【正文】 NPNQ4NPNQ3NPNQ2PNPX1X2X3電機(jī)硬件電路原理圖1鐘鈴商丘科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 33 附錄 B：電氣接線圖 單片機(jī)及+5電源水下燈及固態(tài)繼電器+24直流電源電磁閥及光電隔離電路變頻器 及電機(jī)電源 保護(hù)電源 開關(guān)單片機(jī) 整流電源 電磁閥 光電隔離光電隔離電磁閥電磁閥 光電隔離光電隔離電磁閥電磁閥 光電隔離光電隔離電磁閥電磁閥 光電隔離光電隔離電磁閥電磁閥 光電隔離光電隔離電磁閥電磁閥 光電隔離光電隔離電磁閥電磁閥 光電隔離光電隔離電磁閥電磁閥 光電隔離光電隔離電磁閥整流電源 變頻器接地 《 單片機(jī)控制的音樂噴泉》 34 致謝 我在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，得到了老師們和同學(xué)們的大力幫助。 由于本人水平有限、經(jīng)驗(yàn)不足、時(shí)間倉促，設(shè)計(jì)中難免存在不足之處，敬請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。使得我的畢業(yè)設(shè)計(jì)才順利地圓滿地完成。由于每個(gè)音符之間的間隔時(shí)間為（即為一個(gè)節(jié)拍時(shí)間） ，因此，大約每 13 個(gè)音符就改變一次花形，于是可以計(jì)數(shù)音符數(shù)，當(dāng)計(jì)滿 13 時(shí)，就調(diào)用花形子程序。 商丘科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 23 表 C 調(diào)各音符頻率與計(jì)數(shù)值 T的對(duì)照表 音符 頻率 (Hz) 簡譜碼 (T值 ) 音符 頻率 (Hz) 簡譜碼 (T值 ) 低 1DO 262 63628 4FA 740 64860 DO 277 63731 中 5SO 784 64898 低 2RE 294 63835 5SO 831 64934 2RE 311 63928 中 6LA 880 64968 低 3Mi 330 64021 6 932 64994 低 4FA 349 64103 中 7SI 988 65030 4FA 370 64185 高 1DO 1046 65058 低 5SO 392 64260 1DO 1109 65085 5SO 415 64331 高 2RE 1175 65110 低 6LA 440 64400 2RE 1245 65134 6 466 64463 高 3M 1318 65157 低 7SI 494 64524 高 4FA 1397 65178 中 1DO 523 64580 4FA 1480 65198 1DO 554 64633 高 5SO 1568 65217 中 2RE 587 64684 5SO 1661 65235 2RE 622 64732 高 6LA 1760 65252 中 3M 659 64777 6 1865 65268 中 4FA 698 64820 高 7SI 1967 65283 每個(gè)音符使用一個(gè)字節(jié)，字節(jié)的高 4位代表音符的高低，低 4 位代表音符的節(jié)拍，表 為 節(jié)拍與節(jié)拍碼的對(duì)照。 商丘科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 21 控制系統(tǒng)的 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)資源分配 為了便于程序編寫，先對(duì)系統(tǒng)的資源分配加以說明。 12% tv約 260s tw 約 12s 120W～ 系統(tǒng)工作流程 本控制系統(tǒng)具備以下功能： ①樂曲播放：將存入單片機(jī)的音樂控制碼，經(jīng)軟件處理后，輸出至外圍的延遲放大電路后，再送至音響播放樂曲。當(dāng) X 與 C 相接時(shí)，延時(shí)為 1 小時(shí) 47 分至 20 小時(shí)。 μμ輸出 (a) 延遲觸發(fā)輸入 (b) 圖 硬件延遲電路 硬 件延遲電路 圖 （ a）中的延遲電路為一般的延遲電路，其中電路的負(fù)載為繼電器或電磁鐵的線圈，也可以是信號(hào)燈等顯示和報(bào)警器件。 速度設(shè)定單元為變頻器的 A1A1 A A1 A1 A1 A1 A18 八 個(gè)單元，其設(shè)定值（頻率）見表 。對(duì)于 PWM控制方式的變頻器， K的取值為 ～ 。因?yàn)閱纹瑱C(jī)輸出的是數(shù)字信號(hào)，若要選擇模擬輸入信號(hào)的變頻器，就必須進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)，本身變頻器的價(jià)格就比較昂貴了，在加 入一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，無疑是增加產(chǎn)品和設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)成本。 商丘科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 13 于是根據(jù)下面兩個(gè)表可以寫出 8155 的 RAM 和各端口地址及命令字。在輸入端加上直流或脈沖信號(hào)，輸出端就能從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變成導(dǎo)通狀態(tài) (無信號(hào)時(shí)呈阻斷狀態(tài) )，從而控制較大負(fù)載。為了控制操作方便，在 P1 口增加了第一曲、第二曲、循環(huán)等選擇功能。該控制方案是通過對(duì)音樂信號(hào)的處理，將其轉(zhuǎn)換成匯編程序存入單片機(jī)，使單片機(jī)唱歌，而且再改程序之中還加入其他控制語句。 表 噴泉系統(tǒng)各控制器件選擇表 球 閥 電磁閥 止回閥 手動(dòng)截止閥 直通管接頭 型 號(hào) JLQ11F25C（ 6個(gè) ) JLQ11F20C（ 5個(gè)） JLQ11F15C(5個(gè) ) SLDF系列 下水 專用電磁閥 H12W JLJ/L11W JLJT11D 流量孔徑 Φ 10mmΦ50mm Φ 15mmΦ150mm Φ 50mm Φ 50mm Φ 10mmΦ50mm 數(shù) 量 16個(gè) Φ 15mm（ 5個(gè)） Φ25mm （ 6個(gè)） Φ 20mm（ 5個(gè)） 2個(gè) １ 個(gè) 32個(gè) 工作壓力 10MPa φ 50以下 0～ φ 65以上 ～ 616Mpa PN≤ 10MPa 圖 片 ③ 噴泉照明燈具的選擇 彩色低壓水下燈：水下照明燈一般配置在水面下 5～ 10厘米處。 止回閥又叫單向閥，它是用來限制水流朝一個(gè)方向流動(dòng)，用于水泵出水管和水源進(jìn)水管等處，以防止水的倒流。 管道附件選擇 在噴泉的管道中 ， 除開直管、噴頭外，還有管道的連接件，控制件、過濾器等附件 。 因此，總水頭損失等于沿程水頭損失與局部水頭損失之和 [1]。 選擇此方案作為本次設(shè)計(jì)的花 形造型方案。這些開關(guān)信號(hào)驅(qū)動(dòng)閥門、彩燈、水泵隨著音樂進(jìn)行不同的組合，從而產(chǎn)生各種水形和燈光變換效果。 大半徑的速度由泵帶動(dòng)，小半徑中的速度是原來速度，與動(dòng)量轉(zhuǎn)化速度。 新加坡圣陶沙旅游區(qū)的音樂噴泉的設(shè)計(jì)與效果也是值得參考的，它布置在一個(gè)空曠 而略有坡度的空間，面積很大，與圣陶沙車站前的長形噴水池共同組成為一個(gè)長達(dá)數(shù)百米的綜合系列噴泉，音樂噴泉位于系列噴泉的頂端。在音樂噴泉走向全世界的同時(shí)，各種新技術(shù)也不斷地運(yùn)用在音樂噴泉上，使其表演變得復(fù)雜和美麗，給人們帶來無限的樂趣，提高了人們的生活質(zhì)量。 1953 年 1月 15日音樂噴泉在美國首次表演，表演期間超過 150 萬人觀看。他的音樂噴泉最吸引人注目，是國內(nèi)最大的音樂噴泉群，泉水面積 萬平方米，主噴高達(dá) 128 米，是南昌的一倩麗景觀，人們可以一邊欣賞音樂，一邊觀看滕王閣的美景。 噴泉的物理原理 噴泉的原理是個(gè)動(dòng)量守恒，從大半徑管道到小半徑管道，產(chǎn)生一個(gè)速度的變化，沖向背離地面的方向。除個(gè)別變頻水泵需要用模擬信號(hào)來連續(xù)調(diào)節(jié)水柱高 度、實(shí)現(xiàn)特定的藝術(shù)效果之外，其它部件基本是通過開關(guān)量進(jìn)行控制。同時(shí)，本方案具有花形控制靈活，花形變化類型多，而且觀賞效果好，可以從各個(gè)方向上都能夠看到同樣的花形，作為旅游景點(diǎn)內(nèi)觀賞用的音樂噴泉是較佳的選擇。 ① 管徑的計(jì)算 由水力學(xué)公式得知 2,4Q A V A D?? ? ?而 ，將其代入上式，移項(xiàng)得 [1]： ?4QD= V式（ ） 式中 D— 管徑 Q — 流量 A— 水管的過水?dāng)嗝娣e （通流面積） π — 圓周率 V— 流速 查標(biāo)準(zhǔn)管道直徑系列無 48mm 的管徑，因此需對(duì)其修正，查標(biāo)準(zhǔn)管徑系列取D=50mm. ②水 頭損失計(jì)算 噴泉中使用的管道都是壓力管道，水流經(jīng)管道時(shí)能量損失叫水頭損失。 管材的選用 按表 50mm，外徑為 60mm 的鋼管，管螺紋連接方式（圓柱形管螺紋），其螺紋長度為 24mm，基面處 大 徑為 。連接型式有內(nèi)螺紋和法蘭兩種，公稱壓力一般在 10kg/ 2cm 以下。 直通式管接頭 ：用于球閥、電磁閥和噴頭之間的連接。由此可以計(jì)算出水池的最大蓄水量為 ： 22 32 .5 0 .3 5 1 .7 244dhVm?? ??? ? ? 式（ ） 商丘科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 11 3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 揚(yáng)聲器燈光 電磁閥 光電隔離 噴頭 潛水泵變頻器延遲放大單片機(jī) S S R 圖 控制原理圖 方案：控制系統(tǒng)是由單片機(jī)、延遲放大電路、光電隔離電路及電磁閥和變頻器組成，其控制結(jié)構(gòu)形式如圖 所示。 《 單片機(jī)控制的音樂噴泉》 12 控制系統(tǒng)的 硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)組成 該硬件電路的核心是 8751 單片機(jī)，其片內(nèi)具有 4KB 的 EPROM，無須外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器；該系統(tǒng)中控制的對(duì)象，沒有大量的運(yùn)算和暫存數(shù)據(jù)，片內(nèi)的 128B 的 RAM已足以滿足容量要求，故不必進(jìn)行片外的 RAM擴(kuò)展。其中兩個(gè)端子為輸入控制端，另外兩端為輸出受控端，中間采用光電隔離，作為輸入輸出之間電氣隔離 (浮空 )。 RESET 與 口相連，即采用軟件復(fù)位，以減少復(fù)位電路，節(jié)約設(shè)計(jì)成本，其他引腳連接如硬件原理圖附錄 A所示。由于變頻器有數(shù)字輸入和模擬輸入的信號(hào)類型。 ② 變頻器的容量計(jì)算 [17] 由于變頻器只驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電機(jī)，而對(duì)于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的變頻器必須滿足下列 3 項(xiàng)計(jì)算公式： 滿足負(fù)載要求輸出： co s1 .0 5 3 4 .4 70 .8 2 0 .8 6MCMKPPK V A?? ????? 式（ ） 滿足電動(dòng)機(jī)容量： 333 1 03 1 0 1 . 0 5 3 8 0 7 . 5 4 5 . 2 1C M E EP K U I AK V A????? ? ? ? ? ? 式（ ） 滿足電動(dòng)機(jī)電流： 1 .0 5 7 .5 4 7 .9 2C M EI K I A?? ? ? 式（ ） 式中： PCM是變頻器 的容量、 PM負(fù)載要求的電動(dòng)機(jī)軸輸出功率、 UE是電動(dòng)機(jī)的額定電壓、 IE 電動(dòng)機(jī)的額定電流、η是電動(dòng)機(jī)的效率、 cos? 電動(dòng)機(jī)功率因素、 K 是電流波形補(bǔ)償系數(shù)，由于變頻器的輸出波形不是完全的正弦，而含有高次諧波的成分，其電流應(yīng)有所增加。設(shè) PC 口輸出的控制信號(hào)中， 0 代表變頻器輸入口處于通電狀態(tài)， 1代表變頻器輸入口處于斷電狀態(tài)。 ② 硬件延遲電路 設(shè)計(jì) 硬件延遲電路的設(shè)計(jì)目的是為了使音樂放音和變頻器的控制動(dòng)作與花形實(shí)現(xiàn)同步動(dòng)作，這是因?yàn)橛密浖刂撇荒苓_(dá)到 的原因。 若 X 與點(diǎn) A相接，延時(shí)為 1分 40 秒至 18分 30 秒，而 X 與 B 相接，延時(shí)為 13分 20 秒至 2 小時(shí) 28 分。 表 一般延遲電路的技術(shù)參數(shù) 工作電壓 延遲時(shí)間 重復(fù)動(dòng)作時(shí)間 開關(guān)功率 UB=12V177。待自檢完成后，依次執(zhí)行軟件程序的動(dòng)作，當(dāng)按下停止或復(fù)位命令時(shí)，系統(tǒng)結(jié)束所有動(dòng)作。 C調(diào)各音符頻率與計(jì)數(shù)初值 T 對(duì)照如表 所示。其中花形的變化采用循環(huán)程序，每 5s 左右變化一次。特別要感謝我的指導(dǎo)教師 ****老師，在將近三個(gè)月的設(shè)計(jì)中，從最初的選題、方案 擬定及方案確定，到具體的設(shè)計(jì)過程中，所遇到的問題和困難，如何解決這些問題及困難，以及最后的設(shè)計(jì)審查，二位老師都給以了細(xì)心的指導(dǎo)和糾正。