【導讀】音樂噴泉是近幾年來出現(xiàn)的一種園林建筑與音樂欣賞相結(jié)合的產(chǎn)物。硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，新型噴泉與計算機的交互應用越來越廣泛，音控噴泉也越來越復雜，越來越精密，使得越來越多的控制部分需要計算機來完成。但噴泉工程還存在一些技術(shù)難題，主要表現(xiàn)為明顯的水聲滯后效應。仿真分析證明該設計方案改善了傳統(tǒng)控制方法的水聲滯后效應，改善了噴泉系統(tǒng)的。任心和對作業(yè)的嚴謹要求的態(tài)度。設計的內(nèi)容主要是用單片機制作一個聲控噴泉，對象為。直流機控制的一個水泵。應能進行噴泉的噴水高度進行動態(tài)的設定，或按音量高低進行同。能更早的適應于社會。開發(fā)我們的創(chuàng)新能力。技術(shù)中日益普及的一項新興技術(shù)，應用范圍十分廣泛。對于計算機專業(yè)的學生來說，即使。暫時沒有從事單片機的應用與開發(fā)，學習單片機也有很重要的意義。

　　

【正文】 一些工程技術(shù)領(lǐng)域如宇宙航行、核電站控制等發(fā)揮了獨特的作用。 計算機仿真方法的地位：人類過去所使用的科研方法可分為兩大類，一類是實驗方法（含觀察方法）；另一類是理論方法（核心是數(shù)學與邏輯方法）。近代科學誕生后，四百多 年來這兩大類方法在科學探索中發(fā)揮了重要作用，取得了麥兄斯韋電磁理論和愛因斯坦相對論為代表的一系列輝煌成就，使人類的科學水平大大提高。隨著計算機技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展，計算機仿真方法也應運而生，它在科學研究和技術(shù)開發(fā)中的獨特作用愈益突顯。 計算機仿真方法的作用：計算機仿真方法的獨特作用主要表現(xiàn)為以下四個方面：（ 1）優(yōu)化系統(tǒng)設計。對于復雜系統(tǒng)的研究，一般要求達到最優(yōu)化，為此必須對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)反復進行修改和調(diào)整。這只有借助計算機仿真方法才能方便、快捷地實現(xiàn)。（ 2）降低實驗成本。對于復雜的工程系統(tǒng)，如果直接進 行實物實驗，費用很高。而用計算機仿真手段就可大大降低相關(guān)費用。（ 3）減少失敗風險。對于一些難度高、危險大的復雜工程系統(tǒng)，如載人宇宙飛行，若直接實驗，一旦失敗則無論在經(jīng)濟上還是政治上都是難以承受的。為了減少風險，必須先進行計算機仿真實驗，以提高成功率。（ 4）提高預測能力。計算機仿真實驗卻可以在給定的邊界條件下，推演出此類系統(tǒng)的變化趨勢，從而為人們制定對策提供可靠的依據(jù)?？梢灶A計，計算機仿直方法將在未來的科學研究和技術(shù)開發(fā)中發(fā)揮越來越大的作用。 XX 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 18 第 五 章 .音樂噴泉的總體設計及仿真模型的建立 音 樂噴泉的工作原理 音樂噴泉是用聲音來控制音樂噴泉水形變化的一種自控噴泉。它一般有以下幾部分組成如圖 41； （ 1）聲 電轉(zhuǎn)換、放大裝置、通常由電子線路或數(shù)字電路及計算機組成。 （ 2）執(zhí)行機構(gòu)：電磁閥。 （ 3）動力：變頻器（ VVVF）、電機、水泵。 （ 4）其它設備：主要由管路、過濾器、噴頭等組成。 音樂噴泉的原理是將聲音信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過放大及其它一些處理推動繼電器或電子開關(guān)，一種方案是去控制設在水路的通斷，這樣隨著聲音的變化，人們可以看到噴水大小、高矮、形態(tài)的變化。它能 把人們的聽覺和視覺結(jié)合起來，使噴泉噴射的水花隨著音樂優(yōu)美的旋律而偏偏起舞。 圖 51 音樂噴泉原理簡圖 總的來講，音樂噴泉是一種高智能產(chǎn)品，其主要有下述功能： 在無音樂狀態(tài)，能夠自動完成多種噴頭花樣組合及彩燈的變換，組合方案由用戶設計，并以一定數(shù)據(jù)格式存儲； 音頻信號經(jīng)數(shù)字處理后，驅(qū)動水泵改變噴嘴壓力獲得跳動的水柱； 音樂發(fā)生變化后，藝術(shù)彩燈亦要隨之變化，產(chǎn)生聲、光、水的情景交融效果。 傳統(tǒng)設計方案簡介 音樂噴泉 系統(tǒng)組成 在音樂噴泉傳統(tǒng)設計中，為滿足前面所述功能 要求，所設計的音樂噴泉方案通常如圖 52所示。 聲源 放大裝置 音響 聲波轉(zhuǎn)換 濾波裝置 中繼電路 照明 中繼電路 電磁閥 噴水 XX 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 19 其中 ，常設燈光和變化燈光由繼電器控制，常量水泵控制固定花樣的噴頭，變量水泵用做音樂信號的執(zhí)行器件。電磁閥控制其他的一些變化功能，當噴泉工作于靜態(tài)時，計算機定時循環(huán)輸出一組數(shù)字量，經(jīng)光電隔離和驅(qū)動后控制電磁閥和繼電器，從而控制水底彩燈和常設噴頭的通斷，此時的控制主要是開關(guān)量的循環(huán)輸出。當噴泉工作于動態(tài)時，從音響設備前級輸入到計算機的音頻信號被分成兩 路，一路經(jīng)檢波處理后控制變量水泵的壓力，實現(xiàn)水柱的上下運動；另一路經(jīng)處理后送音響設備的功效。 為實現(xiàn)音樂噴泉系統(tǒng)的計算機控制，傳統(tǒng)設計的計算機接口電路通常如圖 53所示。音頻輸入，輸出信號和變壓控制信號經(jīng)過 A/D,D/A數(shù)據(jù)板進出計算機。接口板提供 10路單控制終端的數(shù)據(jù)采集通道，其性能達到177。 %的精度和 12位的分辨率。 音樂噴泉系統(tǒng)的軟件設計 傳統(tǒng)方案中進行軟件設計時，首先將設計好的彩燈與噴頭的組合花樣作為數(shù)據(jù)文件存儲起來，系統(tǒng) 采用定時重擔方法處理各項任務，中斷服務程序如圖 44所示。 音響設備 計算機及接口 常設 變化 燈光 燈光 常量 變量 水泵 水泵 電磁閥 水底彩燈燈光 噴頭 噴頭 圖 52 音樂噴泉系統(tǒng)組成框圖 音響設備 計 算 機 A/D 常量泵 D/A D/D 驅(qū)動 光電隔離 常量泵 電磁閥 繼電器 圖 53 計算機控制系統(tǒng)硬件組 XX 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 20 圖 54 中斷服務器框圖 本文設計方案的優(yōu)缺點 傳統(tǒng)設計方案優(yōu)點有：結(jié)構(gòu)簡單，由于控制系統(tǒng)簡單，故實現(xiàn)也簡單， 對任何音樂都作統(tǒng)一處理。 傳統(tǒng)設計方案缺點有：由圖 44可知，音樂容易產(chǎn)生斷續(xù)現(xiàn)象， 控制精度不高由于它是采取實時控制，可能會導致低音段和高音段的分辨率較低。 音樂噴泉系統(tǒng)模型仿真的建立 水 泵及管道的仿真模型的建立 音樂系統(tǒng)的管路布置如圖 48所示。負載系統(tǒng)由一臺水泵、一條環(huán)形主管路 ， 主管路上有四組支管路，每組支管路有五根支管路組成。 音樂開關(guān) 取一組狀態(tài)數(shù)據(jù) 燈光組合數(shù)輸出 在緩存隊列中取t 時刻以前的音頻信號送功放 音頻信號緩存 數(shù)字信號處理 變量泵控制量輸出 A/D 采樣音頻信號 有效 無效 環(huán)形主管路 主管 2 主管 1 水泵 主管 2 主管路組 3 主管路組 4 主管 4 主管路組 3 主管路組 1 圖 58 管路布置圖 XX 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 21 第 六 章 . 聲音基礎(chǔ)知識及 MP3 編碼解碼原理 聲音的基本性質(zhì) 從物理現(xiàn)象看，音有高低、長短、強弱、音色、等四種基本性質(zhì)。 音頻信號數(shù)字化 （ 1）、 數(shù)字信號處理的優(yōu)缺點 數(shù)字信號只用電平的高、低表示二進制數(shù)的“ 1”“ 0”兩個數(shù)碼，所以 字信號只有兩個狀 態(tài)，與連續(xù)變化的模擬信號相比，簡單的多，同時處理 傳輸也有很明顯的優(yōu)勢。 依靠大規(guī)模集成電路處理數(shù)字信號，提高了電路的穩(wěn)定性和可靠性。 對于傳輸過程中不可避免的干擾，數(shù)字信號易于修復，抗干擾能力和非線 失真是模擬信號無法相比的。 （ 2）、 A/D轉(zhuǎn)換過程 MP3音頻 MP3全稱應為 MPEG1 Layer3 的音頻文件，經(jīng)過 MP3壓縮編碼后只有 1MB左右， MP3對音頻信號采用的是有損壓縮方式，為了降低聲音失真度， MP3采取了“感官編碼技術(shù)”即編碼時先對音頻文件進行頻譜分析，然后用過濾器濾掉噪音電平，接著通過量化的方式將剩下的每一位打散排列，最后形成具有較高的壓縮比的 MP3文件，并使壓縮的文件在回放時能夠達到比較接近原音原的聲音效果。正因為如此，在設計噴泉時，盡量采用 MP3格式。 取 樣 取樣 前置 低通 量 化 編 碼 譯 碼 低 通 重現(xiàn)的模擬電視信號 同步 同步 b c d 噪聲 （ e’） （ e”） 輸出 摸 /數(shù) 轉(zhuǎn)換器 信道 轉(zhuǎn)換器 摸 /數(shù) + 圖 62 PCM 系統(tǒng)方框圖 信號輸入 模擬電視 XX 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 22 結(jié) 論 隨著計算機軟件硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，新型噴泉與計算機的交互應用越來越廣泛，音控噴泉也越來越復雜，越來越精密，使得更多的控制部分需要計算機來完成，因此，計算機控制音控噴泉成為必然趨勢。 本文采用給予預處理的計算機控制處理系統(tǒng)來協(xié)調(diào)音 樂、燈光、流水的變化，獲得較為理想的效果，完成課題的預期任務，得出結(jié)論：系統(tǒng)的設計方案是合理可行的。具有較高的可信度和精確度。完成了最為流行的音頻編碼、解碼系統(tǒng) MP3 的解碼，同時實時提出音頻信號并存入數(shù)據(jù)庫和文件，為進一步研究音樂噴泉系統(tǒng)提供了很好的接口。在以后的社會中有較強的通用性，為以后的擴展提供了通用的接口。 為了使該噴泉有更高的實用價值，還需要做一下工作：由于 MP3 編碼一般都是由硬件來完成的，所以要把控制信號壓縮到 MP3 文件中。關(guān)于噴泉的控制部分，由于條件有限，不能實現(xiàn)自動控制編碼，但在 實際中還需要不斷實踐，采取相應的改進措施。使用軟件只能處理 MP3 格式的音頻信號，還需要進一步擴展，來支持更多的音頻格式。 XX 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 23 致 謝 在論文將要結(jié)束之際 ，首先要感謝我的導師 —— XX 工業(yè)學院 XXX 老師。在論文選題初期，我一直感到茫然，對自己確定的研究方向缺乏信心，是您肯定了我的想法，并及時給予了點撥。在論文寫作過程中，我一次次感到沮喪，感到力不從心，有時甚至想到放棄，是您的樂觀精神和對學生的一貫信任鼓舞我一路走了下來。您的微笑肯定了我所取得的成績，并耐心細致地提出了修改意見：從論文的整體結(jié)構(gòu)到格式規(guī)范， 從研究方法到研究重點，從邏輯思路到章節(jié)設置……沒有您的悉心指導，就沒有我今天這篇論文的完成。尤其難以忘記的，是和您在講堂上度過的那些日子，您儒雅的氣質(zhì)、風趣的談吐、淵博的學識，以及嚴謹?shù)闹螌W精神和豁達的人生態(tài)度，都給予我許多啟發(fā)，令我終生受益。 在這里還要感謝幫助我的同學，正因為他們的關(guān)心和幫助我才能有足夠的信心完成這次論文，是他們給了我足夠的支持，再這里向他們表示我忠心的感謝！ XX 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 24 參考文獻 1. 邊春遠 ,王志強， MCS51 單片機應用開發(fā)實用子程序主編 2. 張延燦， 給水排水，噴泉工程發(fā)展及設計問題（上 ） 3. 王正中， 系統(tǒng)仿真技術(shù)，科學出版社 1986 年 4. 孫維東，大連理工大學碩士論文，音樂噴泉系統(tǒng)的試音誤差與系統(tǒng)仿真 5. 姜宗立、鐘江靜、交流異步電動機變頻調(diào)速的原理及應用。