1、基于单片机的音乐喷泉Music fountain based on SCM 学 生 姓 名 ： 高熙学 生 学 号 ：专 业 名 称 ： 电气工程及其自动化指 导 教 师 ： 杨树臣（讲师）控制与机械工程学院2015 年 6 月 15 日2独创性声明本人声明所呈交的毕业设计（论文）是本人在指导教师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以引用标注之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，没有伪造数据的行为。毕业设计（论文）作者签名： 签字日期： 年 月 日毕业设计（论文）版权使用授权书本毕业设计（论文）作者完全了解学校有关保留、使用论文的规定。同意学校保留并向有关管理部
2、门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权天津城建大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本论文。（保密的毕业设计（论文）在解密后适用本授权说明）毕业设计（论文）作者签名： 指导教师签名：签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日摘 要随着科技水平的提高，生活水平也随之上升，人们对于建立一个更加绿色环保化的城市的愿望也更加迫切，因此音乐喷泉凭借它独有的魅力，在建立绿色环保城市过程中占据了很大的位置。本文所介绍的是一个小型的音乐喷泉，基于 AT89C51 型号的单片机。所设计研究的对象为小型音乐喷泉。所使用的控制
3、电路是结构和使用都很方便简单的单片机，论文介绍了目前音乐喷泉的发展现状，结合现状通过给出一个简洁的单片机控制电路，使用一些方法和相关策略，详细的分析了输出地址的数据，给出并描述了多种类型的的输出电路和输入电路；然后还通过给出一个喷泉造型已经确定的喷池，通过对其喷池喷水动作的顺序的变化的喷池花样数据，来介绍喷泉工作的原理。北京音乐的点信号还可以控制喷泉所设置的灯光的颜色以及明暗的变化。关键词：音乐喷泉；单片机；单片机控制；喷池数据ABSTRACTWith the improvement of peoples living standard and yearn for building green
4、 city, music fountain is more and more popular for its unique charm and special function large numbers of music fountain is increasingly built.According to the present situation of music fountain now, control system of mini type music Fountain based on AT89C51 SCM was introducedA succinct SCM contro
5、l circuit was preto obtain data from a specific fountain pool .Was elaborated，which will affect actions of the p001 Finally, the structure drawing of main program and the watchdog program were put forward. The flower shapes are controlled by program controlling or man-made keystroke controlling elec
6、tromagnetic 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 with musics rhythm when music is playedKey Words: music fountain；SCM；SCM control； watchdog program目 录第 1 章 绪 论 61.1 课题背景 .61.2 音乐喷泉的发展和现状 7
7、1.3 音乐喷泉的设计特点 7第 2 章 音乐喷泉控制系统硬件设计 .82.1 控制系统硬件总体设计方案 82.2 音乐信号的采集 .82.2.1 音频放大电路的设计 .82.2.2 采样定理 102.3 单片机电路 .102.3.1 单片机的概述 112.3.2 时钟电路的设计 122.4 AD 转换电路 .122.4.1 ADC0832 与单片机 89C51 的连接 132.4.2 输入电路 132.5 潜水泵调速硬件方案设计 142.6 灯光硬件方案设计 152.7 解决系统时间滞后硬件电路设计 16第 3 章 喷泉控制系统软件设计。 .173.1 喷泉运行过程 173.2 主程序框图
8、193.3 控制潜水泵软件设计模块 .193.3.1 潜水泵开关调速的原理 203.3.2 潜水泵开关调速的软件设计 213.4 控制电磁阀软件设计模块 223.5 歌曲存储模块 .233.5.1 音频脉冲的产生 233.5.2 音乐程序 253.6 灯光控制模块 253.7 看门狗子程序 25结 论 25致 谢 27参考文献 .28附 录 29附录 129附录 2 程序 .30第一章 绪论0第 1 章 绪 论1.1 课题背景音乐喷泉最早是在 1930 年，由德国的一个发明家叫做奥图皮仕特提出来的新兴概念，最初音乐喷泉只是出现在一些餐厅，百货商店等一些人流量较多的地方，造型很小，但是经过很多年
9、的发展过后，随着更多科技被人们发现以及创造出来，音乐喷泉也由最初的只能出现在餐厅商店的小型喷泉逐渐发展到出现在公园，广场等一些宽阔，开放共人们游玩乘凉娱乐的地方。而且音乐喷泉的表演也由原来的单一化变得越来越复杂多样，美妙绝伦。创造一个绿色家园的口号的提出，让越来越多的人们开始意识到健康生活以及共同建造健康城市的重要性。在我们生活的城市中，越来越多的广场和公园中开始建造一些喷泉作为一种可供市民观赏和玩乐的人工水景，然而科技的不断提高音乐喷泉开始出现在我们生活的城市代替了最早出现的无法调动的单一性的喷泉。喷泉景观大体分为两大类：一种是根据当地的地形结构模仿建造为自然生成的水景，例如水帘或者溪流。第
10、二种是全部利用喷泉设备人工建造景观，例如音乐喷泉，这一类的艺术水景因为它类型千变万化和不断发展的速度广受建筑界的欢迎。音乐喷泉景观中不断变化的喷水图案，灯光颜色的变幻和音乐将现代科学技术和艺术结合在了一起。喷水的花样在音乐的韵律节拍变换下，呈现出栩栩如生的景象，在片片光影之中带给人们视觉和听觉上的美感和享受。早在公元前六世纪巴比伦的空中花园就出现了喷泉，而最先提出音乐喷泉这一名词的则是在 1930 年的德国，多年以后对于音乐喷泉的创新也变得更加壮观和气派。1980 年以来改革开放政策的推进，中国建造了很多自主创新和效仿国外样式的喷泉，不仅在美化城市环境方面而且在增加了城市居民娱乐生活方面起到了
11、不可替代的作用。喷泉在市场需求力的不断推动下，逐渐的走出园林和广场，延身到各种各样的社会活动场所中去，为整个行业的发展开启了新的篇章。科学技术不断发展使得喷泉样式不断的推陈出新，喷泉景观同时还可以和舞台表演水母电影结合所形成的画面更加美轮美奂给市民带来了美的享受，让人流连忘返难以忘怀。位于广东河源新丰江音乐喷泉，以其 169 米的主喷水柱直冲云霄，气势磅礴，十分壮观，成为了现今亚洲第一高喷泉。所以综合大体情况，中国的喷泉技术已然迈进了国际领先的大部队中，是一些国家所无法比拟的。 第一章 绪论11.2 音乐喷泉的发展和现状较早期在中国建造的音乐水景喷泉，当属位于北京双秀园的音乐喷泉。喷头喷出的水
12、花会随着婉转悠扬的音乐变换出六七种图案，喷得的花型犹如菊花，亦如昙花，也可像百合花栩栩如生。亚洲第一大喷泉是在洛阳新区的会展中心，其喷泉长度长达 369 米，水景面积为 12 万平方米。世界首创的高科技百变喷泉水形，世界上最精确的数控定位系统，世界最高最长的变频阵列使得其拥有多项世界之最的记录。洛阳牡丹甲天下，喷泉以牡丹花为主要的造型元素，道道冲天水柱从湖中喷起，伴随着时高时低的音乐声，最高的可达 180 米.伴随着古典音乐和民歌的节奏，霎时间，无数的喷泉喷涌而出，形成了一幅幅曼妙绝伦的水景画面，时而犹如千军万马，时而犹如百花齐放，甚是迷人。另外，新加坡圣淘沙旅游区的音乐喷泉设计也有许多可取之
13、处，由于其位置处于有一定高度相对宽松的环境，音乐喷泉处于整体喷泉的最上层。舞台是由具有西洋风格的圆柱以及假山构成，包含三层。在白天的时候，假山瀑布和周围的喷泉以及三层水池构成有动有静的水景园，傍晚则会有配有灯光音乐喷泉。综合上述例子都是由建筑的构成，音乐与水搭配的律动等因素成为吸引人们的大型音乐喷泉。此类音乐喷泉一般采用特定专门定做的 PLC 编程系统作为控制系统，即便如此，音乐喷泉系统的控制在国内外拥有专门的生产公司，负责设计喷泉产品以及安装等全方位工作。国内音乐喷泉如今也在只能分散，综合多样的方向发展，于是对喷泉控制系统的设计也提出了更高的要求。1.3 音乐喷泉的设计特点音乐喷泉主要是通过
14、程序的控制结合了对音乐信号的采集对音乐系统的控制，然后计算机通过对音乐信号的识别来进行一码和变吗，然后将输出的信号出入控制系统当中去，然后控制系统再来控制喷泉的造型和灯光的变化并且和音乐的节奏播放保持一致。从而达到音乐，喷泉，灯光配合的完美统一，是喷泉的表演更加的生动活泼引人入胜。第二章 音乐喷泉控制系统硬件设计1第 2 章 音乐喷泉控制系统硬件设计2.1 控制系统硬件总体设计方案该音乐喷泉控制系统的总体结构如图 2.1 所示，分为单片机模块、音乐的采集模块、A/D 转换模块、输出模块。图 2.1 系统总体结构框图2.2 音乐信号的采集音乐信号的采集是将所播放的音乐所产生的声波的波形通过模数转
15、换器转换为一连串的二级制的数据代码 0 和 1 来实现原始声音的。然而想要实现这个步骤所使用的设备是模/数转换器（A/D） ，模数转换器每秒可以上万次的频率对音乐发出的声波进行采样。那么本次研究中，喷泉系统是由外部的音源来提供音乐信号，在系统识别信息之前首先要进行音频放大和模数转换这两个过程，下面是对这两个过程的分析。2.2.1 音频放大电路的设计由外部提供的音源信号要经过音频放大电路将幅度较小的原信号放大后才可以输入模数转换器。本文的音频放大电路选用了自身功耗低、工作电压范围宽、所用外围原件少、总谐波失真小的 LM386 芯片来设计。LM386 是 National Semiconducto
16、r 公司生产的功率放大集成电路系列中的一种，与通用性集成相2类似，为三季放大电路，被广泛应用在低电压电子设备的音频放大电路中。三季放大电路分别为输入级、电压增益和电流驱动级共由 10 只晶体管组成。在这个三级放大电路中，第一级为差分放大电路是由 T1-T6 组成的。第二级是共射放大电路有 T7 构成，T7 是放大管通过恒流源作为有缘负载以增加放大的倍数。图 2.2.1 LM386 封装形式及引脚定义LM386 的引脚功能如下表所示：在 LM386 的连接使用过程中需要注意，虽然在 LM386 的使用范围非常广泛以及便捷，但是在器件的通点断电的瞬间以及有的时候在器件已经稳定工作的时候，或者在一些
17、操作过程中都会出现不稳定的现象，这种现象的发生往往会伴随着噪音的出现。在连接的过程中引脚 7 的旁路电容是非常重要必不可少的，因为在实际的应用当中，引脚 7 外接了一个电解电容连接大地，可以起到过滤噪声的作用。当增大这个外接电容的容值时，可以有效的减缓直流基准电压的商生和下降的速度，从而有效的减少噪声的产生。引脚 1 GAIN 增益设定 引脚 5 Vout 输出引脚 2 INPUT 反相输入端 引脚 6 Vs 电源引脚 3 +INPUT 同相输入端 引脚 7 BYPASS 旁路电容引脚 4 GND 地 引脚 8 GAIN 增益设定第二章 音乐喷泉控制系统硬件设计3图 2.2.2 音乐信号放大采
18、集2.2.2 采样定理采样是指通过周期性的以一定间隔截取音频信号，将声波波形变换成一连串二进制数据即为数字信号的过程，如此便可得到一系列幅度发生变化的离散脉冲。原来在时间上连续的音频信号被这些离散的脉冲所替代，即将模拟信号在时间轴上离散化。如图 3.2.2 所示，将音乐的音频信号放大以后，要再进行数模转化，它以每秒上万次频率对音频信号进行采样处理输进计算机中，这一步骤称为对音乐信号的采样。为了使原始声音能够更加清晰的被重放出来，我们在对一段连续的音乐信号进行样本采集的过程中，需要是采样频率高于音频信号的频率，因为采样频率越高被采集的声波频率也就越高。那么为了达到这样的效果，我们在采样应当遵循采
19、样定理的要求。 “在进行模拟/数字信号转换时，应当满足采样频率 fs 不小于被采集信号最高频率 fmax 的两倍，则采样过后的数字信号才可以尽可能完整的保留原始信号里的信息”这称为香农采样定理。但一般在实际生活应用中，我们常常将采样频率设置为被采集信号的 5-10 倍，这样可以更好的放置频谱信号的混叠和信息的失真。例如如果要采集音频段在40Hz5000Hz 的一段音乐，那么我们应当将数/模转换器的采样频率设置为10kHz 才可以。2.3 单片机电路单片机用采集来的音乐信号使 I/O 口通过输出来控制水泵和彩灯。本次设计的主要新品采用的是 AT89C51 内核的 COMS8 位单片机，它的优点是
20、具有超强的抗干扰能力，高速并且低功耗。故系统的主控制器采用此方案。4图 2.3 89C51 芯片2.3.1 单片机的概述AT89C51 是 ATMEL 美国公司设计生产的的一种带有 4K 字节 flash 存储器并且具有低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，其可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）擦除次数达 1000 多次， AT89C51 的功能有这样一下几种功能：第一是有 4K byte 的闪速存储器，然后又 128b 字节的内部 RAM，还有三十二个 I/O的通信口线，同时拥有 16 位两个的定时器计数器，一个 5 向量量可两级中断的结构，双全工串行通信口一个，片内震荡器和时钟电路。
21、同时，AT89C51 可以进行同时拥有两种可选择模式的节电状态和降到 0Hz 的静态逻辑操作。另外一个特征为在 CPU 停止工作的状态下，其他的一些功能比如 RAM,定时器和计时器，串行通信户口还有中断系统仍然可以继续工作下去。当单片机在工作状态下如果出现外部的所供电压不稳定时。会出现单片机的输出不正常的情况，此时设置掉电保护以后，一旦电压小于一定的值，单片机就会自动复位，并且重启程序，来保护 RAM 中的内容以防止单片机对外部电路的误操作。振荡器不工作的时候，当他停止工作的时候，其他的所有工作也会随之停止，直到经行下一路的工作。单片机里有四个分为 P0 P3 口的输出端口。P0 口功能一为可
22、做最基本的输入输出端口，有很强的带负载能力，同时在系统扩展时也可做为数据总线和第八位地址总线，还可作为访问外接扩展程序的内存是的数据总线和数模转化器 ADC0809L 连接的资料线。P1 口、P2 口带负载能力相对比教弱，当 P2 口需要用做访问外接内存器高八位的地址线时，P2 口也不做为数据输入和输出口，剩第二章 音乐喷泉控制系统硬件设计5下的 P1 口作为仅做资料输出口。同时 P3 口还有一些的不一样的独特的功能比如说对控制读写、串行通信的功能、外部中断等等，所以说 P3 口是不用做为数据输入输出端口的。2.3.2 时钟电路的设计单片机的正常运行需要一个时钟电路来提供支持，在单片机的内部存
23、在着很多时序电路，他们由触发器来构成，当时钟电路发出信号以后，单片机开始进行工作，若没有时钟电路，那么单片机在完成一个动作以后就会达到一个稳定的状态，无法进行循环下一个动作。所以时钟电路的存在非常重要。单片机的时钟电路分为两种，一种为内部时钟电路，一种为外部时钟电路。内部电路为通过利用芯片里的震荡电路来产生时钟信号，而外部电路成为单片机的内部时钟电路是则是通过在单片机外部接上自激振荡器发出高频率的脉冲信号，然后在经过高分 频处理以后。AT89C51 芯片内部振荡器是由一个高增益的具有的反相放大器构成的。由XTAL1 作为输入端，输出端为 XTAL2 的反相放大器分别可配置为片内的振荡器。一个稳
24、定的自激便振荡器当两端和两个跨接石英晶体和电容时，如图 213 所示：图 2-13 自激振荡器 2.4 AD 转换电路芯片的模拟电压由于其内部电源的输入和参考电压服用维持在 05V 范围内。同时芯片为了减少数据的误差提高稳定性和转换的速度，设置了双数据的输出，所用时间仅仅为 32 s。也是因为其单独的芯片使能输入，让器件在挂接和处理器的控制方面更加的高效快捷。通过 DI 数据输入端使得通道功能的选择更加方便。ADC0832 的引脚的功能为 ADC0832 双列直插式封装然后共有一共 28 条引脚。62.4.1 ADC0832 与单片机 89C51 的连接AT89C51 单片机的地址锁存信号 A
25、LE 决定了 ADC0832 的时钟信号，由于 ALE端的振荡频率为单片机振荡频率的 1/6，且 89C51 为 12MHz 时钟频率。 。当转换的结束信号 EOC 作为查询信号是。那么具体接口电路如图 2-4 所示图 2-4ADC08322.4.2 输入电路在本文的设计中，我们所提到的输入电路，主要来讲是指可以对音乐的启动和停止，音乐的节奏和声音的强弱等来检测，然后将检测得到的信号通过电平，脉冲或者是数字的形式送入单片机的电路。而在这里仅介绍能够达到反映出音乐喷泉最基本要求的简单电路，即控制音乐曲目启停的奏曲信号电路。此时的音乐已经不单单是背景音乐，而是能够控制喷泉工作的音乐。音乐信号电路的
26、框图如图 2.4.2 所示。左右两路的立体声信号经混合后送入限幅放大电路进行放大，目的是在音乐信号非常弱的情况下，电压比较器的第二章 音乐喷泉控制系统硬件设计7作用是将大于成低电平有效的乐基准电压的变化曲信号由之端输出单向信号。通过调整基准电压，可使电路既不受干扰的影响又灵敏。图 2.4.2 奏曲信号电路框图2.5 潜水泵调速硬件方案设计方案一：采用调速方便快捷精度又高的变频器，只须控制口电流在 4 到 20毫安范围内就可以，缺点为价格偏贵。方案二：采用步进电机调速电路，但是采取此电路的缺点为会使电路变复杂并且降低了控制精度，但由于其成本很低，出于对系统成本的考虑且所需的控制精度要求不是很高，
27、所以采用步进电动机调速系统。在本篇文章所涉及的方法为可控硅调相控制喷泉水泵的转速。电路如图2.5 所示。交流通过（耐压值 1000V）组成的二极管 1N4007 整流桥后变为100Hz 脉动的直流，由单片机 P0.4 依据音乐采样结果输出矩形波，通过光耦控制可控硅的通断，以达到调相的目的。8图 2.5 电机电路图2.6 灯光硬件方案设计在音乐喷泉灯光的发展史上，为了能够让人们在夜间也可以欣赏到美丽的喷泉，因此将灯光加入到喷泉的设计当中。喷泉喷出的水柱经过设备的造型后形成了点线面并与灯光结合起来，形成了美轮美奂的艺术效果。在本次的方案设计当中，在灯光的选择方面有以下几个方面。方案一：使用大功率发
28、光二极管，多种颜色。方案二：使用 LED 水下低压彩灯。水下彩灯均采用著名荷兰菲利蒲公司的产品，此款水下彩灯设计结构合理，发出灯光色彩艳丽，再起原有的结构上对其在密封防护和接线方面进行了改善。这样它在音乐喷泉的领域应用的更加的广泛一些。这次喷泉的设计使用的是水下 LED 照明用的低压彩灯和两个闪光彩灯，分别是用了两种不同颜色的发光的二极管。第二章 音乐喷泉控制系统硬件设计9图 2.6 彩灯的连接2.7 解决系统时间滞后硬件电路设计因为单片机采集数据后需要一定时间对数据进行处理，电机的响应和水柱的喷水也需要一定的时间，故系统进行音乐播放时，产生喷泉的动作会有滞后的现象产生。电机从一种转速转变为另
29、一种转速状态下所用的时间我们可以通过查电机的参数得到，响应时间为 0.04S。单片机采集处理数据程序的时间约为 100 句，约为 0.6ms，通过水闸效应可以讲喷水住的延时时间计算得到，经计算总延时约为 0.2S。所以我们提出两种以下解决方案。方案一：把音乐提前变成完整的程序输入到储存模块中去，预先处理的方法。方案二：在音乐原和音响中间假如一个延迟的电路，然后调节好适当的参数，使得音乐能够在播放的时候可以和水柱同步发生变化，达到完美统一的效果。但是并不是所有的单片机都可以进行我们方案一中提到的讲音乐预先进行处理的方法，比如说一些数字处理方面能力非常高的控制系统吗，比如工控机10就不可以。所以在
30、此我们只能采用第二种方式来实现我们想要的音乐和水肿同时变化的效果用延迟电路。第三章 喷泉控制系统软件设计1第 3 章 喷泉控制系统软件设计3.1 喷泉运行过程当喷泉的背景音乐开始响起，喷泉开始喷水的时候，多个喷头如何进行相应的变化，在这里我们可以设计出很多种变化方案。我们称喷泉喷池里喷头的变化所用数据为花样数据，它可以决定喷泉的变化形态。首先如图 3.1 所示，我们讲喷泉里的多个喷头进行编号， 从外圈开始顺时针依次由 1 到 13 进行编号。那么在不考虑其他控制的情况下，在这里图 4.1 的喷泉喷池需要两个输出的寄存器。在这里，我们希望喷池的喷头这样变化运行： （1+2+3+4+5+6+7+8
31、）到（1+3+5+7）到（2+4+6+8）到（1）到（2）到（3）到（4）到（5）到（6）到（7） （8）然后重新开始循环。即当喷泉开始工作的时候外圈全部喷头同时开始喷水工作，然后每隔一个喷头一共四个同时开始工作，接下来是另外四个喷头开始工作，最后顺时针方向一个接着一个开始喷水，这样一组动作完成开始进入第二轮的循环当中，在此期间，内圈喷头及中心的喷头不变，时钟处于接通状态持续喷出水柱。当然，由此也可发现，关于喷泉喷头的花样数据还可以编写出很多种的花样。其各位控制喷头定义如下：8 7 6 5 4 3 2 1X X X 13 12 11 10 92图 3.1 喷头布局例SBIT L1=P10SBI
32、T L8=p17Sbit seg=0x03,0x0f,0xff;While(1)For(i=0,i8,i+)P1=segi;我们在这里预先设定当下面的数据为 1 是表示为喷头开始喷水，然后为 0 的时候，喷头不喷水，那么这个时候喷泉的外圈的喷头数据为：1111 1111B1010 1010B0101 0101B1000 0000B0100 0000B0010 0000B0001 0000B0000 1000B0000 0100B0000 0010B0000 0001B若该花样数据定义为 HYSJ01 则数据定义如下：HYSJ01：DB 03H，0FH，3FH，0FFH，0FCH，0FOH，0C
33、OH，00H；外圈的喷头数据DB 0,0，0，0，0，0，0，0 ； 里圈和中心喷头数据编写好的喷泉的花样数据，在喷泉工作的时候会会按照相应的顺序依次以列为单位输出，并且这样的数据在运行完一个周期以后重新开始循环取出一列输出。那么由此也可看出，花样数据的搭配还可以编写出很多种不同的样式，并且也可将两个及三个以上的数据配合在一起经行输出，又可以出现更为复杂的样式。第三章 喷泉控制系统软件设计33.2 主程序框图程序从 0000H 开始的进入主程序当中去，其流程图如图 3.2 所示。可以看出：开关 K 连接着单片机的借口 P14，其决定了是否测试输出通道； P15电平的高低由音乐信号控制，其是否开
34、始演奏，决定了喷池喷头何时开始喷水。薄码开关决定延迟时间，为多少倍的 0.1 秒的动作改变时间间隔，当喷泉花样数据用完一圈以后，就会重新开始循环。3.3 控制潜水泵软件设计模块潜水泵作为一种深井提水的重要工具，使用操作非常简单，用途十分很广泛，而且由于成本消耗也很低，所以可以用于将地下水提生到地表主要用于灌溉农田，矿山抢险等工作。还有我们今天设计所用到的喷泉景观。但是潜水泵开关的喷水量速率是单一的，那么如果我们想要实现用潜水泵输出水压并且实现喷水量随着音乐的频率高低变化那么就需要去控制要控制潜水泵的流量变化。在这里，我们想要设计一种不使用触电触头进行开关的分时接通方法，来是潜水泵的转速发生变化
35、，那么如果我们的硬件电路大体上不做任何的改动，在这样的前提条件之下，为了能使潜水泵产生十八当的转速调速能力已经更加好的节约能源的效果，我们做了一下的改变和设计来实现。4开始初始化自检调花形子程序取简谱码指针查表取常数结束码循环T R 0 清零 0结束休止符取音符常数取节拍常数启动 T 0节拍时间到T R 0 清零 ， 指针 + 15 S ？图 3.2 主程序流程图3.3.1 潜水泵开关调速的原理在潜水泵调速电路中我们采用的原理为分时接通的方法来实现对潜水泵的调速。首先由字母 L、M、H 分别表示为单相潜水泵抽头的低速,中速，和搞速。潜水泵三个调档下的抽头是通过三个双向的晶闸管的控制来实现与电源
36、是否接通的，它采用了电容运行的方式。在这里这三个晶闸管分别表示为 TL,TM 和TH。当 TL 导通时潜水泵的低速抽头与电源连接，此时潜水泵开始低速运转，相同原理，当 TM 导通时潜水泵与电源接通并开始以中速运转，当 TH 导通的时后潜水泵与电源接通开始高速运转。由于我们采用的方式为分时接通的方法来调节转机 的转速，从而使潜水泵可以获得 18 当的变速能力。在此我们设电源的频率为 50HZ，周期为 0.02S，在这里我们取一个档位的调速周期 TS=6T（T 为电源周期），那么在低速 L 调速的时候的，若在调速周期内电源不接通任何一个晶闸管，那么此时则潜水泵的转速就为 0 转速，如果在调速周期全
37、部接通晶闸管 TL，那么在这个时候潜水泵就会开始低速的运转，根据分时调控的原理，如果在 6 个电源周期内，其中有 N 个周期都接通晶闸管 TL（0N6），而在其第三章 喷泉控制系统软件设计5他的时间内不接通晶闸管 L，这个时候，在潜水泵的低速转速下还可以获得额外 6 档更低的转速。那么相同的原理，我们在中速调速时，如果在调速的周期内电源 全部接通晶闸管 TL，则潜水泵低速运转，电源全部接通晶闸管 TM，那么则潜水泵以中速运转，那如果在 6 个电源周期内有 N 个周期内电源接通晶闸管 TM，剩下的（6-N）个周期内电源接通 TL，在这样的情况下潜水泵就可以在低速和中速之间来获得 6 个档为的转速
38、。以此类推，潜水泵在在中速和高速之间又可获得 6 档转速。由此可知在分时调控接通晶闸管来控制调速的原理下，潜水泵可以获得 18 档的调速能力。3.3.2 潜水泵开关调速的软件设计单相潜水泵采用单片机 AT89C51 控制，单片机的输出端口 P2.0、P2.1、P2.2经分别经过反相器与晶闸管的 TL、TM、TH 端口的控制极连接，当单片机的 控制端口为以是，输出端口触发使得潜水泵开始运转，哪个端口为 1 时，哪个端口开始工作吗此时其他端口截止停止工作，当 P2.0 为 1 时，潜水泵开始低速运转，同理当 P2.1 为 1 时，潜水泵开始中速运转，当 P2.3 为 1 时，潜水泵开始高速运转。由
39、音乐采集器采集得到的音乐电信号，需要经过傅里叶变换，然后再通过表格查询，找出相对应的幅值所对的分贝数，得到音乐音频信号所应输出的转速的代码，这样潜水泵就开始工作，就会得到根据音乐的频率高低不同而产生喷泉水柱的高低变化。由此我们就可以是潜水泵的转速得到控制，产生相应的变化，已达到我们想要的效果。那么在这里我们也只是再此用生日快乐的音乐程序做为例在，那么在这样的背景音乐下需要控制的潜水泵不同的转速方法如下所示：我们在设计时希望潜水泵的转速快慢是通过音乐音符频率的高低来控制其变化的，那么我们让每一个音符去对应一种转速代码。b7b6b5 b4b3 b2b1b0不使用 接通档次 接通比例 N在调速程序中
40、，潜水泵电机的转速代码我们用的时候 8 位数据来表示。分别为低速转速档，中速转速当和告诉转速档，我们用b4b3=00B，01B，10B，11B来表示，当接通档次为 00B 时，在转速代码设定的接通比例内接通晶闸管 TL，接通比例外不接通晶闸管；由此可知，转速代码的取值范围为 00H-06H，09H-0EH，11H-16H 总共十八个代码，其中 00H-06H 为低速档代码，09H-0EH 为中速档代码，11H-16H 为高速档代码。所以潜水泵除零速外共有十八档转速。6上面所阐述的方法虽然可以试试是潜水泵拥有十八当的调速能力，但毕竟不仅是万能的，也是存在一些不走之处，也有一些的缺点的。这些缺点就
41、在于： 由于潜水泵的转矩它是脉动，从而使得潜水泵在工作的时候会产生非常大的吵闹的噪声，那么在这种情况之下我们为了减少噪音的发出，可以吧潜水泵和水管经行固定，这样可以有效的减少噪声，因为讲转子轴向固定以后就会减少其轴向震动，那么噪声自然就减少了。 如果潜水泵接通低速档调速是，若接通的低档比例较低是，潜水泵主轴出现蠕行，而造成无法正常的工作，所以我们采取的措施是要适当的去掉一些最低接通比例的代码，来限制最低调速。然后必须要保留下来转速较高的十五档转速。采用改进的控制位波形和限制最小转速代码两个方法以后，潜水泵在喷泉的应用当中，就可以发挥其良好的性能，得到稳定的调速一节调节水柱高低的景观效果。3.4
42、 控制电磁阀软件设计模块控制阀主要是控制喷池花型控制电磁阀子程序模块DIAN： MOV A，31H； 求出花型数据ADD A，32HADDC A，33HMOV 34H，A； 保存起来MOV DPTR， #0F700H；指向 1#8155 命令口MOV A， #3H； 设置命令字MOVX DPTR, AINC DPTR； 指向 1#PA 口MOV A，34HMOVX DPTR，A； 高电平口使电磁阀有电INC DPTR； 指向 1#PB 口MOV A，R7MOVX DPTR, ARET第三章 喷泉控制系统软件设计73.5 歌曲存储模块3.5.1 音频脉冲的产生 首先要计算出一个音频的二分之一个周
43、期是多少，然后通过定时器去计量这半个周期的时常，每次计时结束以后将 I/O 反相，然后重新开始循环往复在反向。这样就可以得到音频的脉冲。只要令计数器计时 956s/1s956，每956 次将 I/O 反相一次，就可得到中音 DO（523Hz） 。 表 3.1 C 调各音符频率与计数值 T 的对照表一个字节代表了一个音符，高四位是音符音调高低，第四位则是音符的节拍。表 3.2 节拍与节拍码的对照。假设 1/4 节拍是 0.1 秒， 1/4 拍的节拍时间为 DELAY，那么 1 拍应为 4DELAY。其余的节拍就是 1/4 拍的倍数，如表 3.3 为1/4 和 1/8 节拍的时间设定。音符 频率
44、Hz 简谱码(T值)音符 频率 Hz 简谱码(T值)低 1DO 262 63628 #4FA# 740 64860#DO# 277 63731 中 5SO 784 64898低 2RE 294 63835 #5SO# 831 64934#2RE# 311 63928 中 6LA 880 64968低 3M 330 64021 #6 932 64994低 4FA 349 64103 中 7SI 988 65030#4FA# 370 64185 高 1DO 1046 65058低 5SO 392 64260 #1DO# 1109 65085#5SO# 415 64331 高 2RE 1175 65
45、110低 6LA 440 64400 #2RE# 1245 65134#6 466 64463 高 3M 1318 65157低 7SI 494 64524 高 4FA 1397 65178中 1DO 523 64580 #4FA# 1480 65198#1DO# 554 64633 高 5SO 1568 65217中 2RE 587 64684 #5SO# 1661 65235#2RE# 622 64732 高 6LA 1760 65252中 3M 659 64777 #6 1865 65268中 4FA 698 64820 高 7SI 1967 652838表 3.2 节拍与节拍码的对照表
46、 3.3 各调 1/4 节拍的时间设定表 3.4 简谱对应的简谱码、T 值3.5.2 音乐程序首先根据表中所给的数据来建立一个 T 值表，然后根据这个表来建立一个TABLE1，得到一个发音表的基数值然后放在表中；简谱码（音符，参照表简谱 发音 T 值 简谱码 简谱 发音 简谱码 T 值5 低音 64260 1 6 中音 9 649686 低音 64400 2 7 中音 A 650307 低音 64524 3 1 高音 B 650581 中音 64580 4 2 高音 C 651102 中音 64684 5 3 高音 D 651573 中音 64777 6 4 高音 E 651784 中音 64
47、820 7 5 高音 F 652175 中音 64898 8 高音 0第三章 喷泉控制系统软件设计93.4）是高四位，节拍数（节拍数，参照表 3. 2）是低四位，程序的“TABLE”用来放置音符节拍码。3.6 灯光控制模块本次的设计方案中关于灯光控制模块，由于音乐喷泉是通过声音来控制音乐的设备，所以在此选用了 LC182。LC182 音频调制彩灯控制的专用芯片，它内部分配器频率的高低是受到音频信号大小来控制的， LC182 为四路驱动输出。他们的内部均有信号整流电路。压控振荡器，脉冲分配器。在本系统中，单片机便开启 LC182 时，LC182 四路输出依次变为高电平，其循环频率约为0.51HZ
48、,一有音乐信号的输入，彩灯的循环频率随音频信号的大小而变化，其最高循环频率为 15HZ。3.7 看门狗子程序由于单片机在工作状态下有的时候会受到来自于外界的一些不可避免因素的干扰，所以为了避免程序跑非，从而陷入一个死循环当中无法在继续进行正常的运行，在这里我们需要加入一个芯片，专门用于监测单片机程序的运行，避免系统因为受到干扰而时系统停止工作，这种监测环节俗称“看门狗“(watchdog) 看门狗电路的应用，这样在单片机无人操作的情况下仍然可以保证系统的正常运行，首先是将单片机其中的一个 I/O 引脚和芯片相连接相,然后I/O 引脚通过程序控制它定时地往看门狗的这个引脚上送入高电平(或低电平)
49、,然后这一程序语句是随机放如在单片机的一些其他控制语句中间，一当单片机在正常工作时出现状况无法正常工作陷入死循环的时候，引脚程序就无法正常的讲电平输入看门狗芯片当中去，然后看门狗得不到相应的信号就会在单片机复位引脚相连的引脚上送出一个复位信号,使单片机发生复位也就是让单片机重新开始新一轮的工作。10结 论伴随着人们生活水平的提高，大家对公共场所设施的审美水平也不断提高，人们开始希望自己的生活环境提高，生活水平提高，周围生活的设施越来越好。所以音乐喷泉的出现也越来越变得大众化，更是趋于平常化。音乐喷泉喷头喷出的细小水珠不仅净化了空气还给人们带来了凉爽的体验，即有美的享受又有绿色环保的优势，越来越多的被建造在广场，公园和一些可供市民乘凉游乐的公共场所。因此音乐喷泉的开发和研究具有了非常可观的前景，未来的发展不容小觑。而且随着国内外科技技术的不断突破与发展，也可不断的将一些新兴的技术运用到音乐喷泉的设计当中，使得音乐喷泉越来越具有更高的观赏价值和净化环境等一些优点。在本文的设计当中，主要是阐述了音乐喷泉最基本的运行原理和特点，如何进行音乐信号的识别与提取，怎样使
