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，居住地的环境也加快了发展的步伐，音乐喷泉的出现对绿化的改变、园林城市的竞争起到了越来越重要的作用。音乐喷泉的奢华的外观和独特的魅力更加吸引人的眼球，成为现代娱乐项目设施不可或缺的成分，本课题的选取也有着重大的意义和价值。给出了单片机控制电路，音乐信号的采集、数字模拟信号的转换、音频脉冲的产生以及看门狗程序的应用。在设计的最后还给出了主程序的框图和音乐喷泉灯光色彩、灯光光线明暗变化原理。使系统中的灯光的色彩、明暗和水柱高低随音乐的的变化而展现出异彩。
关键词：音乐喷泉；单片机控制；AD转换
Design of music fountain control system based on AT89C51 MCU
Abstract: With the improvement of people's living standard，living environment has also accelerated the pace of development, the emergence of music fountain plays a more and more important role in the change of the greening and the competition of the garden city. The luxurious appearance and the unique charm of the music fountain attract people's attention, and become an indispensable component of modern entertainment facilities. The selection of this topic is of great significance and value.The single chip microcomputer control circuit, the signal acquisition, digital analog signal conversion, the generation of the audio pulse and the application of the watchdog program are given. In the design of the final return to the main program block diagram and music fountain lighting, lighting, light and shade change theory. The system of light color, light and water level changes with the music show splendor.
Keywords: music fountain ; MCU ; MCU control ; AD conversion
目录
一、引言 1
1.1 课题的背景 1
1.2 课题的发展现状 2
1.3 课题研究的意义 3
二、音乐喷泉控制系统硬件设计 4
2.1 控制系统硬件总体设计方案 4
2.2 音乐信号的采集 4
2.2.1 音频功率放大器LM386的概述 4
2.2.2 音频放大电路的设计 6
2.2.3 采样定理 7
2.3 单片机电路 8
2.3.1 单片机AT89C51的概述 8
2.3.2 时钟电路的设计 9
2.4 AD转换电路 10
2.4.1 A/D转换器ADC0832与单片机AT89C51的连接 11
2.4.2 输入电路 11
2.5 潜水泵调速硬件方案设计 11
2.6 灯光硬件方案设计 12
2.7 解决系统时间滞后硬件电路设计 12
三、音乐喷泉控制系统软件设计 13
3.1 喷池数据 13
3.2 主程序框图 14
3.3 控制潜水泵软件设计模块 15
3.3.1 潜水泵开关调速的原理 15
3.3.2 潜水泵开关调速的软件设计 16
3.4 歌曲存储模块 16
3.4.1 音频脉冲的产生 16
3.4.2 音乐程序 16
3.5 灯光控制模块 18
3.6 看门狗子程序 18
3.6.1 看门狗程序的应用 19
3.6.2 看门狗程序示例 19
3.8 实验仿真 20
四、音乐喷泉实物制作流程 21
4.1 实物介绍及图片展示 21
4.2 实物制作流程概述 21
4.3 实物的演示过程 22
4.4 个别元器件的使用说明 22
五、结论 25
六、参考文献 26
七、致谢 27
附录 28
附录一 28
附录二 29
一、引言
1.1 课题的背景
进入21世纪以来，随着人们生活水平的提高和科技的飞速发展，一些与提高生活质量挂钩的科技设计悄无声息的快步前行，音乐喷泉作为新兴的娱乐项目常常出现在大型广场、主题公园、人工湖泊、游乐场等表演场所，深受人们的喜爱。一个精心制造的音乐喷泉不仅可以带来美轮美奂的视觉效果，更可以提高一片地域的档次，甚至对一个城市的外观带来意想不到的影响和效果。
早期的音乐喷泉受到硬件条件的限制，大多形式单调，结构和构造也相对比较简单，大大影响了音乐喷泉的观赏力度。随着近些年控制自动化技术的高速发展，音乐喷泉的整体也有了很大的改观，变的色彩化，多样化。音乐喷泉是现代景观科技的产物，并天作之合的与艺术相结合达到令人叹服的结合产物，它通过喷水柱的来回摆动、五颜六色的LED彩灯和节奏性很强的优美音乐结合在一起构成一个喷泉系统。伴随着音频的播放，水柱通过系统预设定的动作来回摆动，与城市构成一道靓丽的风景线令人心旷神怡，流连忘返。归根到底，自动化系统的出现和发展造福了一代人，又对下一代人有着深远的影响。
一九三零年，新科技的“苹果”砸中了奥图皮世特先生头上，他率先提出将音乐和喷泉相结合的想法，德国发明家初期只是在小商店的门口试运行，几年的发展历程后，才将音乐喷泉的规模发展的壮大一些，其系统的整体程度也变得更完善。第一次正式登场就引来数万人的关注，一九五二年一月十五日，在美国完美亮相揭开了音乐喷泉的序幕，正式登上历史的舞台。我国自改革开放以来，生产力的发展带动科技的发展，八十年代中叶陆续引进、建造了小型的音乐喷泉。对城市的发展，现代化的建设起到了关键的作用。外来的技术带来的高额成本使国内的喷泉产业受到一定的阻碍影响，自主研发一时间成为那个时代的行业的热词，引进的技术加以自行的开发和研究，喷泉的花样不断地变化。各式各样的花型屡见不鲜，音乐喷泉还可以同假日广场，水幕3D电影想匹配，制造出让人乐而忘返的场面。
近些年，国内音乐喷泉行业的竞争也算是激烈，优胜劣汰，弱肉强食，我国也出现了综合实力比较强的大型音乐喷泉水景公司，能够独立完成大型甚至超大型的音乐喷泉工程项目，陆陆续续创造世界之最的记录。归根到底，我国音乐喷泉的建造规模和市场营销量是其他国家望尘莫及的，世界的领头羊。
1.2 课题的发展现状
位于洛阳新区会展中心的南湖音乐喷泉是亚洲第一大音乐喷泉，它拥有多项世界之最：369米的世界上最长数控跑泉，12万平方米的世界最大面积的综合水景，世界首创的高科技百变喷泉水形，世界上最准确无误的自动化数控定位系统，同时也是最长最高的变频阵列。南湖音乐喷泉的建成可以说是国人的骄傲，洛阳新区会展中心也因为它的到来而更显得奢华，是我国近些年音乐喷泉的杰出代表。
别称“泉城”的济南市自然少不了音乐喷泉的盛宴，泉城广场音乐喷泉是济南众多音乐喷泉的佼佼者，泉城广场是省会济南的中心广场泉城广场集中体现了“山、泉、湖、城、河”的泉城特色。城市的西边有四组喷泉，由于现代科技的加入，得以使四大名泉的称号众人皆知，家喻户晓，使来到泉城的游客不仅欣赏泉，还可以欣赏到泉“表演”，使泉“文化”深入人心。在众多喷泉中最引人关注的非位于泉城广场东部的荷花音乐喷泉莫属。它是广场的主要景观之一。荷花音乐喷泉的构造就让人神往，顾名思义，水池中央有个大荷花，各式的水柱从荷花里面喷射而出，宛如荷花在瞬间绽放，洋洋大观。
此外，新加坡圣淘沙旅游区、深圳海上世界水秀等等的音乐的设计与效果也是值得参考的，表现出壮阔、绚丽的水景之美。世界上不缺乏音乐喷泉控制系统，而不多见是有学习价值的设计，以上提出的实例不仅壮观，更富有学习价值，是自动化控制系统学者参考研究的完美对象。新的记录总是被创造，这才是学习之本。
本小节提出的音乐喷泉控制系统，从以下几个方面对比：音乐喷泉的规模、设计的复杂程度、水舞的表现形式都可见是难以超越的，从建造的工程量上来说，都属于大型工程。自动化控制系统通常来说主流采用的控制方法有PLC逻辑编程控制系统控制或者单片机控制。采用PLC控制系统优点在于：发展历程较长，技术相对成熟，容错率较高，抗外界干扰能力强，故障率也低，后勤的维修维护也很方便，开发周期相比较单片机短。PLC逻辑编程控制系统的优点很多但是缺点也是很明显的，制作成品的价格高，用户购买量也多，需求量大，通常只为客户的单独设计，然后投入到批量应用。而对于音乐喷泉的设计，关键应该考虑到造价，可重复的使用性。单片机控制系统应用比较固定，需要单独的芯片去开发，且经济实惠造价低，很适用音乐喷泉类似的项目的制造。综合PLC控制系统和单片机控制系统的优缺点本设计的可行性，本项目采用单片机控制系统集成。
1.3 课题研究的意义
进入二十一世纪以来，我国逐渐迈入小康社会阶层，科学技术在飞速的发展，人们的生活水平也因此提高了不少，人们逐渐对自己居住的环境越来越重视。音乐喷泉的建造可以说有百般好处而无一害，对提高城市的档次影响颇大，许多城市为了创建国家级的绿化、文明城市深远的把眼光放在喷泉上，音乐喷泉的重视度也因此而提高。
水景应用技术的出现和飞快发展对音乐喷泉有不小的带动作用，许多技术应用到实践中，因此水艺景观工程也自成一派，但是由于起步较晚，初期的水艺景观在许多方面表现出不成熟的一面。
水艺景观笼统可以分为利用特殊地势和建筑结构形成的水艺、二是完全依靠喷泉设备造景。前者多为常见的有水流，小瀑布，人工造湖，养鱼塘等等；而后者多常见为音乐喷泉系列的产品及其附属产品，后者在这些年的发展的很快，得以在很多场合被运用的缘故。
本小节介绍的重点是音乐喷泉的课题研究意义及其重要性，通常来说在生活中最常常见到音乐喷泉的地点大概就是大型节假日广场、代表一个场所的主题音乐喷泉、还有公园内湖泊里的音乐喷泉。其水舞造型或是简约，大方或是华丽，奢华，令人嗟叹不已。还有的伴随着欢快的音乐节奏，为人们展现动感十足的水表演，给人以千变万化，绚丽多姿的视听效果。
当小区里建设了音乐喷泉，古典之风的小区会显得更有内涵，有深意，耐人寻味，仿佛使人进去的是历史的长廊博物馆，而不是自己的居住地，在这样的环境下居住，生活节奏慢慢的，品味人生。松弛，舒适的环境氛围给人们愉悦的感受。当充满时尚气息的现代化都市建设音乐喷泉，会使场景的主题再升华，在忙碌的现代化生活，给人一点放松，一点思考的时间。
音乐喷泉是艺术和科技的完美结合，设计的规模可以复杂可以简单，工程的规模可以很大也可以适宜的变的很小，也就是说音乐喷泉控制系统的灵活性很高，适应很多场合。
综上所述，音乐喷泉存在的意义不仅在于装饰一个场景，升华一个场景的格调，更多的是对人们的生活有着千丝万缕的联系，是一种艺术欣赏的存在，是一种能够带来人们生活质量提高的效应存在意义。
参考文献
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