基于单片机的音乐喷泉控制器设计.

苏州工业园区职业技术学院毕毕业业项项目目2011届2011年5月5日项目类别：毕业设计项目名称：基于单片机的音乐喷泉控制器设计专业名称：应用电子技术姓名：王健学号：200800784班级：电子08301指导教师：张筱云苏州工业园区职业技术学院2011届毕业项目1苏州工业园区职业技术学院毕业项目任务书（个人表）系部：电子工程系毕业项目类别：毕业设计毕业项目名称：基于单片机的音乐喷泉控制器设计指导教师：张筱云职称：副教授/高工类别：专职学生：王健专业：应用电子班级：电子083011、毕业项目的主要任务及目标任务：设计并制作一个校园音乐喷泉控制器,使其具有基本的音乐播放、在线下载、水泵控制等基本功能。目标：提供一个音乐喷泉控制器硬件及可移动音乐喷泉实物。完成一篇7000字以上（图文混排A415页左右）的报告。2、毕业项目的主要内容论文的主要内容：总体方案设计；音乐喷泉控制器硬件设计，包括在线下载、音乐采集设计；音乐控制水泵驱动模块硬件电路原理图设计、硬件电路PCB版图设计；音乐喷泉控制器软件设计；音乐喷泉实物调试。要求：（1）采用学院规定的文档格式（2）论文正文层次分明，行文流畅，易懂（3）不得整段抄袭他人文章或技术资料苏州工业园区职业技术学院2011届毕业项目23、主要参考文献[1]陈忠平、曹巧媛,《单片机原理及接口》,清华大学出版社,2010[2]张志良,《单片机原理与控制技术》,机械工业出版社,2011[3]张筱云,《C51控制技术》,校本教材,2012[4]张筱云,《单片机扩展与接口技术》,校本教材,2012[5]赵华军，PLC在生产线送料小车控制系统中的应用，《机电工程技术》,第36卷第三期[6]郝力文、王子文，车间运输小车的智能控制，《机电工程》，2001年第28卷增刊4、进度安排毕业项目各阶段任务起止日期1．音乐喷泉资料收集10.11.10—10.11.302．音乐喷泉方案制定10.12.01—11.01.013．音乐喷泉硬件设计11.02.01—11.02.154．音乐喷泉软件设计11.02.01—11.02.155．音乐喷泉软硬件模块调试11.02.15—11.03.316.音乐喷泉实物调试11.04.01—11.04.307.完成研究报告（毕业论文）11.5.01—11.05.158．准备答辩11.5.16—11.05.22苏州工业园区职业技术学院2011届毕业项目3诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业项目报告/论文《基于单片机的音乐喷泉控制器设计》是本人在指导老师的指导下，独立研究、写作的成果。论文中所引用是他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人独自承担。作者签名：年月日苏州工业园区职业技术学院2011届毕业项目4目录摘要.....................................................11音乐喷泉的概述............................................21.1音乐喷泉简介..........................................21.2音乐喷泉的发展方向....................................21.3音乐喷泉的设计意义....................................32校园音乐喷泉的方案分析与论证..............................42.1校园音乐喷泉控制器的要求..............................42.2校园音乐喷泉控制器的方案分析..........................42.3方案论证..............................................63控制系统硬件设计..........................错误!未定义书签。3.1校园音乐喷泉控制系统结构框图..........错误!未定义书签。3.2校园音乐喷泉控制器硬件原理图..........错误!未定义书签。3.3单片机主控模块........................错误!未定义书签。3.4控制器电源模块........................错误!未定义书签。3.5控制器红外遥控模块....................错误!未定义书签。3.6SD卡模块.............................错误!未定义书签。3.7F/V转换模块..........................错误!未定义书签。3.8A/D模块..............................错误!未定义书签。3.9D/A模块..............................错误!未定义书签。3.10功率放大模块.........................错误!未定义书签。3.11液晶12864显示模块...................错误!未定义书签。苏州工业园区职业技术学院2011届毕业项目53.12变频器工作原理.......................错误!未定义书签。4控制系统软件设计..........................错误!未定义书签。4.1主程序流程图.........................错误!未定义书签。4.2红外信号处理程序流程图................错误!未定义书签。4.3AD_DA转换程序流程图..................错误!未定义书签。5设计测试结果仿真与调试....................错误!未定义书签。5.1仿真调试..............................错误!未定义书签。5.2现场调试..............................错误!未定义书签。6总结.....................................................77参考文献.................................................9苏州工业园区职业技术学院2011届毕业项目1摘要本文介绍一种以单片机为核心对音频信号进行处理的音乐喷泉控制器，很好的实现了音乐与喷泉的同步性。在基本功能达到的同时，在喷泉的外围设备上加以修饰（如灯光、喷头），并且由单片机控制很好的将它们融入了音乐，随着音乐节奏变化而变化。此次设计该音乐喷泉控制器的音源来自于SD卡模块，使用了红外遥控对控制器进行控制，并且通过液晶模块进行同步显示。充分体现了此次设计目的：小、精、全。关键词：AT89S52，F/V转换，校园音乐喷泉，变频器苏州工业园区职业技术学院2011届毕业项目21音乐喷泉的概述1.1音乐喷泉简介喷泉是人工环境中最富有生命力的景观,它具有分隔空间、增加层次、净化空气、美化环境的作用。现代高科技把美妙的音乐、多姿的喷泉造型、五彩缤纷的水下灯光、神奇的激光图文，通过电脑有机的结合在一起，给人以音乐声响、视觉形象、色彩变换三位一体的超自然享受（如图1-1、1-2）。随着我国人民物质生活水平的不断提高，对于精神生活的要求也在不断提高，为进一步改造环境景观，建设一个音乐喷泉是很有必要的。图1-1音乐喷泉1图1-2音乐喷泉21.2音乐喷泉的发展方向1.2.1冷雾喷泉淡淡的干雾，别有韵致的，轻轻地舒展着妩媚。时而浩浩而来，时而蜿蜓而去，时而高耸如云，时而低回萦绕，使得空气纯净而湿润。而且变化莫测，让人透出阵阵沁人心脾的惬意，如濒临世外仙境，配上如痴如醉的音乐，如梦如幻，产生虚无缥缈的梦幻般感觉，从而更增添了几分朦胧之美与神秘之感。干雾似乎能让人在熙攘市嚣中，暂时得以洗涤一身凡俗，舒缓那忐忑不安的心灵，也充分体现了人与自然不可分割的密切关系。1.2.2水幕电影电影，人们并不陌生，继立体电影和全景电影之后，当今电影业最热闹的、最令人耳目一新的莫过于激光水幕电影了。它是将激光电影投射在特制的大型水幕之上，内容新鲜刺激，激光变幻莫测，新奇飘逸的意境确实令人神往。1.2.3玻光喷泉弧形玻光水线穿池而出。单而高的喷、小而飘逸的泉，更强化了起伏效果，一种轻灵、腾飞之势呼之欲出，从而增加了亲水性，在流动的水面中创造了不同层次的水景，形成颇具特色的景观。苏州工业园区职业技术学院2011届毕业项目31.3音乐喷泉的设计意义现在音乐喷泉是现在高科技技术在传统喷泉上的升华，是高科技的一种美的体现。做好一个真正的音乐喷泉并不是很容易的事，它涉及到信号处理、控制技术、模式识别、流体力学、机械设计等多种技术。需要对这些技术融会贯通才能做到熟能生巧，才能设计制造出生动活泼的美妙喷泉。苏州工业园区职业技术学院2011届毕业项目42校园音乐喷泉的方案分析与论证2.1校园音乐喷泉控制器的要求首先音乐音乐喷泉最基本且最核心的要求就是音乐与喷泉同步，在听觉和视觉方面同时给人一个美的冲击。而校园音乐喷泉顾名思义，在完成音乐喷泉基本功能的同时，还要充分体现出以下两个方面：（1）校园音乐喷泉控制器的外观大小：此次设计突破人们的常规思想，因为每提到音乐喷泉，大家都会首先意识到各大型广场那壮观的一幕幕大型喷泉场景。此次设计目的是将音乐喷泉带到大家的身边（如学校、家庭），所以在外观大小方面做到精致，同时达到灯光与喷头的效果，最终实现喷泉可移动性。（2）校园音乐喷泉控制器的功能完善：在完成了音乐喷泉的基本功能后，外观大小做到精致的同时，必须保证功能的完整性。该控制器实现红外控制、液晶同步显示、音源模块与电脑方便通讯等功能。2.2校园音乐喷泉控制器的方案分析下面我们就如何能方便、简单地实现校园音乐喷泉的以上功能及经济角度等方面，将在音乐喷泉控制系统中常用的各种控制控制器或控制电路的优缺点进行简单地比较。方案1：继电器-接触器控制系统该系统与其他系统相比，结构比较简单，易于理解和掌握，其设计成本也相对较低。但从应用于该大型广场音乐喷泉系统中来看，该系统有以下几个缺点：（1）接点易磨损，电接触不好；在一个喷泉系统中，需要用到的继电器、接触器的数量是相当大的，因此，在此控制系统中，如果有一个触点接触不良，整个系统就会瘫痪，而且要找出故障元件是很难的，维修也相当烦琐。（2）功能局限性；接触器动作缓慢以及过度延时是该系统的缺点之一，因为该控制系统要求与音乐同步，并能实时的表现出音乐信号的变化。同时，以接触器为控制核心，很难实现红外通讯与液晶通讯。综上所述，由于该系统有诸多弊病，继电器-接触器系统仅仅应用于反应速度、精度、实时性要求不是很高的场合，随着科技的进步，该型控制系统已逐渐被淘汰。苏州工业园区职业技术学院2011届毕业项目5方案2：PLC控制系统经过数十年的发展，PLC技术已越来越成熟，应用的范围也越来越广泛，几乎渗透到了各行各业。而在很多的控制应用系统中，以PLC为核心的控制系统逐渐成为理想的控制系统，主要特点：硬件的可靠性高、编程简单，使用方便。但该控制系统存在以下几个缺点：（1）性价比一个产品的设计成功与否，主要考虑它的实用性与性价比，所以性价比是一个不可忽视的环节，由于本次设计核心是一个校园音乐喷泉控制器，不仅在功能上要基本实现，而且需要有所突破，比如：配上红外控制，液晶显示。这样PLC在通讯和I/O数量方便需要扩展，需添加相应的扩展模块，这样就大大提高了设计成本。（2）音乐与喷泉同步问题音乐的频率是一个很精准的模拟量，如果想很好的实现喷泉与音乐的同步问题，那么采集音频、音频转换等过程需要精度很高，而PLC本身不自带各转换模块（如AD、DA等），所以需要再次扩展，那么又重新回到性价比问题。综上所述，PLC更适合一些大型的音乐喷泉制作，成本可以不计于考虑，但此次设计核心是校园音乐喷泉，以精致、性价比高为特点，将来还可能走向家庭，所以成本理应考虑。方案3：工业PC机控制系统目前市面上很多专业的音乐喷泉公司制作音乐喷泉开始采用