音乐喷泉智能控制系统设计(附件)【字数：6223】
现如今，人们的生活有了巨大的进步，科技也得到了巨大的发展。近些年来，人们对精神生活品质的追求也愈发强烈。因此，近几年出现了许多充满现代科技感、广受大众喜爱的产品。音乐喷泉，便是其中之一。由于其独特的设计，动感的音乐，将现代科技与传统喷泉相结合，吸引了一批又一批的年轻人前往一个城市去看一场音乐喷泉。目前，我国已有许多城市都建设了音乐喷泉，供市民休闲时观赏。相信在日后的发展中，会有越来越多的城市，建立相关的娱乐设施。该设计介绍了一种基于单片机的简易音乐喷泉控制系统。对于系统的硬件、软件工作过程，给出了一个简单的智能控制电路，对各端口的输入、输出进行了分析。达到音频信号的变化能够带动灯光颜色的变化，电磁阀的改变能改变喷泉的花型。最终，达到灯光色彩和喷泉花型能够对着音乐的改变，而不断变化的实际场景。
目 录
引言 1
一、 系统的整体研究方案 2
（一） 系统的整体设计方案 2
（二）单片机选型方案 2
（三）水泵调速模块选型方案 3
二、 系统硬件设计 3
（一）单片机最小系统模块 3
（二）A/D转换电路 4
（三）水泵调速电路设计 4
（四）灯光电路设计 5
三 系统软件设计 5
（一）系统主程序设计 5
（二）看门狗程序设计 6
（三）水泵调速程序设计 7
（四）AD转换程序设计 8
（五）音频输入程序设计 10
四 系统调试 10
（一）硬件调试 10
（二）软件调试 11
（三）实验分析 11
结 论 13
参考文献 14
致谢 15
附录 原理图 16
附录 源程序 17
引言
音乐喷泉，是音乐与喷泉的结合，具有多种造型，带有彩色灯光，可以根据音乐的主题或者乐符进行实时性的变换。水形与音乐变化的同步性，是衡量一个音乐喷泉的标准。现在人们使用计算机，对音乐信号进行处理。经过不断的探索，如今的技术已经可以成熟的设计音乐喷泉装置。对于此项技术的研发，可追溯到98年的魔术师音乐喷泉 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
系统。这是历史上最早研究音乐喷泉的软件。它结合了计算机控制、多媒体、音乐分析处理等技术，是音乐喷泉发展的一个里程碑。这套系统使用数字处理技术，具有同步性。可在0.1秒内完成水形与乐符的同步。此系统具有多级分散控制功能，保证了系统运行的稳定性，可以在需要的时候长时间工作。音乐喷泉表演时，利用程序进行控制。在程序中，加装音乐控制系统。当设备开始工作时，计算机分析处理音频信号，对其进行编码、译码，随后反馈信号输出。喷头接受到信号之后，对接收到的信号进行分析，然后转变角度，改变水形，运行全程与音频高度同步。可在极短的时间内，进行多次转变，可以实现最佳效果。常见的音乐喷泉主要分为2种：旱式喷泉和程控喷泉。旱式喷泉:直接安置在地面，可利用石材来进行图案和造型的设计。程控喷泉：顾名思义，由程序控制。可带有多个程序，工作时，按需执行。
现在，已经有越来越多的城市，建设了音乐喷泉。音乐喷泉的建设不仅受到了当地市民喜爱，还吸引了大量的游客前来打卡，增加了当地的旅游文化相关产业的发展。在其中，我国国内比较著名的音乐喷泉有如下几个：在我国国内，首先是位于我国青岛市的青岛世园会的音乐喷泉。从规模上来说，这个音乐喷泉是国内的最大的音乐喷泉装置，它建在一个120mX90m的长方形平台上，4A级景区。此喷泉装置，共776个喷头、3000多个灯光装置。水柱可达近80m，经霓虹灯照射后呈现不同的颜色；对游客而言，无论是近观，还是远望，都是一种非凡的体验。现在，已称为青岛市必不可少的打卡圣地。
放眼国外，全球最大音乐喷泉位于迪拜，名为：Dubai Fountain，美国一公司制造，耗资2.18亿，约275米长，配有6600个灯光，最大喷射高度接近我国青岛喷泉的2倍，约150m。不仅高度高，而且水柱变化多样，可以该变1000多种形状。设计阐述了一个以单片机作为控制器的小型音乐喷泉控制系统。对于系统的硬件、软件工作过程，给出了一个简洁的单片机控制电路，对各端口的输入、输出进行了分析。达到音频信号的变化能够带动灯光颜色的变化，电磁阀的改变能改变喷泉的花型。最终，达到灯光色彩和喷泉花型，能够对着音乐的改变，而不断变化的实际场景，最后完成对整个系统功能实现。
一、 系统的整体研究方案
（一） 系统的整体设计方案
本课题控制系统的设计主要包括音频输入系统、灯光控制系统、电机驱动系和A/D转换系统，工作期间由单片机传输数据、协调工作。结构请见图11：
图11 音乐喷泉系统框图
（二）单片机选型方案
方案一:STM32具有高性能、低功耗，引脚与IO口的不同型号之间区别很大其中STM32F103ZET6型号包含144引脚、 112个IO口，IO口采用2—3.6来供电。而STM32F103RCT6型号仅有64个引脚和51个IO口，带有11个定时器，4个通用定时器、2个高级定时器、1个系统定时器、2个基本定时器和2个看门狗定时器。因为其性能强大,已逐渐取得较大的市场。
方案二:AT89C51单片机成本低，功耗低，内部包含一整套位处理器，能够对特殊功能寄存器的某位直接进行置位、清零。芯片可在0Hz静态逻辑操作，并且在掉电后，RAM内容被保存。能够满足大多数系统功能开发。
本次设计的相关功能，由于此次设计对芯片的性能要求比较高，从性能上 AT89C51会更适合。综上选择AT89C51作为此次设计的主控模块。
（三）水泵调速模块选型方案
方案一：设计中,需要水泵驱动水流,实现喷泉的功能,但水泵的速度控制喷泉的大小。所以,只有严格的调节水泵的速度才能让喷泉的实际效果更加理想,目前市面上常用的水泵调速装置有两种:一种是使用变频器, 变频器的优点十分明显,不仅便捷而且精度高,但是它的价格较贵,长期使用的维修成本较高。
方案二：步进电机,便捷性与变频器类似,但控制精度不如变频器,好在售价偏低,易于大批量使用。
目 录
引言 1
一、 系统的整体研究方案 2
（一） 系统的整体设计方案 2
（二）单片机选型方案 2
（三）水泵调速模块选型方案 3
二、 系统硬件设计 3
（一）单片机最小系统模块 3
（二）A/D转换电路 4
（三）水泵调速电路设计 4
（四）灯光电路设计 5
三 系统软件设计 5
（一）系统主程序设计 5
（二）看门狗程序设计 6
（三）水泵调速程序设计 7
（四）AD转换程序设计 8
（五）音频输入程序设计 10
四 系统调试 10
（一）硬件调试 10
（二）软件调试 11
（三）实验分析 11
结 论 13
参考文献 14
致谢 15
附录 原理图 16
附录 源程序 17
引言
音乐喷泉，是音乐与喷泉的结合，具有多种造型，带有彩色灯光，可以根据音乐的主题或者乐符进行实时性的变换。水形与音乐变化的同步性，是衡量一个音乐喷泉的标准。现在人们使用计算机，对音乐信号进行处理。经过不断的探索，如今的技术已经可以成熟的设计音乐喷泉装置。对于此项技术的研发，可追溯到98年的魔术师音乐喷泉 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
系统。这是历史上最早研究音乐喷泉的软件。它结合了计算机控制、多媒体、音乐分析处理等技术，是音乐喷泉发展的一个里程碑。这套系统使用数字处理技术，具有同步性。可在0.1秒内完成水形与乐符的同步。此系统具有多级分散控制功能，保证了系统运行的稳定性，可以在需要的时候长时间工作。音乐喷泉表演时，利用程序进行控制。在程序中，加装音乐控制系统。当设备开始工作时，计算机分析处理音频信号，对其进行编码、译码，随后反馈信号输出。喷头接受到信号之后，对接收到的信号进行分析，然后转变角度，改变水形，运行全程与音频高度同步。可在极短的时间内，进行多次转变，可以实现最佳效果。常见的音乐喷泉主要分为2种：旱式喷泉和程控喷泉。旱式喷泉:直接安置在地面，可利用石材来进行图案和造型的设计。程控喷泉：顾名思义，由程序控制。可带有多个程序，工作时，按需执行。
现在，已经有越来越多的城市，建设了音乐喷泉。音乐喷泉的建设不仅受到了当地市民喜爱，还吸引了大量的游客前来打卡，增加了当地的旅游文化相关产业的发展。在其中，我国国内比较著名的音乐喷泉有如下几个：在我国国内，首先是位于我国青岛市的青岛世园会的音乐喷泉。从规模上来说，这个音乐喷泉是国内的最大的音乐喷泉装置，它建在一个120mX90m的长方形平台上，4A级景区。此喷泉装置，共776个喷头、3000多个灯光装置。水柱可达近80m，经霓虹灯照射后呈现不同的颜色；对游客而言，无论是近观，还是远望，都是一种非凡的体验。现在，已称为青岛市必不可少的打卡圣地。
放眼国外，全球最大音乐喷泉位于迪拜，名为：Dubai Fountain，美国一公司制造，耗资2.18亿，约275米长，配有6600个灯光，最大喷射高度接近我国青岛喷泉的2倍，约150m。不仅高度高，而且水柱变化多样，可以该变1000多种形状。设计阐述了一个以单片机作为控制器的小型音乐喷泉控制系统。对于系统的硬件、软件工作过程，给出了一个简洁的单片机控制电路，对各端口的输入、输出进行了分析。达到音频信号的变化能够带动灯光颜色的变化，电磁阀的改变能改变喷泉的花型。最终，达到灯光色彩和喷泉花型，能够对着音乐的改变，而不断变化的实际场景，最后完成对整个系统功能实现。
一、 系统的整体研究方案
（一） 系统的整体设计方案
本课题控制系统的设计主要包括音频输入系统、灯光控制系统、电机驱动系和A/D转换系统，工作期间由单片机传输数据、协调工作。结构请见图11：
图11 音乐喷泉系统框图
（二）单片机选型方案
方案一:STM32具有高性能、低功耗，引脚与IO口的不同型号之间区别很大其中STM32F103ZET6型号包含144引脚、 112个IO口，IO口采用2—3.6来供电。而STM32F103RCT6型号仅有64个引脚和51个IO口，带有11个定时器，4个通用定时器、2个高级定时器、1个系统定时器、2个基本定时器和2个看门狗定时器。因为其性能强大,已逐渐取得较大的市场。
方案二:AT89C51单片机成本低，功耗低，内部包含一整套位处理器，能够对特殊功能寄存器的某位直接进行置位、清零。芯片可在0Hz静态逻辑操作，并且在掉电后，RAM内容被保存。能够满足大多数系统功能开发。
本次设计的相关功能，由于此次设计对芯片的性能要求比较高，从性能上 AT89C51会更适合。综上选择AT89C51作为此次设计的主控模块。
（三）水泵调速模块选型方案
方案一：设计中,需要水泵驱动水流,实现喷泉的功能,但水泵的速度控制喷泉的大小。所以,只有严格的调节水泵的速度才能让喷泉的实际效果更加理想,目前市面上常用的水泵调速装置有两种:一种是使用变频器, 变频器的优点十分明显,不仅便捷而且精度高,但是它的价格较贵,长期使用的维修成本较高。
方案二：步进电机,便捷性与变频器类似,但控制精度不如变频器,好在售价偏低,易于大批量使用。
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