音乐喷泉控制中的数据采集卡

　　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。