单片机音乐喷泉控制系统设计
引 言 3
一.总体设计方案 4
(一) .方案比较 4
(二) 控制系统的方案设计 5
（三）单片机管脚连接 5
1. AT89C51单片机管脚说明 6
二. 硬件电路的设计 7
(一)系统组成 7
(二)8155的初始化 8
(三) 变频器的选择 10
1.变频器工作控制的原理 10
2.变频器的容量计算 13
3.变频器的频率设定 14
（四） 硬件延迟电路 15
1.延迟时间的计算 15
2.硬件延迟电路设计 16
（五） 系统工作流程 17
三. 控制系统的软件设计 18
（一） 系统资源分配 18
（二） 音乐控制码的编制 18
1.音乐选择 18
2.音频脉冲的产生 20
3.建立音乐控制码表 21
（三） 软件流程 21
结论 25
致谢 26
参考文献 27
附录1：硬件电路原理图 28
附录2：电气接线图 29
附录3：程序清单 30
Abstract
The musical fountain controller is the musical fountain heart. In the musical fountain, the nozzle varied modeling and the riotous submarine light all receive the eruptive fountain controlle *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
r the control. Is various as a result of the different eruptive fountain to the water pump and the color lamp bank number request, therefore designs the eruptive fountain controller which one kind simple, general, the group number may expand nimbly to become an eruptive fountain designers topic. This eruptive fountain controller uses the entire digital circuit design, may change the water pump and the colored lantern group number nimbly.
This topic research using single chip microcomputer as control core, devised a simple control, low costAnd easy to popularize the use of small music fountain control system. System according to the principle: is the music with single-chip computerStrength of the motor control, water pump and valve, in order to control the discretion of the water fountain. Input for music intoDirect voltage signal output is on the pump rotation speed, the control quantity or valve.
Key Words：microcontroller,usic fountain,controller
引 言
目前国内的水上乐园或者公园都会有喷泉，音乐喷泉作为一种新兴的喷泉得到了普遍的应用。音乐喷泉与普通的喷泉相比，附加了音乐的节奏，使得喷泉像具有了灵魂一样，无论从视觉和听觉上都能给观看者以美得享受。国内的一些市县已经开始计划在小区和广场建造音乐喷泉，音乐喷泉的发展十分迅速，音乐也越来越丰富，喷泉水型所体现出来的节奏也是越来越清晰明朗，水柱和灯光的辉映效果也更加和谐。
音乐喷泉的形成是将音乐的节奏和强度转变为控制信号，此信号再控制一个电压控制器件，电源经过这个电压控制器件后，输出电压也随音乐的变化而改变，然后控制水泵电机，改变频率就改变了电机的转速，也就改变了水泵的压力，音乐的不同频率经单片机处理送到变频电机的控制端，使电机转速随音乐的音调，节奏，和强弱变化，水泵的压力随之变化，喷岀的水就有了高低变化。
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。控制系统是喷泉工程的关键部分，其余部分和普通类型的喷泉基本上一致。音乐喷泉的控制系统可采用可编程序控制器PLC作为控制核心，也可采用工控机作控制核心。但是对于小型音乐喷泉最适合的应是单片机作为控制核心。适合于一般城市小广场和一些小区的小型音乐喷泉，因为它的控制较为简单与方便构造，使用单片机完全可以实现其功能，因为其价格低廉市场上也有的卖所以易于普及，是未来音乐喷泉的发展趋势。
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。
一.总体设计方案
(一) .方案比较
方案一：基于硬件电路采样的前馈补偿音乐喷泉控制系统
此方案优点是新型音乐喷泉控制方法的采样结果可以直接反映音乐强度，并由喷泉控制器与上位机配合工作来实现数据的采集与处理，该方法每0.1秒采样一次数据。当利用前馈补偿方式控制输出时，前馈控制时间完全可由设置的“前馈”时间确定，故可满足实际音乐喷泉前馈补偿控制的需要。可由于硬件条件的限制以及能力的要求较高，实施较困难。
方案二：基于全数字集成电路音乐喷泉控制器
此方案设计分为音控、程控两用的音乐喷泉控制器。控制三组不同颜色的彩灯，五台不同喷泉造型的水泵。音控、程控可用开关手动切换。程控的速度可用电位器调节。音控时，输入音乐的音量直接控制彩灯，音乐音量小则彩灯打开的组数少，音量大则彩灯打开的组数多。整个电路设计简单，通用，基于工程背景，具有可行性。
方案三：基于单片机的音乐喷泉控制系统
采用以AT89C51为核心的单片机控制方案。利用单片机灵活的编程设计和丰富的IO端口，及其控制的准确性，能够简单而又实用的将乐曲控制喷泉的动作。而且以AT89C51为核心的嵌入式控制器，具有性价比高，体积小，易于操作等有点。因此本文采用该方案。
一.总体设计方案 4
(一) .方案比较 4
(二) 控制系统的方案设计 5
（三）单片机管脚连接 5
1. AT89C51单片机管脚说明 6
二. 硬件电路的设计 7
(一)系统组成 7
(二)8155的初始化 8
(三) 变频器的选择 10
1.变频器工作控制的原理 10
2.变频器的容量计算 13
3.变频器的频率设定 14
（四） 硬件延迟电路 15
1.延迟时间的计算 15
2.硬件延迟电路设计 16
（五） 系统工作流程 17
三. 控制系统的软件设计 18
（一） 系统资源分配 18
（二） 音乐控制码的编制 18
1.音乐选择 18
2.音频脉冲的产生 20
3.建立音乐控制码表 21
（三） 软件流程 21
结论 25
致谢 26
参考文献 27
附录1：硬件电路原理图 28
附录2：电气接线图 29
附录3：程序清单 30
Abstract
The musical fountain controller is the musical fountain heart. In the musical fountain, the nozzle varied modeling and the riotous submarine light all receive the eruptive fountain controlle *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
r the control. Is various as a result of the different eruptive fountain to the water pump and the color lamp bank number request, therefore designs the eruptive fountain controller which one kind simple, general, the group number may expand nimbly to become an eruptive fountain designers topic. This eruptive fountain controller uses the entire digital circuit design, may change the water pump and the colored lantern group number nimbly.
This topic research using single chip microcomputer as control core, devised a simple control, low costAnd easy to popularize the use of small music fountain control system. System according to the principle: is the music with single-chip computerStrength of the motor control, water pump and valve, in order to control the discretion of the water fountain. Input for music intoDirect voltage signal output is on the pump rotation speed, the control quantity or valve.
Key Words：microcontroller,usic fountain,controller
引 言
目前国内的水上乐园或者公园都会有喷泉，音乐喷泉作为一种新兴的喷泉得到了普遍的应用。音乐喷泉与普通的喷泉相比，附加了音乐的节奏，使得喷泉像具有了灵魂一样，无论从视觉和听觉上都能给观看者以美得享受。国内的一些市县已经开始计划在小区和广场建造音乐喷泉，音乐喷泉的发展十分迅速，音乐也越来越丰富，喷泉水型所体现出来的节奏也是越来越清晰明朗，水柱和灯光的辉映效果也更加和谐。
音乐喷泉的形成是将音乐的节奏和强度转变为控制信号，此信号再控制一个电压控制器件，电源经过这个电压控制器件后，输出电压也随音乐的变化而改变，然后控制水泵电机，改变频率就改变了电机的转速，也就改变了水泵的压力，音乐的不同频率经单片机处理送到变频电机的控制端，使电机转速随音乐的音调，节奏，和强弱变化，水泵的压力随之变化，喷岀的水就有了高低变化。
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。控制系统是喷泉工程的关键部分，其余部分和普通类型的喷泉基本上一致。音乐喷泉的控制系统可采用可编程序控制器PLC作为控制核心，也可采用工控机作控制核心。但是对于小型音乐喷泉最适合的应是单片机作为控制核心。适合于一般城市小广场和一些小区的小型音乐喷泉，因为它的控制较为简单与方便构造，使用单片机完全可以实现其功能，因为其价格低廉市场上也有的卖所以易于普及，是未来音乐喷泉的发展趋势。
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。
一.总体设计方案
(一) .方案比较
方案一：基于硬件电路采样的前馈补偿音乐喷泉控制系统
此方案优点是新型音乐喷泉控制方法的采样结果可以直接反映音乐强度，并由喷泉控制器与上位机配合工作来实现数据的采集与处理，该方法每0.1秒采样一次数据。当利用前馈补偿方式控制输出时，前馈控制时间完全可由设置的“前馈”时间确定，故可满足实际音乐喷泉前馈补偿控制的需要。可由于硬件条件的限制以及能力的要求较高，实施较困难。
方案二：基于全数字集成电路音乐喷泉控制器
此方案设计分为音控、程控两用的音乐喷泉控制器。控制三组不同颜色的彩灯，五台不同喷泉造型的水泵。音控、程控可用开关手动切换。程控的速度可用电位器调节。音控时，输入音乐的音量直接控制彩灯，音乐音量小则彩灯打开的组数少，音量大则彩灯打开的组数多。整个电路设计简单，通用，基于工程背景，具有可行性。
方案三：基于单片机的音乐喷泉控制系统
采用以AT89C51为核心的单片机控制方案。利用单片机灵活的编程设计和丰富的IO端口，及其控制的准确性，能够简单而又实用的将乐曲控制喷泉的动作。而且以AT89C51为核心的嵌入式控制器，具有性价比高，体积小，易于操作等有点。因此本文采用该方案。
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