基于单片机的小型音乐喷泉控制系统开题报告

 2021-08-08 12:08

1. 研究目的与意义

喷泉是一种供人们欣赏娱乐的优美水造型景观。传统的喷泉控制一旦设计好控制线路,就不能随意改变喷水花样及喷水时间,喷泉样式单一。而花样音乐喷泉通过人工设计不仅可以喷射出花式多样、姿态优美的水柱,而且还伴随这优美的音乐。在当今生活中,除了用于浇灌植被景观外,花样音乐喷泉也成为了大型公共娱乐设施中重要的组成部分。它不仅可以用水来表现艺术,呈现出各种美丽的自然之态。与此同时,在炎炎夏日,花样音乐喷泉还可以增加空气中的湿度、降低环境温度,能为水体充氧并增加其自净能力。花样音乐喷泉在大型公共娱乐设施中备受人们青睐,它在人们日常生活中也占有举足轻重的地位。

花样音乐喷泉运行的灵活性是评价花样音乐喷泉优劣的关键,包括花样效果和灯光效果、以及音乐效果,而这与花样音乐喷泉的控制系统息息相关。本课题要求我们设计一个基于单片机的花样喷泉控制系统,使喷泉在不同季节、气候下,呈现出不同的样式,并可以稳定、灵活的工作。该控制系统具备着可靠性强、操纵和维护简便等优点。

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2. 国内外研究现状分析

喷泉的起源很早,无论国内还是国外,喷泉作为一种人为创造的自然景观,一直为人们所喜爱。七到十八世纪,喷泉在欧洲城市盛行一时,到了二十世纪,随着西方列强崛起,喷泉发展成为一种大型水景。我国现代意义喷泉始于二十世纪八十年,以前我国喷泉只是建筑给排水和园林造景专业的一个技术细节,从设计到产品制造,工程安装都没有形成规模。八十年代以后,随着国民经济恢复和发展,人民生活水平提高,人民精神生活要求提高,一些城市在城市建设中,在美化环境基础上对喷泉提出了新的要求,近些年来出现的花式观赏与园林建筑相结合的新型产物花样音乐喷泉便是它的产物之一,被广泛应用于城市广场、园林建筑、学校校园等众多的地方。

早期的喷泉靠着人工给水系统给喷泉供水,不仅实时性差,而且浪费人力物力。随着科学技术进步,计算机控制系统与自动化水平程度的提高,对喷泉的发展又有了更大改善。目前,国内外喷泉系统基本原理:控制系统水泵喷头。现代的喷泉,是一种集声、光、电、水、力为一体的高科技产物。对于现代喷泉的发展,人们主要的焦点在于控制技术和水泵技术上,并且在控制技术上已经取得了很大的突破和改进。目前,国内外喷泉采用的控制系统主要有继电器控制系统、单片机控制系统、PLC 控制系统。

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3. 研究的基本内容与计划

一、硬件选择

(1)PLC优点:

可靠性高,抗干扰能力强;

配套齐全,功能完善,适用性强;

易学易用,深受工程技术人员欢迎;

系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造;

(2)单片机优点:

高集成度,体积小;

控制功能强;

低电压、低功耗;

易扩展;

性价比高;

(3)PLC与单片机的差别是:

1.PLC是应用单片机构成的比较成熟的控制系统,是已经调试成熟稳定的单片机应用系统的产品。有较强的通用性。

2.单片机可以构成各种各样的应用系统,使用范围更广。单就单片机而言,它只是一种集成电路,还必须与其它元器件及软件构成系统才能应用。

3.从工程的使用来看,对单项工程或重复数极少的项目,采用PLC快捷方便,成功率高,可靠性好,但成本较高。对于量大的配套项目,采用单片机系统具有成本低、效益高的优点,但这要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定。

该系统选用STC12C5A60S2 单片机,STC12C5A60S2是STC生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机,是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换,针对电机控制,强干扰场合。

二、程序设计

系统的工作过程为:音乐来源有两种方式:一种是通过上位机的音乐播放器播放音乐;一种是单片机内部软件编写的音乐。外部音乐可以任意时刻播放,内部音乐在晚上六点开始播放。

首先可以通过上位机音乐播放器播放任意优美动听的音乐,于此同时,字符显示南京林业大学,彩灯和喷泉随着音乐频率变化而变化。接着打开,上位机通信按钮,通过观察上位机,当时间达到晚上18点时,上位机指示灯点亮,向下位机发送指令,控制单片机播放单片机内部音乐,彩灯样式变化,喷泉水柱随着音乐变化而变化。

喷泉彩灯样式如图1所示外围八个为彩灯,中间为喷泉,花样音乐喷泉控制系统的五种花样:

花样一:从左上角第一个彩灯开启,顺时针依次工作,时间间隔为1秒;中间喷泉最后工作,保持1秒;

花样二:从左上角第一个彩灯开启,逆时针依次工作,时间间隔为1秒;中间喷泉最后工作,保持1秒;

花样三:上面三个彩灯(第一、第二、第三个彩灯)同时开启,保持1秒;上面彩灯关闭,横排中间两个彩灯(第四、第八个彩灯)同时开启,保持1秒;横排中间两个关闭,下面三个彩灯(第五、第六第七个彩灯)同时开启,保持1秒喷泉一直工作;

花样四:左面三个彩灯(第一、第七、第八个彩灯)同时开启,保持1秒;左面三个彩灯关闭,竖列中间两个彩灯(第二、第六个彩灯)同时开启,保持1秒;竖列中间两三个彩灯关闭,右边三个彩灯(第三、第四、第五个彩灯)同时开启,保持1秒;花样五:全部彩灯,喷泉工作,保持1秒;

花样音乐喷泉两种工作方式:

第一种:花样一花样二花样三花样四花样五。

第二种:花样一花样三花样二花样四花样五。

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4. 研究创新点

与其他音乐喷泉相比,本次设计的音乐来源方式有两种:一种是通过上位机的音乐播放器播放音乐,音乐可以是来自网上资源的任意优美动听的音乐;一种是单片机内部软件编写的音乐。外部音乐可以任意时刻播放,内部音乐在晚上六点开始播放,但达到七点后,等到音乐结束,系统停止工作,当音乐响起时,使彩灯和喷头随音乐滚动的效果,便形成了音乐喷泉。

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