nèi)涵的音樂噴泉表演程序；同時(shí)，通過綜合運(yùn)用電腦動(dòng)畫、自動(dòng)控制等技術(shù)，充分使音樂旋律、情感、節(jié)奏與水景藝術(shù)完美結(jié)合，呈現(xiàn)出一幅完美的水聲畫面。endprint

2.2.3 預(yù)編控制

預(yù)編控制是根據(jù)某一首樂曲的情感與意境，人工編制各種水型、動(dòng)作、燈光、水泵的開啟和關(guān)閉，使噴泉的表演與音樂的情感和意境相吻合。此功能在控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)方面有一定的綜合難度。吳仁華和祁大勇[9]利用8031單片機(jī)通過A/D對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行采樣，進(jìn)而控制步進(jìn)電機(jī)，達(dá)到控制電磁閥，實(shí)現(xiàn)噴頭流量的控制。陶虹等[10]用vb6.0編程語(yǔ)言在win98系統(tǒng)下開發(fā)了噴泉主控系統(tǒng)，介紹了音樂噴泉系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)控制軟件的組成及功能，并給出了主要程序。該噴泉主控系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備包括工控機(jī)、雙工聲卡、模擬量卡及開關(guān)量卡，該控制系統(tǒng)在音樂起伏較大時(shí)，有比較好的效果，但由于系統(tǒng)沒有音樂預(yù)處理功能，加之噴泉變頻噴頭的數(shù)量及設(shè)計(jì)限制，系統(tǒng)對(duì)音樂的整體性表達(dá)不夠。林濤等[1]為了改進(jìn)音樂噴泉的效果，采用PLC多點(diǎn)控制系統(tǒng)代替大量的繼電器線路，通過PLC對(duì)音樂噴泉控制系統(tǒng)的SSR、彩燈、射燈、水泵的多點(diǎn)控制，編寫一些程序和簡(jiǎn)單的連接實(shí)現(xiàn)大量的開關(guān)按照邏輯條件進(jìn)行順利動(dòng)作和進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制。結(jié)果表明，PLC的應(yīng)用不僅能夠進(jìn)行多種水型切換，而且能控制噴泉隨音樂上下起伏，同時(shí)花式更改方便，SFC編程設(shè)計(jì)思路清晰。潘禮慶[11]采用PLC與普通計(jì)算機(jī)組成的音樂噴泉實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，發(fā)揮PLC的通信功能和編程特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的通信與控制，由PLC來完成噴泉實(shí)時(shí)控制中的各種水型、燈光、跑泉的快速變化動(dòng)作，為快速、高效地構(gòu)建：大型音樂噴泉實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)提供可靠、性價(jià)比優(yōu)越的應(yīng)用方案，同時(shí)該設(shè)計(jì)方法也適用于PLC程控噴泉的調(diào)試及獨(dú)立運(yùn)行。趙永強(qiáng)等[12]通過借用有源音箱揚(yáng)聲器的信號(hào)，節(jié)約了系統(tǒng)的成本，并引入史密斯（Smith）預(yù)估補(bǔ)償器，解決了系統(tǒng)因?yàn)楦鞣N執(zhí)行機(jī)構(gòu)的慣性和機(jī)械因素而導(dǎo)致的整個(gè)控制系統(tǒng)較大的時(shí)間滯后問題，實(shí)現(xiàn)了PLC控制音樂噴泉。通過實(shí)驗(yàn)，此系統(tǒng)具有較好的時(shí)間同步性，可以很好地實(shí)現(xiàn)聲、光、水的結(jié)合；可以改造已有的音樂噴泉系統(tǒng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。張長(zhǎng)君和王連濤[13]介紹了一個(gè)以AT89C51單片機(jī)為核心的小型音樂噴泉控制系統(tǒng)。給出了一個(gè)簡(jiǎn)潔的單片機(jī)控制電路，分析了輸出地址，描述了不同類型的輸出電路和輸入電路；介紹了從特定構(gòu)造的噴池中獲得決定噴池動(dòng)作的噴池?cái)?shù)據(jù)原理；給出了主程序框圖和程序。目前，該系統(tǒng)已在多個(gè)小型音樂噴泉工程中應(yīng)用，取得了令人滿意的效果。龐婷婷[14]等介紹了基于單片機(jī)的音樂噴泉系統(tǒng)，本系統(tǒng)是PC機(jī)將數(shù)據(jù)通過RS-232總線傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，然后應(yīng)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)音樂播放、電機(jī)轉(zhuǎn)速等功能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離調(diào)控及水、光、電的完美結(jié)合，本系統(tǒng)功能強(qiáng)，成本低，具有很高的實(shí)用價(jià)值。本系統(tǒng)是基于AT89C52單片機(jī)的控制系統(tǒng)，不僅具有智能化程度高，功能強(qiáng)大，性能穩(wěn)定可靠，成本低等特點(diǎn)，也具有硬件和軟件的升級(jí)空間。不足之處是系統(tǒng)利用單片機(jī)產(chǎn)生方波信號(hào)控制蜂鳴器發(fā)音，音色不是很優(yōu)美。

2.2.4 變頻控制

音樂噴泉變頻控制是眾多控制系統(tǒng)中的一種。隨著先進(jìn)的控制理論和方法在噴泉控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，噴泉控制系統(tǒng)不斷完善和升級(jí)，其中變頻調(diào)速技術(shù)在噴泉控制系統(tǒng)中的應(yīng)用也逐漸成熟，并逐步發(fā)展為水泵調(diào)速控制的主要方式。王連濤和張長(zhǎng)君[15]介紹變頻控制系統(tǒng)在音樂噴泉中的工作原理和應(yīng)用。一個(gè)大型的彩色音樂噴泉系統(tǒng)往往是一個(gè)集多種控制于一身的綜合系統(tǒng)，科技含量很高。不過，變頻控制系統(tǒng)的應(yīng)用會(huì)給大型音樂噴泉系統(tǒng)增色很多，可以使噴泉的噴射高度隨音樂信號(hào)大小變化，使音樂、水花、燈光融為一體，演出一場(chǎng)交響水詩(shī)。魏世化[16]主要介紹音樂噴泉系統(tǒng)的組成及變頻調(diào)速技術(shù)在音樂噴泉控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，闡述了變頻器在音樂噴泉應(yīng)用中的一些特殊要求，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)成為音樂噴泉控制系統(tǒng)中水泵調(diào)速的主要方式，它不僅能夠提高系統(tǒng)控制的靈活性，而且還能起到節(jié)能效果，因而音樂噴泉變頻調(diào)速技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。李春艷[17]從介紹音樂噴泉系統(tǒng)的構(gòu)成入手，探討了變頻調(diào)速技術(shù)在音樂噴泉控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，并以“古冶幸福廣場(chǎng)”噴泉為實(shí)例，闡述了變頻器在音樂噴泉中應(yīng)用一些特殊要求。大量的研究和實(shí)踐表明，變頻控制系統(tǒng)在音樂噴泉控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)、節(jié)能和降低環(huán)境噪音都有很好的效果，是一種有效的水泵調(diào)速控制手段。

3 結(jié)束語(yǔ)

音樂噴泉作為聽覺和視覺相結(jié)合的藝術(shù)呈現(xiàn)形式，已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注。音樂噴泉控制系統(tǒng)是音樂噴泉的核心，種類繁多，但都是優(yōu)點(diǎn)和不足共存，沒有一種控制方式是完美無(wú)缺的，實(shí)時(shí)聲控方式雖然可以響應(yīng)任何聲源信號(hào)，但水型動(dòng)作與音樂不協(xié)調(diào)；預(yù)編控制方式雖然可以使噴泉的表演與音樂的情感相協(xié)調(diào)，但此控制方式音樂和控制在系統(tǒng)上是獨(dú)立的，表演曲目有限；一些音樂噴泉控制器雖然可以音頻信號(hào)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成變頻調(diào)速器要求的控制信號(hào)，但其輸出信號(hào)與輸入的聲頻信號(hào)呈線性關(guān)系，不能將音樂、水型、燈光三者融為一體，呈現(xiàn)的效果不統(tǒng)一。

當(dāng)今音樂噴泉控制系統(tǒng)和高新科技的結(jié)合正是歷史發(fā)展的趨勢(shì)和必然。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，智能控制、變頻調(diào)速等高科技技術(shù)正不斷地融入噴泉控制領(lǐng)域，未來必將發(fā)揮不可替代的作用，使噴泉效果更加絢麗多彩，婀娜多姿，令人賞心悅目。

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[17]李春艷.變頻器在音樂噴泉中的應(yīng)用探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2013（4）：137-137.endprint

2.2.3 預(yù)編控制

預(yù)編控制是根據(jù)某一首樂曲的情感與意境，人工編制各種水型、動(dòng)作、燈光、水泵的開啟和關(guān)閉，使噴泉的表演與音樂的情感和意境相吻合。此功能在控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)方面有一定的綜合難度。吳仁華和祁大勇[9]利用8031單片機(jī)通過A/D對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行采樣，進(jìn)而控制步進(jìn)電機(jī)，達(dá)到控制電磁閥，實(shí)現(xiàn)噴頭流量的控制。陶虹等[10]用vb6.0編程語(yǔ)言在win98系統(tǒng)下開發(fā)了噴泉主控系統(tǒng)，介紹了音樂噴泉系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)控制軟件的組成及功能，并給出了主要程序。該噴泉主控系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備包括工控機(jī)、雙工聲卡、模擬量卡及開關(guān)量卡，該控制系統(tǒng)在音樂起伏較大時(shí)，有比較好的效果，但由于系統(tǒng)沒有音樂預(yù)處理功能，加之噴泉變頻噴頭的數(shù)量及設(shè)計(jì)限制，系統(tǒng)對(duì)音樂的整體性表達(dá)不夠。林濤等[1]為了改進(jìn)音樂噴泉的效果，采用PLC多點(diǎn)控制系統(tǒng)代替大量的繼電器線路，通過PLC對(duì)音樂噴泉控制系統(tǒng)的SSR、彩燈、射燈、水泵的多點(diǎn)控制，編寫一些程序和簡(jiǎn)單的連接實(shí)現(xiàn)大量的開關(guān)按照邏輯條件進(jìn)行順利動(dòng)作和進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制。結(jié)果表明，PLC的應(yīng)用不僅能夠進(jìn)行多種水型切換，而且能控制噴泉隨音樂上下起伏，同時(shí)花式更改方便，SFC編程設(shè)計(jì)思路清晰。潘禮慶[11]采用PLC與普通計(jì)算機(jī)組成的音樂噴泉實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，發(fā)揮PLC的通信功能和編程特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的通信與控制，由PLC來完成噴泉實(shí)時(shí)控制中的各種水型、燈光、跑泉的快速變化動(dòng)作，為快速、高效地構(gòu)建：大型音樂噴泉實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)提供可靠、性價(jià)比優(yōu)越的應(yīng)用方案，同時(shí)該設(shè)計(jì)方法也適用于PLC程控噴泉的調(diào)試及獨(dú)立運(yùn)行。趙永強(qiáng)等[12]通過借用有源音箱揚(yáng)聲器的信號(hào)，節(jié)約了系統(tǒng)的成本，并引入史密斯（Smith）預(yù)估補(bǔ)償器，解決了系統(tǒng)因?yàn)楦鞣N執(zhí)行機(jī)構(gòu)的慣性和機(jī)械因素而導(dǎo)致的整個(gè)控制系統(tǒng)較大的時(shí)間滯后問題，實(shí)現(xiàn)了PLC控制音樂噴泉。通過實(shí)驗(yàn)，此系統(tǒng)具有較好的時(shí)間同步性，可以很好地實(shí)現(xiàn)聲、光、水的結(jié)合；可以改造已有的音樂噴泉系統(tǒng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。張長(zhǎng)君和王連濤[13]介紹了一個(gè)以AT89C51單片機(jī)為核心的小型音樂噴泉控制系統(tǒng)。給出了一個(gè)簡(jiǎn)潔的單片機(jī)控制電路，分析了輸出地址，描述了不同類型的輸出電路和輸入電路；介紹了從特定構(gòu)造的噴池中獲得決定噴池動(dòng)作的噴池?cái)?shù)據(jù)原理；給出了主程序框圖和程序。目前，該系統(tǒng)已在多個(gè)小型音樂噴泉工程中應(yīng)用，取得了令人滿意的效果。龐婷婷[14]等介紹了基于單片機(jī)的音樂噴泉系統(tǒng)，本系統(tǒng)是PC機(jī)將數(shù)據(jù)通過RS-232總線傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，然后應(yīng)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)音樂播放、電機(jī)轉(zhuǎn)速等功能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離調(diào)控及水、光、電的完美結(jié)合，本系統(tǒng)功能強(qiáng)，成本低，具有很高的實(shí)用價(jià)值。本系統(tǒng)是基于AT89C52單片機(jī)的控制系統(tǒng)，不僅具有智能化程度高，功能強(qiáng)大，性能穩(wěn)定可靠，成本低等特點(diǎn)，也具有硬件和軟件的升級(jí)空間。不足之處是系統(tǒng)利用單片機(jī)產(chǎn)生方波信號(hào)控制蜂鳴器發(fā)音，音色不是很優(yōu)美。

2.2.4 變頻控制

音樂噴泉變頻控制是眾多控制系統(tǒng)中的一種。隨著先進(jìn)的控制理論和方法在噴泉控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，噴泉控制系統(tǒng)不斷完善和升級(jí)，其中變頻調(diào)速技術(shù)在噴泉控制系統(tǒng)中的應(yīng)用也逐漸成熟，并逐步發(fā)展為水泵調(diào)速控制的主要方式。王連濤和張長(zhǎng)君[15]介紹變頻控制系統(tǒng)在音樂噴泉中的工作原理和應(yīng)用。一個(gè)大型的彩色音樂噴泉系統(tǒng)往往是一個(gè)集多種控制于一身的綜合系統(tǒng)，科技含量很高。不過，變頻控制系統(tǒng)的應(yīng)用會(huì)給大型音樂噴泉系統(tǒng)增色很多，可以使噴泉的噴射高度隨音樂信號(hào)大小變化，使音樂、水花、燈光融為一體，演出一場(chǎng)交響水詩(shī)。魏世化[16]主要介紹音樂噴泉系統(tǒng)的組成及變頻調(diào)速技術(shù)在音樂噴泉控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，闡述了變頻器在音樂噴泉應(yīng)用中的一些特殊要求，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)成為音樂噴泉控制系統(tǒng)中水泵調(diào)速的主要方式，它不僅能夠提高系統(tǒng)控制的靈活性，而且還能起到節(jié)能效果，因而音樂噴泉變頻調(diào)速技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。李春艷[17]從介紹音樂噴泉系統(tǒng)的構(gòu)成入手，探討了變頻調(diào)速技術(shù)在音樂噴泉控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，并以“古冶幸福廣場(chǎng)”噴泉為實(shí)例，闡述了變頻器在音樂噴泉中應(yīng)用一些特殊要求。大量的研究和實(shí)踐表明，變頻控制系統(tǒng)在音樂噴泉控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)、節(jié)能和降低環(huán)境噪音都有很好的效果，是一種有效的水泵調(diào)速控制手段。

3 結(jié)束語(yǔ)

音樂噴泉作為聽覺和視覺相結(jié)合的藝術(shù)呈現(xiàn)形式，已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注。音樂噴泉控制系統(tǒng)是音樂噴泉的核心，種類繁多，但都是優(yōu)點(diǎn)和不足共存，沒有一種控制方式是完美無(wú)缺的，實(shí)時(shí)聲控方式雖然可以響應(yīng)任何聲源信號(hào)，但水型動(dòng)作與音樂不協(xié)調(diào)；預(yù)編控制方式雖然可以使噴泉的表演與音樂的情感相協(xié)調(diào)，但此控制方式音樂和控制在系統(tǒng)上是獨(dú)立的，表演曲目有限；一些音樂噴泉控制器雖然可以音頻信號(hào)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成變頻調(diào)速器要求的控制信號(hào)，但其輸出信號(hào)與輸入的聲頻信號(hào)呈線性關(guān)系，不能將音樂、水型、燈光三者融為一體，呈現(xiàn)的效果不統(tǒng)一。

當(dāng)今音樂噴泉控制系統(tǒng)和高新科技的結(jié)合正是歷史發(fā)展的趨勢(shì)和必然。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，智能控制、變頻調(diào)速等高科技技術(shù)正不斷地融入噴泉控制領(lǐng)域，未來必將發(fā)揮不可替代的作用，使噴泉效果更加絢麗多彩，婀娜多姿，令人賞心悅目。

參考文獻(xiàn)

[1]林濤，楊慶斌，寧福軍，等.PLC在音樂噴泉控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].青島大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，（4）：27-28.

[2]潘禮慶.PLC在大型音樂噴泉實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2009，（6）：86-87.

[3]唐莉萍，汪穎.音樂噴泉上位機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].東華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，2（4）：38-42.

[4]王春潔.音樂噴泉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施[D].北京郵電大學(xué)，2006.

[5]李瑞程，應(yīng)柏青.音樂噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及PLC實(shí)現(xiàn)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2008，25（5）：81-83.

[6]張均，廖建波.小型音樂噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，21（4）：619-621.

[7]呂傳林.音樂噴泉的視音同步性研究[D].大連理工大學(xué)，2002.

[8]劉莉宏.基于音樂特征識(shí)別的音樂噴泉智能控制系統(tǒng)的研究[J].北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，8（4）：1-3.

[9]吳仁華，祁大勇.大型廣場(chǎng)音樂噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].測(cè)控技術(shù)，2003，22（9）：34-35.

[10]陶虹，唐年慶，蔣猛.音樂噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].內(nèi)江師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，19（6）：21-24.

[11]潘禮慶.PLC在大型音樂噴泉實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2009（6）：86-87.

[12]趙永強(qiáng)，劉帥，范淑靜，等.基于PLC控制的音樂噴泉系統(tǒng)[J].電子測(cè)試，2011（6）：73-77.

[13]張長(zhǎng)君，王連濤.單片機(jī)控制在音樂噴泉中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2006，27（10）：1905-1907.

[14]龐婷婷，李盼，陳楊陽(yáng)等.基于單片機(jī)的音樂噴泉系統(tǒng)[J].科技信息，2013，35：126-127.

[15]王連濤，張長(zhǎng)君.變頻控制系統(tǒng)在音樂噴泉中的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2005（6）：57-58.

[16]魏世化.變頻器在音樂噴泉控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].變頻器世界，2006，2：86-88.

[17]李春艷.變頻器在音樂噴泉中的應(yīng)用探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2013（4）：137-137.endprint

2.2.3 預(yù)編控制

預(yù)編控制是根據(jù)某一首樂曲的情感與意境，人工編制各種水型、動(dòng)作、燈光、水泵的開啟和關(guān)閉，使噴泉的表演與音樂的情感和意境相吻合。此功能在控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)方面有一定的綜合難度。吳仁華和祁大勇[9]利用8031單片機(jī)通過A/D對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行采樣，進(jìn)而控制步進(jìn)電機(jī)，達(dá)到控制電磁閥，實(shí)現(xiàn)噴頭流量的控制。陶虹等[10]用vb6.0編程語(yǔ)言在win98系統(tǒng)下開發(fā)了噴泉主控系統(tǒng)，介紹了音樂噴泉系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)控制軟件的組成及功能，并給出了主要程序。該噴泉主控系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備包括工控機(jī)、雙工聲卡、模擬量卡及開關(guān)量卡，該控制系統(tǒng)在音樂起伏較大時(shí)，有比較好的效果，但由于系統(tǒng)沒有音樂預(yù)處理功能，加之噴泉變頻噴頭的數(shù)量及設(shè)計(jì)限制，系統(tǒng)對(duì)音樂的整體性表達(dá)不夠。林濤等[1]為了改進(jìn)音樂噴泉的效果，采用PLC多點(diǎn)控制系統(tǒng)代替大量的繼電器線路，通過PLC對(duì)音樂噴泉控制系統(tǒng)的SSR、彩燈、射燈、水泵的多點(diǎn)控制，編寫一些程序和簡(jiǎn)單的連接實(shí)現(xiàn)大量的開關(guān)按照邏輯條件進(jìn)行順利動(dòng)作和進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制。結(jié)果表明，PLC的應(yīng)用不僅能夠進(jìn)行多種水型切換，而且能控制噴泉隨音樂上下起伏，同時(shí)花式更改方便，SFC編程設(shè)計(jì)思路清晰。潘禮慶[11]采用PLC與普通計(jì)算機(jī)組成的音樂噴泉實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，發(fā)揮PLC的通信功能和編程特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的通信與控制，由PLC來完成噴泉實(shí)時(shí)控制中的各種水型、燈光、跑泉的快速變化動(dòng)作，為快速、高效地構(gòu)建：大型音樂噴泉實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)提供可靠、性價(jià)比優(yōu)越的應(yīng)用方案，同時(shí)該設(shè)計(jì)方法也適用于PLC程控噴泉的調(diào)試及獨(dú)立運(yùn)行。趙永強(qiáng)等[12]通過借用有源音箱揚(yáng)聲器的信號(hào)，節(jié)約了系統(tǒng)的成本，并引入史密斯（Smith）預(yù)估補(bǔ)償器，解決了系統(tǒng)因?yàn)楦鞣N執(zhí)行機(jī)構(gòu)的慣性和機(jī)械因素而導(dǎo)致的整個(gè)控制系統(tǒng)較大的時(shí)間滯后問題，實(shí)現(xiàn)了PLC控制音樂噴泉。通過實(shí)驗(yàn)，此系統(tǒng)具有較好的時(shí)間同步性，可以很好地實(shí)現(xiàn)聲、光、水的結(jié)合；可以改造已有的音樂噴泉系統(tǒng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。張長(zhǎng)君和王連濤[13]介紹了一個(gè)以AT89C51單片機(jī)為核心的小型音樂噴泉控制系統(tǒng)。給出了一個(gè)簡(jiǎn)潔的單片機(jī)控制電路，分析了輸出地址，描述了不同類型的輸出電路和輸入電路；介紹了從特定構(gòu)造的噴池中獲得決定噴池動(dòng)作的噴池?cái)?shù)據(jù)原理；給出了主程序框圖和程序。目前，該系統(tǒng)已在多個(gè)小型音樂噴泉工程中應(yīng)用，取得了令人滿意的效果。龐婷婷[14]等介紹了基于單片機(jī)的音樂噴泉系統(tǒng)，本系統(tǒng)是PC機(jī)將數(shù)據(jù)通過RS-232總線傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，然后應(yīng)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)音樂播放、電機(jī)轉(zhuǎn)速等功能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離調(diào)控及水、光、電的完美結(jié)合，本系統(tǒng)功能強(qiáng)，成本低，具有很高的實(shí)用價(jià)值。本系統(tǒng)是基于AT89C52單片機(jī)的控制系統(tǒng)，不僅具有智能化程度高，功能強(qiáng)大，性能穩(wěn)定可靠，成本低等特點(diǎn)，也具有硬件和軟件的升級(jí)空間。不足之處是系統(tǒng)利用單片機(jī)產(chǎn)生方波信號(hào)控制蜂鳴器發(fā)音，音色不是很優(yōu)美。

2.2.4 變頻控制

音樂噴泉變頻控制是眾多控制系統(tǒng)中的一種。隨著先進(jìn)的控制理論和方法在噴泉控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，噴泉控制系統(tǒng)不斷完善和升級(jí)，其中變頻調(diào)速技術(shù)在噴泉控制系統(tǒng)中的應(yīng)用也逐漸成熟，并逐步發(fā)展為水泵調(diào)速控制的主要方式。王連濤和張長(zhǎng)君[15]介紹變頻控制系統(tǒng)在音樂噴泉中的工作原理和應(yīng)用。一個(gè)大型的彩色音樂噴泉系統(tǒng)往往是一個(gè)集多種控制于一身的綜合系統(tǒng)，科技含量很高。不過，變頻控制系統(tǒng)的應(yīng)用會(huì)給大型音樂噴泉系統(tǒng)增色很多，可以使噴泉的噴射高度隨音樂信號(hào)大小變化，使音樂、水花、燈光融為一體，演出一場(chǎng)交響水詩(shī)。魏世化[16]主要介紹音樂噴泉系統(tǒng)的組成及變頻調(diào)速技術(shù)在音樂噴泉控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，闡述了變頻器在音樂噴泉應(yīng)用中的一些特殊要求，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)成為音樂噴泉控制系統(tǒng)中水泵調(diào)速的主要方式，它不僅能夠提高系統(tǒng)控制的靈活性，而且還能起到節(jié)能效果，因而音樂噴泉變頻調(diào)速技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。李春艷[17]從介紹音樂噴泉系統(tǒng)的構(gòu)成入手，探討了變頻調(diào)速技術(shù)在音樂噴泉控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，并以“古冶幸福廣場(chǎng)”噴泉為實(shí)例，闡述了變頻器在音樂噴泉中應(yīng)用一些特殊要求。大量的研究和實(shí)踐表明，變頻控制系統(tǒng)在音樂噴泉控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)、節(jié)能和降低環(huán)境噪音都有很好的效果，是一種有效的水泵調(diào)速控制手段。

3 結(jié)束語(yǔ)

音樂噴泉作為聽覺和視覺相結(jié)合的藝術(shù)呈現(xiàn)形式，已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注。音樂噴泉控制系統(tǒng)是音樂噴泉的核心，種類繁多，但都是優(yōu)點(diǎn)和不足共存，沒有一種控制方式是完美無(wú)缺的，實(shí)時(shí)聲控方式雖然可以響應(yīng)任何聲源信號(hào)，但水型動(dòng)作與音樂不協(xié)調(diào)；預(yù)編控制方式雖然可以使噴泉的表演與音樂的情感相協(xié)調(diào)，但此控制方式音樂和控制在系統(tǒng)上是獨(dú)立的，表演曲目有限；一些音樂噴泉控制器雖然可以音頻信號(hào)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成變頻調(diào)速器要求的控制信號(hào)，但其輸出信號(hào)與輸入的聲頻信號(hào)呈線性關(guān)系，不能將音樂、水型、燈光三者融為一體，呈現(xiàn)的效果不統(tǒng)一。

當(dāng)今音樂噴泉控制系統(tǒng)和高新科技的結(jié)合正是歷史發(fā)展的趨勢(shì)和必然。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，智能控制、變頻調(diào)速等高科技技術(shù)正不斷地融入噴泉控制領(lǐng)域，未來必將發(fā)揮不可替代的作用，使噴泉效果更加絢麗多彩，婀娜多姿，令人賞心悅目。

參考文獻(xiàn)

[1]林濤，楊慶斌，寧福軍，等.PLC在音樂噴泉控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].青島大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，（4）：27-28.

[2]潘禮慶.PLC在大型音樂噴泉實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2009，（6）：86-87.

[3]唐莉萍，汪穎.音樂噴泉上位機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].東華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，2（4）：38-42.

[4]王春潔.音樂噴泉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施[D].北京郵電大學(xué)，2006.

[5]李瑞程，應(yīng)柏青.音樂噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及PLC實(shí)現(xiàn)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2008，25（5）：81-83.

[6]張均，廖建波.小型音樂噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，21（4）：619-621.

[7]呂傳林.音樂噴泉的視音同步性研究[D].大連理工大學(xué)，2002.

[8]劉莉宏.基于音樂特征識(shí)別的音樂噴泉智能控制系統(tǒng)的研究[J].北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，8（4）：1-3.

[9]吳仁華，祁大勇.大型廣場(chǎng)音樂噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].測(cè)控技術(shù)，2003，22（9）：34-35.

[10]陶虹，唐年慶，蔣猛.音樂噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].內(nèi)江師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，19（6）：21-24.

[11]潘禮慶.PLC在大型音樂噴泉實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2009（6）：86-87.

[12]趙永強(qiáng)，劉帥，范淑靜，等.基于PLC控制的音樂噴泉系統(tǒng)[J].電子測(cè)試，2011（6）：73-77.

[13]張長(zhǎng)君，王連濤.單片機(jī)控制在音樂噴泉中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2006，27（10）：1905-1907.

[14]龐婷婷，李盼，陳楊陽(yáng)等.基于單片機(jī)的音樂噴泉系統(tǒng)[J].科技信息，2013，35：126-127.

[15]王連濤，張長(zhǎng)君.變頻控制系統(tǒng)在音樂噴泉中的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2005（6）：57-58.

[16]魏世化.變頻器在音樂噴泉控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].變頻器世界，2006，2：86-88.

[17]李春艷.變頻器在音樂噴泉中的應(yīng)用探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2013（4）：137-137.endprint