2023基于單片機(jī)的音樂噴泉設(shè)計開題報告

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題目：基于單片機(jī)的音樂噴泉設(shè)計1.1單片機(jī)應(yīng)用于控制系統(tǒng)的研究背景早期時候，人們通過繼電器來實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制，成而形成了對系統(tǒng)的控制。在單片機(jī)出現(xiàn)后，單片機(jī)應(yīng)用于小型或者是中小型控制系統(tǒng)已經(jīng)成為了主流，隨著科學(xué)技術(shù)和科學(xué)理論的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，單片機(jī)的控制理論不斷成熟。單片機(jī)的發(fā)展能也逐漸朝著高集成、高速度、低功耗、低價格、大存儲容量和強(qiáng)I/O功能等方向發(fā)展。隨著計算機(jī)檔次的不斷提高，功能的不斷完善，單片機(jī)已越來越廣泛地應(yīng)用在各種領(lǐng)域的控制、自動化、智能化等方面。其中單片機(jī)也應(yīng)用到了美化環(huán)境系統(tǒng)中，譬如說彩燈顯示，噴泉。本次畢業(yè)設(shè)計我將以8位單片機(jī)AT89C51為主機(jī)，以及各先關(guān)的元器件，來完成對音樂噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計。1.2研究意義：音樂噴泉是近幾年來出現(xiàn)的噴泉水景與音樂欣賞相結(jié)合的產(chǎn)物，它的出現(xiàn)改變了噴泉藝術(shù)單調(diào)不變的局面。在音樂的伴隨下噴泉的高度、燈光的色調(diào)以及噴泉造型等隨著音樂變化而變化，忽而氣勢磅礴，猶如萬馬齊奔，忽而清閑舒緩，猶如春風(fēng)撫過楊柳，使觀眾迷醉于音樂與水型的完美結(jié)合中。目前，音樂噴泉出現(xiàn)了各種表現(xiàn)形式，譬如大型廣場噴泉、激光噴泉、水幕電影、超高噴泉、人工瀑布等。由于音樂噴泉作為一種獨(dú)特的人工景觀，具有很大的欣賞價值，國內(nèi)各大城市或在廣場或在公園都有它的身影?？梢哉f，音樂噴泉己經(jīng)成為一種消遣產(chǎn)業(yè)，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。為了適應(yīng)噴泉工程建設(shè)的需要，國內(nèi)出現(xiàn)了眾多的噴泉設(shè)備廠和噴泉設(shè)計專業(yè)公司。音樂噴泉作為一種獨(dú)特的人工景觀，獲得了廣大人民的愛好，不僅使得人們在視覺上得到了享受，而且在音樂背景下，能夠鼓舞我們的心智。目前音樂噴泉已經(jīng)成為一種消遣產(chǎn)業(yè)，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，研究和設(shè)計高水平的音樂噴泉控制技術(shù)是十分重要的1.3音樂噴泉國內(nèi)外發(fā)展形勢音樂噴泉是現(xiàn)代科技與藝術(shù)的綜合，音樂噴泉將噴水圖形、彩色燈光及音樂旋律構(gòu)成一個有機(jī)的整體，隨著樂曲旋律和節(jié)奏的變化，各種不同的噴水花形相應(yīng)的協(xié)同變換，在五彩絢麗的變幻燈光照射下，構(gòu)成一幅幅奇妙無比的景觀、令人賞心悅目，嘆為觀止，在視聽上獲得極大的享受。音樂噴泉的起源于1930年，32

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德國人首先帶出噴泉的概念，此后經(jīng)過多年的發(fā)展，其音樂噴泉的設(shè)計及構(gòu)造已變得更大型及繁雜。隨著我國改革開放政策的不斷實施，80年代中，我國也相繼引進(jìn)和自行設(shè)計建造了多座音樂噴泉，為美化環(huán)境，活躍人民的文化生活起了良好的作用。通過學(xué)習(xí)和引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，加上自行研究和開發(fā)，噴泉的面貌不斷更新，各種新水型層出不窮，音樂噴泉還可以同水幕電影、激光表演和舞臺表演相結(jié)合，產(chǎn)生令人難忘的藝術(shù)效。音樂噴泉涉及的專業(yè)十分廣泛，包括音樂信號分析、給排水、電氣控制、通訊、攝像技術(shù)、計算機(jī)自動控制、三維動畫制作和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)等。所以說音樂噴泉這個行業(yè)是一個綜合性十分強(qiáng)的行業(yè)。一個音樂噴泉工程的成功實施需要以上幾方面的專業(yè)工程技術(shù)人員緊湊的協(xié)同才能完成。在國際上，由于現(xiàn)在大多數(shù)噴泉使用單位對音樂噴泉的要求越來越高，他們想讓噴泉具備更多的變化手段或表現(xiàn)形式，所以有越來越多的用戶或者需要根據(jù)自己的喜好；或者對音樂噴泉控制程序進(jìn)行進(jìn)一步研發(fā)和應(yīng)用；或者抱著游戲的態(tài)度對噴泉本身的水形變化根據(jù)音樂信號的特征進(jìn)行有目的或隨機(jī)的編排。這就要求音樂噴泉控制系統(tǒng)中的組態(tài)軟件、PLC編程軟件、網(wǎng)絡(luò)通訊架構(gòu)和變頻器必需具備“宏指令編輯功能〞（即在組態(tài)界面專門開拓出的編輯菜單或子程序內(nèi)填寫相應(yīng)的數(shù)據(jù)后存儲形成新的控制程序）、開放式編程環(huán)境（即可以在線或離線編制與主控制程序相適應(yīng)的符合國際標(biāo)準(zhǔn)的開放式程序?qū)懭氲浇M態(tài)軟件和PLC程序內(nèi)形成新的控制程序）和快速穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡(luò)通訊功能。2.1選題依據(jù)：在來到大學(xué)時，我才第一次正真意義上了解到音樂噴泉。大二時，學(xué)校的后山開發(fā)了神農(nóng)城項目。其中最引人矚目的項目是水系表演音樂噴泉項目。2023年10月份的慶市建成60周年時。音樂噴泉以獨(dú)特的魅力吸引著我。水柱的波動隨音樂而變幻莫測，絢麗多彩，同時彩燈的變換更添幾絲神韻。從那是起我就開始依戀上了音樂噴泉，后來我就對自動控制原理做了一番研究，隨后我又開始了解了單片機(jī)的先關(guān)原理。而對音樂噴泉的原理有了一定的了解，所以這次在畢業(yè)設(shè)計時我毅然的選擇了基于單片機(jī)的音樂噴泉設(shè)計。我想通過這四年的學(xué)習(xí)我有能力完成這次設(shè)計。同時在指導(dǎo)老師的引導(dǎo)下，這次設(shè)計也是對大學(xué)四年的檢測和提升。隨著生活水平的提高，人們對環(huán)境要求越來越高,城市環(huán)境建設(shè)日益為人們所重視。噴泉作為一種欣賞性較高的藝術(shù)水景，不斷地出現(xiàn)在城市的廣場、公33

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園及其他公共場所。在音樂噴泉中，噴頭的多姿造型和繽紛的水下燈光都受噴泉控制器的控制。由于不同的噴泉對水泵和彩燈組數(shù)的要求各不一致，因此設(shè)計一種簡單、通用、組數(shù)可靈活擴(kuò)展的噴泉控制器就成為噴泉設(shè)計者的一個任務(wù)。本課題利用所學(xué)的知識，設(shè)計一個音樂控制的模擬噴泉。2.2課題的主要內(nèi)容：設(shè)計一個基于單片機(jī)控制的音樂噴泉，確定方案，畫出原理圖和PCB幅員，購買元器件完成產(chǎn)品制作，確定具體電路、制作、調(diào)試、作品驗收。根據(jù)音樂的強(qiáng)弱對電機(jī)，水泵或閥門進(jìn)行控制，以便控制噴泉水柱的高低，驅(qū)動噴頭的個數(shù)根據(jù)狀況自行確定?？尚行苑治觯河脝纹瑱C(jī)根據(jù)音樂的強(qiáng)弱對電機(jī)，水泵或閥門進(jìn)行控制，以便控制噴泉水柱的高低。輸入為音樂成正比的電壓信號，輸出為對水泵轉(zhuǎn)速或閥門的控制量。選用單片機(jī)作為此次音樂噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計的控制核心，主要是為了實現(xiàn)單片放音，并控制多個電磁閥的開閉動作和水泵的動作，解決系統(tǒng)中信號的同步性問題。整個電路設(shè)計簡單，通用，基于工程背景，具有可行性。2.3技術(shù)解決方案：（1）方案一：基于硬件電路采樣的前饋補(bǔ)償音樂噴泉控制系統(tǒng)此方案優(yōu)點是新型音樂噴泉控制方法的采樣結(jié)果可以直接反映音樂強(qiáng)度，并由噴泉控制器與上位機(jī)協(xié)同工作來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與處理，該方法每0.1秒采樣一次數(shù)據(jù)。當(dāng)利用前饋補(bǔ)償方式控制輸出時，前饋控制時間完全可由設(shè)置的“前饋〞時間確定，故可滿足實際音樂噴泉前饋補(bǔ)償控制的需要。可由于硬件條件的限制以及能力的要求較高，實施較困難。（2）方案二：基于全數(shù)字集成電路音樂噴泉控制器此方案設(shè)計分為音控、程控兩用的音樂噴泉控制器。控制三組不同顏色的彩燈，五臺不同噴泉造型的水泵。音控、程控可用開關(guān)手動切換。程控的速度可用電位器調(diào)理。音控時，輸入音樂的音量直接控制彩燈，音樂音量小則彩燈開啟的組數(shù)少，音量大則彩燈開啟的組數(shù)多。整個電路設(shè)計簡單，通用，基于工程背景，具有可行性。34

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（3）方案三：基于單片機(jī)的音樂噴泉控制系統(tǒng)采用以AT89C51為核心的單片機(jī)控制方案。利用單片精明活的編程設(shè)計和豐富的IO端口，及其控制的確鑿性，能夠簡單而又實用的將樂曲控制噴泉的動作。而且以AT89C51為核心的嵌入式控制器，具有性價比高，體積小，易于操作等有點。因此本文采用該方案。該系統(tǒng)框圖如下圖所示。圖1系統(tǒng)總體框圖音樂的播放可在開啟噴泉時，由外部設(shè)備如VCD、DVD等設(shè)備播放，也可由計算機(jī)播放。根據(jù)有無音樂信號（計算機(jī)上播放或外部輸入），啟停噴泉。當(dāng)有音樂信號時，獲取聲音強(qiáng)度，通過模擬量卡、實時輸出到變頻器，作用到變速電機(jī)上，使噴頭噴水產(chǎn)生隨音樂起伏的效果。單片機(jī)控制系統(tǒng)具有啟動噴泉、燈光，捕獲音樂，產(chǎn)生輸出控制，顯示當(dāng)前音樂，噴泉、燈光狀態(tài)，中止噴泉、燈光等功能，同時對各組噴頭進(jìn)行一定時間內(nèi)的一定規(guī)則內(nèi)的隨機(jī)輪換。系統(tǒng)實現(xiàn)了樂曲演奏、樂曲選擇、樂