基于单片机的音乐喷泉控制系统的设计与制作

毕业设计报告题目基于AT89C51单片机的音乐喷泉控制系统设计系别电子工程学院专业微电子液晶显示班级1101学生姓名闻佳学号100110227指导教师钱香2012年4 月基于AT89C51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。

给出了一个简洁的单片机控制电路，分析了输出地址，描述了不同类型的输出电路和输入电路；介绍了从特定构造的喷池中获得决定喷池动作的喷池数据的原理；给出了主程序框图和看门狗子程序。

采用程序控制来控制花型。

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：音乐喷泉；单片机；单片机控制；喷池数据Control system of mini type music Fountain based onAT89C51 SCMABSTRACT：With the improvement of people's 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 Fountain based on AT89C51 SCM was introduced．A succinct SCM control circuit was pre—to 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 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 spr ing form is changed with music’s rhythm when music is played．Key Words: music fountain；SCM；SCM control；watchdog program目录第1章绪论 (5)1.1课题背景 (5)1.2 音乐喷泉的发展和现状 (5)第2章音乐喷泉控制系统硬件设计 (7)2.1 控制系统硬件总体设计方案 (7)2.2音乐信号的采集 (7)2.2.1 音频放大电路的设计 (7)2.2.2 采样定理 (9)2.3 单片机电路 (10)2.3.1 单片机的概述 (11)2.3.2 时钟电路的设计 (12)2.4 AD转换电路 (12)2.4.1 ADC0809与单片机89C51的连接 (13)2.4.2输入电路 (14)2.5潜水泵调速硬件方案设计 (14)2.6灯光硬件方案设计 (15)2.7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 (18)3.1喷池数据 (18)3.2主程序框图 (19)3.3 控制潜水泵软件设计模块 (19)3.3.1 潜水泵开关调速的原理 (20)3.3.2潜水泵开关调速的软件设计 (21)3.4控制电磁阀软件设计模块 (22)3.5 歌曲存储模块 (23)3.5.1音频脉冲的产生 (23)3.5.2音乐程序 (24)3.6灯光控制模块 (27)3.7看门狗子程序 (28)3.8实验仿真 (28)结论 (31)致谢 (32)参考文献 (33)附录 (34)附录1 (34)附录2 (35)第1章绪论1.1课题背景随着人们生活水平的提高，人们对环境的要求越来越高,城市环境建设日益为人们所重视。

单片机的音乐喷泉控制系统设计
单片机的音乐喷泉控制系统设计是一个相对比较复杂的工程，它要将能够实现一种低成本，高性能，可靠性高的喷泉系统设计出来。

在喷泉系统的设计之中，单片机的选择起着重要的作用，要求单片机足够便宜，又能满足整个喷泉系统的功能要求。

因此，在设计单片机音乐喷泉控制系统之前，我们需要分析和设计整个喷泉系统，以确定其所需要的技术参数，同时也要考虑到出产的成本和可行性的问题。

首先，选择一款强大的单片机作为喷泉系统的核心，这样可以满足喷泉系统的功能要求，而且价格也不会太高。

在选择单片机时，应该考虑其存储容量、输入/输出端口和片上资源等方面，以保证喷泉系统可被良好的控制。

其次，确定喷泉系统中控制所需要的 Power Mosfet，它可帮助喷泉系统正常运行，并且使得系统运行的更加稳定。

此外，喷泉系统中也需要设置一种常见的数据传输接口，如 RS-232 或者 RS-485 接口，以便可以进行远程控制和监控等。

接下来，应当考虑诸如传感器、开关、电源线路等其他硬件部件的选择，以及系统的连接方式。

在安装喷泉系统时，应该考虑水池大小、水流量、水压等情况，以决定每根喷泉管的高度和布置位置。

最后，在设计喷泉系统的控制算法时，需要考虑到喷泉管的数
量、流动模式和音乐模式等方面，以配合整个喷泉系统的效果，并采用合理的方法编写程序，使得单片机能够正确的控制喷泉系统，使之能够发挥出最佳的运行效果。

综上所述，设计单片机的音乐喷泉控制系统是一个十分复杂的工作，需要从硬件设备选择、连接、传感器布置和算法编写等方面仔细斟酌，以实现一个低成本、高性能、可靠性高的喷泉系统。

毕业论文基于单片机音乐喷泉设计Based on SCM music fountain design学生姓名：XX专业班级：自动化3082班指导教师：XX完成日期：2011.3.3XX工业职业技术学院XX V ocational College of Industry and Technology摘要音乐喷泉是近几年来出现的一种园林建筑与音乐欣赏相结合的产物。

随着计算机软件硬件技术的飞速发展，新型喷泉与计算机的交互应用越来越广泛，音控喷泉也越来越复杂，越来越精密，使得越来越多的控制部分需要计算机来完成。

因此，计算机控制音控喷泉成为必然趋势。

但喷泉工程还存在一些技术难题，主要表现为明显的水声滞后效应。

本文采用PWM变频调速、预处理、预测补偿控制和基于数据库的软件信号提前控制方法，提出了一种新的先进的音乐喷泉设计方案和控制途径，并与传统设计方案进行了分析比较，用面向对象的编程方法完成了对当今较为流行的MP3音频格式的解码，同时实时提取了音频信号。

仿真分析证明该设计方案改善了传统控制方法的水声滞后效应，改善了喷泉系统的控制品质，从而真正达到了实时控制的要求.为了同时加强实际动手能力及创新能力的培养，巩固学到的理论知识所开拓的视野，弥补课堂不足的目的，同时在实习过程中熟悉单片机的使用或者制作流程，为这次进行毕业设计搜集了所需的资料，增强了这次作业的责任心和对作业的严谨要求的态度。

设计的内容主要是用单片机制作一个声控喷泉，对象为直流机控制的一个水泵。

应能进行喷泉的喷水高度进行动态的设定，或按音量高低进行同步的变化。

能更早的适应于社会。

开发我们的创新能力。

关键字：变频调速、数据库系统、计算机控制、补偿控制。

Based on SCM music fountain designABSTRACTMusical fountain there in recent years as a landscape architecture and music to enjoy a product of the combination. With the computer software of the rapid development of hardware technology, the new interactive fountain with the computer more and more extensive applications, audio and control fountain also more complex, more and more sophisticated, making more and more control over some of the needs of the computer to complete. Therefore, computer-controlled fountain sound control has become an inevitable trend. Fountain works but there are still some technical problems, mainly the water is clear hysteresis effect. In this paper,PWM frequency control pre-processing, forecasting and compensation control signal based on the database software in advance of the control method, a new advanced design of the musical fountain and control means, and with the traditional designs are analyzed and compared, using object-oriented programming methods for today's more popular MP3 audio format decoding, at the same time extract the audio signal in real time. Simulation analysis proves that the design of traditional control methods to improve the water hysteresis effect, the fountains to improve the quality control system in order to really achieve the requirements of real-time controlAt the same time to strengthen the innovation ability and actual ability to do the training, to consolidate the theoretical knowledge acquired to develop the vision, to make up for the shortage of classrooms, while in the training process or are familiar with the use of single-chip production process, for the graduation project for the collection of the necessary information and enhance the operation of the sense of responsibility and strict requirements on the operation of the attitude。

基于单片机的音乐喷泉控制系统设计任务书1．课题意义及目标学习并掌握单片机及相关知识；了解并掌握音乐喷泉控制系统的工作要求；在查阅资料的基础上，实现音乐播放，水泵控制等功能，完成系统整体方案设计；完成系统硬件设计，完成系统元器件的选型，在掌握电子线路图绘制工具软件的基础上，完成系统组成框图的绘制、完成相关电路图及系统原理图的绘制；完成系统软件设计。

2．主要任务(1)、阅读任务书，通过查阅相关资料，构建设计方案并充分论证，并撰写开题报告；(2)、进行系统总体设计，熟悉开发环境；(3)、系统硬件设计，系统软件设计；(4)、毕业设计说明书；3．主要参考资料[1]李晓林.单片机原理与接口技术[M] . 北京：电子工业出版社, 2013[2]徐沐龙.单片机原理及应用[M] . 北京：机械工业出版社, 2013[3]蒲珊珊.基于8751单片机的音乐喷泉控制系统设计[J] . 机械制造与自动化, 2011，24．进度安排审核人：年月日基于单片机的音乐喷泉控制系统设计摘要：在音乐喷泉控制系统设计中，通过两种喷泉造型方案的优缺点的比较，选择了最优的方案。

本设计主要阐述音乐喷泉的工作原理，并完成小型音乐喷泉系统的硬件结构和软件方面的设计改进。

控制系统以单片机为核心控制变频器、电磁阀和水下照明灯具等设备，实现音乐播放和喷头喷水同步的目的。

为了便于理解音乐喷泉的工作原理，本设计同时还简要介绍了元器件的参数和工作原理。

最后，利用Altium designer 软件绘制硬件原理图。

关键词：音乐喷泉，控制系统，单片机，变频器，电磁阀Music Fountain Control System Design Based On SCM Abstract：In the design of the control system about music fountain, the best music fountain modeling is chosen according to the comparison of two styling plans’ merits and demerits. This paper mainly describes the principle of musical fountain and completes the design of small scale music fountain system concerning about hardware and software. The control system within taking microcomputer as the core controls frequency transformer, solenoid valve, underwater lightings and other facilities. And it achieves the purpose of making music play to keep pace with water injection. In order to make others to understand the principle of music fountain easily, the paper also introduces components’ parameter and working principle briefly. In the end, the principle diagram of the hardware is drawn by taking advantage of the Altium designer software.Keywords: Music Fountain, Control System, SCM, Frequency Transformer, Solenoid valve目录1 前言 (1)1.1 课题研究背景和意义 (1)1.2 音乐喷泉的发展状况 (1)1.3 音乐喷泉的工作原理 (2)1.4 课题主要研究内容 (3)2 音乐喷泉造型和工作流程设计 (4)2.1 造型方案设计和选择 (4)2.2 水泵选择 (5)2.3 喷泉彩灯和喷头选择 (6)3 硬件电路设计及元器件介绍 (7)3.1 控制系统方案设计 (7)3.2 单片机原理与应用 (8)3.3 控制系统硬件设计 (10)3.3.1 喷泉控制系统组成 (10)3.3.2 接口芯片与单片机连接 (11)3.3.3 变频器选型 (14)3.3.4 电磁阀驱动电路设计 (16)3.4 硬件延时电路设计 (17)4 控制系统软件设计 (19)4.1 系统工作流程 (19)4.2 系统资源分配 (20)4.3 音乐控制码的编制........................................................................ 错误!未定义书签。

基于单片机旳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音乐信号旳采集
1.2.1 音频放大电路旳设计
1.2.2 采样定理
1.3 单片机电路
1.3.1 单片机旳概述
1.3.2 时钟电路旳设计
1.4 AD转换电路
1.4.1 ADC0809与单片机AT89C51旳连接
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 潜水泵开关调速旳原理
2.3.2潜水泵开关调速旳软件设计
2.4控制电磁阀软件设计模块
2.5 歌曲存储模块
2.5.1音频脉冲旳产生
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旳总体构造如图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构成。

图1.1 系统总体构造框图
1.2音乐信号旳采集
前面已经简介过，本文旳研究针对旳是采用外部音源旳喷泉系统，因此在
对音乐信号进行特性辨认前一方面要完毕对模拟音乐信号旳采集。

音乐信号旳采集主。

设计（论文）任务（包括原始数据、技术要求、工作要求）一、课题目的：本设计是一款基于单片机控制的音乐喷泉，音乐的播放由外部设备播放。

根据有无音乐播放，启停喷泉。

当有音乐信号时，获取声音强度进行滤波放大实时输出到变频器，作用到变速电机上，使喷头喷水产生随音乐起伏的效果。

系统主要实现了声音的采集、音乐的播放、喷泉水柱的控制、乐曲的选择，彩灯控制等功能。

二、研究意义：音乐喷泉是近几年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的造型等随着音乐变化而变化，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、景区喷泉、超高喷泉、人工瀑布。

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，各大广场、景区都有它的身影。

可以说，音乐喷泉已经成了一种娱乐产业，具有很高的经济效益和社会效益。

所以研究设计高水平的音乐喷泉技术是非常重要的！三、主要研究内容：本次毕设主要任务是设计一款基于以单片机为核心的小型音乐喷泉系统。

系统主要分为硬件设计和软件设计两部分，硬件设计主要为系统的单片机、音频以及水柱控制电路设计，软件设计主要为设计灯光与水柱的喷射方式。

1.本次毕业设计根据功能可以分为以下几个部分：(1)音乐控制部分：本设计的音频输入由外部的电脑、手机、mp3等音频播放设备提供。

(2)信号采集部分：系统需要对采集到的音频信号进行预处理，主要目的在于为后续单片机滤波、放大、数据采集提供便利。

(3)数字信号处理部分：此部分首先将模拟信号转化为数字信号，并把数字信号进行单片机处理，然后根据数字信号的强弱程度合理控制灯光的闪烁方式和水泵电机的转速。

(4)驱动部分：为灯光和水泵电机提供驱动2.本次设计的主要任务：(1)电源设计：本设计采用的电源电压为5v-12v（2）模拟信号的处理设计：模拟信号的处理设计需要利用放大滤波技术处理音频信号（3）数字信号处理设计：此部分利用转化后的数字信号控制水泵和灯光（4）音频电路设计：音频电路设计主要分为音乐放大和音频预处理两部分，音乐放大主要是将音乐进行放大处理,其中有一级和二级放大之分。

基于单片机音乐喷泉的设计软件文档. .课程设计任务书分院（系）信息科学与工程专业自动化学生姓名学号设计题目基于单片机的音乐喷泉设计——硬件设计部分课程设计内容及要求：内容：设计一个基于MCS-内容：设计一个基于MCS：1. 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：演奏完整的一首歌曲，八路LED随着音乐变化。

花样模式：八路LED变化出各种花样，蜂鸣器随着发出“滴滴”声。

2. 按下按键1进入演奏音乐模式，再按切换LED花样，共两首歌曲。

3. 按下按键2进入花样灯模式，再按切换LED花样，共四种花样。

进度安排:（10天）1.熟悉题目，查找资料。

(2天)2.进行编程和设计接线。

(4天)3.进行仿真。

（2天）4.编写实验报告。

(2天)指导教师（签字）：年月日学院院长（签字）：年月日摘要本课题是设计一个基于MCS-演奏音乐模式和花样灯模式。

演奏音乐模式：演奏完整的一首歌曲，八路LED随着音乐变化。

花样模式：八路LED变化出各种花样，蜂鸣器随着发出“滴滴”声。

2. 按下按键1进入演奏音乐模式，再按切换LED花样，共两首歌曲。

3. 按下按键2进入花样灯模式，再按切换LED花样，共四种花样。

进度安排:（10天）1.熟悉题目，查找资料。

(2天)2.进行编程和设计接线。

(4天)3.进行仿真。

（2天）4.编写实验报告。

(2天)指导教师（签字）：年月日学院院长（签字）：年月日摘要本课题是设计一个基于MCS：AT89c0251单片机；音乐；LED灯目录1.绪论32.设计内容43.软件设计43.1 程序设计分析43.2 歌曲简谱的编码规则53.3程序流程图63.4 软件源程序84.硬件设计154.1 AT89cXXXX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。

毕业设计任务书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,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,2002:132—134[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，2003:35-354．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2014.03.03—2014.03.12 2系统各功能的硬件设计2014.03.13—2014.03.30 3系统软件设计与调试2014.03.31—2014.04.30 4系统的整体测试与分析2014.05.01—2014.05.31 5撰写毕业论文,准备答辩2014.06.01—2014.06.20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。

基于51单片机的音乐喷泉设计
本论文基于51单片机，设计了一种音乐喷泉系统。

该系统通过
控制水泵、灯光和音乐播放器等元件，实现了水从喷泉喷出、水流变化、水流高度等效果的同步控制，并与音乐节奏和旋律相匹配，营造
出奇妙的视听效果。

首先，介绍了音乐喷泉系统的概述和基本原理，阐述了音乐喷泉
的设计目标和技术要求。

然后，详细讲述了音乐喷泉系统的硬件部分，包括单片机选型、传感器的选择和电路的设计等。

其中，通过选用高
性能的51单片机和数码管显示模块，保证了系统的稳定性和实时性。

接着，阐述了音乐喷泉系统的软件部分，主要包括程序设计和数
据处理等。

在程序设计中，采用了分时复用的方法，通过定时中断实
现了多个功能的同时进行。

在数据处理方面，通过采样和滤波等技术，对传感器的信号进行了有效的处理和识别。

最后，进行了实验验证，并对音乐喷泉系统的性能和优化进行了
测试和讨论。

实验表明，音乐喷泉系统具有较高的同步性和稳定性，
能够营造出极具观赏价值的视听效果。

同时，进一步分析了系统在控
制精度、能耗等方面的优化空间和未来的应用前景。

本论文的研究成果，有望为音乐喷泉、景观设计、艺术表演等领
域提供更为先进和高效的技术支持，也为学术研究提供了新的思路和
方法。