小型音乐喷泉控制系统设计

本科毕业设计题目小型音乐喷泉控制系统设计院系机械学院专业机械设计制造及其自动化姓名学号学习年限2013年10月至2017年6月指导教师职称申请学位2017年5月23日小型音乐喷泉控制系统设计学生姓名：指导教师：摘要喷泉作为一项优美的建筑艺术与人文景观，以水设景的方式在中外历史上都很有特点，在人类历史上留下了光辉的印记。好的喷泉就仿佛是一个精美的艺术品一样，它的价值不仅仅在于观赏，还有颇高的令人喜爱的实用价值。本次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，最终实现喷泉的喷水高度按音调高低进行同步的变化。这里采用模数信号转换、程序控制信号输出、PWM变频调速等方法，提出了一种较为先进的音乐喷泉设计方案和控制途径。关键词：音乐喷泉单片机直流机变频调速DesignofsmallmusicfountaincontrolsystemAuthor’sName:Tutor:ABSTRACT：Fountainasabeautifularchitecturalartandculturallandscape,thewaythewaterinthehistoryofChineseandforeignhistoryareverycharacteristic,inthehistoryofmankindleftagloriousmark.Agoodfountainislikeafineartwork,itsvalueisnotjustwatch,therearequitehighpracticalvalue.Themaincontentofthisdesignistouseasingle-chipproductionofavoicefountain,theobjectoftheDCmachinecontrolofapump,andultimatelytoachievethefountainofthewaterlevelbythepitchlevelofsynchronizationchanges.Heretheuseofanalogsignalconversion,programcontrolsignaloutput,PWMfrequencycontrolandothermethods,putforwardamoreadvancedmusicfountaindesignandcontrolmethods.KEYWORDS：musicfountainSCMDCmachineFrequency目录1引言............................................................................................................11.1本课题的研究背景......................................................................................11.2本课题的研究意义......................................................................................21.3音乐喷泉在生活中的诸多作用..................................................................21.4本课题的基本内容......................................................................................32总体设计方案............................................................................................32.1方案比较.......................................................................................................32.2单片机的特点及应用..................................................................................42.3音乐喷泉控制系统整体设计......................................................................62.4系统框图.......................................................................................................63音乐喷泉控制系统硬件设计....................................................................73.1音乐信号的采集..........................................................................................73.2单片机电路...................................................................................................93.3A/D转换电路.............................................................................................113.4潜水泵调速硬件方案设计........................................................................133.5灯光硬件方案设计....................................................................................143.6元件清单.....................................................................................................144喷泉控制系统软件设计...........................................................................154.1喷池数据.....................................................................................................154.2主程序框图.................................................................................................164.3控制潜水泵软件设计模块........................................................................174.4歌曲存储模块............................................................................................184.5灯光控制模块............................................................................................214.6系统实验仿真............................................................................................21总结与致谢.................................................23参考文献...................................................24附录......................................................2611引言1.1本课题的研究背景音乐喷泉作为人文景观中一项不可多得的建筑艺术，这条靓丽的风景线在中外历史上都享誉盛名。上世纪八十年代以前，喷泉只作为一个技术细节被排水和美化专业施工人员所使用，从构思，设计，生产，测试，到最后的工程安装没有形成规模。只有在展览厅和公园等公共建筑可以看到一些小喷泉，产品设计水平相对简单，效果是单一的。上世纪八十年代起，社会的进步风气开始上升，国民经济取得了一定的恢复和发展，人民生活水平和科学技术水平均有明显改善与提高。一些城市的相关部门对于喷泉提出了推陈出新的要求，他们的目的是希望将新型的音乐喷泉应用到城市建设、城市改造的过程中，还包括喷泉的景观设置和文艺空气的设计与制造方面。对建筑、园艺、水利科学院、高等教育研究所等机构来说，他们获得了一个机遇，在综合了土木工程、供排水系统等一些工科技能后，再加上当时先进的单片机技术以及机电控制理论，依据学术理论改变特定量达到控制电磁阀和直流电机调速的目的，设计并制造了一批与之前全然不同的喷泉设备，营造了全新的景观效果，收到良好的社会和社会反应。同期，部分具有加工喷泉设备专业能力的工人和具有独到眼光的投资人合伙建厂或者成立研发公司，这些工厂以及公司的发展推动了我国喷泉行业的进步，为喷泉的行业的发展提供了中坚力量，奠定了坚实的基础。第二十世纪90年代以后，社会风气推动思想解放，各界人士的观念都发生了翻天覆地的变化，在物质生活逐渐得到满足的社会背景下，他们开始注重精神生活，对高品质的文化氛围和优雅的生活环境有了需求。就是因为这样，有市场就会有商品，有商品就会有更好的商品，与此同理，喷泉行业亦取得了巨大的发展。喷泉已经不单是公园、花园和广场的专属品，开始延伸到人们的各种社会活动中。就在这一时期，研发和制造喷泉的工作室和工厂顺应潮流萌芽生长，以至于壮大起来。喷泉设计人员把现代工业的各种相关技术都应用到了喷泉中，把喷泉行业的技术水平推上了一个新高度，为人们提供视觉震撼的同时也为应用领域开辟了广阔的领土，人人都开始注意这一特殊的人文景观。中国建筑金属结构协会给水排水设备分会在2001成立了水景喷泉专业委员会，这一组织有效的调配了各种资源，统筹安排了发展规划路线，以促进喷泉行业健康有序快速发展为宗旨，希望通过提供各种服务满足人们的精神追求。在普通高校的建筑专业，园林专业也设置了水景，喷泉等相关课程，这一举措为喷泉行业的发展提供了知识和人才储备，初衷自然是希望喷泉行业有更好的发展。自此以后，喷泉产业在人们的希冀中进入又好又快发展的新阶段。时代在发展，社会在进步，这一切都归结于人的进步，思想的进步，追求的进步，对2健康优雅环境的要求让他们对喷泉情有独钟，特别是喷泉在城市和社区环境建设中的作用是无可取代的。于是以高新科技为支撑的各种新型水景在我国纷纷涌现，音乐喷泉是其中最具代表性的一例，以它悠扬的曲调，动感的节奏，缤纷的花样，多变的色彩征服了观众的心。程序控制喷泉的方式已经成为喷泉艺术呈现的新的主流形式，现代控制技术与传统人工喷泉的完美结合，通过单片机程序令喷泉水姿呈现不一样的变化。采用单片机控制技术，通过单片机控制电路以及初始化程序，完全可以实现喷泉与光的协同控制，形成美轮美奂的活水景观。1.2本课题的研究意义如果把喷泉看做艺术，那么在现代社会的住宅小区和酒店大厅都