音乐喷泉控制系统设计实施方案.doc

1、音乐喷泉控制系统实施方案摘 要随着人们生活水平的提高和建立绿色城市的向往，音乐喷泉以其独特的魅力和特殊的功能，愈来愈成为休闲娱乐产业中的一项重要产品,音乐喷泉的兴建也越来越多。根据目前音乐喷泉的发展现状，介绍了一个以AT89C51单片机为核心的小型音乐喷泉控制系统。给出了一个简洁的单片机控制电路，分析了输出地址，描述了不同类型的输出电路和输入电路；介绍了从特定构造的喷池中获得决定喷池动作的喷池数据的原理；给出了主程序框图和看门狗子程序。采用程序控制或人工按键控制电磁阀来控制花型。音频信号还影响灯光色彩和灯光光线明暗的变化。从而使灯光色彩、灯光的闪烁和喷泉水姿随音乐节奏而变化。关键词：音乐喷泉；

2、单片机；单片机控制；喷池数据；看门狗子程序Small-scale musical fountain control system designAbstractWith the improvement of peoples living standard and yearn for building green city, music fountain is more and more popular for its unique charm and special function large numbers of music fountain is increasingly built. A

3、ccording to the present situation of music fountain now, control system of mini type music Fountain based on AT89C51 SCM was introducedA succinct SCM control circuit was preto obtain data from a specific fountain pool .Was elaborated，which will affect actions of the p001Finally, the structure drawin

4、g of main program and the watchdog program were put forward. The flower shapes are controlled by program controlling or man-made keystroke controlling electromagnetic valves. The color、the light and shade of ray are changed by musical signals. So that the color、the light and shade of ray、the spring

5、form is changed with musics rhythm when music is playedKey Words: music fountain；SCM；SCM control；data of fountain pool；watchdog program 2目 录摘 要1ABSTRACT21 绪 论11.1引言11.2小型音乐喷泉的发展现状11.3本文主要研究内容22 喷泉硬件设计32.1鱼缸设计32.2 造型方案设计32.3花型及喷头的选择32.4喷泉照明灯具的选择62.5水泵和电机的选择63 喷泉控制系统硬件设计73.1 控制系统硬件总体设计方案73.2单片机电路73.3输

6、出电路93.4输入电路93.5潜水泵调速硬件方案设计103.6灯光硬件方案设计103.7电磁阀硬件方案设计113.8解决系统时间滞后硬件电路设计124 喷泉控制系统软件设计134.1喷池数据134.2主程序框图144.3 控制潜水泵软件设计模块154.3.1 潜水泵开关调速的原理154.3.2潜水泵开关调速的软件设计164.4控制电磁阀软件设计模块174.5 歌曲存储模块184.5.1音频脉冲的产生184.5.2音乐程序194.6灯光控制模块224.7看门狗子程序234.8实验仿真23结 论25致 谢26参 考 文 献2732第一章 绪论1 绪 论1.1引言随着人们生活水平的提高，人们对环境的

7、要求越来越高,城市环境建设日益为人们所重视。喷泉作为一种观赏性较高的艺术水景,不断的出现在城市的广场、公园及其它公共场所，早些的喷泉都是固定不可调的，显得有些单调，随着科技的发展音乐喷泉也进入了我们的城市。音乐喷泉是现代科技与艺术的综合，音乐喷泉将喷水图形、彩色灯光及音乐旋律构成一个有机的整体，随着乐曲旋律和节奏的变化，各种不同的喷水花形相应的配合变换，在五彩绚丽的变幻灯光照耀下，构成一幅幅奇妙无比的景观、令人赏心悦目，叹为观止，在视听上获得极大的享受。音乐喷泉的起源于1930年，德国人首先带出喷泉的概念，此后经过多年的发展，其音乐喷泉的设计及构造已变得更大型及复杂。随着我国改革开放政策的不断

8、实施，80年代中，我国也相继引进和自行设计建造了多座音乐喷泉，为美化环境，活跃人民的文化生活起了良好的作用。通过学习和引进国外先进技术，加上自行研究和开发，喷泉的面貌不断更新，各种新水型层出不穷，音乐喷泉还可以同水幕电影、激光表演和舞台表演相结合，产生令人难忘的艺术效果。我国现有上百家喷泉水景设备制造厂，经过市场竞争、优胜劣汰，我国已经出现了几家综合实力较强的大型喷泉水景工程公司，能够独立建设投资上千万元的特大型喷泉水景工程，并创造了一些世界之最的新记录。总体上说，我国的喷泉水景技术已经达到了国际先进水平，其建设规模和市场需求更是其他国家所难以相比的。 本次设计内容有：首先进行音乐喷泉产品的市

9、场分析并制定总体方案及其系统规范，其次进行音乐喷泉硬件模块化设计，再次进行音乐喷泉软件模块化设计，最后是组装调试，并进行总结。1.2小型音乐喷泉的发展现状从喷泉概念的提出发展至今喷泉技术已越来越成熟，许多高科技技术也得到不断的应用。起初，喷泉被用来装饰我们的城市出现在各大广场、公园等公共场所，为城市环境增色不少。但是随着人们生活品质的提高，越来越多的人迫切希望小型的音乐喷泉能走进人们的家中，搬进室内。目前，国内对小型音乐喷泉的研究和开发都较少，技术不成熟。小型音乐喷泉不仅是一种观赏性较高的艺术水景，而且能增加周围空气湿度，减少空气中的尘埃，降低空气温度。喷头向上喷出的水珠与空气中的水分子高速撞

10、击后能产生大量的负氧离子，从而对改善环境起着综合作用。经过市场调查分析, 随着人们生活质量的提高，小型音乐喷泉在国内的建设将会越来越多，市场前景较好。综上所述，决定设计和开发小型音乐喷泉。1.3本文主要研究内容经过大量的调查，针对家庭用户要求价格实惠，在五百元以内是可以接收的。要求系统有现场采集并处理的能力，如现场采集某音频设备播放的任意一首歌，并用水柱表现出来；对于家庭用户要求不占地方，中等尺寸鱼缸就可以安装。易于维护，用户能控制花型的变化等。目前音乐喷泉的控制系统部件有可编程序控制器PLC、单片机、基本电路的组合等。小型音乐喷泉可以使用基本电路作为控制器，但如果要求控制效果比较理想的话就离

11、不开变频器；使用PLC的话就必须给PLC一个控制信号，一般不单独使用PLC去控制音乐喷泉；既然小型音乐喷泉的控制系统要求不是很复杂，而单片机具有对音乐信号采样和不是很复杂的处理能力，因此使用单片机可以直接利用处理后音乐数据去控制电机和电磁阀，进而控制音乐喷泉的花形、水柱高低等,而且成本最低，综上所述，本设计选用单片机作为小型音乐喷泉的控制系统部件。模块化设计的内容有： 喷泉硬件设计，在选择了鱼缸后，选择了各种喷头,灯具和潜水泵。 潜水泵控制模块。对于一般的家庭用户，不要求精确控制潜水泵转速,只要水柱的高低能反映声音强度的变化就行。结合音乐与水柱要尽量同步，尽量降低成本，所以本系统不采用变频器调

12、速，采用单片机程序及其控制电路完成调速。 灯光控制模块。尽量使用小功率的灯具设备，为了能使用各种灯具设备，减小软硬件设计难度，利用较便宜的音频调制灯光控制芯片。 花型控制模块。采用用户按键选择花型和程序自选花型两种形式，用户按键选择的花型通过LED显示出来。 歌曲存储模块。采用程序存储器来存储用户比较喜欢的歌曲，如有必要，可以扩展程序存储器。 延时模块。由于单片机处理数据的能力有限，为了便于以后使用傅立叶变换增加更多滞后时间，要求在外围采用硬件延时电路。2 喷泉硬件设计2.1鱼缸设计本音乐喷泉系统主要应用于大型金鱼缸中。金鱼缸已经是批准生产了，其主要参数已经固定，本系统以圆形金鱼缸1500mm

13、进行说明。2.2 造型方案设计设计方案：根据所选择的金鱼缸规格,喷泉管道设计如图2.1所示,设置十三个喷头，分内外两圈布置。图2.1 管道造型2.3花型及喷头的选择选择单射型、蒲公英型、向心型、礼花型、旋转型、水柱型、牵牛花型、蘑菇型花型，相应喷头参考如下表2.11表2.1 喷头参考参数喷头名称喷头型号水压(kpa)流量(m3/h)喷高(m)连接管直径DN(mm)连接形式安装尺寸A(mm)安装尺寸B(mm)数量树冰喷头SB-21912450.6-1.130.2-0.520内螺纹140+101直流喷头WX-11743-67 0.20.40.2-0.515内螺纹701+402花柱喷头HZ-1122

14、42-470.3-0.740.2-0.525内螺纹100+602旋转喷头XZ-30725-500.5-10.2-0.525内螺纹140+801牵牛花喷头PML50601.200.4020内螺纹160+1401涌泉喷头YQ-20137.0-68.00.4-10.45-0.7025内螺纹200-801孔雀开屏喷头KQ-210701.500.6040内螺纹600+4501扇形喷头SX-213-230.3-0.60.2-0.540内螺纹200+1202雾状喷头WZ-11216-650.24-0.470.2-0.520内螺纹45+201礼花喷头LH-2073.40.3-0.70.2-0.540内螺纹10

15、0702加气喷头JQ-30944-650.2-0.370.2-0.525内螺纹230+501说明： 喷头系列来源于宜兴市陶都喷泉设备厂。 其中内圈选用一个牵牛花喷头和四个礼花喷头。牵牛花喷头又称喇叭花喷头。它是利用折射原理，喷水时形成均匀的薄膜，其形状在无风和一定的水压下可形成完整的喇叭花型。这种喷水适用于室内或庭院的喷水池。在喷头下方可安装阀门调节水量，同时还可以调节喷头顶部的盖帽，使喷水花型达到最佳效果，半球喷头与此原理相同。雾状喷头它喷出的水滴非常细小，成为雾状，在阳光照射下可形成七色彩虹。因喷嘴构造差异，喷出的水姿也有不同，喷水时噪声小，用水量少，一般安装在雕像周围。直流喷头在各种场合

16、的喷水池中广泛应用，并是音乐喷泉的必备喷头，这种喷头装有球型接头，可沿垂直方向15度进行调节，万向直流喷头可组合各种不同形状的喷射效果，射流的高低和角度的变化，可根据水池形状大小定。孔雀开屏(半球蒲公英)喷头半球蒲公英喷头也称孔雀开屏喷头，但它结构原理与构造形式和开屏(散射)喷头都不相同，而与蒲公英喷头基本相同，其区别仅在于它是半球形，喷出的水姿像半环蒲公英，又像孔雀开屏。对水质的要求与蒲公英喷头相同，可应用于各种喷水池中。花柱喷头是多孔散射喷头的一种，又名层花喷头、花篮喷头等。喷水时，其外观形似一束鲜花，造型美观，安装方便，适用于各种场合的喷水池中。旋转喷头是利用水流的离心作用和反作用力的推

17、动，使喷头边喷水边旋转。由于喷头的支管数目。弯曲方向及喷头安装的倾斜角度不同，在喷水时形成美观多姿的不同造型如旋转喷头、旋转花篮喷头。涌泉喷头也是加气喷头的一种，又称鼓泡喷头、珍珠喷头。喷水时能将气吸入，使水姿形成充满空气的白色水丘，这种喷头可用较少的水量获得丰满庞大的景观，它可广泛用于各种场合喷水池中。礼花喷头是多孔散射喷头的另一种，又称莲蓬喷头。由于它与花柱喷头的构造稍有不同，喷出的水姿与花柱也有区别，它的喷水造型尤如正在燃放的礼花，造型美观，安装方便，适用于各种场合的喷水池中。加气喷头也称为掺气喷头、泡沫喷头、吸气喷头等。这种喷头用射流泵的原理，喷水时将空气吸入，以少量的水产生丰满的射流

18、，喷头的水柱呈白色不透明状，反光效果好。调节外套的高度可以改变吸入的空气量，吸入空气越多，水柱的颜色越白，泡沫越细，喷头有球形接头，可绕中心线轴向15度转动。它适用于室内外的各种喷水池中。2.4喷泉照明灯具的选择喷泉的照明可分为：固定照明、闪光照明和调光照明、水上照明和水下照明。本设计采用水下照明和闪光彩灯。水下照明灯配置是将灯泡装在密闭的灯具外壳内；置于水面下510厘米处，闪光彩灯是嵌于金鱼岗池壁之中。为了安全，本系统水下灯使用12伏的低压电源，并在灯泡的外面设有不锈钢的保护罩。2.5水泵和电机的选择由于本系统所需流量较小，且使用于家庭， 在此选择电机工作电压为220V。水泵的种类很多，在喷

19、泉系统中使用较多的是离心泵、潜水泵等。离心泵又分为单级离心泵、多级离心泵，其送水高度可达数百米。潜水泵可以直接置于喷水池或天然河湖等水体内，因此可以省去大量的管道布置和水泵房等设施。同时具有以下特点：体积小、重量轻，移动和安装方便;操作简便，由于泵体浸在水中，没有吸水扬程，所以启动前不需灌水，只要接通电源就能出水;成本低廉，它只要很短的出水管，没有吸水管和长的输水管，不装低阀和逆止阀。潜水电泵一般可以在0.7倍1.2倍的额定流量范围内正常运行。鉴于潜水泵的以上特点以及本设计的特点，根据喷泉管道系统中所需的流量及总扬程，选择潜水泵的型号见表2.62：表2.6 潜水泵的型号型号额定流量(m3/h)

20、额定扬程(m)额定功率(kW)额定转速(r/min)额定电流(A)额定电压(V)配管外径(mm)QDX40-4-0.7515-2540.7528601.422025QDX5-4-0.06540.06028600.3220253 喷泉控制系统硬件设计3.1 控制系统硬件总体设计方案该音乐喷泉控制系统的总体结构如图3.1所示，由音乐输入系统、数模转换系统、单片机控制系统和输出控制系统等组成。图3.1 系统总体结构3.2单片机电路选用AT89C51单片机为硬件核心电路。AT89C51单片机引脚和指令系统与51系列单片机完全兼容，因而使用方便。其最大特点是内部有4KB Flash 程序存储器，而且价格

21、低廉。用Flash 程序存储器在开发过程中十分容易对程序进行修改，大大缩短系统开发周期。单片机电路如图3.2所示。除复位和晶振电路外，还有以光耦4N35为主的输入隔离电路、BCD拨码开关和用74HC373的输出寄存器组。输出寄存器最多可用8个，这对于小型音乐喷泉已是富足有余了。为了充分利用单片机已有资源，尽可能简化硬件电路，这里采用线选法扩展I/O口来扩展输出寄存器74HC373。如果准备用指令：MOV X DPTR，A来向74HC373输出数据，DPTR（数据指针寄存器）中的地址和数据输出的目标如下：01XXH 数据输出至 0# 74HC37302XXH 数据输出至 1# 74HC37304

22、XXH 数据输出至 2# 74HC37308XXH 数据输出至 3# 74HC37310XXH 数据输出至 4# 74HC37320XXH 数据输出至 5# 74HC37340XXH 数据输出至 6# 74HC37380XXH 数据输出至 7# 74HC373这里XX代表任意值，可取00。由图3.2可知，由于不使用P0口地址，所以由P0口出的低8位地址信号可以为任意值，由于P2口各引脚分别接74HC373的输入控制端G,所以地址信号的高8位只能是使8个G端仅一个为高电平的那些二进制数：O1H 02H 04H 08H 10H 20H 40H 80H中的一个。也可用选通74HC373的MOV P2

23、，B与起输出作用的MOV P0，A之类的指令来输数据，则当B的内容为01H/02H/04/8H/10H/20H/40H/80H时，则A的内容输出的目标寄存器也依次为0#至7#的74HC373之一。图3.2中R2、C4使开机复位期间各74HC373的(输出允许)端存在高电平，避免373内部随机数的输出而引起喷池中水泵、电磁阀和彩灯的误动作。BCD拨码开关可向单片机输入0-9中任一数码，来改变单片机输出两组数据的时间间隔。图3.2单片机电路3.3输出电路输出电路是指接于图3.2中74HC373各Qi端的电路。图3.3为使用双向可控硅BCR的输出电路。由于74HC373的输出电流远小于BCR所需的触

24、发电流，故加入外围驱动电路ULN2003A的一个单元。其输入端所接的LED用于指示电路状态，使用高亮度3红LED，当Qi为高电平+5V时LED能正常发光，实测电流为08mA多，足以使2003输出端饱和而吸收近30mA的触发BCR的电流。图3.3中产生触发电流的+9V电源来自+5V稳压电源的未稳压端，以减轻稳压块的负担。闭合图3中的开关K，程序会向各输出寄存器输出数据FFH，用以检测从单片机到各BCR之间的各输出回路是否正常。图中RL可以是彩灯、电磁阀的线圈，也可是用以控制水泵电机的接触器线圈。图3.3使用BCR的输出电路3.4输入电路在这里，输入电路是指能对乐曲启停、乐曲节奏和声音强弱等进行检

25、测并将检到的信号以电平、脉冲或数字形式送至单片机的电路。为说明简单计，这里仅介绍能反映乐曲启停的奏曲信号电路。因为有了它，音乐已不再仅是背景音乐，音乐已用来控制整个喷池的动作与否，因而已达到了音乐喷泉的最基本要求。奏曲信号电路的框图如图3.4所示。左右两路立体声信号经混合后送限幅放大电路放大，这样即使是极弱的乐曲信号也能有足够强度媳信号输出。整流滤波电路用以将信号转为单向信号。电压比较器用以将大于基准电压的单向信号变换成低电平有效的奏曲信号由之端输出。通过调整基准电压，可使电路既不受干扰的影响又灵敏度最大。奏曲信号电路的输出经R3送至光耦4N35在单片机P15引脚产生一低电平信号。图3.4奏曲

26、信号电路框图3.5潜水泵调速硬件方案设计图3.5 潜水泵调速硬件电路图方案一：采用变频器，调速方便、容易，只要控制口电流范围为4到20毫安就可以，精度高，缺点价格偏贵。方案二：采用单相电机调速电路，这样会增加电路复杂性，控制精度偏低，优点是价格偏低。本系统是小型家用系统，成本问题必须考虑，控制精度要求不是很高，单相电机调速电路就可以满足要求。选择方案二, 潜水泵调速硬件电路图见图3.53。3.6 灯光硬件方案设计方案一：使用大功率，不同颜色的发光二极管。方案二：使用LED水下低压彩灯。LED-水下彩灯系列除广泛使用于喷泉，瀑布水下照明外，还可用于假山，桥梁等投光照明。 水下彩灯均采用著名荷兰菲

27、利蒲公司产品，产品结构合理，色彩鲜艳，并进一步改进了其密封、防护和接线方式，广泛适合于各种喷泉。本次设计采用水下照明和闪光彩灯，水下照明采用LED水下低压彩灯两个，闪光彩灯采用不同颜色的发光二极管4。水下照明采用单独接线，彩灯与LC182的连接见图3.6。图3.6 彩灯与LC182的连接3.7电磁阀硬件方案设计方案一：采用快速比例阀，它能实现对液体压力和流量连续地，按比例阀地跟随控制信号而变化，控制性能优于开关式控制，成本高。方案二：采用普通电磁阀，属于普通开关式，价格便宜。综合考虑，并结合本系统的性能要求，选用方案二。普通电磁阀与单片机的接口电路见图3.75,共13个口，高电平口使电磁阀有电

28、，电磁阀编号与PA、PB口的编号对应。图3.7 普通电磁阀与单片机的接口电路3.8解决系统时间滞后硬件电路设计由于单片机采集数据并处理需要一定的时间，加上电机响应和水柱显示也需要一定的时间。电机由一种转速到另一种转速的响应时间可以查电机参数得到，电动机的响应时间为0.04S，单片机采集处理数据程序约为100句，约为0.6ms，水柱的显示延时可以通过水闸效应计算出来，经计算总延时约为0.2S。提出两种解决方案。方案一：采用预处理，即把要控制的音乐元素提前编辑好，提前控制。方案二：采用把音乐延时播放，即在音乐源与音响间加延时电路，调节参数，使音乐与水柱的变化同步。音乐元素提前预处理一般使用在工控机

29、等数字处理能力非常强的控制系统中，使用单片机一般实现不了这个预处理目标。因此采用延时电路6把音乐延时播放，选择方案二。 4 喷泉控制系统软件设计 程序采用模块化结构，所有用到的常数或数组都用EQU或DATA或DB伪指令定义与命名，以使程序易于修改、调试和升级。本系统将TO溢出中断用于软件看门狗。4.1喷池数据喷池数据是用以对喷池内的水泵、电磁阀和彩灯等进行开与关控制的数据。一组可循环使用的这种数据，就决定了喷泉和彩灯的一个特定的变化形态。这组喷池数据可称为花样数据。对一个特定构造的喷池，这种花样数据可编写出很多。下面以图4.1为例说明花样数据的编排方法。假设希望外圈喷头每隔一定时间顺次增喷2个

30、喷头，且从2个经4步顺时针增至8个后，再顺次以同样的方向同样的速度每次减喷2个喷头，即从8个喷头经4步减至0。以后不断按上述规律循环变化。在这期间，里圈和中心喷头一直不喷。在不考虑其它控制的情况下，图4.1喷池只需2个输出寄存器，其各位控制喷头定义如下：图4.1喷头布局例以上各位若为1时相应的喷头喷水，为0时不喷水，则外圈喷头数据应为：0000 0011B0000 1111B 0011 1111B1111 1111B1111 1100B1111 0000B1100 0000B0000 0000B若该花样数据定义为HYSJ01则数据定义如下：HYSJ01：DB 03H，0FH，3FH，0FFH，

31、0FCH，0FOH，0COH，00H；外圈喷头数据DB 0,0，0，0，0，0，0，0 ； 里圈和中心喷头数据每次将花样数据输出时都是顺次取一列输出的，且可循环取用。显然这样的花样数据可以编不少，还可将两个以上的数据搭配起来，组成新的更复杂一些的花样数据。4.2主程序框图程序重新设置后，进入0000H开始的主程序，其流程图如图4.2所示。可以看出：P14上的开关K决定是否测试输出通道；乐曲是否演奏决定了喷池是否有动作，即P15的电平；拔码开关的设定值决定了延时多少倍的01秒时间，即喷池动作改变的时间间隔：奏曲每停一次(大多数乐曲奏曲中间不会停)，下次再奏曲就换一组花样数据，若用完了最后一组，以

32、后就从头再取。也就是多个乐曲依次轮流循环使用编制好的喷池花样数据。图4.2主程序框图4.3 控制潜水泵软件设计模块目前，潜水泵结构简单，成本较低，控制方便，只有一种转速。要控制潜水泵的流量变化，就必须使潜水泵的转速发生变化。我们使用无触点开关分时接通的方法提高潜水泵的转速档次，在硬件电路基本不变的条件下，使潜水泵具有十八档转速的调速能力和更好的节能效果，这种方法无需增加较多的硬件，仅在控制器中采用新的调速程序，即可达到提高潜水泵转速档次和节能的目的。4.3.1 潜水泵开关调速的原理潜水泵调速电路如图3.5所示， L、M、H分别为单相潜水泵的低速抽头、中速抽头和高速抽头，单相潜水泵采用电容运行方

33、式，三个抽头与电源的连接由三个双向晶闸管TL、TM、TH来控制，当TL导通时潜水泵的低速抽头与电源连接，潜水泵低速运转，同样，TM导通时潜水泵中速运转，TH导通时潜水泵高速运转。我们采用分时接通L、M、H的方法，可以调节潜水泵的转速，使潜水泵获得十八档转速的变速能力。设电源频率为50HZ，其周期为0.02S，取调速周期TS=6T（T为电源周期），低速调速时，调速周期内不接通任何一个晶闸管，则潜水泵的转速0，调速周期内全接通晶闸管TL，则潜水泵低速运转，但如果在6个电源周期内，N个周期接通晶闸管TL（0N6），其他时间不接通，那么，在潜水泵的低速下可获得6档更低的转速。同样，中速调速时，调速周期

34、内全接通晶闸管TL，则潜水泵低速运转，全接通晶闸管TM，则潜水泵中速运转，如果在6个电源周期内N个周期接通晶闸管TM，（6-N）个周期接通TL，那么在潜水泵的低速和中速之间可获得6档转速。同样道理，在中速和高速间又可获得6档转速。由此可见采用分时接通的方法，可以使潜水泵具有十八档转速的调速能力。4.3.2潜水泵开关调速的软件设计单相潜水泵采用单片机AT89C51控制，单片机的输出端口P2.0、P2.1、P2.2经反相器与晶闸管TL、TM、TH的控制极连接，当P2.0=“0”时，晶闸管导通，潜水泵可低速运转，反之，P2.0=“1”时，晶闸管截止，潜水泵停转，即由P2.0输出电位控制潜水泵的低速档

35、；同样，由P2.1输出电位控制潜水泵的中速档，P2.2控制潜水泵的高速档。采集的音乐信号经过傅立叶变换再去查幅值对应的分贝转速表直接得到转速代码，这样就可以控制潜水泵的转速，再此只以生日快乐音乐程序为例，控制潜水泵转速的方法如下：每个音符对应一种转速代码，潜水泵的转速随音符改变而改变。调速程序必须经过一个最小时间1/4拍才能输出一个转速代码的转速，在调速程序中，采用一个存储单元（90H）作为转速输入单元，另一个存储单元（95H）记录晶闸管导通时间，并通过延时程序来实现。在调速程序中，我们采用8位数据记录电机的转速代码，其中低3位（b2b1b0）表示接通比例N，第4、5位（b4b3）表示接通档次

36、，高3位（b7b6b5）不用。接通档次表示调速为低速调速、中速调速还是高速调速，其值为b4b3=00B，01B，10B，11B，当接通档次为00B时，在转速代码设定的接通比例内接通晶闸管TL，接通比例外不接通晶闸管；当接通档次为01B时，在转速代码设定的接通比例内接通晶闸管TM，接通比例外接通晶闸管TL，当接通档次为10B时，在转速代码设定的接通比例内接通晶闸管TH，接通比例外接通晶闸管TM；当接通档次为11B时，接通比例只有00H一种，这时在整个调速周期内接通晶闸管TH，潜水泵高速运转。接通比例的取值范围000B-110B，由此可知，转速代码的取值范围为00H-06H，09H-0EH，11H

37、-16H总共十八个代码，其中00H-06H为低速档代码，09H-0EH为中速档代码，11H-16H为高速档代码。所以潜水泵除零速外共有十八档转速。上述方法可以使潜水泵具备十八档转速的调速能力，但这个方法也有一些缺点，主要是： 潜水泵的转矩是脉动的，使潜水泵的机械噪声增大，在此我采取防止转子轴向运动的措施减少噪声，把潜水泵和水管固定。 低速档接通比例较低时，潜水泵主轴出现蠕行，不能正常工作，必须限制最小转速代码。可去掉低速档转速代码中最低接通比例的三个代码，保留转速较高的十五档转速。采用改进的控制位波形和限制最小转速代码之后，潜水泵在应用中取得较好的调速和调节流量的效果7-11。4.4控制电磁阀

38、软件设计模块控制阀主要是控制喷池花型，由于采用PA0到PA7,PB0到PB4口控制电磁阀，除去相同的花型喷头，所以喷池花型只有1到256种。可以人工按键选择，其喷池花型值通过LED数码管显示出来，即第几号花型，选择了喷池花型值就使相应的电磁阀通电，高电平口使电磁阀有电。高电平口使电磁阀有电，电磁阀编号与PA、PB口的编号对应，则PA、PB口的喷头数据一样。控制电磁阀子程序模块DIAN： MOV A，31H； 求出花型数据 ADD A，32H ADDC A，33H MOV 34H，A； 保存起来 MOV DPTR， #0F700H；指向1#8155命令口 MOV A， #3H； 设置命令字 MO

39、VX DPTR, AINC DPTR； 指向1#PA口 MOV A，34H MOVX DPTR，A； 高电平口使电磁阀有电 INC DPTR； 指向1#PB口 MOV A，R7 MOVX DPTR, A RET4.5 歌曲存储模块4.5.1音频脉冲的产生 若要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期（1/频率），再将此周期除以2，即为半周期的时间。利用定时器计时半周期时间，每当计时终止后就将I/O反相，然后重复计时再反相。就可在I/O引脚上得到此频率的脉冲。利用单片机的内部定时器使其工作计数器模式（MODE1）下，改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法产生不同音阶，例如，频率为523Hz，其

40、周期T1/5231912s，因此只要令计数器计时956s/1s956，每计数956次时将I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。计数脉冲值与频率的关系式是： N2。 式中，N是计数值；是机器频率，是想要产生的频率。C调各音符频率与计数初值T对照如表4.1所示。其计数初值T的求法： T65536N655362 表4.1 C调各音符频率与计数值T的对照表音符频率Hz简谱码(T值)音符频率Hz简谱码(T值)低1DO26263628#4FA#74064860#DO#27763731中5SO78464898低2RE29463835#5SO#83164934#2RE#31163928中6LA88064

41、968低3M33064021#693264994低4FA34964103中7SI98865030#4FA#37064185高1DO104665058低5SO39264260#1DO#110965085#5SO#41564331高2RE117565110低6LA44064400#2RE#124565134#646664463高3M131865157低7SI49464524高4FA139765178中1DO52364580#4FA#148065198#1DO#55464633高5SO156865217中2RE58764684#5SO#166165235#2RE#62264732高6LA176065

42、252中3M65964777#6186565268中4FA69864820高7SI196765283每个音符使用一个字节，字节的高4位代表音符的高低，低4位代表音符的节拍，表4.2节拍与节拍码的对照。如果1拍为0.4秒，1/4拍是0.1秒，只要设定延迟时间就可求得节拍的时间。假设1/4拍的节拍时间为DELAY，则1拍应为4DELAY，以此类推。所以只要求得1/4拍的DELAY时间，其余的节拍就是它的倍数，如表4.3为1/4和1/8节拍的时间设定。表4.2 节拍与节拍码的对照节拍码节拍数节拍码节拍数11/4拍11/8拍22/4拍21/4拍33/4拍33/8拍41拍41/2拍51又1/4拍55/8

43、拍61又1/2拍63/4拍82拍81拍A2又1/2拍A1又1/4拍C3拍C1又1/2拍F3又3/4拍表4.3 各调1/4节拍的时间设定曲调值DELAY曲调值DELAY调4/4125毫秒调4/462毫秒调3/4187毫秒调3/494毫秒调2/4250毫秒调2/4125毫秒表4.4简谱对应的简谱码、T值简谱发音T值简谱码简谱发音简谱码T值5低音6426016中音9649686低音6440027中音A650307低音6452431高音B650581中音6458042高音C651102中音6468453高音D651573中音6477764高音E651784中音6482075高音F652175中音648988高音04.5.2音乐程序先根据乐谱的音符按表4.1建立T值表的顺序，把T值表建立在TABLE1，构成发音符的计数值放在TABLE中；简谱码（音符，参照表4.4）为高4位，节拍（节拍数，参照表4.2）为低4位，音符节拍码放在程序的“TABLE”处12。音乐程序模块START-MU： ORG 00H； 主程序起始地址 JMP START； 跳至主程序 ORG