毕业设计（论文）课题名称基于单片机控制的喷泉系统的设计
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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8751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：8751单片机；音乐喷泉；变频器
Abstract
with the improvement of people’s living standard and yearn for building green city, music fountain is more an 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 controller system and were completed according to the present situation of music fountain now. Its principle is that using the 8751 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 implements the control of the flow out of nozzles. The flower shapes are controlled by program 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 with music’s rhythm when music si played.
Key words: 8751microcontroller, Music fountain, Variable-frequency Drive
目录
摘要 (Ⅰ)
ABSTRACT (Ⅱ)
第一章绪论 (8)
1.1设计背景 (8)
1.2音乐喷泉的现状和发展 (9)
1.3喷泉的物理原理 (10)
1.4本课题设计内容 (10)
第二章音乐喷泉造型系统设计 (4)
2.1造型方案设计及选择 (12)
2.2喷泉的管网设计 (13)
2.2.1 喷泉的水力计算 (13)
2.2.2 配水管网的计算 (15)
2.3喷泉的管道布置、管材及附件选择 (16)
2.3.1 喷泉的管道布置 (16)
2.3.2 管材的选用 (16)
2.3.3 管道附件选择 (16)
2.4水泵及电机的选择 (19)
2.5喷水池的设计 (19)
2.5.1喷水池的组成 (19)
2.5.2 喷水池的尺寸确定 (19)
第三章控制系统的设计 (20)
3.1 控制系统的方案设计 (20)
3.2单片机型号选择 (20)
3.2.1 确定单片机型号 (20)
3.3控制系统的硬件设计 (21)
3.3.1 系统组成 (21)
3.3.2 8155的初始化 (22)
3.3.3 变频器的选择 (23)
3.3.4 硬件延迟电路 (28)
3.3.5 系统工作流程 (30)
3.4控制系统的软件设计 (31)
3.4.1 系统资源分配 (31)
3.4.2 音乐控制码的编制 (31)
3.4.3 软件流程 (34)
3.4.4 系统控制程序 (38)
结论 (41)
致谢 (42)
参考文献 (43)
附录A：硬件电路原理图 (44)
附录B：电气接线图 (45)
附录C：程序清单 (45)
第一章绪论
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《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音乐喷泉的现状和发展
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年代初期中国较早修建的一个音乐喷泉。
南昌的秋水广场是由“落霞与孤雁齐飞，秋水共长天一色”的意境而得名，
秋水广场就是以喷泉为主题，集旅游、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，是南昌的一倩丽景观，人们可以一边欣赏音乐，一边观看滕王阁的美景。
新加坡圣陶沙旅游区的音乐喷泉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，与圣陶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式、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
统设计均已达到成熟的水平，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喷泉的物理原理
喷泉的原理是个动量守恒，从大半径管道到小半径管道，产生一个速度的变化，冲向背离地面的方向。大半径的速度由泵带动，小半径中的速度是原来速度，与动量转化速度。需要选择一个微元计算动量守恒，这样能求出一个速度，这个速度是出口速度，然后就是一个上抛运动了，这个是理想的情况，没有摩擦，没有风。
1.4本课题设计内容
音乐喷泉的工作原理为：根据播放的音乐来控制喷泉的花形大小变化和水柱的高度变化，以使水柱高度的变化及花形大小的变化与音乐的节奏同步，喷泉管路中的水流由水泵调节，而水泵是由三相异步电动机驱动的。因此只要控制了三相异步电动机的转速，就可以可能控制管路中的流量，当给三相异步电动机通入工频电源时，则转速是不变化的；当采用变频器控制电机的转速时，可以使管路中的流量发生柔性变化，这样喷泉运行时花形变化就更灵活。随着音乐喷泉的使用越来越广泛，涉及到的控制方式也就越多，变频器，单片机，上位机，触摸屏等，于是喷泉的控制涵盖了自动化的各个学科，并且形象直观。
虽然喷泉的种类繁多，如广场喷泉、景点喷泉、旱泉、跑泉、激光喷泉、层流喷泉、趣味喷泉、水幕电影等等，这些喷泉喷水时的花形都具有千姿百态的效果，但都有一个共同的特点：即形成水形的基本通路都是由水泵、管道、阀门和喷头组成。因此，音乐喷泉工程中无疑也会安装大量的电磁阀门、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控制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。
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，形成所谓的跑泉和跳泉效果。
通过上述分析，本课题将同时采用第二类水形和第四类水形，即控制系统须控制变频器的动作，实现对水泵转速控制，让喷泉在运行时，可以看到水柱的连续升降和花型的大小变化效果；为了在喷泉运行过程中，随音乐的节奏变化，可以在不同的瞬时获得不同的花形，系统将设有一定数量的电磁阀，系统将根据音乐节奏的快慢或信号的强弱，控制相应的电磁阀开闭状态，就可以得到不同的花形。由于涉及到变频器、水泵、电磁阀、喷头的选择，故需进行喷泉造型系统的管网进行设计计算（流量计算、损失计算等），这将作为变频器、水泵、电磁阀、喷头选择的依据；同时要进行控制系统设计（硬件设计和软件设计），是为了实现单片机的放音、花形变化、灯光变化，以及音乐信号和花形的同步性处理。
第二章 音乐喷泉造型系统设计
2.1 造型方案设计及选择
方案：设置了十六个喷头，分内外两圈布置，在水池的中心还设置了一个花柱喷头，喷泉造型如图2.1所示。本方案采用十字形供水方式，将水泵设置在喷池中央，同样是为了让水流迅速流至每个喷头，当然也可以采用在外圈或内圈安装水泵，用一短直管将内外两圈的水管连接起来，就可以向各个喷头供水了，但是这种方式使距离水泵较远的喷头的水柱高度变化会滞后于距离水泵较近的同性质的喷水高度变化，产生的滞后效应较十字形供水方式的滞后效应大。同时，本方案具有花形控制灵活，花形变化类型多，而且观赏效果好，可以从各个方向上都能够看到同样的花形，作为旅游景点内观赏用的音乐喷泉是较佳的选择。
选择此方案作为本次设计的花形造型方案。由于喷泉设置在旅游景点内，为了取得较好的视距效果。因此，喷泉所占据的空间位置，需根据人眼视域的生理特征以及周围的景物来确定，经查相关资料，由以下两个指标确定，即垂直视域和水平视域。当垂直视角在30度、水平视角在45度的范围内，有良好的视域。
当垂直视角为30度时，其合适视距为：
10
cot ()
30cot ()23.7()
D H h H h H h α=-=-=- 式（2.1）
式中 D 1—合适视距 H —景物高 h —人眼高
根据旅游景点内的特征，取水平合适视距为2.5m 左右较为合适，因此由式（2.3）可得喷水池的宽度为
2 2.5
2.11.2 1.2
D W m =
=≈ 式（2.4） 由于小型喷泉的垂直合适视距约为喷水高的3倍，喷泉景物合适的视距约为景物宽度的1.2倍，因此喷泉的喷水高度按最大为2m 高的水柱进行设计，宽度也按
2m 进行设计。
水泵
1—花柱喷头2、3、4、5、6—树冰喷头
7、9、11、13、15—万向直流喷头8、10、12、14、16—扁嘴喷头
图2.1喷泉造型平面图
2.2 喷泉的管网设计
2.2.1 喷泉的水力计算
①水平射程和喷水高度
影响喷头水平射程的因素很多，但主要因数是工作压力，喷嘴直径和喷射角度,射流曲线轨迹的几个主要参数见图2.2。
α
图2.2 倾斜射流曲线轨迹
图中：L1—射流上升部分的水平投影（m）
L2—射流下降部分的水平投影（m）
R —水平射程（m ）
h —射流高度（m ） α—倾斜射流的仰角（度）
表2.1 喷泉中各喷头的型号及参数表
喷头型号 WX-117 HZ-112 BZ-305 SB-219 水压（KPa ） 43-67 70 50 55 流量(m 3
/h) 0.6—0.8 5—7 4 2.5 喷高(m) 1.6—3.5 1.2—2.0 0.8—1.5 1.2 喷洒直径DN(mm) 0.2 1.5—1.8 1.3 0.2 连接管直径DN(mm)
15 25 25 20 连接形式 内螺纹 内螺纹 内螺纹 内螺纹 安装尺寸A(mm) 70 100 150 140 安装尺寸B(mm) 40 60 50 10 数量（个） 5
1
5
5
图 片
②流量计算
喷头的流量可按下列公式计算：
2Q f gH μ=?嘴 [1]
式（2.27）
式中 Q —喷头的流量
μ喷头的流量系数
f —喷嘴的过水面积
g —重力加速度
由此可计算出主管道总流量为：
1223344
4353
5353
333
5 1.3510/59.2610/
51.710/1 3.3810/
1.2610/ 4.52/
n Q n Q n Q n Q
m s m s
m s m s
m s m h
--
--
-
=+++
=??+??
+??+??
≈?≈
1
总
Q
式（2.35）2.2.2 配水管网的计算
配水管网的计算主要是确定管径和水头损失。
①管径的计算
由水力学公式得知2
,
4
Q A V A D
π
=?=
而，将其代入上式，移项得[1]：
π
4Q
D=
V
式（2.36）式中 D—管径
Q—流量
A—水管的过水断面积（通流面积）
π—圆周率
V—流速
查标准管道直径系列无48mm的管径，因此需对其修正，查标准管径系列取D=50mm.
②水头损失计算
喷泉中使用的管道都是压力管道，水流经管道时能量损失叫水头损失。
因此，总水头损失等于沿程水头损失与局部水头损失之和[1]。即
∑∑
沿局
总
h=h+h式（2.38）式中h—总水头损失
∑h
沿
—沿程水头损失之和
∑h
局
—局部水头损失之和
2.3 喷泉的管道布置、管材及附件选择
2.3.1 喷泉的管道布置
喷泉的管道主要由输水管、配水管、补给水管、溢水管和泄水管等组成。现将其布置要点简述如下：
①大型喷泉中，管道多且复杂时，应将主管道敷设在渠道中，在喷泉底座下设检查井，为了使喷水获得等高的射流，对于环行配水管网，多采用十字形供水。
②由于蒸发等原因，造成喷水池内水量的损失，另外水泵运行前需要充水，因此喷水池需设补充供水管。
③为了池水上涨造成溢流应设溢水管，为了便于清洗在水池底部应设泄水管。
④连接喷头的水管不能有急剧的变化，直管的长度不小于喷头直径的20～50倍，以保持射流的稳定。
⑤喷泉所有管道的接头应严格密封，安装完毕后，均应进行水压试验。
2.3.2 管材的选用
按表2.2选择喷泉主管道为公称通径为50mm，外径为60mm的钢管，管螺纹连接方式（圆柱形管螺纹），其螺纹长度为24mm，基面处大径为49.616mm。
2.3.3 管道附件选择
在喷泉的管道中，除开直管、喷头外，还有管道的连接件，控制件、过滤器等附件。
①连接管件
钢管的连接方式有螺纹连接，焊接和法兰连接三种。由于在管径计算时所得管径为50mm，同时为使安装方便，故选螺纹连接。
表2.2 喷泉管道材料选择表
管材类别
和名称
产品特征优点缺点
金属管水
煤
气
钢
管
镀
锌
钢
管
︵
白
铁
管
︶
管
径
︵
mm
︶
单根
长度
（m）
容许工
作压力
（kg/
2
cm）
1、坚韧：耐力大，抗震佳，弯切
易
2、薄轻：壁薄，质轻，耗料少
3、不糙：内壁较光滑，水力条件
好
4、易装：连接方便（白铁管的镀
锌层能保护管和税的色味不
锈损）
1、易生锈：埋在土中易
腐蚀，其寿命为20～
30年。
2、价昂
3、白钢管比黑铁管重3～
6%，因为有镀锌层，
不宜焊接。
6～
155
4～9
≤10普
通管
≤16加
厚管
②控制管件
在喷泉管路中常用的阀门主要由闸阀，截止阀，逆止阀，电磁阀。其驱动方式一
般为手动。连接型式有内螺纹和法兰两种，公称压力一般在10kg/2
cm以下。
止回阀又叫单向阀，它是用来限制水流朝一个方向流动，用于水泵出水管和水源进水管等处，以防止水的倒流。
浮球阀是依靠水位变化而自动控制水流的开关。来保持水位以便自动供水。
SLDF系列电磁阀是是使水柱的变化随音乐的节奏而变化得到不同的花型，达到花型效果。各种控制管件的选择列于表2.3。
球阀:安装在电磁阀和管道之间,使用它的目的是为了,再安装调试时,便于调节喷头内的水流量,以便到达用户想要的喷水高度和喷水花形大小。
手动截止阀:安装在排水管处，相当于闸阀使用，条件不足时，可以用球阀代替，以便水池的清洗和换水。
直通式管接头：用于球阀、电磁阀和喷头之间的连接。
表2.3 喷泉系统各控制器件选择表
球 阀
电磁阀
止回阀
手动截止阀
直通管接头
型 号
JL-Q11F-25C （6个) JL-Q11F-20C （5个） JL-Q11F-15C(
5个)
SLDF 系列<下水>专用电磁阀
H12W
JL-J/L11W
JL-JT-11D
流量孔径 Φ10mm-Φ50mm Φ15mm-Φ150mm Φ50mm Φ50mm Φ10mm-Φ50mm 数 量 16个 Φ15mm （5个） Φ25mm （6个） Φ20mm （5个） 2个 １个 32个 工作压力 10MPa
φ50以下 0～0.6MPa φ65以上 0.06～0.5MPa
6-16Mpa
PN≤1.6Mpa
10MPa
图 片
③喷泉照明灯具的选择
彩色低压水下灯：水下照明灯一般配置在水面下5～10厘米处。经查文献[7]选择水下灯具如表2.4。
表2.4 水下灯具选择表
型号
直径
功率 电压 数量
颜色
照射高度 图片
SXLEDI-24 100mm 5W
24V
8只 红／黄/绿／蓝
1.5～3m
说明：灯具SXLEDI-24具有如下特点： 1)高节能；2)寿命长；3)多变幻； 4)利环保；5）高新尖。
名 称
参 数
2.4水泵及电机的选择
潜水泵泵体可以完全浸于水中工作，其电动机和水泵的运动部件都是利用水来润滑，所以不会产生过高的水温，效率较高，既减少了机械损失又减少了水头损失。查JB/T8092-1996标准[8]选择潜水泵的型号列于表2.5。
表2.5潜水泵的主要技术参数表
型 号 额定流
量(m 3
/h) 额定扬程(m) 额定功
率（kw ）
额定转速(R/min) 额定
电流
(A) 额定电压(V) 配管内径(mm) QSP12.5-40-3 12.5
40
3
2860
7.54
380
50
2.5喷水池的设计
2.5.1 喷水池的组成
喷水池由池底、池壁、喷水供水管、吸水管、溢水管、泄水管、补充剂水管等组成。如图2.3所示：
排水管
补充给水管
供水管
池底
池壁
溢水管
图2.3喷水池的组成示意图
2.5.2 喷水池的尺寸确定
由于喷泉的喷水范围为直径2m,为使水滴不落到池外，在该范围的基础上，将其周围留250mm 的余量空间，于是得喷水池的尺寸为的圆形水池2.5m ，池壁高出地面0.4m ，水深0.35m 。由此可以计算出水池的最大蓄水量为：
2232.50.35
1.724
4
d h
V m ππ??=
=
≈ 式（2.44）
第三章 控制系统的设计
3.1 控制系统的方案设计
扬声器灯光
电磁阀 光电隔离喷头
潜水泵
变频器
延迟放大单片机
SSR
图3.1 控制原理图
方案：控制系统是由单片机、延迟放大电路、光电隔离电路及电磁阀和变频器组成，其控制结构形式如图3.1所示。该控制方案是通过对音乐信号的处理，将其转换成汇编程序存入单片机，使单片机唱歌，而且再改程序之中还加入其他控制语句。由控制原理图可以看出。单片机还需喷泉中的电磁阀和变频器的动作及灯光的变化，其中电磁阀对喷头控制思想是：预先是根据设计的花形种类和变化方式，通过对电磁阀的开闭进行组合，编制不同的控制字制成表存入单片机，当单片机执行程序时，通过查表的方式去取不同的花形，以达到预想的花形变化，这样花形的变化就随音乐的节奏而变化。同样，单片机对变频器的控制也与之类似，只不过控制字的编制是根据音乐的频率进行编制的，而且查表的方式也有所不同，这将在后面的内容中进行阐述；因而变频器根据所接受的信号，输出不同的频率值，以控制水泵的转速，进而达到控制喷泉管路中的流量，就可以控制水柱的高度和花形大小了。灯光和音响是由同一个
I/O 口经延迟放大电路后，使它们达到同步动作，而灯光之前须接一个固态继电器，
以驱动灯具，并使之与单片机隔离。
3.2 单片机型号选择
3.2.1 确定单片机型号
经查INTER 公司主要单片机微处理器系列MCS-48、MCS-51、RUPI-44、
MCS-96等，考虑到本设计的特点，需要将程序预先写入程序存储器，只有选择具
基于单片机的音乐喷泉设计 第一章音乐喷泉控制系统硬件设计 1.1控制系统硬件总设计方案 1.2音乐信号的采集 1.2.1 音频放大电路的设计 1.2.2 采样定理 1.3 单片机电路 1.3.1 单片机的概述 1.3.2 时钟电路的设计 1.4 AD转换电路 1.4.1 ADC0809与单片机AT89C51的连接 1.4.2输入电路 1.5潜水泵调速硬件方案设计 1.6灯光硬件方案设计 1.7解决系统时间滞后硬件电路设计. 第二章喷泉控制系统软件设计 2.1喷池数据 2.2主程序框图. 2.3 控制潜水泵软件设计模块 2.3.1 潜水泵开关调速的原理 2.3.2潜水泵开关调速的软件设计 2.4控制电磁阀软件设计模块 2.5 歌曲存储模块 2.5.1音频脉冲的产生 2.5.2音乐程序 2.6灯光控制模块 2.7看门狗子程序 2.7实验仿真
第一章音乐喷泉控制系统硬件设计 1.1 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，由音乐输入系统、数模转换系统、单片机控制系统和输出控制系统等组成。 图1.1 系统总体结构框图 1.2音乐信号的采集 前面已经介绍过，本文的研究针对的是采用外部音源的喷泉系统，因此在对音乐信号进行特征识别前首先要完成对模拟音乐信号的采集。音乐信号的采集主 要包括音频放大和 A/D 转换两个过程，下面分别进行分析。 1.2.1 音频放大电路的设计 外部音源信号的幅度一般较弱，因此必须要对原信号进行放大处理后才能送入 A/D 转换器。本文选择了 LM386 芯片设计音频放大电路。LM386 是美国国家半导体公司（NS）推出的系列功率放大集成电路的一种，LM386 具有功耗低、工 作电压范围宽、所需外围元件少等特点，在电子设备的音频放大电路设计中应 用非常广泛，它使用了 10 只晶体管构成了输入级、电压增益和电流驱动级。 其中 T1~T6 组成 PNP 型复合差分放大器，T5、T6 为镜像恒流源，作为 T3、 T4 的有 6/32 源负载，使输入级有稳定的增益。电压增益级由接成共发射极状态的 T7 承担，其负载也使用了恒流源，整个集成功放的开环增益主要由该级决定。T8、T9 复合为一个 PNP 管，和 T10 共同组成互补对称射极输出电路，以供给负载以足 够的电流。D1、D2 提供了 T8、T9、T10 所需的偏置，使末级偏置在甲乙类状态。R5~R7 构成内部反馈环路。从图 3.2.1 可以看出，LM386 采用双列 8 脚 封装结构，它的工作电压范围为 4~12V，静态电流 4mA，最大输出功率 660mW，最大电压增益 46dB，增益带宽 300kHz，谐波失真 0.2%。 图1.2.1 LM386 封装形式及引脚定义 在 LM386 的 DataSheet 上，提供了两种典型放大电路的设计方案。一种是在LM386 的 1 脚和 8 脚之间不接其他元件，此时放大电路的增益仅由内部电 阻 R5~R7决定，为 20 倍数（26dB），这种方式外部电路元件最少，也最为经济。另一种通 过在 1 脚和 8 脚之间串接不同的阻容元件，改变放大电路的交流反馈量，从 而改变放大电路的闭环增益。音乐信号的放大采集如图 2.2.2 所示。外部音源（声卡、CD 机等）的模拟音乐信号分左、右声道分别进入放大电路，经过信号放大后，得到幅值放大后的音频信号。从图 3.2.2 可以看出放大电路的具体设计。在 LM386 的 1 脚和 8 脚之间串接一个 10 微法的电容 C4，使内部电 阻 R6 被交流旁路，放大电路的增益能达到最大值，200 倍数（46dB）。再对 音频放大电路的外围电路进行设计，电路中电容 C1、C6 作为隔直电容，电位 器 P1 用于调节音量的大小，元件 R2、C5 有助于旁路高频噪音和改善输出的 音质。电容 C3 作为去耦电容，一方面是本集成电路的蓄能电容，另一方面旁 路掉该器件的高频噪声。电容 C2 则是作为旁路电容，将信号的中高频噪音旁 路到地。经过放大电路的音频信号就送入 A/D 转换器进行采样，这里 A/D转
徐州工程学院 毕业设计（论文）开题报告 课题名称：基于单片机的住宅小区煤气 泄露实时报警器设计 学生姓名：学号： 指导教师：职称： 所在学院： 专业名称： 徐州工程学院 20 年月3日
说明 1．根据《徐州工程学院毕业设计(论文)管理规定》，学生必须撰写《毕业设计（论文）开题报告》，由指导教师签署意见、教研室审查，学院教学院长批准后实施。 2．开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。 3．毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。 4．本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。 5. 课题类型填：工程设计类；理论研究类；应用（实验）研究类；软件设计类；其它。 6、课题来源填：教师科研；社会生产实践；教学；其它
课题 名称 基于单片机的住宅小区煤气泄露实时报警器设计 课题 来源 社会生产实践课题类型工程设计类 选题的背景及意义 近年来随着人民生活水平的提高，管道煤气和罐装煤气已深入到寻常百姓家。但由于使用不当或设备老化等原因导致的煤气泄漏极大地威胁着人们的生命财产安全。煤气泄漏而大量产生的一氧化碳是煤气中毒事件的根源，如采用煤气泄漏报警器就能得到及时的警示。单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施。为了防止中毒事件再次发生，提出利用单片机系统进行有效的预防对策。为此设计出家用煤气泄漏报警控制器。 煤气泄漏的危害 一氧化碳的浓度与健康成年人中毒的可能症状 50ppm 健康成年人在八小时内可以承受的最大浓度 200ppm 2-3小时后，轻微头痛、乏力 400ppm 1-2小时内前额痛；3小时后威胁生命 800ppm 45分钟内，眼花、恶心、痉挛；2小时内失去知觉；2-3小时内死亡1600ppm 20分钟内头痛、眼花、恶心；1小时内死亡 3200ppm 5-10分钟内头痛、眼花、恶心；25-30分钟内死亡 6400ppm 1-2分钟内头痛、眼花、恶心；10-15分钟死亡 12800ppm 1-3分钟内死亡
1 绪论 1.1 设计背景 德国发明家奥图皮士特先生在1930年提出喷泉的相关理论，随后他在百货商店和餐馆前建造小型的喷泉。经过多年来的发展，音乐喷泉的设计变的多样化，构造变得复杂化。在1952年的夏天，在西柏林的工业展览中，一个美国人看到了奥图皮士特先生音乐喷泉的表演，并把它带回纽约。1953年1月15日音乐喷泉在美国首次表演，表演期间超过150万人观看。在音乐喷泉走向全世界的同时，各种新技术也不断地运用在音乐喷泉上，使其表演变得复杂和美丽，给人们带来无限的乐趣，提高了人们的生活质量。 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 音乐喷泉的现状和发展 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年代初期中国较早修建的一个音乐喷泉。 南昌的秋水广场是由“落霞与孤雁齐飞，秋水共长天一色”的意境而得名， 秋水广场就是以喷泉为主题，集旅游、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，是南昌的一倩丽景观，人们可以一边欣赏音乐，一边观看滕王阁的美景。 新加坡圣陶沙旅游区的音乐喷泉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，与圣陶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。
目录 第一章、绪论 (1) 1.1、本课题研究的意义 (1) 1.2、单片机的特点及应用 (1) 1.3、本课题研究的现状 (3) 1.4、音乐喷泉在诸多领域的应用 (3) 1.5、本课题的基本容 (3) 第二章、总体设计方案 (4) 2.1、音乐喷泉控制系统整体设计 (4) 2.2、方案比较 (4) 2.3、系统框图 (4) 第三章、硬件电路的设计 (7) 3.1、电源电路 (7) 3.2、单片机控制电路设计 (7) 3.3、输入、出电路的设计 (9) 第四章、软件程序流程图 (11) 4.1、系统整体流程图 (12) 4.2、喷池数据 (12) 第五章、调试过程和调试方法 (14) 5.1、硬件调试 (14) 5.2、软件调试 (14) 结论 (15) 致 (16) 参考文献 (17)
第一章绪论 1.1本课题的研究意义 音乐喷泉系统设计采用单片机为控制核心有较好的经济效益。因为单片机的特点是体积小、集成度高、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易等。 1.2单片机的特点及应用 单片机的特点是控制性能和可靠性高，体积小、价格低、易于产品化。由于单片机具有良好的控制性能和灵活的嵌入品质，近年来在智能仪表、机电一体化产品、实时工业控制家用电器等各个领域都获得了极其广泛的应用 1.2.1 什么是单片机 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、存、部和外部总线系统。单片机是将中央处理器，随机存储器。只读存储器，定时器芯片和I/O接口电路集成于一个芯片上的微控制器。 单片机也被称为微控制器（Microcontroler），是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控
1.1核心芯片8051单片机 (2) 1.2 ADC0809转换芯片 (5) 1.2.1 ADC0809的逻辑结构 (5) 1.2.2 ADC0809 的通道选择 (6) 1.2.3 ADC0809的引脚图及各引脚作用 (6) 1.3 MC14499芯片 (8) 1.3.1.MC14499的结构及功能介绍 (8) 1.3.2 MC14499在单片机中的应用 (10) 1.4 74LS373芯片 (13) 1.5 LED数码管 (15) 1.5.1 LED数码管显示器的结构 (15) 1.5.2 LED数码管显示器的显示段码 (17) 1.5.3 LED显示器的参数 (18) 1.6 X25045 (18) 2 系统硬件设计 (20) 2.1系统设计原理和系统框图 (21) 2.1.1设计原理 (21) 2.1.2系统框图 (21) 2.2液位传感器设计 (22) 2.2.1 传感器原理 (22) 2.2.2 传感器的组成 (22) 2.2.3 测量原理 (23) 2.2.4 将电容转化成电信号部分 (24) 2.2.5 电信号放大电路设计 (25) 2.3 A/D0809模数转换 (25) 2.4 显示电路的设计 (27) 2.5 键盘电路 (29) 2.5.1矩阵式键盘的工作原理 (30) 2.5.2 硬件电路设计及电路图 (30) 2.6 继电器控制水泵加水电路 (31) 2.7 报警电路 (32) 2.8 电源电路 (33) 2.8.1 直流电源电路 (33) 2.8.2 备用电源切换电路 (34) 2.9看门狗电路 (35) 3 系统软件的设计 (38) 3.1 软件设计流程图 (38) 3.2矩阵键盘程序设计 (40) 3.2.1 程序设计内容 (40) 3.2.2系统程序 (40) 3.3 ADC0809模数转换流程图 (42) 4 结论 (45) 附录A (46)
电子系统设计 大 作 业 课题：简易音乐喷泉的制作 组员： 任课老师：
目录 一、设计任务和分析 -------------------------------------------------------- 1 二、硬件电路设计 ---------------------------------------------------------- 1 2.1总体设计------------------------------------------------------------ 1 2.2各模块设计---------------------------------------------------------- 2 2.2.1单片机最小系统------------------------------------------------ 2 2.2.2 A/D转换模块------------------------------------------------- 3 2.2.3 音频放大模块-------------------------------------------------- 3 2.2.4 LED灯及电机------------------------------------------------- 4 三、程序设计-------------------------------------------------------------- 5 3.1主程序设计---------------------------------------------------------- 5 3.1.1设计框图------------------------------------------------------ 5 3.1.2程序代码------------------------------------------------------ 5 3.2 A/D转换程序设计--------------------------------------------------- 6 3.2.1 A/D转换程序原理--------------------------------------------- 6 3.2.2 A/D转换程序框图--------------------------------------------- 7 3.2.3 A/D转换子程序代码------------------------------------------- 8 3.3 PWM调压设计------------------------------------------------------- 9 3.3.1 程序框图 ---------------------------------------------------- 9 3.3.2 PWM调压子程序----------------------------------------------- 9 四、调试和测试结果分析 --------------------------------------------------- 11 4.1调试--------------------------------------------------------------- 11 4.2 结果分析 ---------------------------------------------------------- 12
基于C8051F单片机的移动式音乐喷泉设计 摘要：音乐喷泉作为一种观赏性较高的艺术水景已经得到了越来越广泛的应用。论述了一个以C8051F 单片机为核心的适于室内使用的小型移动式音乐喷泉控制系统，给出了单片机控制电路，水泵控制电路，彩灯控制电路及部分单片机I/O口初始化程序。喷泉水型随音乐的高低旋律发生变化，再辅以LED彩灯的 亮灭，便于移动，实用性强，适宜家庭和室内观赏。 关键词： C8051F单片机；音乐喷泉；单片机控制 目前在公共场所喷泉一般只是将音乐和喷泉高低简单配合, 无法真正体现音乐的旋律、节奏；或者是采用了高成本复杂的控制系统，搭建复杂的外围电路实现功能；并且多数只能在现场观赏，不能进入家庭。本文介绍基于C8051F单片机控制的小型室内移动式音乐喷泉。它使用了较少的外围器件和较为简单的电路设计，成本低、体积小、水型变换多样，实用性强，适合室内观赏。 1 系统设计 本系统采集音乐信号，根据音乐信号的强弱来控制水泵电机的转速以及LED彩灯的亮灭。系统的总体结构如图1所示，由音乐输入部分、音响放大部分、单片机控制部分和输出控制部分组成。C8051F单片机作为系统的主芯片，一方面采集音乐信号，另一方面依据采集到的音乐信号的强弱输出延时不等的矩形波来控制可控硅的导通时间，进而控制水泵电机的转速，从而达到控制喷水高度的目的。彩灯的亮灭也由单 片机依据音乐采样值的大小来控制。 2 系统硬件设计 硬件系统由单片机电路、音频电路、水泵控制电路、彩灯控制电路、电源电路等组成。 2.1 单片机电路 单片机要采集音乐信号，并据此调节I/O口的输出来控制水泵和彩灯。主芯片选用C8051F系列单片机中的C8051F310。C8051F系列单片机是集成的混合信号片上系统SoC，它具有与MCS-51内核及指令集完全兼容的微控制器。除了具有标准8051的数字外设部件之外，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件，包括模拟多路选择器、可编程增益放大器、ADC、DAC、电压比较器、电压基准、温度传感器等等。这样不仅可以简化单片机的外围电路，而且处理速度和灵活度都大大增强，并且具有片内调试电路，通过10针的JTAG接口可以进行非侵入式、全速的在系统调试，设计调试周期短。所选的C8051F310内部集成了一个10位ADC，两个模拟比较器，4个通用16位计数器/定时器，1个可编
音乐喷泉 第一章概述 水是有生命的，任何地方只要有了动态的水，它将变得活力四射，充满生机。广州（新）白云国际机场旅客过夜用房灯光音乐喷泉工程及各种水景，它将其它绿化景观，灯光等景观结合起来，充分利用喷泉水、光、声、色的综合效果使得整个景观在动态水的作用下活了起来，使其成为一个休憩、观景、交流的理想场所。 第二章总体规划设计 一、指导思想 广州（新）白云国际机场旅客过夜用房灯光音乐喷泉工程及其他水景的方案总体规划设计，遵循“技术上可行，经济上合理”的基本原则，采用国内先进的喷泉技术，依据喷泉工程的重要性，在水形设计上既场面壮观，突出主题，又辅以烘托，水形线条明朗，组合水形一般控制在1-3种单水形，高潮时才组合多种水形。 二、音乐喷泉主题思想 音乐喷泉能使声、光、水、色做同步协调的变化，经电脑编程，喷泉水形升腾变幻，摇摆旋转，如天仙起舞，阿娜多姿，加上绚丽多彩、五颜六色的灯光照明变化。艺术层次高，观赏效果好，层次分明，具有一定的智能表演功能的动态水景。通过电脑进行编程，把不同水形的组合、不同灯光的形色变化和水形高低或色调不同、节奏快慢变化的程序，其同步性和协调性是其它方式 设计说明 控制喷泉无法相比的。 三、总体设计 音乐喷泉水池设计地点位于广州（新）白云国际机场内，水池平面形状为圆形，直径为30米。 音乐喷泉水形管线系统的布置按照不同水形的寓意内容及各种水型的特点进行设计，喷泉管线为中心高喷、擎天玉柱、万向外抛、海市蜃楼、海鸥飞翔、三层礼花、八角玉柱、孔雀开屏、旋扭、喇叭晶莹、凤尾、万向同心等十二种水形组合，管线为圆、横、竖向排列，根据水池的特点把喷泉组合的分布成为有层次的各种单种水形，组合水形依次向内、向外形成组合。 上述管线系统主题水形有：中心高喷、擎天玉柱、万向外抛、海市蜃楼、海鸥飞翔、三层礼花、八角玉柱、孔雀开屏、旋扭、喇叭晶莹、凤尾、万向同心。 各管线系统配设不同颜色的水下彩色灯光，对于主题水形配设适合的数量彩灯，彩灯颜色有红、绿、黄、蓝等。
毕业设计论文_基于单片机肺活量测量仪
目录 引言 (1) 1. 绪论 (2) 1.1 本课题的研究意义 (2) 1.2 本课题的发展现状 (2) 1.2.1电子类肺活量测量仪 (2) 1.2.2非电子类肺活量测量仪 (2) 1.3 本课题的发展趋势 (2) 1.4 智能肺活量测量仪研究目的及其可行性 (2) 1.5 课题的主要研究工作和各章内容安排 (3) 2. 相关技术和基础理论介绍 (3) 2.1 肺活量测量相关概述 (3) 2.1.1肺活量 (3) 2.1.2气压传感器 (3) 2.2 通过气压传感器测量肺活量的原理 (4) 2.3 数据采集 (4) 2.3.1A/D转换器 (4) 2.3.2A/D转换的基本原理 (5) 2.4 串口通信 (6) 2.5 主要器件功能说明 (10) 2.5.1 AT89S5单片机 (10) 2.5.2 MAX232串行通信芯片 (12) 2.5.3 AD620 (12) 2.5.4 气体压力传感器ATP015G (13) 3. 系统设计方案及原理 (15) 3.1 总体方案 (15) 3.2 系统原理 (15) 4. 硬件原理与设计 (16) 4.1 输入部分电路 (16) 4.2 A/D转换部分电路 (17) 4.3 液晶显示电路 (17) 4.4 串口通信部分电路 (18)
4.5 电源部分电路 (18) 4.6 电路布线，调试及故障分析 (19) 4.6.1 PCB设计一般步骤 (20) 4.6.2 PCB布线工艺要求 (21) 4.6.3 电路的故障及调试分析 (22) 5.软件设计 (23) 5.1 下位机程序流程图 (23) 5.2 A/D转换程序及TLC549工作时序 (24) 5.3 上位机显示界面 (25) 6. 误差与干扰分析 (26) 6.1 测量仪器的影响 (26) 6.2 测量的随机性 (26) 7. 实现功能与结论 (26) 8. 总结 (28) 谢辞 (28) 参考文献 (29) 附录 (30) 附录1：系统PCB图 (30) 附录2：系统源程序 (31)
单片机课程设计报告 多功能电子数字钟 姓名: 学号: 班级: 指导教师:
目录 一课程设计题目-------------------------------- 3 二电路设计--------------------------------------- 4 三程序总体设计思路概述------------------- 5 四各模块程序设计及流程图---------------- 6 五程序及程序说明见附录------------------- ** 六课程设计心得及体会---------------------- 11 七参考资料--------------------------------------- 12
一题目及要求 本次单片机课程设计在Proteus软件仿真平台下实现，完成电路设计连接，编程、调试，仿真出实验结果。具体要如下：用8051单片机设计扩展6位数码管的静态或动态显示电路，再连接几个按键和一个蜂鸣器报警电路，设计出一个多功能电子钟，实现以下功能： (1)走时（能实现时分秒，年月日的计时） (2)显示（分屏切换显示时分秒和年月日，修改时能定位闪 烁显示） (3)校时（能用按键修改和校准时钟） (4)定时报警（能定点报时） 本次课程设计要求每个学生使用Proteus仿真软件独立设计制作出电路图、完成程序设计和系统仿真调试，验收时能操作演示。最后验收检查 结果，评定成绩分为： (1)完成“走时+显示+秒闪”功能----及格 (2)完成“校时修改”功能----中等 (3)完成“校时修改位闪”----良好 (4)完成“定点报警”功能，且使用资源少----优秀
湖南工业大学本科毕业设计（论文）过程管理资料 本科毕业设计（论文）开题报告 31
题目：基于单片机的音乐喷泉设计 1.1单片机应用于控制系统的研究背景 早期时候，人们通过继电器来实现对系统的控制，成而形成了对系统的控制。在单片机出现后，单片机应用于小型或者是中小型控制系统已经成为了主流，随着科学技术和科学理论的不断创新和发展，单片机的控制理论不断成熟。单片机的发展能也逐渐朝着高集成、高速度、低功耗、低价格、大存储容量和强I/O 功能等方向发展。随着计算机档次的不断提高，功能的不断完善，单片机已越来越广泛地应用在各种领域的控制、自动化、智能化等方面。其中单片机也应用到了美化环境系统中，比如说彩灯显示，喷泉。 本次毕业设计我将以8位单片机AT89C51为主机，以及各先关的元器件，来完成对音乐喷泉控制系统设计。 1.2研究意义： 音乐喷泉是近几年来出现的喷泉水景与音乐欣赏相结合的产物，它的出现改变了喷泉艺术单调不变的局面。在音乐的伴随下喷泉的高度、灯光的色彩以及喷泉造型等随着音乐变化而变化，忽而气势磅礴，犹如万马齐奔，忽而悠然舒缓，犹如春风抚过杨柳，使观众陶醉于音乐与水型的完美结合中。目前，音乐喷泉出现了各种表现形式，比如大型广场喷泉、激光喷泉、水幕电影、超高喷泉、人工瀑布等。由于音乐喷泉作为一种独特的人工景观，具有很大的观赏价值，国内各大城市或在广场或在公园都有它的身影。可以说，音乐喷泉己经成为一种娱乐产业，具有很高的经济效益和社会效益。为了适应喷泉工程建设的需要，国内出现了众多的喷泉设备厂和喷泉设计专业公司。音乐喷泉作为一种独特的人工景观，获得了广大人民的喜爱，不仅使得人们在视觉上得到了享受，而且在音乐背景下，能够激励我们的心智。目前音乐喷泉已经成为一种娱乐产业，具有很高的经济效益和社会效益，研究和设计高水平的音乐喷泉控制技术是非常重要的 1.3音乐喷泉国内外发展形势 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，
摘要 近年来随着计算机在社会领域的渗透, 单片机的应用正在不断地走向深入。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用。本论文详细的阐述了功率测量系统的设计思路和具体设计步骤。依据单片机的接口技术的原理，以测量功率为主要设计意图。以单片机为核心，着重的介绍了51单片机在系统中的重要地位，以及其外围硬件电路的芯片结构特点、功能和管脚知识。集测量、显示等功能于一体，设计完整、结构清晰、操作简单。在本设计中，是采用对电路中电压和电流分别进行采样，再经模数转换器ADC0809，将模拟量变为对应的数字量，利用6合一的数码管显示电压和功率。本文详细论述了硬件电路的组成。利用单片机完成整个测量电路的测试控制、数据处理和显示输出。 关键词单片机模数转换功率表采样 正文 1 引言 近年来，随着电子技术、计算机技术和半导体技术的飞度发展，给电力系统测量也带来了巨大的革命。提高电能测量技术-改机械式功率表为智能型数字功率表已成为时代的要求。电力测量系统的智能型数字表通常是以单片机为核心，配置一定的外围电路和软件，能够实现多种功能。在软件和硬件的设计中，系统的抗干扰性和系统的实时性与准确度成了解决数字表的关键所在。单片机具有成本低、可靠性高、应用灵活的特点。由各具体行业的业内人士使用单片机来开发或改造一般仪表是一条可行的道路。在电工与电子技术应用中,经常要测量功率。它是利用通有电流的可动线圈在另一个通电线圈形成的磁场中产生转动力矩而工作的仪表,其显着缺点是结构复杂、过载能力较差，本身消耗功率较大,且易受外磁场的影响，同时这样的功率表一般都是多量程的，在测量过程中需有电压表和电流表配合选定电压和电流量程，在选择不同的电压和电流量程时，刻度盘上每一分格代表不同的瓦特数，读得格数需要进行换算才能得出所要测量的功率,致使测量很不方便。另外在功率测量中，经常遇到被测电路的功率因数很低的情况,这时必须采用专门的低功率因数功率表。基于功率表是电工仪表中最常用的一种仪表，目前常用的是指针式电动系功率表。而为了更为精确的显示测量结果，数字功率表的设计成为了必
课程设计说明书题目: 基于PLC的音乐喷水池系统设计 系别：机械工程学院 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 2014 年0 1 月15 日
安徽理工大学课程设计（论文）任务书
安徽理工大学课程设计（论文）成绩评定表
随着国民经济的发展,城市建设日新月异,喷泉水景逐渐成为了城市中一道靓丽的景观。在大型公园、广场、楼盘社区随处可见,只是规模大小、控制方式存在差别。特别是利用现代化的控制技术,将喷泉的造型(根据喷头分布情况组成的花形)、音乐、灯光三种元素进行有机地结合,相互映衬,使喷泉展现出美轮美奂的景象,享有“水上芭蕾”的美誉。 PLC是一种用于自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点,所以基于PLC的音乐喷水池应用而生，利用PLC控制音乐喷水池也变得越来越普遍，同时，随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展也十分迅速。电动机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速性能和起制动性能、高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。所以利用PLC控制喷水池也变得方便，高效。 关键词：PLC; 音乐喷水池 ; 梯形图
第一章绪论 (1) 第二章PLC 简介 (2) 2.1 PLC的由来 (2) 2.2 PLC的定义 (2) 2.3 PLC的构成 (3) 2.4 PLC的各组成元素的构成及功能 (3) 2.5 PLC工作原理 (5) 第三章控制系统的硬件设计 (7) 3.1 PLC控制系统I/O口的估算 (7) 3.2 PLC模块及扩展模块 (7) 第四章. PLC音乐喷水池软件系统 (9) 4.1 实施步骤 (9) 4.2 小型音乐喷泉自动控制系统 (10) 4.3 方案设计 (10) 第四章程序调试与运行 (18) 4.1 实验台接线图 (18) 4.2 PLC和音乐喷水池接线图 (18) 4.3 程序运行监视图 (19) 4.4 程序运行状态 (20) 4.5 程序调试 (21) 总结 (23) 参考文献 (24)
河南理工大学 毕业设计（论文）任务书 专业班级电科12-2班学生姓名李想 一、题目基于plc的音乐喷泉控制系统的设计 二、起止日期年月日至年月日 三、主要任务与要求 指导教师职称 学院领导签字（盖章） 年月日 河南理工大学 毕业设计（论文）评阅人评语 题目 评阅人职称 工作单位 年月日 河南理工大学 毕业设计（论文）评定书 题目 指导教师职称 年月
日 河南理工大学 毕业设计（论文）答辩许可证 答辩前向毕业设计答辩委员会（小组）提交了如下资料： 1、设计（论文）说明共页 2、图纸共张 3、指导教师意见共页 4、评阅人意见共页 经审查，专业班同学所提交的毕业设计（论文），符合学校本科生毕业设计（论文）的相关规定，达到毕业设计（论文）任务书的要求，根据学校教学管理的有关规定，同意参加毕业设计（论文）答辩。 指导教师签字（盖章） 年月日根据审查，准予参加答辩。 答辩委员会主席（组长）签字（盖章） 年月日 河南理工大学 毕业设计（论文）答辩委员会（小组）决议 学院专业班 同学的毕业设计（论文）于年月日进行了答辩。 根据学生所提供的毕业设计（论文）材料、指导教师和评阅人意见以
及在答辩过程中学生回答问题的情况，毕业设计（论文）答辩委员会（小组）做出如下决议。 一、毕业设计（论文）的总评语 二、毕业设计（论文）的总评成绩： 三、答辩组组长签名： 答辩组成员签名： 答辩委员会主席：签字（盖章） 年月日基于plc的音乐喷泉控制系统的设计 摘要 本文设计的核心为三菱FX2N系列PLC，使用这种PLC能够容易的完成对喷泉系统的控制，并且能够准确的完成控制动作，达到设计的目的。本文首先根据设计的需要完成喷泉控制的流程设计，然后完成输入和输出的分配，根据这个分配选择合适的PLC 完成编程控制，程序编辑完成后对程序进行检查，检查没有问题后开始使用仿真软件进行仿真，证明程序的正确性，确定本次设计的喷泉控制系统能够完成对喷泉的控制。关键词：喷泉;PLC;变频器;PLC仿真; Abstract In this paper, the core of design for the Mitsubishi FX2N series PLC, using the PLC can easily complete the fountain system control, and be able to complete the control action accurate, to achieve the purpose of design. This paper according to the need of the design of the complete fountain control process design, and then complete the distribution of the input and output, according to the distribution of choosing the appropriate PLC programming control, program editing the program after the completion of inspection, check no problem after start using simulation software simulation, prove the correctness of the program, the fountain of the design of the control system can complete control of the fountain. Key words: fountain PLC Frequency converter PLC simulation
课程设计任务书
本课题是设计一个基于MCS-51系列单片机的音乐喷泉，随着音乐音调节拍的变化，彩灯也随之变化。先用Keil软件调试编写的程序再用Proteus软件仿真，在Proteus软件商是用两个软件，一个来切换演奏出不同的乐曲，利用定时器0发出不同频率的方波从P3.7输出，使蜂鸣器发出不同的音调，然后延时控制音调的节拍，与之相对应的LED灯亮起；另一个用来切换八路LED的变化的花样并且喇叭发出声音。 关键词：AT89c0251单片机；音乐；LED灯
1.绪论 (4) 2.设计内容 (4) 3.软件设计 (4) 3.1 程序设计分析 (4) 3.2 歌曲简谱的编码规则 (5) 3.3程序流程图 (6) 3.4 软件源程序 (8) 4.硬件设计 (15) 4.1 AT89c2051单片机 (15) 4.2电路原理 (17) 5.仿真 (18) 5.1 ISIS介绍 (18) 5.2 Keil介绍 (19) 5.3 仿真结果图 (20) 6.心得体会 (22) 参考文献 (22)
1.绪论 德国发明家奥图皮士特先生在1930年提出喷泉的相关理论，随后他在百货商店和餐馆前建造小型的喷泉。经过多年来的发展，音乐喷泉的设计变的多样化，构造变得复杂化。在1952年的夏天，在西柏林的工业展览中，一个美国人看到了奥图皮士特先生音乐喷泉的表演，并把它带回纽约。1953年1月15日音乐喷泉在美国首次表演，表演期间超过150万人观看。在音乐喷泉走向全世界的同时，各种新技术也不断地运用在音乐喷泉上，使其表演变得复杂和美丽，给人们带来无限的乐趣，提高了人们的生活质量。 为了使控制简单可靠，活用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，并控制多个彩灯随着音乐的音调节奏变化而随之变换。 2.设计内容 ⑴电路有两种工作模式：演奏音乐模式和花样灯模式。 演奏音乐模式：演奏完整的一首的歌曲，八路LED随着音乐变化。 花样灯模式：八路LED变化出各种花样，蜂鸣器随着发出“嘀嘀”声。 ⑵按下按键1进入演奏音乐模式，再按切换歌曲，共两首歌曲。 ⑶按下按键2进入花样灯模式，再按切换LED花样，共四种花样。 3.软件设计 3.1 程序设计分析 程序利用了R6和R7两个寄存器分别作为花样和音乐的标志，都初始化为0.用到了两个外部中断和一个定时器，两个按键接两个外部中断，按键1使得R7
本科生毕业设计（论文）基于AT89C51单片机 系统的研究 学院、系：电气与信息工程学院专业：电子信息工程 学生姓名： 班级：电信学号 指导教师姓名：职称教授 职称助教 最终评定成绩
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部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。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
毕业设计（论文）任务书 专业班级电科12-2班学生姓名李想 一、题目基于plc的音乐喷泉控制系统的设计 二、起止日期年月日至年月日 三、主要任务与要求 指导教师职称 学院领导签字（盖章） 年月日
毕业设计（论文）评阅人评语 题目 评阅人职称 工作单位 年月日
毕业设计（论文）评定书 题目 指导教师职称
年月日 河南理工大学 毕业设计（论文）答辩许可证 答辩前向毕业设计答辩委员会（小组）提交了如下资料： 1、设计（论文）说明共页 2、图纸共张 3、指导教师意见共页 4、评阅人意见共页 经审查，专业班同学所提交的毕业设计（论文），符合学校本科生毕业设计（论文）的相关规定，达到毕业设计（论文）任务书的要求，根据学校教学管理的有关规定，同意参加毕业设计（论文）答辩。 指导教师签字（盖章） 年月日 根据审查，准予参加答辩。 答辩委员会主席（组长）签字（盖章） 年月日
河南理工大学 毕业设计（论文）答辩委员会（小组）决议 学院专业班 同学的毕业设计（论文）于年月日进行了答辩。 根据学生所提供的毕业设计（论文）材料、指导教师和评阅人意见以及在答辩过程中学生回答问题的情况，毕业设计（论文）答辩委员会（小组）做出如下决议。 一、毕业设计（论文）的总评语 二、毕业设计（论文）的总评成绩： 三、答辩组组长签名： 答辩组成员签名： 答辩委员会主席：签字（盖章） 年月日
基于plc的音乐喷泉控制系统的设计 摘要 本文设计的核心为三菱FX2N系列PLC，使用这种PLC能够容易的完成对喷泉系统的控制，并且能够准确的完成控制动作，达到设计的目的。本文首先根据设计的需要完成喷泉控制的流程设计，然后完成输入和输出的分配，根据这个分配选择合适的PLC完成编程控制，程序编辑完成后对程序进行检查，检查没有问题后开始使用仿真软件进行仿真，证明程序的正确性，确定本次设计的喷泉控制系统能够完成对喷泉的控制。 关键词：喷泉;PLC;变频器;PLC仿真;
以下文档格式全部为word格式，下载后您可以任意修改编辑。 超声波倒车雷达 摘要 随着我国经济飞速发展，越来越多的人拥有了自己的汽车，同时由泊车和倒车所引发的事故也越来越多。这些事故常常给驾驶员带来许多的麻烦，因此，有助于驾驶员泊车和倒车的倒车雷达应运而生。 倒车雷达全称叫“倒车防撞雷达”，也叫“泊车辅助装置”，是汽车泊车安全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车和启动车俩时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除视野的死角和视线模糊的缺陷。本文介绍了以AT89S52单片机为核心的一种低成本、高精度、微型化，并有数字显示和声光报警功能的倒车雷达系统，该倒车雷达根据超声波测距原理研制，采用温度补偿技术、开机自检技术和优化的软硬件技术，将测得的结果送至数码管显示，同时进行三级声光报警。驾驶员只需坐在驾驶室就能做到心里有数，极大的提高了泊车和倒车时的安全和效率。 关键词：倒车雷达、超声波、单片机AT89S52 目录 引言 (5) 第一章倒车雷达工作原理 1.1 单片机的发展及其应用----8 1.2 超声波测距--9 1.3超声波测距原理1
1.4超声波倒车雷达系统工作原理2 1.5超声波倒车雷达的芯片选择-13 1.6 超声波倒车雷达的工作原理15 第二章系统硬件设计与相应的软件设计 2.1倒车语音及报警电路及控制程序 2.2 超声波发射电路与接收电路及其距离测算程序 2.3超声波检测接受电路 2.4 超声波测距仪的算法设计--19 2.5距离计算程序-19 2.6倒车语音电路和报警电路及其控制程序 2.6.1倒车语音电路 2.6.2倒车语音及报警控制程序29 第三章主程序 3.1主程序 3.2超声波发生子程序和超声波接收中断程序33 第四章安装调试及分析 4.1 硬件部分----38 4.2 软件实现与操作 第五章测距仪改进的设想 第六章心得体会与总结 第七章英语翻译及参考文献----44