基于单片机的音乐喷泉控制毕业设计论文Word下载.docx
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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,完成了小型音乐喷泉系统硬件结构设计和控制系统设计。
控制系统的原理是利用8751单片机汇编音乐程序或者通过A/D对音频信号进行采样和处理,分级控制电动机,最终达到控制喷头流量的方法。
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:
8751单片机;
音乐喷泉;
变频器
Abstract
withtheimprovementofpeople’slivingstandardandyearnforbuildinggreencity,musicfountainismoreanmorepopularforitsuniquecharmandspecialfunctionlargenumbersofmusicfountainisincreasinglybuilt.Thehardwareconstructionofsmallmusicfountainsystemandthedesignofcontrollersystemandwerecompletedaccordingtothepresentsituationofmusicfountainnow.Itsprincipleisthatusingthe8751microcontrollertocompilationmusicprogramortosamplemusicalsignalswithA/Danddoingitsdataandgradecontrollingsingle-phaseelectricmotor,finallyitimplementsthecontroloftheflowoutofnozzles.Theflowershapesarecontrolledbyprogramcontrollingelectromagneticvalves.Thecolor,thelightandshadeofrayarechangedbymusicalsignals.Sothatthecolor,thelightandshadeofray,thespringformischangedwithmusic’srhythmwhenmusicsiplayed.
Keywords:
8751microcontroller,Musicfountain,Variable-frequencyDrive
摘要Ⅰ
ABSTRACTⅡ
第二章音乐喷泉造型系统设计4
第一章绪论
1.1设计背景
喷泉作为一项建筑艺术,在国内外均有较悠久的历史。
而音乐喷泉的构思及萌生则是本世纪30年代开始的,1930年,德国的OTTO PRZYSTAWIK(奥图.皮士特霍)首先提出了喷泉与音乐相结合的设想,并设计成小型装置应用于酒店及商场,其后则逐步发展到大型化及多样化。
GUNTERPRZYSTAWIK继承父业使音乐喷泉更为多姿多采,并于l952年夏在西柏林工业展览会上进行展示,经纽约一摄影师将其引进应用于纽约无线电音乐厅,从此,音乐喷泉陆续在世界各地应用推广,目前,西方工业发达国家已有制造音乐喷泉成套装置的专业工厂、如美国的WALTZING,MIDAS.加拿大的PEM,意大利的NeonALPina.日本的KAWAMURA等公司。
随着音乐喷泉市场的需求越来越大,国内关于音乐喷泉的研究与开发工作也蒸蒸日上。
我国在80年代中期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。
据不完全统计,2006年整个喷泉行业年总产值也早已达到几十亿元以上。
同时我国行政主管和技术监督部门、学术团体和出版界等,也为推动喷泉技术的发展做了不少工作:
1989年出版的《给水排水设计手册》,第一次将“水景设计”以专章列入设计手册;
1989年出版、1990年开始施行的《建筑给水排水设计规范》,第一次将“喷泉设计”以专节列入国家设计规范;
1990年出版了第一本专门著作《喷泉设计》;
1991年在中国土木工程学会建筑给水排水委员会和中国标准化协会建筑给水排水委员会的大力推动下,成立了第一届“全国喷泉研讨会”,有关喷泉的专门设计规程和术语标准等也公开发布执行。
音乐喷泉以其水柱绚丽多姿,水柱随着音乐而跳动,给人以视觉和听觉的双重享受。
大型的音乐喷泉功能齐全,规模大,有很强的震撼力,适用于大型音乐广场,对软硬件要求高,投资大。
随着人民生活水平的提高,对美化住宅小区以及别墅环境的要求越来越高,小型化音乐喷泉成为一个发展方向。
大型音乐喷泉的科技含量高,设计和制造难度大。
目前,我国的大型音乐喷泉技术已日趋成熟,但对小型音乐喷泉的研究较少,小型音乐喷泉存在着协调性能差等缺点。
小型音乐喷泉系统适用于住宅小区和酒店厅堂等场所,一个好的音乐喷泉就是一个精美的艺术品,可以美化环境、愉悦身心。
而其控制系统是整个音乐喷泉的关键。
对小型音乐喷泉控制系统的研究具有很大的经济效益和社会效益。
为了使控制简单可靠,适应现代社会的市场需求,各种形式的喷泉层出不穷,并逐步转向小型和营业性较强的方向发展。
其音乐喷泉的控制也变得灵活多样,如单片机、PLC、DSP等都在音乐喷泉中有所运用,当然也具有优缺点。
本课题针对旅游景点内设计了观赏性的小型“音乐喷泉”。
选用单片机作为此次音乐喷泉控制系统设计的控制核心,主要是为了实现单片机的放音,并控制多个电磁阀的开闭动作和水泵的动作,解决系统中信号的同步性问题。
1.2音乐喷泉的现状和发展
北京石景山古城公园的音乐喷泉,在悠扬动听的音乐声中,喷水可产生五六种变化,时而转动如银伞,时而飘忽如玉带,时而如金蛇狂舞,时而旋转飞溅喷出的花形有昙花、菊花、扶桑花、百合花和曼陀罗花,这是在80年代初期中国较早修建的一个音乐喷泉。
南昌的秋水广场是由“落霞与孤雁齐飞,秋水共长天一色”的意境而得名,
秋水广场就是以喷泉为主题,集旅游、观光、购物的大型休闲广场。
他的音乐喷泉最吸引人注目,是国内最大的音乐喷泉群,泉水面积1.2万平方米,主喷高达128米,是南昌的一倩丽景观,人们可以一边欣赏音乐,一边观看滕王阁的美景。
新加坡圣陶沙旅游区的音乐喷泉的设计与效果也是值得参考的,它布置在一个空旷而略有坡度的空间,面积很大,与圣陶沙车站前的长形喷水池共同组成为一个长达数百米的综合系列喷泉,音乐喷泉位于系列喷泉的顶端。
舞台为一假山堆叠的西洋式半圆柱廊组成,共分3层。
白天,假山瀑布及两侧的喷泉群与3层水池形成一处动静结合的较为文雅悠扬的水景园,入夜则有五光十色,优美动听的喷泉景观,整个舞台区域东西面阔近百米,南北深度约40m,成为目前亚洲最大的音乐喷泉之一。
表现出壮阔、绚丽的水景之美。
以上几处音乐喷泉从建筑形式、音乐曲调及水舞表演的角度展现了音乐喷泉的美丽姿态,但是都属于大型的音乐喷泉,其控制系统也多采用PLC逻辑编程控制,造价高,流量需求大,一般为专门的定量设计。
即使这样,国内外的音乐喷泉控制系统设计均已达到成熟的水平,而且还有专门的生产设计厂家,提供设计、喷泉设备及安装等服务。
目前,国内的音乐喷泉逐渐向智能化、分散化、综合化、多样化的方向发展,于是对喷泉控制系统的设计也提出了更高的要求。
1.3喷泉的物理原理
喷泉的原理是个动量守恒,从大半径管道到小半径管道,产生一个速度的变化,冲向背离地面的方向。
大半径的速度由泵带动,小半径中的速度是原来速度,与动量转化速度。
需要选择一个微元计算动量守恒,这样能求出一个速度,这个速度是出口速度,然后就是一个上抛运动了,这个是理想的情况,没有摩擦,没有风。
1.4本课题设计内容
音乐喷泉的工作原理为:
根据播放的音乐来控制喷泉的花形大小变化和水柱的高度变化,以使水柱高度的变化及花形大小的变化与音乐的节奏同步,喷泉管路中的水流由水泵调节,而水泵是由三相异步电动机驱动的。
因此只要控制了三相异步电动机的转速,就可以可能控制管路中的流量,当给三相异步电动机通入工频电源时,则转速是不变化的;
当采用变频器控制电机的转速时,可以使管路中的流量发生柔性变化,这样喷泉运行时花形变化就更灵活。
随着音乐喷泉的使用越来越广泛,涉及到的控制方式也就越多,变频器,单片机,上位机,触摸屏等,于是喷泉的控制涵盖了自动化的各个学科,并且形象直观。
虽然喷泉的种类繁多,如广场喷泉、景点喷泉、旱泉、跑泉、激光喷泉、层流喷泉、趣味喷泉、水幕电影等等,这些喷泉喷水时的花形都具有千姿百态的效果,但都有一个共同的特点:
即形成水形的基本通路都是由水泵、管道、阀门和喷头组成。
因此,音乐喷泉工程中无疑也会安装大量的电磁阀门、彩灯、水泵和产生其它机械动作的电机。
除个别变频水泵需要用模拟信号来连续调节水柱高度、实现特定的艺术效果之外,其它部件基本是通过开关量进行控制。
这些开关信号驱动阀门、彩灯、水泵随着音乐进行不同的组合,从而产生各种水形和灯光变换效果。
为了达到听觉、视觉的和谐统一,控制系统应能根据音乐的节奏、旋律和感情色彩输出,产生各种不同的状态组合来控制水形和灯光实时变化,这也是音乐喷泉的控制不同于工
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