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1、 小型音乐喷泉控制系统设计 摘 要 随着人们生活水平的提高和建立绿色城市的向往，音乐喷泉以其独特的魅力和特殊的功能，愈来愈成为休闲娱乐产业中的一项重要产品,音乐喷泉的兴建也越来越多。根据目前音乐喷泉的发展现状，完成了小型音乐喷泉系统硬件结构设计和控制系统设计。控制系统的原理是利用8051单片机汇编音乐程序或者通过A/D对音频信号进行采样和处理，分级控制单相电动机，最终达到控制喷头流量的方法。采用程序控制或人工按键控制电磁阀来控制花型。音频信号还影响灯光色彩和灯光光线明暗的变化。从而使灯光色彩、灯光的闪烁和喷泉水姿随音乐节奏而变化。 关键词：8051单片机,A/D转换,音乐喷泉,单相电动机 AB
2、STRACT With the improvement of peoples living standard and yearn for building green city, music fountain is more and more popular for its unique charm and special function large numbers of music fountain is increasingly built.The hardware construction of small music fountain system and the design of
3、 controller system were completed according to the present situation of music fountain now. Its principle is that using the 8051 microcontroller to compilation Music program or to sample musical signals with A/D and doing its data and grade controlling single-phase electric motor, finally it impleme
4、nts the control of the flow out of nozzles. The flower shapes are controlled by program controlling or man-made keystroke controlling electromagnetic valves. The color、the light and shade of ray are changed by musical signals. So that the color、the light and shade of ray、the spring form is changed w
5、ith musics rhythm when music is played Key words：8051 microcontroller，A/D，music fountain，single-phase electric motor 目 录摘 要IABSTRACTII1 绪 论11.1引言11.2小型音乐喷泉的市场分析11.3制定总体方案21.4创新性32 喷泉硬件设计52.1水池和鱼缸设计52.2 造型方案设计及选择52.3花型及喷头的选择62.4喷泉管道工作压力及流量计算82.4.1喷头及管道的工作压力82.4.2管道的流量102.5确定配水管网管径102.6喷泉管材和附件的选择及管道布置
6、112.6.1 管材的选用112.6.2管道附件选择112.6.3 喷泉的管道布置122.7管道损失的计算132.7.1沿程水头损失计算132.7.2局部损失142.8 管路系统总的压力损失142.9管路系统最高压力计算142.10喷泉照明灯具的选择142.11水泵和电机的选择153 喷泉控制系统硬件设计163.1单片机控制系统硬件总体方案设计163.2单片机的方案设计163.3扩展输入输出接口硬件方案设计173.4键盘显示硬件方案设计173.5数据采集硬件模块173.6潜水泵调速硬件方案设计183.7灯光硬件方案设计193.8电磁阀硬件方案设计193.9解决系统时间滞后硬件电路设计203.1
7、0单片机和微机通讯硬件设计203.11系统总的电路214 喷泉控制系统软件设计224.1扩展输入输出接口软件设计模块224.2键盘和显示软件设计模块224.2.1键盘和显示软件设计说明224.2.2程序流程图234.2.3汇编语言源程序244.3 控制潜水泵软件设计模块244.3.1 潜水泵开关调速的原理244.3.2潜水泵开关调速的软件设计244.4控制电磁阀软件设计模块264.5 歌曲存储模块274.5.1音频脉冲的产生274.5.2音乐程序294.6数据采集处理模块294.6.1数据采集294.6.2数据处理304.7灯光控制模块304.8单片机与微机通讯软件设计304.9组装调试31结
8、 论32参 考 文 献33附录A 8155与8051的连接电路图34附录B 键盘显示系统的硬件连接图35附录C 延时电路图36附录D小型音乐喷泉控制程序37致 谢481 绪 论 1.1引言随着人们生活水平的提高，人们对环境的美化要求愈来愈高。音乐喷泉是现代科技与艺术的综合，音乐喷泉将喷水图形、彩色灯光及音乐旋律构成一个有机的整体，随着乐曲旋律和节奏的变化，各种不同的喷水花形相应的配合变换，在五彩绚丽的变幻灯光照耀下，构成一幅幅奇妙无比的景观、令人赏心悦目，叹为观止，在视听上获得极大的享受。音乐喷泉的起源于1930年，德国发明家奥图皮士特先生首先带出喷泉的概念，此后经过多年的发展，其音乐喷泉的设
9、计及构造已变得更大型及复杂。1952年的夏天，西柏林的工业展览中，展出了音乐喷泉的表演。1953年1月15日音乐喷泉在美国首次表演，表演期间超过一百五十万人观看。音乐喷泉经过多年的改良已大大减低建造和维修的成本，电脑已用在音乐喷泉上，使其表演能更复杂和美丽。1998年开发的魔术师电脑音乐喷泉系统软件更是将计算机控制技术、计算机多媒体技术、音乐模糊分析处理技术等高技术应用于喷泉系统的典范。魔术师电脑音乐系统采用数字同步处理技术，使音乐与水型变化在0.1秒内完成，给在感官上和听觉上得到满意的效果，采用多级分散控制结构和隔离化设计，保证系统安全性、可靠性和稳定性；采用模块化设计，使系统扩展性好，兼容
10、性强，安装和维护使用方便。随着我国改革开放政策的不断实施，80年代中，我国也相继引进和自行设计建造了多座音乐喷泉，为美化环境，活跃人民的文化生活起了良好的作用。通过学习和引进国外先进技术，加上自行研究和开发，喷泉的面貌不断更新，各种新水型层出不穷，音乐喷泉还可以同水幕电影、激光表演和舞台表演相结合，产生令人难忘的艺术效果。我国现有上百家喷泉水景设备制造厂，经过市场竞争、优胜劣汰，我国已经出现了几家综合实力较强的大型喷泉水景工程公司，能够独立建设投资上千万元的特大型喷泉水景工程，并创造了一些世界之最的新记录。总体上说，我国的喷泉水景技术已经达到了国际先进水平，其建设规模和市场需求更是其他国家所难
11、以相比的。 本次设计内容有：首先进行音乐喷泉产品的市场分析并制定总体方案及其系统规范，其次进行音乐喷泉硬件模块化设计，再次进行音乐喷泉软件模块化设计，最后是组装调试，并进行总结。1.2小型音乐喷泉的市场分析目前，西方工业发达国家已有制造音乐喷泉成套装置的专业工厂、如美国的WALTZING，MIDAS加拿大PEM，意犬利NeonALPJna日本KAWAMURA 等公司。我国现有上百家喷泉水景设备制造厂，有几家综合实力较强的大型喷泉水景工程公司，能够独立建设投资上千万元的特大型喷泉水景工程，并创造了一些世界之最的新记录。人工音乐喷泉常见于城市广场，公共建筑，湖泊。这些音乐喷泉的特点是：控制系统中大
12、型化，控制复杂，项目总体投资在几十万到几百万之间，设备维护费用较高，运行费用较高，人造水池占地较多，水景气势比较宏伟，艺术效果较好。由于生产这些大型音乐喷泉的企业太多了，也只能从中获得很少的利益。目前，国内对小型音乐喷泉的研究和开发都较少，技术不成熟。小型音乐喷泉不仅是一种观赏性较高的艺术水景，而且能增加周围空气湿度，减少空气中的尘埃，降低空气温度。喷头向上喷出的水珠与空气中的水分子高速撞击后能产生大量的负氧离子，从而对改善环境起着综合作用。经过分析调查，在五个人中会有一人喜欢音乐喷泉，如果价格定在五百以内，230个家庭中会有一个家庭购买小型音乐喷泉。如果这样计算，我国有13亿人口，有2亿人喜
13、欢音乐喷泉，按三人组成一个家庭计算，我国会有170万个家庭购买小型音乐喷泉，并且没有同行竞争。开发小型音乐喷泉。随着人们生活质量的提高，小型音乐喷泉在国内的建设将会越来越多，市场前景较好。综上所述，决定设计和开发小型音乐喷泉。1.3制定总体方案经过大量的调查，针对家庭用户要求价格实惠，在五百元以内是可以接收的。要求系统有现场采集并处理的能力，如现场采集某音频设备播放的任意一首歌，并用水柱表现出来；对于家庭用户要求不占地方，中等尺寸鱼缸就可以安装。易于维护，用户能控制花型的变化等。可以把这种大型音乐喷泉搬到家里么？可以把这种大型音乐喷泉搬到舞厅、歌厅么？可以把这种大型音乐喷泉小型化，而艺术效果一
14、点都不减退么？在在五百元以内能设计出哪种音乐喷泉控制系统？目前音乐喷泉的控制系统部件有工控机、可编程序控制器PLC、单片机、DSP和基本电路的组合。工控机：目前大型音乐喷泉的控制方式主要有工业控制计算机和以工业PC为上位机，PLC和单片机为下位机的总线控制方式，工业PC通过各种I/O板卡和通讯卡发送控制信号去控制音乐喷泉。PLC：PLC在音乐喷泉的控制中，主要起逻辑开关作用，PLC接受经过预处理或者在线实控是控制信号，经逻辑运算后去控制电磁铁的开关。单片机：目前单片机应用于大型音乐喷泉，起数据采集作用，经过处理后的数据送给上位机（PC）。DSP：主要应用于通信，图象处理与识别等方面，应用于音乐
15、喷泉价格太高。基本电路：音乐信号经放大滤波除去噪音后，直接去控制变频器，由变频器控制电机转速。小型音乐喷泉要考虑成本问题，不可能使用工控机作用控制系统，因为工控机太贵了；使用基本电路作为控制器，如果要求控制效果比较理想的话就离不开变频器；使用PLC的话就必须给PLC一个控制信号，一般不单独使用PLC去控制音乐喷泉，在一个不是很复杂的控制系统中，既然单片机具有对音乐信号采样和不是很复杂的处理能力，那么单片机可不可以直接利用处理后音乐数据去控制电机和电磁铁，进而控制音乐喷泉的花形、水柱高低等，答案是肯定的。单片机可以完全满足小型音乐喷泉的控制要求，而且成本最低，综上所述，选择单片机作用小型音乐喷泉的控制系统。模块化设计的内容有： 喷泉硬件设计，在选择了水池和鱼缸后，选择了各种喷头，并
