畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-單片機(jī)花樣音樂(lè)噴泉設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　進(jìn)入了21世紀(jì)，隨著人們生活水平的提高和建立綠色城市的向往，音樂(lè)噴泉以其獨(dú)特的魅力和特殊的功能，愈來(lái)愈成為休閑娛樂(lè)產(chǎn)業(yè)中的一項(xiàng)重要產(chǎn)品,音樂(lè)噴泉的興建也越來(lái)越多。根據(jù)目前音樂(lè)噴泉的發(fā)展現(xiàn)狀，完成了小型音樂(lè)噴泉系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)?？刂葡到y(tǒng)的原理是利用單片機(jī)控制噴泉的功能，分級(jí)控制單相電動(dòng)機(jī)，最終達(dá)到控制噴頭流量的方

2、法。采用程序控制或人工按鍵控制電磁閥來(lái)控制噴泉。音頻信號(hào)還影響燈光色彩和燈光光線明暗的變化。從而使燈光色彩、燈光的閃爍和噴泉隨音樂(lè)節(jié)奏而變化。</p><p>　　音樂(lè)噴泉是利用播放或現(xiàn)場(chǎng)演奏或按照預(yù)先編輯的程序變換噴水造型和燈光色彩強(qiáng)弱變化的噴泉。音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)可以使噴水造型變化和燈光的變化隨音樂(lè)的節(jié)奏、旋律的起伏變化而變化，美妙動(dòng)人;編輯程序一般可以隨時(shí)修改，也可儲(chǔ)存多種程序，隨意調(diào)用。其原理是利用 89C

3、51 單片機(jī)通過(guò) A/D 對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣, 然后通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制電磁閥, 實(shí)現(xiàn)對(duì)噴頭流量的控制, 從而使噴泉水姿、燈光色彩隨音樂(lè)節(jié)奏而變化。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 89C51 單片機(jī); A/D 轉(zhuǎn)換; 變頻器; 音樂(lè)噴泉。</p><p><b>　　ABSTRCT</b></p><p>　　Has entered the

4、21st century, with the improvement of the people's living standard and establishing the yearning of the green city ,the fountain of the music becomes an important product in the recreation amusement industry. With it

5、s unique glamour and special function, construction of the fountain of the music is become more popular. According to the current situation of the development of the fountain of the music at present, finishing small-scal

6、e music fountain systematic hardware structural </p><p>　　Music fountain to utilize, broadcast or play live or vary, spray water model and the intersection of light and the intersection of color and the inte

7、rsection of power and fountain of change according to procedure that edit in advance. Music the intersection of fountain and control system can make, spray water the model is changed and the change of the light varies wi

8、th rhythm of the music, wave of melody, wonderful and moving; The editor can generally revise procedure at any time, can also store</p><p>　　Keyword: 89C51 one-chip computer; A/D changes; frequency converter

9、; music fountain.目錄</p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　ABSTRCTII</p><p><b>　　1緒論2</b></p><p>　　1.1音樂(lè)噴泉系統(tǒng)簡(jiǎn)介2</p><p>　　1.2 論文背景2</p

10、><p>　　1.3 音樂(lè)噴泉發(fā)展史3</p><p>　　1.4 論文的結(jié)構(gòu)與主要工作4</p><p>　　1.4.1 本文要完成的主要工作4</p><p>　　2 花樣音樂(lè)噴泉的總體設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1音樂(lè)噴泉系統(tǒng)框圖5</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)方案

11、5</p><p>　　2.3 噴泉花樣的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)6</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計(jì)7</b></p><p>　　3.1離心泵的簡(jiǎn)介及其選用7</p><p>　　3.1.1離心泵工作原理及分類7</p><p>　　3.1.2主要性能7</p><p

12、>　　3.1.3水泵的選用8</p><p>　　3.2 變頻器的簡(jiǎn)介以及選用8</p><p>　　3.2.1 變頻器的工作原理8</p><p>　　3.2.2 基本組成8</p><p>　　3.2.3變頻器的選用9</p><p>　　3.3 彩燈簡(jiǎn)介與選用9</p><p

13、>　　3.3.1 彩燈的選用10</p><p>　　3.3.2燈光硬件方案設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.4 單片機(jī)的簡(jiǎn)介11</p><p>　　3.4.1 中央處理器(CPU)11</p><p>　　3.4.2 運(yùn)算器(AUL)11</p><p>　　3.4.3 控制器11</p&g

14、t;<p>　　3.4.4 存儲(chǔ)器（memory）12</p><p>　　3.5 Atmel89S51單片機(jī)的引腳說(shuō)明12</p><p>　　3.6 單片機(jī)電路14</p><p>　　3.7音樂(lè)信號(hào)的采樣16</p><p>　　3.7.1 音頻放大電路的設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.

15、7.2 音樂(lè)控制17</p><p>　　3.7.3 A/D轉(zhuǎn)化器以及與單片機(jī)的連接18</p><p>　　3.8 輸出電路20</p><p>　　3.8.1單片機(jī)驅(qū)動(dòng)變頻器電路20</p><p>　　3.8.2 繼電器及其驅(qū)動(dòng)電路20</p><p>　　3.9輸入電路21</p>&

16、lt;p>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.1燈光控制模塊22</p><p>　　4.2 噴池?cái)?shù)據(jù)及噴頭22</p><p>　　4.2.1 噴頭的選擇23</p><p>　　4.3 主程序框圖24</p><p>　　4.4 主程序的編寫(xiě)24</p><p&g

17、t;　　4.5 keilCS51的使用27</p><p><b>　　5 總結(jié)29</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)30</b></p><p><b>　　致 謝31</b></p><p><b>　　附錄32</b></

18、p><p><b>　　附錄A32</b></p><p><b>　　1緒論</b></p><p>　　1.1音樂(lè)噴泉系統(tǒng)簡(jiǎn)介</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)的水上樂(lè)園或者公園都會(huì)有噴泉，音樂(lè)噴泉作為一種新興的噴泉得到了普遍的應(yīng)用。音樂(lè)噴泉與普通的噴泉相比，附加了音樂(lè)的節(jié)奏，使得噴泉像具有了靈魂一樣

19、，無(wú)論從視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)上都能給觀看者以美得享受。國(guó)內(nèi)的一些市縣已經(jīng)開(kāi)始計(jì)劃在小區(qū)和廣場(chǎng)建造音樂(lè)噴泉，音樂(lè)噴泉的發(fā)展十分迅速，音樂(lè)也越來(lái)越豐富，噴泉水型所體現(xiàn)出來(lái)的節(jié)奏也是越來(lái)越清晰明朗，水柱和燈光的輝映效果也更加和諧。</p><p>　　音樂(lè)噴泉的形成是將音樂(lè)的節(jié)奏和強(qiáng)度轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂菩盘?hào)，此信號(hào)再控制一個(gè)電壓控制器件，電源經(jīng)過(guò)這個(gè)電壓控制器件后，輸出電壓也隨音樂(lè)的變化而改變，然后控制水泵電機(jī)，改變頻率就改變了電機(jī)的轉(zhuǎn)

20、速，也就改變了水泵的壓力，音樂(lè)的不同頻率經(jīng)單片機(jī)處理送到變頻電機(jī)的控制端，使電機(jī)轉(zhuǎn)速隨音樂(lè)的音調(diào)，節(jié)奏，和強(qiáng)弱變化，水泵的壓力隨之變化，噴岀的水就有了高低變化。</p><p>　　使用Atmel89S51單片機(jī)控制音樂(lè)噴泉不論從價(jià)格或者性能方面都有很強(qiáng)的可用性，使用Atmel89S51單片機(jī)能夠在實(shí)驗(yàn)中看到模擬效果，音樂(lè)噴泉作為一種觀賞性較高的藝術(shù)水景已經(jīng)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。</p><p

21、><b>　　1.2 論文背景</b></p><p>　　隨著我國(guó)人民物質(zhì)和精神生活水平的不斷提高，現(xiàn)在中國(guó)許多城市的市民廣場(chǎng)、單位和居民生活小區(qū)里都能看到各種形式的音樂(lè)噴泉。音樂(lè)噴泉，顧名思義就是指噴泉的水型根據(jù)播放音樂(lè)的旋律和節(jié)拍有規(guī)律地進(jìn)行變化，同時(shí)輔以燈光、激光或其它介質(zhì)的變化，在人們的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)上形成和諧的統(tǒng)一，使人們?cè)诰裆嫌杏鋹偟母惺堋?lt;/p><p

22、>　　音樂(lè)噴泉的形式多種多樣，例如， 觀賞型噴泉：音樂(lè)程序控制噴泉（分為水景控制、燈光控制、水景+燈光控制等方式）、跑泉、水幕電影、激光表演噴泉、火山噴泉、程控小景、霧化造景、舞臺(tái)移動(dòng)式水景、雕塑噴泉、瀑布、超高型噴泉等；</p><p>　　1.3 音樂(lè)噴泉發(fā)展史</p><p>　　噴泉作為一項(xiàng)建筑藝術(shù)，在國(guó)內(nèi)外均有較悠久的歷史。而音樂(lè)噴泉的構(gòu)思及萌生則是本世紀(jì)30年代開(kāi)始的，1

23、930年，德國(guó)的OTTO　PRZYSTAWIK(奧圖．皮士特霍)首先提出了噴泉與音樂(lè)相結(jié)合的設(shè)想，并設(shè)計(jì)成小型裝置應(yīng)用于酒店及商場(chǎng)，其后則逐步發(fā)展到大型化及多樣化。GUNTER PRZYSTAWIK繼承父業(yè)使音樂(lè)噴泉變得更為多姿多彩，并于l952年夏在西柏林工業(yè)展覽會(huì)上進(jìn)行展示，經(jīng)紐約一名攝影師將其引進(jìn)應(yīng)用于紐約無(wú)線電音樂(lè)廳，從此，音樂(lè)噴泉陸續(xù)在世界各地應(yīng)用推廣，目前，西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已有制造音樂(lè)噴泉成套裝置的專業(yè)工廠、如美國(guó)的WALT

24、ZING，MIDAS．加拿大的PEM，意大利的NeonALPina．日本的KAWAMURA 等公司。</p><p>　　隨著音樂(lè)噴泉市場(chǎng)的需求越來(lái)越大，國(guó)內(nèi)關(guān)于音樂(lè)噴泉的研究與開(kāi)發(fā)工作也蒸蒸日上。我國(guó)在80年代中期相繼引進(jìn)和自行設(shè)計(jì)建造了多座音樂(lè)噴泉，為美化環(huán)境，活躍人民的文化生活起了良好的作用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2006年整個(gè)噴泉行業(yè)年總產(chǎn)值也早已達(dá)到幾十億元以上。同時(shí)我國(guó)行政主管和技術(shù)監(jiān)督部門(mén)、學(xué)術(shù)團(tuán)體和出版界

25、等，也為推動(dòng)噴泉技術(shù)的發(fā)展做了不少工作：1989年出版的《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》，第一次將“水景設(shè)計(jì)”以專章列入設(shè)計(jì)手冊(cè)；1989年出版、1990年開(kāi)始施行的《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》，第一次將“噴泉設(shè)計(jì)”以專節(jié)列入國(guó)家設(shè)計(jì)規(guī)范；1990年出版了第一本專門(mén)著作《噴泉設(shè)計(jì)》；1991年在中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)建筑給水排水委員會(huì)和中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)建筑給水排水委員會(huì)的大力推動(dòng)下，成立了第一屆“全國(guó)噴泉研討會(huì)”，有關(guān)噴泉的專門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)程和術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)等也公開(kāi)發(fā)布執(zhí)

26、行</p><p>　　音樂(lè)噴泉以其水柱絢麗多姿，水柱隨著音樂(lè)而跳動(dòng)，給人以視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)的雙重享受。大型的音樂(lè)噴泉功能齊全，規(guī)模大，有很強(qiáng)的震撼力，適用于大型音樂(lè)廣場(chǎng)，對(duì)軟硬件要求高，投資大。</p><p>　　隨著人民生活水平的提高，對(duì)美化住宅小區(qū)以及別墅環(huán)境的要求越來(lái)越高，小型化音樂(lè)噴泉成為一個(gè)發(fā)展方向。大型音樂(lè)噴泉的科技含量高,設(shè)計(jì)和制造難度大。目前,我國(guó)的大型音樂(lè)噴泉技術(shù)已日趨成熟

27、,但對(duì)小型音樂(lè)噴泉的研究較少，小型音樂(lè)噴泉存在著協(xié)調(diào)性能差等缺點(diǎn)。</p><p>　　小型音樂(lè)噴泉系統(tǒng)適用于住宅小區(qū)和酒店廳堂等場(chǎng)所，一個(gè)好的音樂(lè)噴泉就是一個(gè)精美的藝術(shù)品，可以美化環(huán)境、愉悅身心。而其控制系統(tǒng)是整個(gè)音樂(lè)噴泉的關(guān)鍵。對(duì)小型音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)的研究具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益</p><p>　　1.4 論文的結(jié)構(gòu)與主要工作</p><p>　　1.4.

28、1 本文要完成的主要工作</p><p>　　要實(shí)現(xiàn)噴水高度的連續(xù)控制，就必須能夠調(diào)節(jié)噴頭出水水壓，而通過(guò)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速可以達(dá)到平滑調(diào)節(jié)水壓的目的。水泵由變頻器來(lái)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速可以實(shí)現(xiàn)以上的要求。三相異步電動(dòng)機(jī)通入工頻電源，轉(zhuǎn)速是不變化,變頻器是專門(mén)針對(duì)電機(jī)調(diào)速裝置。選用變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)三相電機(jī)的控制。由于單片機(jī)的輸出是數(shù)字量，而變頻器的控制口所需要的是模擬量，因此要通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換來(lái)使輸出達(dá)到要求。系統(tǒng)采用對(duì)單

29、片機(jī)進(jìn)行編程，通過(guò)單片機(jī)輸出預(yù)定的數(shù)據(jù)來(lái)控制變頻器工作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制水泵的轉(zhuǎn)速，使水柱發(fā)生變化。噴泉通過(guò)鍵盤(pán)輸入來(lái)啟動(dòng)和停止噴泉，同時(shí)鍵盤(pán)的輸入還可以改變噴泉的運(yùn)行模式。LED燈用來(lái)顯示噴泉的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)變頻器的控制電壓為零時(shí)，變頻器停止工作，水泵也會(huì)隨之停止工作，達(dá)到關(guān)掉水泵的目的。</p><p>　　單片機(jī)的特點(diǎn)是控制性能和可靠性高，體積小、價(jià)格低、易于產(chǎn)品化。由于單片機(jī)具有良好的控制性能和靈活的嵌入品質(zhì)，

30、近年來(lái)在智能儀表、機(jī)電一體化產(chǎn)品、實(shí)時(shí)工業(yè)控制家用電器等各個(gè)領(lǐng)域都獲得了極其廣泛的應(yīng)用</p><p>　　2 花樣音樂(lè)噴泉的總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1音樂(lè)噴泉系統(tǒng)框圖</p><p>　　該音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，由音樂(lè)輸入系統(tǒng)、數(shù)模轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、單片機(jī)控制系統(tǒng)和輸出控制系統(tǒng)等組成。</p><p>　　圖2.1 音

31、樂(lè)噴泉系統(tǒng)框圖</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)方案</p><p>　　音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)主要由音樂(lè)輸入采集單元，數(shù)模轉(zhuǎn)化單元，單片機(jī)控制單元和輸出控制系統(tǒng)。</p><p>　　在整個(gè)控制系統(tǒng)當(dāng)中，當(dāng)按鈕按下時(shí)，噴泉處于待定狀態(tài)，在按下自動(dòng)按鈕噴泉進(jìn)入音樂(lè)噴泉狀態(tài)，可以用電腦或者mp3作為音源，噴泉高低和彩燈隨著音樂(lè)的啟停節(jié)奏發(fā)生變化，首先，音樂(lè)信號(hào)經(jīng)過(guò)

32、分頻處理，分為不同的頻率，各頻段分別控制某幾組噴型的開(kāi)關(guān)的組合，在經(jīng)過(guò)vu（音量單位）電路將接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成隨音樂(lè)變化的音量單位信號(hào)，在經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)化器（ADC0809）將上一級(jí)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，輸入單片機(jī)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的各種動(dòng)作。再將信號(hào)輸出到相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路上面驅(qū)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的單元，如變頻器，當(dāng)變頻器接受到電信號(hào)后，將信號(hào)傳輸?shù)剿蒙?，水泵由變頻器來(lái)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速可以實(shí)現(xiàn)噴水高度的連續(xù)控制，就必須能夠調(diào)節(jié)噴頭出

33、水水壓，而通過(guò)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速可以達(dá)到平滑調(diào)節(jié)水壓的目的。LED燈用來(lái)顯示噴泉的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)變頻器的控制電壓為零時(shí)，變頻器停止工作，水泵也會(huì)隨之停止工作，達(dá)到關(guān)掉水泵的目的。</p><p>　　2.3 噴泉花樣的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　整個(gè)花樣音樂(lè)噴泉由五臺(tái)水泵組成，每臺(tái)水泵控制兩個(gè)噴嘴，，外部有5個(gè)噴嘴，內(nèi)部有5個(gè)噴嘴，彩燈的布局是外部有15個(gè)，內(nèi)部有5個(gè)。如圖2.3所示。<

34、/p><p><b>　　圖2.2 音樂(lè)噴泉</b></p><p><b>　　實(shí)現(xiàn)的花樣：</b></p><p>　　花樣一：一筆畫(huà)成五角星，噴嘴的噴水順序是2~2~2~2~3~4~5~3~2~1~2~3</p><p>　　~5~4~3.彩燈也隨著噴嘴的開(kāi)啟同時(shí)打開(kāi)。</p>&l

35、t;p>　　花樣二：處在五角星最外圍的五個(gè)噴嘴依次噴水，當(dāng)五個(gè)都有水噴出的同時(shí)，外層的15個(gè)彩燈也依次打開(kāi)，延時(shí)五秒。停止噴水，進(jìn)行下一個(gè)花樣。</p><p>　　花樣三：處在五角星內(nèi)層的五個(gè)噴嘴依次噴水，當(dāng)五個(gè)都有水噴出時(shí)，里層的5個(gè)彩燈也依次打開(kāi)，延時(shí)五秒。停止噴水，進(jìn)行下一個(gè)花樣。</p><p>　　花樣四：所有噴嘴都一起打開(kāi)，形成那個(gè)五角星的同時(shí)，也是一個(gè)圓環(huán)形，此時(shí)，所

36、有彩燈一起打開(kāi)，延時(shí)一定后，繼續(xù)循環(huán)。</p><p>　　整個(gè)花樣音樂(lè)的水泵是由變頻器控制的，而變頻器是由單片機(jī)及器驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制。彩燈的開(kāi)關(guān)是由繼電器來(lái)控制的，繼電器的啟停是由單片機(jī)和外圍的驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)的。</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1離心泵的簡(jiǎn)介及其選用</p><p&

37、gt;　　3.1.1離心泵工作原理及分類</p><p>　　離心泵的工作原理就是在泵內(nèi)充滿水的情況下，葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，葉輪槽道中的水在離心力的作用下甩向外圍流進(jìn)泵殼，于是葉輪中心壓力降低，這個(gè)壓力低于進(jìn)水管的壓力，水就是在這個(gè)壓力差的作用下由吸水池流入葉輪。這樣水泵就可以不斷的吸水不斷的供水了。</p><p>　　除了也輪的作用之外，螺旋形的泵殼起的作用也是很重要的。從葉輪獲得了能

38、量的液體流出葉輪時(shí)具有較大的動(dòng)能，這些液體在螺旋形泵殼內(nèi)被收集起來(lái)，并在后面的擴(kuò)散管把動(dòng)能變成壓力能[5]。</p><p><b>　　3.1.2主要性能</b></p><p><b>　　主要性能參數(shù)是：</b></p><p><b>　　揚(yáng)程</b></p><p>

39、　　直單位重量液體通過(guò)水泵后所獲得的能量，用H表示，單位為米。</p><p>　　H=(p2-p1)/ρg+(c2-c1)/2g+z2-z1 式中:</p><p>　　p1，p2——泵進(jìn)出口處液體的壓力，Pa；</p><p>　　c1，c2——流體在泵進(jìn)出口處的流速，m／s；</p><p>　　z1，z2——進(jìn)出口高度，m；</

40、p><p>　　ρ——液體密度，kg／m3；</p><p>　　g——重力加速度，約 9.81 m／s2。</p><p><b>　　流量</b></p><p>　　離心泵的流量即為離心泵的傳送液體的能力，是指單位時(shí)間內(nèi)水泵供出的液體的體積，用Q表示，單位升/秒。</p><p>　　ΠD2b2

41、V2mψ2η2 其中：</p><p><b>　　D—— 直徑；</b></p><p>　　V2m——徑向分速度；</p><p><b>　　轉(zhuǎn)數(shù)</b></p><p>　　即水泵軸每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，用r/min 定義葉輪每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)。用n表示。水泵只有在額定轉(zhuǎn)速下才能達(dá)到銘牌上的參數(shù)。&l

42、t;/p><p><b>　　軸功率</b></p><p>　　即泵軸所需功率即原動(dòng)機(jī)輸送給泵的功率。用N表示，單位是千瓦或馬力。</p><p><b>　　效率</b></p><p>　　有效功率和軸功率的比，用η表示。</p><p>　　Ne表示有效功率 ；<

43、;/p><p>　　3.1.3水泵的選用</p><p>　　出于各方面的考慮，水泵選用了IS80-65-125,轉(zhuǎn)速1450r/min，流量25m3/h,揚(yáng)程為5米，軸功率0.48kw，電機(jī)功率0.75kw[6]。</p><p>　　3.2 變頻器的簡(jiǎn)介以及選用</p><p>　　3.2.1 變頻器的工作原理</p><

44、p>　　變頻器的工作原理是把工頻交流電通過(guò)整流器變成平滑直流，然后利用半導(dǎo)體器件（GTO、GTR或IGBT）組成的三項(xiàng)逆變器，將直流電變成可變頻率的交流電，由于采用微處理器編程的爭(zhēng)先脈寬調(diào)制方法，時(shí)輸出波形近似正弦波，用于驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。利用變頻器可以根據(jù)電機(jī)負(fù)載的變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、平滑的增速和減速，基本保持異步電機(jī)固有特性轉(zhuǎn)差率小的特點(diǎn)，具有效率高、范圍高、精度高且能無(wú)級(jí)變速的優(yōu)點(diǎn)。</p><p&g

45、t;　　3.2.2 基本組成</p><p>　　變頻器實(shí)際上就是一個(gè)逆變器.它首先是將交流電變?yōu)橹绷麟?然后用電子元件對(duì)直流電進(jìn)行開(kāi)關(guān).變?yōu)榻涣麟?一般功率較大的變頻器用可控硅.并設(shè)一個(gè)可調(diào)頻率的裝置.使頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào).用來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù).使轉(zhuǎn)數(shù)在一定的范圍內(nèi)可調(diào).變頻器廣泛用于交流電機(jī)的調(diào)速中.變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動(dòng)技術(shù)重要發(fā)展的方向，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流變頻技術(shù)從理論到實(shí)際逐漸走向成熟。變

46、頻器不僅調(diào)速平滑，范圍大，效率高，啟動(dòng)電流小，運(yùn)行平穩(wěn)，而且節(jié)能效果明顯。因此，交流變頻調(diào)速已逐漸取代了過(guò)去的傳統(tǒng)滑差調(diào)速、變極調(diào)速、直流調(diào)速等調(diào)速系統(tǒng)，越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于冶金、紡織、印染、煙機(jī)生產(chǎn)線及樓宇、供水等領(lǐng)域。一般分為整流電路、平波電路、控制電路、逆變電路等幾大部分。 </p><p><b>　　(1). 整流電路</b></p><p>　　整流電路的功

47、能是把交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源。整流電路一般都是單獨(dú)的一塊整流模塊.</p><p><b>　　(2). 平波電路</b></p><p>　　平波電路在整流器、整流后的直流電壓中含有電源6倍頻率脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)，為了抑制電壓波動(dòng)采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓(電流)，一般通用變頻器電源的直流部分對(duì)主電路而言有余量，故省去電感而采用簡(jiǎn)單電

48、容濾波平波電路。</p><p><b>　　(3). 控制電路</b></p><p>　　現(xiàn)在變頻器基本是采用16位、32位單片機(jī)或DSP為控制核心，從而實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制。變頻器是輸出電壓和頻率可調(diào)的調(diào)速裝置。提供控制信號(hào)的回路稱為主控制電路，控制電路由以下電路構(gòu)成:頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測(cè)電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)電路”。運(yùn)算電路的控制

49、信號(hào)送至“驅(qū)動(dòng)電路”以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路</p><p>　　變頻器采取的控制方式，即速度控制、轉(zhuǎn)矩控制、PID或其它方式</p><p><b>　　(4 ) 逆變電路</b></p><p>　　逆變電路同整流電路相反，逆變電路是將直流電壓變換為所要頻率的交流電壓，以所確定的時(shí)間使上橋、下橋的功率開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通和關(guān)斷。從而可以在輸出

50、端U、V、W得到相位差為120°度的三相交流電壓[7]。</p><p>　　3.2.3變頻器的選用</p><p>　　根據(jù)水泵的各項(xiàng)性能指標(biāo)，變頻器選用七喜系列的HD700-40T-000075,主電源等級(jí) 220V 50HZ；額定輸出電流2.5A，輸入電流3.6A，適配電機(jī)功率0.75kw。斷路器10A,熔斷器6A。</p><p>　　3.3 彩燈

51、簡(jiǎn)介與選用</p><p>　　彩燈，又名花燈，是我國(guó)普遍流行的傳統(tǒng)的民間的綜合性的工藝品，彩燈藝術(shù)也就是燈的綜合性的裝飾藝術(shù)。彩燈的產(chǎn)生，是從人類應(yīng)用火，發(fā)明燈,制造燈具等而來(lái)的。隨著人們審美觀的變化，彩燈藝術(shù)得到了更大的發(fā)展，彩燈藝術(shù)更是花樣翻新，奇招頻出，傳統(tǒng)的制燈工藝和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)緊密結(jié)合，將電子，建筑，機(jī)械，遙控，聲學(xué)，光導(dǎo)纖維等新技術(shù)，新工藝用于彩燈的設(shè)計(jì)制作，把形、色、光、聲、動(dòng)相結(jié)合，思想性，知識(shí)

52、性，趣味性，藝術(shù)性得到了完美的統(tǒng)一，用于噴泉鐘的彩燈，無(wú)論它的性能還是他的各方面參數(shù)，都有特別的要求，首先性能要求它要耐用，因?yàn)椴薀粢话愣际前惭b在地下的，地下的周圍環(huán)境和地上的迥然不同，這對(duì)彩燈的穩(wěn)定性要求也很高，又由于它是埋在地下的，安裝的拆卸和麻煩，因此，要保證不能出現(xiàn)故障頻發(fā)的現(xiàn)象出現(xiàn)，影響噴泉的觀賞性，另外，對(duì)于彩燈顏色的要求也決定噴泉的觀賞性，它的發(fā)光強(qiáng)度要至少滲透早水柱的2/3高度。</p><p>

53、　　LED多彩水下燈之特性： 1、長(zhǎng)壽命：采用進(jìn)口LED光源，使用壽命長(zhǎng)達(dá)10萬(wàn)小時(shí)以上。 2、低耗能：平均15粒LED為3W，最大功率為15W。 3、高節(jié)能：耗電量為傳統(tǒng)同等功率燈的1/5，節(jié)能達(dá)90%。 4、超亮度：亮度可達(dá)10.000MCD以上?？芍鄙洹⑸⑸?。 5、低溫冷光：為固態(tài)冷光源，不發(fā)熱。 6、健康環(huán)保：無(wú)紫、紅外線輻射，固體發(fā)光無(wú)污染，無(wú)頻閃。 7、低壓安全：可在6V、12V、24V--220V之間隨意變換。 8、防腐、

54、防銹：燈體采用全不銹鋼或ABS。 9、防水、防潮、防曬：采用硅膠防水，電路板經(jīng)三層樹(shù)脂密封，防護(hù)等級(jí)為IP68級(jí)。 10、堅(jiān)固耐壓：燈體為全不銹鋼、ABS，采用鋼化玻璃、厚度為1.2公分。 11、安裝方便：使用軟件芯片編程，無(wú)需控制器即可變換色彩和動(dòng)作狀態(tài)功能程序。 LED-水下彩燈系列有：紅、黃、蘭、綠、白、等多種顏色可供選擇。</p><p><b>　　圖3.1 彩燈</b></

55、p><p>　　3.3.1 彩燈的選用</p><p>　　Cree LED，水下照明LED，不銹鋼材質(zhì)，鋼化玻璃面罩。</p><p>　　主要特性：高效光學(xué)級(jí)透鏡，光損小，照度好。功率10w，LED顏色，RGB變色，黃、藍(lán)、綠、白。驅(qū)動(dòng)方式為3.5A恒流驅(qū)動(dòng)，環(huán)境溫度-25℃到+45℃。</p><p>　　3.3.2燈光硬件方案設(shè)計(jì)<

56、/p><p>　　使用LED水下低壓彩燈。LED-水下彩燈系列除廣泛使用于噴泉，瀑布水下照明外，還可用于假山，橋梁等投光照明。 水下彩燈均采用著名荷蘭菲利蒲公司產(chǎn)品，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理，色彩鮮艷，并進(jìn)一步改進(jìn)了其密封、防護(hù)和接線方式，廣泛適合于各種噴泉。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用水下照明和閃光彩燈，水下照明采用LED水下低壓彩燈兩個(gè)，閃光彩燈采用不同顏色的發(fā)光二極管。如圖3.2所示。<

57、/p><p><b>　　圖3.2彩燈的連接</b></p><p>　　3.4 單片機(jī)的簡(jiǎn)介</p><p>　　3.4.1 中央處理器(CPU)</p><p>　　中央處理器CPU是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制的數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制，指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控

58、制輸入輸出功能等操作，它由運(yùn)算器、控制器（定時(shí)控制部件）和寄存器3部分部件構(gòu)成。</p><p>　　3.4.2 運(yùn)算器(AUL)</p><p>　　運(yùn)算器的動(dòng)能是進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算?？梢詫?duì)半字節(jié)，單字節(jié)等數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，既能完成加、減、乘、除等四則運(yùn)算，也可以完成加1，減1，BCD碼十進(jìn)制調(diào)整、比較等算術(shù)運(yùn)算和與、或、異或、求補(bǔ)、循環(huán)等邏輯運(yùn)算。</p><p&g

59、t;<b>　　3.4.3 控制器</b></p><p><b>　?。?）時(shí)鐘電路</b></p><p>　　晶體時(shí)鐘電路與AT89C51單片機(jī)的連接方式如圖所示。晶體時(shí)鐘電路中由石英晶晶振體、C1，C2電容和片內(nèi)與非門(mén)組成了三點(diǎn)式振蕩器，石英晶振體的頻率和兩個(gè)電容的頻率決定著晶體時(shí)鐘電路產(chǎn)生的振蕩信號(hào)的頻率，但是決定性因素是石英晶振體的頻

60、率(一般為0～33MHz)，電容C1、C2（一般為5～30pF）則處于次要因素的位置。在本設(shè)計(jì)中石英晶振體的頻率選為12MHZ，電容的容量選為20pF。晶振時(shí)鐘電路如圖所示。</p><p><b>　　圖3.3 時(shí)鐘電路</b></p><p>　　3.4.4 存儲(chǔ)器（memory）</p><p>　　存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)。常用的存儲(chǔ)器

61、有：</p><p>　　ROM，程序存儲(chǔ)器，程序存儲(chǔ)器ROM的地址空間為64kB，其內(nèi)容是制造廠在生產(chǎn)過(guò)程中制造進(jìn)去的，無(wú)法自己改變其內(nèi)容。</p><p>　　EPROM，可擦除再重新燒錄得ROM。其內(nèi)容是用戶燒錄進(jìn)去的，必要時(shí)可用紫外線燈照射將其內(nèi)容清除掉，并可以重新用燒錄器燒錄新的內(nèi)容。</p><p>　　RAM，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。RAM的內(nèi)容可由CPU隨時(shí)

62、存取，因此常被用來(lái)存儲(chǔ)需要變更的數(shù)據(jù)。 </p><p>　　存儲(chǔ)在ROM和EPROM存儲(chǔ)器中的尼爾并不會(huì)因?yàn)殡娫辞袛喽В虼顺Ｓ脕?lái)存儲(chǔ)程序及固定不變的數(shù)據(jù)。RAM的內(nèi)容會(huì)隨電源的切斷而消失，所以一般用來(lái)存儲(chǔ)容易動(dòng)的數(shù)據(jù)。</p><p>　　3.5 Atmel89S51單片機(jī)的引腳說(shuō)明</p><p>　　Atmel89S51單片機(jī)是一個(gè)40引腳的超大規(guī)模集成

63、電路，引腳排列如圖3.4所示:</p><p>　　圖3.4 AT89C51引腳圖</p><p>　?。?） VCC：電源端，為+5V。</p><p>　　（2） GND：接地端。</p><p>　　（3） RST：復(fù)位信號(hào)端，高電平有效。當(dāng)此輸入端保持兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期）的高電平時(shí)，就可以出現(xiàn)RST引腳使單片機(jī)復(fù)位。&l

64、t;/p><p>　　（4） ALE/PROG：地址鎖存允許端。當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出頻率為振蕩器頻率的1/6的正脈沖信號(hào)。</p><p>　?。?） PSEN：程序儲(chǔ)存允許， PSEN輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令或數(shù)據(jù)時(shí)，

65、每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效(即輸出兩個(gè)脈沖)。但此期間訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。</p><p>　?。?） EA/VPP：外部訪問(wèn)允許。當(dāng)EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源VPP。</p><p>　　（7） XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部

66、時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。</p><p>　?。?） XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p>　?。?） P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻態(tài)輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P

67、0外部必須被拉高。</p><p>　　(10)P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。</p><p>　　(11)P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2

68、口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。&l

69、t;/p><p>　　(12)P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。最重要是它的第二功能，P3口的第二功能如表3.1所示[3]。</p><p>　　表3.1 P3口的第二功能</p><p&g

70、t;<b>　　3.6 單片機(jī)電路</b></p><p>　　圖3.5 單片機(jī)電路</p><p>　　選用 ATMEL89C51 單片機(jī)為硬件核心電路。AT89C51 單片機(jī)引腳和指令系統(tǒng)與 51 系列單片機(jī)完全兼容，因而使用方便。其最大特點(diǎn)是內(nèi)部有 4KB Flash ROM，而且價(jià)格低廉。用Flash ROM 在開(kāi)發(fā)過(guò)程中十分容易對(duì)程序進(jìn)行修改，大大縮短系統(tǒng)開(kāi)

71、發(fā)周期[2]。</p><p>　　單片機(jī)電路如圖所示。除復(fù)位和晶振電路外，還有以光耦合器件 4N35 為主的輸入隔離電路、BCD撥碼開(kāi)關(guān)和用 74HC373的輸出寄存器組。輸出寄存器最多可用 8 個(gè)，這對(duì)于小型音樂(lè)噴泉已是富足有余了。為了充分利用單片機(jī)已有資源，盡可能簡(jiǎn)化硬件電路，這里采用的是線選法擴(kuò)展 I/O 口來(lái)擴(kuò)展輸出寄存器 74HC373。如果準(zhǔn)備用指令：</p><p>　　M

72、OVX @DPTR,A</p><p>　　來(lái)向74HC373輸出數(shù)據(jù)，DPTR中的地址和數(shù)據(jù)輸出的目標(biāo)如下：</p><p>　　01XXH 數(shù)據(jù)輸出至 0# 74HC373</p><p>　　02XXH 數(shù)據(jù)輸出至 1# 74HC373</p><p>　　04XXH 數(shù)據(jù)輸出至 2# 74HC373</p><p&

73、gt;　　08XXH 數(shù)據(jù)輸出至 3# 74HC373</p><p>　　10XXH 數(shù)據(jù)輸出至 4# 74HC373</p><p>　　20XXH 數(shù)據(jù)輸出至 5# 74HC373</p><p>　　40XXH 數(shù)據(jù)輸出至 6# 74HC373</p><p>　　80XXH 數(shù)據(jù)輸出至 7# 74HC373</p>&

74、lt;p>　　這里 XX 代表任意值，可取 00。由于不使用P0口地址，所以由P0口輸出的低 8 位地址信號(hào)可以為任意值，由于 P2口各引腳分別接 74HC373 的輸入控制端 G，所以地址信號(hào)的高 8 位只能是使 8個(gè)G 端僅一個(gè)為高電平的那些二進(jìn)制數(shù)： 01H 02H 04H 08H 10H 20H 40H 80H中的一個(gè)。也可用選通 74HC373 的 MOV P2, B與起輸出作用的MOVP0, A 之類的指令來(lái)輸出數(shù)據(jù)，

75、則當(dāng)B的內(nèi)容為01H/02H/04H/08H/10H/20H/40H/80H 時(shí)，則A的內(nèi)容輸出的目標(biāo)寄存器也依次為 0#—7#的74HC373之一。圖中 R2、C4使開(kāi)機(jī)復(fù)位期間各 74HC373的輸出允許端存在一高電平，避免373內(nèi)部隨機(jī)數(shù)的輸出而引起噴池中水泵、電磁閥和彩燈的誤動(dòng)作。BCD撥碼開(kāi)關(guān)可向單片機(jī)輸入0~9 中任意數(shù)碼，用以改變單片機(jī)輸出兩組數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔[4]。</p><p>　　3.7音樂(lè)信

76、號(hào)的采樣</p><p>　　3.7.1 音頻放大電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　外部音樂(lè)信號(hào)的幅度一般較弱，因此必須要對(duì)原信號(hào)進(jìn)行放大處理后才能送入A/D 轉(zhuǎn)換器。本文選擇了 LM386 芯片設(shè)計(jì)音頻放大電路。LM386 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司（NS）推出的系列功率放大集成電路的一種，LM386 具有功耗低、工作電壓范圍寬、所需外圍元件少等特點(diǎn)，在電子設(shè)備的音頻放大電路設(shè)計(jì)中應(yīng)用非常廣泛，

77、它使用了 10 只晶體管構(gòu)成了輸入級(jí)、電壓增益和電流驅(qū)動(dòng)級(jí)。其中 T1~T6 組成 PNP 型復(fù)合差分放大器，T5、T6 為鏡像恒流源，作為 T3、T4 的有源負(fù)載，使輸入級(jí)有穩(wěn)定的增益。電壓增益級(jí)由接成共發(fā)射極狀態(tài)的 T7 承擔(dān)，其負(fù)載也使用了恒流源，整個(gè)集成功放的開(kāi)環(huán)增益主要由該級(jí)決定。T8、T9 復(fù)合為一個(gè) PNP 管，和 T10 共同組成互補(bǔ)對(duì)稱射極輸出電路，以供給負(fù)載以足夠的電流。D1、D2 提供了 T8、T9、T10 所需的

78、偏置，使末級(jí)偏置在甲乙類狀態(tài)。R5~R7 構(gòu)成內(nèi)部反饋環(huán)路。從圖 3.6 可以看出，LM386 采用雙列 8 腳封裝結(jié)構(gòu)，它的工作電壓范圍為 4~12V，靜態(tài)電流 4mA，最大輸出功率 660mW，最大電壓增益 46dB，增益帶寬 300kHz，諧波</p><p>　　圖3.6 LM386 封裝形式及引腳定義</p><p>　　在 LM386 的 Datasheet 上，提供了兩種典型

79、放大電路的設(shè)計(jì)方案。一種是在LM386 的 1 腳和 8 腳之間不接其他元件，此時(shí)放大電路的增益僅由內(nèi)部電阻 R5~R7決定，為 20 倍數(shù)（26dB），這種方式外部電路元件最少，也最為經(jīng)濟(jì)。另一種通過(guò)在 1 腳和 8 腳之間串接不同的阻容元件，改變放大電路的交流反饋量，從而改變放大電路的閉環(huán)增益。音樂(lè)信號(hào)的放大采集如圖 3.7 所示。外部音源（聲卡、CD 機(jī)等）的模擬音樂(lè)信號(hào)分左、右聲道分別進(jìn)入放大電路，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大后，得到幅值放大后

80、的音頻信號(hào)。在 LM386 的 1 腳和 8 腳之間串接一個(gè) 10 微法的電容 C4，使內(nèi)部電阻 R6 被交流旁路，放大電路的增益能達(dá)到最大值，200 倍數(shù)（46dB）。再對(duì)音頻放大電路的外圍電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，電路中電容 C1、C6 作為隔直電容，電位器 P1 用于調(diào)節(jié)音量的大小，元件 R2、C5 有助于旁路高頻噪音和改善輸出的音質(zhì)。電容 C3 作為去耦電容，一方面是本集成電路的蓄能電容，另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。電容 C2 則是作為

81、旁路電容，將信號(hào)的中高頻噪音旁路到地。經(jīng)過(guò)放大電路的音頻信號(hào)就</p><p>　　圖 3.7音樂(lè)信號(hào)放大采集</p><p>　　3.7.2 音樂(lè)控制</p><p>　　音樂(lè)信號(hào)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的量,實(shí)踐證明,采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)音量計(jì)量單位VU信號(hào)對(duì)噴泉進(jìn)行音樂(lè)控制,能取得較為理想的效果。將音樂(lè)信號(hào)經(jīng)電路轉(zhuǎn)換為VU ( volume unit 音量單位)信號(hào)(隨音樂(lè)變化

82、),再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)值信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)處理,輸出控制信號(hào)控制噴泉。圖1中音樂(lè)分頻段處理主要是為了拾取音樂(lè)更多的信息量,提高控制效果并能實(shí)現(xiàn)對(duì)噴泉按各種噴型組合進(jìn)行控制。本控制設(shè)備可進(jìn)行的分頻段最多不超過(guò)6段。最簡(jiǎn)單的可將音樂(lè)三分頻( 高、中、低)，各頻段分別控制某幾組噴型的開(kāi)、關(guān)及組合,如中頻段一般用于控制“雪松”、“禮花”等水花型,中高頻段一般用于控制“旋轉(zhuǎn)”、“擺動(dòng)”、“直射”等。圖3.8是VU信號(hào)的具體線路,圖中C2起到延時(shí)作用,

83、其值取得過(guò)小,則VU 信號(hào)變化過(guò)快,取值過(guò)大VU信號(hào)又反應(yīng)過(guò)慢,經(jīng)實(shí)際調(diào)試C2取值20微法至100微法( 用于全音樂(lè)信號(hào)時(shí)可取20微法左)。</p><p>　　圖3.8 AU轉(zhuǎn)化電路</p><p>　　3.7.3 A/D轉(zhuǎn)化器以及與單片機(jī)的連接</p><p>　　A/D 轉(zhuǎn)換及控制根據(jù)控制精度的需要, 音樂(lè)信號(hào)的特點(diǎn)和芯片的性價(jià)比, 選用美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)

84、的A/D 芯片ADC0809。它是CMOS 的8 位單片A/D 轉(zhuǎn)換器, 片內(nèi)有8 路模擬開(kāi)關(guān),可控制8個(gè)模擬量中的一個(gè)。A/D 轉(zhuǎn)換采用逐次逼近原理, 輸出的數(shù)字信號(hào)由TTL 三態(tài)緩沖器控制, 故可直接連至數(shù)據(jù)總線。逐次逼近法A/D 也稱逐次比較法A/D, 它由結(jié)果寄存器、D/A 比較器和置位控制邏輯等部件組成, 如圖3.9 所示。這種A/D 采用對(duì)分搜索法逐次比較、逐步逼近的原理來(lái)轉(zhuǎn)換, 整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程是個(gè)“試探”過(guò)程?？刂七壿嬒戎?

85、 結(jié)果寄存器最高位Dn-1, 然后經(jīng)D/A 轉(zhuǎn)換得到一個(gè)占整個(gè)量程一半的模擬電壓Vs, 比較器將此Vs 和模擬輸入量Vx比較, 若Vx>Vs 則保留此位Dn-1 為1, 否則清“0”Dn-1位。然后控制邏輯1結(jié)果寄存器次高位Dn-2, 連同Dn-1 一起送D/A 轉(zhuǎn)換, 得到的Vs 再和Vx比較, 以決定Dn-2 保留為1 還是清成“0”, 依次類推。最后, 控制邏輯置1 結(jié)果寄存器最低位D0, 然后將D0 連同前面的Dn-1,

86、Dn-2, ? ,D1 一起</p><p><b>　　圖3.9 AD轉(zhuǎn)換</b></p><p>　　D0 位保留為1 還是清“0”。至此, 結(jié)果寄存器的狀態(tài)便是與輸入的模擬量Vx 對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。采用中斷方式進(jìn)行采樣。ADC0809 所需時(shí)鐘直接由單片機(jī)的ALE 提供, 且利用單片機(jī)數(shù)字軟件濾波法, 這樣既節(jié)省硬件資源, 又充分利用了單片機(jī)資源。ADC0809的時(shí)

87、鐘信號(hào)來(lái)自單片機(jī)89C51的ALE信號(hào)，89C51采用12MHz時(shí)鐘頻率，ALE為2MHz，經(jīng)四分頻后為500KHz作為ADC0809的時(shí)鐘頻率。用P2.7控制A/D轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)與轉(zhuǎn)換， ADC0809的地址鎖存允許管腳（ALE）H和啟動(dòng)管腳（START）相連。由P2.7和WR信號(hào)經(jīng)或非門(mén)提供的信號(hào)使P0.2—P0.0提供的3位通道地址送入ADC0809進(jìn)行鎖存，用以選取通道號(hào)。轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC作為查詢信號(hào)。具體接口電路如圖3.10所示

88、[8]。</p><p>　　圖3.10 ADC0809與單片機(jī)接口</p><p><b>　　3.8 輸出電路</b></p><p>　　3.8.1單片機(jī)驅(qū)動(dòng)變頻器電路</p><p>　　圖3.11 使用雙向可控硅BCR的輸出電路</p><p>　　輸出電路是指接于74HC373各Qi端

89、的電路。上圖為使用雙向可控硅BCR的輸出電路。由于74HC373的輸出電流遠(yuǎn)小于BCR所需的觸發(fā)電流，故加入外圍驅(qū)動(dòng)電路ULN2003A的一個(gè)單元。其輸入端所接的LED用于指示電路狀態(tài)，使用高亮度3紅LED，當(dāng)Qi為高電平+5V時(shí)LED能正常發(fā)光，實(shí)測(cè)電流為 0.8mA多，足以使 2003A輸出端飽和而吸收近30mA的觸發(fā)BCR的電流。圖3中產(chǎn)生觸發(fā)電流的+9V電源來(lái)自+5V穩(wěn)壓電源的未穩(wěn)壓端，以減輕穩(wěn)壓塊的負(fù)擔(dān)。閉合圖3中的開(kāi)關(guān)K，程

90、序會(huì)向各輸出寄存器輸出數(shù)據(jù) FFH，用以檢測(cè)從單片機(jī)到各BCR之間的各輸出回路是否正常。圖中RL可以是彩燈、電磁閥的線圈，也可是用以控制水泵電機(jī)的接觸器線圈。</p><p>　　3.8.2 繼電器及其驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　圖3.12 繼電器驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　單片機(jī)是一個(gè)弱電元件，一般情況下它們大都工作在5V甚至更低，驅(qū)動(dòng)電流在mA級(jí)以下。而要把

91、他用于一些大功率場(chǎng)合，比如控制電動(dòng)機(jī)，顯然是不行的。所以，就要有一個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)銜接，這個(gè)環(huán)節(jié)就是所謂的“功率驅(qū)動(dòng)”。繼電器驅(qū)動(dòng)就是一個(gè)典型的簡(jiǎn)單的功率驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)。在這里繼電器驅(qū)動(dòng)有兩個(gè)意思：一是對(duì)繼電器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因?yàn)槔^電器本身對(duì)于單片機(jī)就是一個(gè)功率器件;還有就是繼電器去驅(qū)動(dòng)器他負(fù)載，比如繼電器可以驅(qū)動(dòng)中間繼電器，可以直接驅(qū)動(dòng)接觸器對(duì)于這點(diǎn)電路：</p><p>　　首先，里面的三極管是很重要的，三極管是電子電路最重要的

92、一個(gè)元件，三極管有兩個(gè)作用，一是開(kāi)關(guān)作用（嚴(yán)格來(lái)說(shuō)開(kāi)關(guān)的作用就是放大作用的極限情況）其實(shí)可以把它看成是一個(gè)開(kāi)關(guān)，只不過(guò)它不是用手來(lái)控制，而是用電壓（電流）來(lái)控制的，因此，三極管有時(shí)候又被稱作電子開(kāi)關(guān)。</p><p>　　二極管并聯(lián)在繼電器兩端，陰極接Vcc。</p><p>　　繼電器的選擇：小型繼電器MY4NJ，額定負(fù)載（電阻負(fù)載）3A 220V(AC)、額定負(fù)載0.8A 220V

93、(AC)、接點(diǎn)電流最大值3A、線圈額定電壓AC 220/240、100/110,配用底座PYF14A-E.</p><p><b>　　3.9輸入電路</b></p><p>　　在這里，輸入電路是指能對(duì)樂(lè)曲啟停，樂(lè)曲節(jié)奏和聲音強(qiáng)弱等進(jìn)行檢測(cè)并將檢測(cè)到的信號(hào)以電平、脈沖或數(shù)字形式送至單片機(jī)電路。因?yàn)橛辛怂?，音?lè)已不再僅是背景音樂(lè)，音樂(lè)已用來(lái)控制整個(gè)噴池的動(dòng)作與否，因而

94、以達(dá)到了音樂(lè)噴泉的基本要求。</p><p>　　奏曲信號(hào)電路如圖3.13所示，左右兩路立體聲信號(hào)經(jīng)混合后送入幅值放大電路，這樣即使是積弱的樂(lè)曲信號(hào)也能有足夠強(qiáng)度的信號(hào)輸出。整流濾波電路用以將交變信號(hào)轉(zhuǎn)換為單向信號(hào)。電壓比較器用以將大于基準(zhǔn)電壓的單向信號(hào)變換成低電平有效的奏曲信號(hào)并輸出。通過(guò)調(diào)整基準(zhǔn)電壓，可使電路既不受干擾的影響又靈敏度最大。奏曲信號(hào)電路的輸出經(jīng)R3 送至光耦 4N35 在單片機(jī)P1.5 引腳產(chǎn)生

95、一低電平信號(hào)[9]。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4.1燈光控制模塊</b></p><p>　　LC182是音頻調(diào)制彩燈控制專用芯片，其內(nèi)部分配器頻率的高低受音頻信號(hào)大小的調(diào)制，特別適用于聲光音響控制場(chǎng)合，可直接驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)眾多發(fā)光二極管閃光，也可驅(qū)動(dòng)交流彩色電燈作循環(huán)閃

96、光。LC182為四路驅(qū)動(dòng)輸出。他們的內(nèi)部均有信號(hào)整流電路。壓控振蕩器，脈沖分配器。在本系統(tǒng)中，單片機(jī)便開(kāi)啟LC182時(shí)，LC182四路輸出依次變?yōu)楦唠娖?，其循環(huán)頻率約為0.5～1HZ,一有音樂(lè)信號(hào)的輸入，彩燈的循環(huán)頻率隨音頻信號(hào)的大小而變化，其最高循環(huán)頻率為15HZ。燈光控制子程序</p><p><b>　　LUMP：</b></p><p>　　MOV DPT

97、R, #0EF00H； 初始化2#8155,PA口為基本輸出口</p><p>　　PB口為基本輸出口,PC口輸入口</p><p>　　MOV A, #1H</p><p>　　MOVX @DPTR, A</p><p>　　INC DPTR</p><p>　　INC DPTR；

98、 指向2#8155PC口</p><p>　　MOV A， #01H</p><p>　　MOVX @DPTR, A</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　4.2 噴池?cái)?shù)據(jù)及噴頭</p><p>　　噴池?cái)?shù)據(jù)是用以對(duì)噴池內(nèi)的水泵、電磁閥

99、和彩燈等進(jìn)行開(kāi)與關(guān)控制的數(shù)據(jù)。一組可循環(huán)使用的這種數(shù)據(jù)，就決定了噴泉和彩燈的一個(gè)特定的變化形態(tài)。這組噴池?cái)?shù)據(jù)可稱為花樣數(shù)據(jù)。對(duì)一個(gè)特定構(gòu)造的噴池，這種花樣數(shù)據(jù)可編寫(xiě)出很多。下面以圖為例說(shuō)明花樣數(shù)據(jù)的編排方法。一筆畫(huà)成五角星，噴嘴的噴水順序是2~2~2~2~3~4~5~3~2~1~2~3~5~4~3.彩燈也隨著噴嘴的開(kāi)啟同時(shí)打開(kāi)。以后不斷按上述規(guī)律循環(huán)變化。在這期間，里圈和中心噴頭一直不噴。在不考慮其它控制的情況下，噴池只需2個(gè)輸出寄存器

100、，其各位控制噴頭定義如下：</p><p>　　圖4.1 噴頭布局例</p><p>　　以上各位若為1時(shí)相應(yīng)的噴頭噴水，為0時(shí)不噴水，則外圈噴頭數(shù)據(jù)應(yīng)為：</p><p>　　0000 0011B</p><p>　　0000 1111B</p><p>　　0011 1111B</p><p&g

101、t;　　1111 1111B</p><p>　　1111 1100B</p><p>　　1111 0000B</p><p>　　1100 0000B</p><p>　　0000 0000B</p><p>　　若該花樣數(shù)據(jù)定義為HYSJ01則數(shù)據(jù)定義如下：</p><p><b&g

102、t;　　HYSJ01：</b></p><p>　　DB 03H，0FH，3FH，0FFH，0FCH；外圈噴頭數(shù)據(jù)</p><p>　　DB 0,0，0，0，0； 里圈噴頭數(shù)據(jù)</p><p>　　每次將花樣數(shù)據(jù)輸出時(shí)都是順次取一列輸出的，且可循環(huán)取用。顯然這樣的花樣數(shù)據(jù)可以編不少，還可將兩個(gè)以上的數(shù)據(jù)搭配起來(lái)，組成新的更復(fù)雜一些的花樣數(shù)據(jù)。

103、</p><p>　　4.2.1 噴頭的選擇</p><p><b>　　1．中心之上噴頭</b></p><p>　　SZ-310 水壓200-250kpa，流量25-28m3/h,噴高5-8米，噴灑直徑1.4-1.6mm，直徑50mm。</p><p><b>　　2.萬(wàn)向直流噴頭</b><

104、;/p><p>　　WX-118水壓90-160kpa，流量15-25m3/h,噴高5-10米，噴灑直徑1.2-1.5mm，直徑60mm。</p><p><b>　　4.3 主程序框圖</b></p><p><b>　　圖4.2主程序框圖</b></p><p>　　4.4 主程序的編寫(xiě)</p

105、><p><b>　　main()</b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　unsigned char j,k,temp,n;</p><p>　　unsigned char I,hi,lo,coute;</p><p>　　TMOD=0X01;

106、</p><p><b>　　ET0=1;</b></p><p><b>　　EA=1;</b></p><p><b>　　TR0=1;</b></p><p>　　Temp=0xfe;</p><p><b>　　n=1;</b&g

107、t;</p><p>　　while (1){</p><p>　　if(P3.0==1){ //判斷P3.0口是否為1</p><p><b>　　P3.3=1; </b></p><p>　　coute=0; //與P3.3=1共同控制將蜂鳴器關(guān)閉<

108、;/p><p>　　while(TABLE[coute]!=0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(n>=128)</p><p><b>　　n=1;</b></p><p><b>　　else</b></p&

109、gt;<p><b>　　n=2*n;</b></p><p>　　if(temp<=0x00)</p><p>　　temp=0xfe;</p><p><b>　　else</b></p><p>　　temp=temp-n;</p><p>　　P1

110、=temp; // P1對(duì)應(yīng)8個(gè)LED</p><p>　　for(j=0;j<200;j++);</p><p>　　for(k=0;k<200;k++); //延時(shí)程序</p><p>　　if(P3.1==0){</p><p><b>　　P3.3=1;</b>&l

111、t;/p><p>　　coute=0; //與P3.3=1共同控制將蜂鳴器關(guān)閉</p><p>　　break; //跳出當(dāng)前while循環(huán)</p><p><b>　　}</b></p><p>　　i=TABLE[coute]; //P3.1=1時(shí)執(zhí)

112、行音樂(lè)播放子程序</p><p>　　coute++; /* 每次輸入一個(gè)音階，再次循環(huán)時(shí)輸出下個(gè)音階*/</p><p>　　lo=; i&0x0f //取i的低位</p><p>　　hi=( i&0x0f)>>4; //取i的高位</p><p

113、><b>　　if(hi>0)</b></p><p>　　SING(hi); //調(diào)用播放音樂(lè)子程序</p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　TR0=0;</b></p><p>　　DELAY(lo);</