1、本科毕业论文（20 届）基于单片机的音乐喷泉控制系统设计所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 太原工业学院毕业设计IV诚信声明 本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日太原工业学院毕业设计V毕业设计任务书设计（论文）题目： 基于单片机的音乐喷泉控制系统设计 1课题意义及目标一个好的音乐喷泉就是一个精美的艺术品，可以美化环境、愉悦身心。而其控制系统是整个音乐喷泉的关键，所以对音乐喷泉控制系统的研究具有很大的经济效益和社会效益。通过本次毕业设计，综
2、合运用所学过的基础理论知识，深入了解音乐喷泉控制方案比选、硬件结构架设以及软件程序编写等方面的设计规范、原理方法及设计思想等内容，为学生在毕业后从事相关工作打好基础。2主要任务本课题要求用单片机作为控制核心，设计出一种控制简单成本较低且易于推广使用小型音乐喷泉的控制系统。系统原理是用单片机根据音乐的强弱对电机、水泵、或阀门进行控制，以便控制喷泉水柱的高低。输入为与音乐强弱成正比的电压信号，输出为对水泵转速或阀门的控制量。实现乐曲演奏、乐曲选择、喷泉水柱控制、彩灯控制等功能。3. 主要参考文献1肖 玲 琍 .音乐喷泉与现场总线技术J北京建筑工程学院学报,2003,(03) 2陈一民,刘云超,陈琳
3、,李元.音 乐 喷 泉 系 统 的 可 视 化 设 计 及 实 时 仿 真 J计算机工程,1999,(08) 3孙 育 才 .供 水 系 统 设 计 M.湖 北 :水 利 电 力 出 版 社 ,1979:40-45 4任 致 程 .实用电动机控制电路350例M.北 京 :人 民 邮 电 出 版 社 ,2002:132134 5吴仁华，祁大勇灯光控制系统的设计北京:北京航空航天大学学报，2003:35-35 4进度安排设计（论文）各阶段名称 起 止 日 期1 熟悉题目,明确设计要求,确定思路,准备开题 2014.03.032014.03.122 系统各功能的硬件设计 2014.03.132014
4、.03.303 系统软件设计与调试 2014.03.312014.04.304 系统的整体测试与分析 2014.05.012014.05.31太原工业学院毕业设计VI5 撰写毕业论文,准备答辩 2014.06.012014.06.20基于单片机的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，介绍了一个以 AT89C51 单片机为核心的小型音乐喷泉控制系统。要实现喷水高度的连续控制，就必须能够调节喷头出水水压，而通过调节水泵转速可以达到平滑调
5、节水压的目的。水泵由 PWM 来驱动，通过调节电机转速可以实现以上的要求。当有音乐信号时，获取电压强度，通过 AD 转换和单片机作用到电机上，使喷头产生随音乐起伏的效果。音乐的播放可在开启喷泉时，由外部设备如 MP3 等设备播放，也可由计算机播放,选择任意自己喜欢的音乐，根据有无音乐信号启停喷泉。系统实现了乐曲演奏、乐曲选择、喷泉水柱控制、彩灯控制等功能。关键词：音乐喷泉，单片机，单片机控制太原工业学院毕业设计VIIMusic Fountain Control System Design Based on Single Chip Microcomputer ABSTRACTWith the i
6、mprovement 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.According to the present situation of music fountain now,control system of mini type music
7、fountain based on AY89C51 SCM was introduced.To achieve continuous spray height control,must be able to regulate the water pressure head,the pump speed can be achieved by adjusting the pressure of the purpose of a smooth adjustment.Pump driven by a PWM,motor speed can be achieved by adjusting the ab
8、ove requirements.When a music signal,to get the voltage strength,by AD conversion and single action on the motor,so that the nozzle to produce the effect of ups and downs with the music.Music can play in the open fountain,by an external device such as an MP3 player and other equipment,but also by th
9、e computer to play,choose any of your favorite music, depending on whether the signal start and stop the music fountain.System to achieve the music playing, the song selection, control of water fountains, lanterns control.Key Words: music fountain,SCM,SCM control太原工业学院毕业设计VIII太原工业学院毕业设计IX目 录第 1 章 绪
10、论 .11.1 设计背景 .11.2 音乐喷泉的发展和现状 .2第 2 章 音乐喷泉控制系统硬件设计 .42.1 控制系统硬件总体设计方案 .42.2 音乐信号的采集模块 .42.2.1 LM386 选型及其引脚功能 .42.2.2 音乐信号放大电路设计 .72.2.3 采样定理 .72.3 单片机模块 .82.3.1 单片机的性能 .82.3.2 单片机的应用 .92.3.3 单片机的选型及引脚定义 .102.3.4 时钟电路的设计 .122.3.5 复位电路的设计 .132.4 AD 转换模块 .142.4.1 AD 转换的原理 .142.4.2 ADC0832 选型与引脚定义 .172.
11、4.3 ADC0832 与 AT89C51 的连接 .182.4.4 芯片外部电路设计 .192.5 潜水泵模块 .192.6 彩灯模块 .202.7 PWM 原理.212.8 硬件部分制作过程 .222.8.1 硬件电路安装 .222.8.2 电路板检测 .22太原工业学院毕业设计X第 3 章 音乐喷泉控制系统软件设计 .233.1 系统程序流程图 .233.2 初始化通道定义 .243.3 A/D 转换模块设计 .253.4 PWM 调压设计 .253.5 软件部分制作过程 .27第 4 章 音乐喷泉控制系统的调试 .284.1 系统调试 .284.2 控制系统实物图 .28第 5 章 结
12、论 .30参考文献 .31致谢.32附录 .33附录 1 硬件原理图 .333附录 2 PCB 图 .34附录 3 软件源程序 .35太原工业学院毕业设计1第 1 章 绪 论1.1 设计背景喷泉作为一项建筑艺术，在国内外均有较悠久的历史。而音乐喷泉的构思及萌生则是本世纪 30 年代开始的，1930 年，德国的 OTTO PRZYSTAWIK(奥图.皮士特霍)首先提出了喷泉与音乐相结合的设想，并设计成小型装置应用于酒店及商场，其后则逐步发展到大型化及多样化。GUNTER PRZYSTAWIK 继承父业使音乐喷泉更为多姿多采，并于 l952 年夏在西柏林工业展览会上进行展示，经纽约一摄影师将其引进
13、应用于纽约无线电音乐厅，从此，音乐喷泉陆续在世界各地应用推广，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,加拿大的 PEM，意大利的 NeonALPina,日本的 KAWAMURA等公司。随着音乐喷泉市场的需求越来越大，国内关于音乐喷泉的研究与开发工作也蒸蒸日上。我国在 80 年代中期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。据不完全统计，2006 年整个喷泉行业年总产值也早已达到几十亿元以上。同时我国行政主管和技术监督部门、学术团体和出版界等，也为推动喷泉技术的发展做了不少工作：1989 年出版的
14、给水排水设计手册 ，第一次将“水景设计”以专章列入设计手册；1989 年出版、1990 年开始施行的建筑给水排水设计规范 ，第一次将“喷泉设计”以专节列入国家设计规范；1990 年出版了第一本专门著作喷泉设计 ；1991 年在中国土木工程学会建筑给水排水委员会和中国标准化协会建筑给水排水委员会的大力推动下，成立了第一届“全国喷泉研讨会” ，有关喷泉的专门设计规程和术语标准等也公开发布执行。音乐喷泉以其水柱绚丽多姿，水柱随着音乐而跳动，给人以视觉和听觉的双重享受。大型的音乐喷泉功能齐全，规模大，有很强的震撼力，适用于大型音乐广场，对软硬件要求高，投资大。随着人民生活水平的提高，对美化住宅小区以及
15、别墅环境的要求越来越高，小型化音乐喷泉成为一个发展方向。大型音乐喷泉的科技含量高,设计和制造难度大。目前,我国的大型音乐喷泉技术已日趋成熟,但对小型音乐喷泉的研究较少，小型音乐喷泉存在着协调性能差等缺点。小型音乐喷泉系统适用于住宅小区和酒店厅堂等场所，一个好的音乐喷泉就是太原工业学院毕业设计2一个精美的艺术品，可以美化环境、愉悦身心。而其控制系统是整个音乐喷泉的关键。对小型音乐喷泉控制系统的研究具有很大的经济效益和社会效益。为了使控制简单可靠，适应现代社会的市场需求，各种形式的喷泉层出不穷，并逐步转向小型和营业性较强的方向发展。其音乐喷泉的控制也变得灵活多样，如单片机、PLC 、DSP 等都在
16、音乐喷泉中有所运用，当然也具有优缺点。本课题针对旅游景点内设计了观赏性的小型“音乐喷泉” 。选用单片机作为此次音乐喷泉控制系统设计的控制核心，主要是为了实现单片机的放音，并控制多个电磁阀的开闭动作和水泵的动作，解决系统中信号的同步性问题。1.2 音乐喷泉的发展和现状北京石景山古城公园的音乐喷泉，在悠扬动听的音乐声中，喷水可产生五六种变化，时而转动如银伞，时而飘忽如玉带，时而如金蛇狂舞，时而旋转飞溅，喷出的花形有昙花、菊花、扶桑花、百合花和曼陀罗花，这是在 80 年代初期中国较早建设的一个音乐喷泉。南昌的秋水广场是由“落霞与孤鹜齐飞，秋水共长天一色”的意境得名，秋水广场就是以喷泉为主题，集旅游、
17、观光、购物的大型休闲广场。他的音乐喷泉最吸引人注目，是国内最大的音乐喷泉群，泉水面积 1.2 万平方米，主喷高达 128 米，是南昌的一俏丽景观，人们可以一边欣赏音乐，一边观看滕王阁的美景。新加坡圣淘沙旅游区的音乐的设计与效果也是值得参考的，它布置在一个空旷而略有坡度的空间，面积很大，与圣淘沙车站前的长形喷水池共同组成为一个长达数百米的综合系列喷泉，音乐喷泉位于系列喷泉的顶端。舞台为一假山堆叠的西洋式半圆柱廊组成，共分 3 层。白天，假山瀑布及两侧的喷泉群与 3 层水池形成一处动静结合的较为文雅悠扬的水景园，入夜则有五光十色，优美动听的喷泉景观，整个舞台区域东西面阔近百米，南北深度约 40m，成为目前亚洲最大的音乐喷泉之一，表现出壮阔、绚丽的水景之美。以上几处音乐喷泉从建筑形势、音乐曲调及水舞表演的角度展现了音乐喷泉的美丽姿态，但是都属于大型的音乐喷泉，其控制系统也多采用 PLC 逻辑编程控制，造价高，流量需求大，一般为专门的定量设计。即使这样，国内外的音乐喷泉控制系统设计均以达到成熟的水平，而且还有专门的生产设计厂家，提供设计、喷泉设备及安装等服务。目前，国内的音乐喷泉逐渐向智能化、分散化、综合化、多样化
