【導讀】1確定選題、制定項目實施計劃及分工。當變頻控制技術引入音樂噴泉控制系統(tǒng)，可以使水柱隨著音樂快慢變化，通過這一設計過程，進一。本章對這一課題的設計背景及控制系統(tǒng)中單片機、電路的基本知識進行簡單的介紹。磁閥的啟閉，從而達到控制噴頭水路的通斷。目前，有許多采用各式各樣的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的音樂噴泉，取得了良好的效果。制噴泉的花型，且多采用低頻、中頻和高頻三個頻段來控制。很好地展現(xiàn)音樂，因此不能很好地體現(xiàn)音樂的內(nèi)涵。89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器。制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定。驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。

　　

【正文】 時， EOC 由 0變 1經(jīng)過非門傳到 INT 端， AT89C51 收到中斷請求信號，若 AT89C51 開著中斷，則進入中斷服務程序，在中斷服務程序中單片機讀取 A/D 轉(zhuǎn)換結果。 ADC0809 的讀、寫、啟動以及 A/D 轉(zhuǎn)換的時序如圖 ： 圖 ADC0809 的時序圖 單 片機 AT89C51 與 ADC0809 接口連接圖： 圖 AT89C51 與 ADC0809 接口連接圖 系統(tǒng)輸入的信號極性變換及 A/D 轉(zhuǎn)換 一般來說 ,從傳感器送來的電信號經(jīng)預處理（包括隔離、濾波、放大等）后 ,還要根據(jù)信號極性、A/D 轉(zhuǎn)換器允許的輸入范圍等來分析信號是否可直接進入。若信號為雙極性 ,A/D 轉(zhuǎn)換器為單極性輸入 ,則須對信號進行極性變換。 信號的雙極性 —— 單極性變換 ALE CBA 輸入模擬量 start EOC OE 10μ s 數(shù) 據(jù) DATA 重慶文理學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 20 頁，共 19 頁 當信號不滿足 A/D 轉(zhuǎn)換器信號輸入范圍要求時 ,信號須經(jīng)一線性網(wǎng)絡變換。線性網(wǎng)絡的具體形式可以根據(jù)信號的 具體情況來設計。以雙極性信號轉(zhuǎn)變?yōu)閱螛O性信號為例 ,可以用圖 線性網(wǎng)絡來實現(xiàn)。 圖 雙極性轉(zhuǎn)變?yōu)閱螛O性信號 根據(jù)迭加定理 ,當只有 Vcc 作用時 ,A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入信號為： （ 1） 當只有輸入信號 Vi 作用時 ,A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入信號為 : （ 2） 由此可知 ,A/D 轉(zhuǎn)換器信號輸入端的實際輸入信號為 : （ 3） 由式 3可知 ,當 Vcc=5V、 R1=R3=2R2 時 ,可將 10V～ +10V的輸入信號轉(zhuǎn)變?yōu)?0～ +5V的信號 。當 Vcc=5V,R1=R2,而 R3 開始時 ,可將 5V～ +5V信號轉(zhuǎn)換為 0～ +5V的信號 ,改變 R1,R2和 R3 之間的比例關系 ,可以允許 Vi 輸入不同范圍的雙極性信號 。 單片機內(nèi)部的信號變換 微機檢測模擬信號時 ,采集到的是經(jīng)過傳感器變換并由 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成的二進制信號 ,并不是被測的物理信號本身 ,因而必須把采集到的二進制信號進行標度變換 ,才能進行控制或輸出（例如顯示、打印等）。 設傳感器輸出信號 X 和被測物理量 Y之間關系如圖 11 所示 Ym為被測物理量的最大值 ,A/D轉(zhuǎn)換器輸入信號范圍為 0～ Xm,對應的輸出數(shù)字信號范圍為 0～ Nm,則可推導出 A/D轉(zhuǎn)換結果 N 與實際物理量 y之間的標度變換表達式。 13i12 1 3 1 3RRV=R ( R + R ) + R R CCV23i21 2 3 2 3RRV=R ( R + R ) + R R iV1 3 2 3i 3 i 1 i 22 1 3 1 3 1 2 3 2 3R R R RV = V + VR ( R + R ) + R R R ( R + R ) + R RC C iVV??Vcc Vi IN A/D R1 R2 R3 重慶文理學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 21 頁，共 19 頁 圖 根據(jù)圖 00mmy yx x x x???，由此可得 ? ?00mmYy X XXX??? （ 4） 忽略 A/D 轉(zhuǎn)換器的非線性因素 ,則輸出結果 N 與 X 之間有如下關系： mmN NXX? ，即 mmXX N? （ 5） 將式（ 5）代入式（ 4） 0 1 200( ) ( ) Nm m mmm m mY Y Xy X X N X K KX X X X N? ? ? ? ? ??? （ 6） 式中 01200。()m m mm m mY X Y XKKX X N X X????? 式（ 6）描述了被測物理量 y與 A/D 轉(zhuǎn)換結果 X 之間的數(shù)學關系 ,為被測物理量的顯示、打印提供了標度變換依據(jù) 。 輸出電路 圖 輸出電路 Qi LED FU BCR C R1 R2 +9V AC 220V L N RL 1/7 2021A y x y x x0 ym xm 重慶文理學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 22 頁，共 19 頁 輸出電路是指接于圖 74HC373 各 Qi端的電路。圖 BCR 的輸出電路。由于 74HC373的輸出電流遠小于 BCR所需的觸發(fā)電流，故加入外圍驅(qū)動電路 ULN2021A的一個單元。其輸入端所接的 LED 用于指示電路狀態(tài) , 使用高亮度Ф 3紅 LED，當 Qi為高電平 +5V時 LED能正常發(fā)光， 實測電流為 ，足以使 2021A輸出端飽和而吸收近 30mA的觸發(fā) BCR的電流。圖 +9V電源來自 +5V穩(wěn)壓電源的未穩(wěn)壓端，以減輕穩(wěn)壓塊的負擔。圖中 RL為電磁閥的線圈，用以控制水泵電機的接觸器線圈 。 變 頻器的選型及參數(shù)設置 當今噴泉工程和高新技術的結合正是歷史發(fā)展的必然。由于噴泉工程中采用了大量的高新技術從而使噴泉效果更加絢麗多彩、婀娜多姿，令人賞心悅目、流連忘返。隨著科學技術突飛猛進的發(fā)展，變頻調(diào)速器技術正大步走進噴泉控制領域，發(fā)揮著不可替代的作用。 根據(jù)控制功能 將通用變頻器分 3 種類型。普通功能型 V/F 控制變頻器，具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型 V/F 控制變頻器，以及矢量控制高性能變頻器。根據(jù)負載的要求來選擇變頻器的類型。本設計中采用了三菱 FRS540S 型變頻調(diào)速器 ，該變頻器接線端 分布圖如圖 所示。 圖 變頻器接線端子分布圖 主回路端子 控制回路輸出端子 控制回路輸 入 端子 重慶文理學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 23 頁，共 19 頁 該變頻器調(diào)速僅通過外部的接點信號切換，即可選擇各種速度 (RH,RM,RL)。即使在變頻器運行中，各種速度（ 頻率）也可在 0～ 120Hz范圍內(nèi)任意設定。具體接點信號（ RH,RM,RL信號） ON/OFF怎樣組合實現(xiàn)調(diào)速 ， 并能 階段 性 地切換運行速度 使用 。 根據(jù) 表 數(shù)據(jù)的 大小 變化 按內(nèi)部編程進行電機變頻調(diào)速，控制水泵電機的轉(zhuǎn)速，獲得相應的噴水壓力和水花高度，獲得與音樂間相吻合的水花節(jié)奏和動感。其內(nèi)部程序根據(jù)需要和要求按一定規(guī)律或規(guī)則進行編程。 表 多段調(diào)速設定表 高速 RH 中速 RM 低速 RL 1速 ON OFF OFF 2 速 OFF ON OFF 3 速 OFF OFF ON 4速 OFF ON ON 5 速 ON OFF ON 6 速 ON ON OFF 7 速 ON ON ON 潛水泵 與燈組參數(shù)選擇 整個系統(tǒng)的水泵使用三相潛水泵， 功率視水池大小而定，每個水池中各安置 1～ 2 根粗水管，每根水管上安裝 2～ 3 臺水泵，被控噴水管上的水泵電機只控制 1～ 2 臺 （ 不全控 ） ，不受控的水泵工作保持一定的水柱 （ 花 ） 高度，而受控的水泵工作使水柱 （ 花 ）在一定基礎上跳動噴射，以避免音樂 間 歇無噴水現(xiàn)象出現(xiàn) （ 也可調(diào)整變頻器參數(shù)獲得 ） 。 本設計中采用的是 QS2020/ 型噴泉專用泵，該泵如下特點： 電機性能：采用優(yōu)質(zhì)材料 DR470，增加電機繞組的匝數(shù)及線徑使水泵耐頻繁起動。 水力部分：采用優(yōu)秀水力模型設計，使水泵流量、揚程、效率三者更為合理。 結構特點 ：該電機為自循環(huán)充水式冷卻；電纜用三相四線 JHS 型噴泉專用電纜；葉輪采用了防松動裝置； 濾網(wǎng)護罩采用全不銹鋼材料；電機內(nèi)腔定轉(zhuǎn)子采用進口涂料，提高了水下電機耐腐蝕性，通過以上結構改進使之更適 于 噴泉工程專業(yè)要求。 重慶文理學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 24 頁，共 19 頁 為提高負載能力，驅(qū)動更多更大燈組負載，在可編程序控制器輸出端外接無觸點固態(tài)繼電器，以增大驅(qū)動能力，并與強功率電路電氣隔離 (光隔離 )，提高抗干擾性能和安全性能。 整個噴泉的燈光以暖色調(diào)為主，突出中心部分應用水景造型配以不同顏色的燈光襯托， 采用水下彩燈，以紅、黃、綠、蘭四色搭配中心 主噴以紅色為主，燈光明亮隨編排程序，與對應 7組表數(shù)據(jù)輸出 同步變化。 由于本設計主要考慮的是 噴泉的控制 系統(tǒng) ，具體水泵、燈光 等器件 將如何選擇、編排、布置問題，在此不作詳細介紹。 第 4章 系統(tǒng) 軟件部分 在對控制系統(tǒng)進行分析和硬件設計的基礎上，根據(jù) 單片機 控制系統(tǒng)工藝流程和系統(tǒng)控制要求，對 單片機 進行了軟件設計。 主程序基本框圖 2 20/ 20 QS 配用電動機額定功率（ kw） 水泵級數(shù)（單位不標注 ） 額定揚程（ m） 額定流量（ m3/h） 充水式小型潛水電泵 重慶文理學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 25 頁，共 19 頁 圖 4. 主程序 基本 框圖 8 路數(shù)據(jù)采集流程 圖 開始 測速 FLAG=1 轉(zhuǎn)速為 0？ FLAG=0，根據(jù)非同步采集設置產(chǎn)生 AD 觸發(fā)脈沖 轉(zhuǎn)速為 0？ 選擇內(nèi)部 AD出發(fā)脈沖 設定 I/O 口 開 AD 中斷采集波形 關 AD 中斷 結束 選擇外部 AD出發(fā)脈沖 等待零位脈沖 Y Y N N 開始 初始化 啟動 A/D 轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換結束 ？ 讀取轉(zhuǎn)換結果 保存轉(zhuǎn)換結果 修改參數(shù) 8 路采集完 ？ 返回 N N 重慶文理學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 26 頁，共 19 頁 圖 8 路數(shù)據(jù) 采集流程圖 由流程圖 ，數(shù)據(jù)采集分為 3個步驟：首先啟動某通道的 A/D 轉(zhuǎn)換，然后判別 A/D轉(zhuǎn)換是否結束，若 A/D 轉(zhuǎn)換結束則讀取 A/D 轉(zhuǎn)換結果，并保存之；若 A/D 轉(zhuǎn)換未結束則等待。 模擬測試 模擬信號是一種不僅再時間上連續(xù)、數(shù)值上也連續(xù)的物理量 ； 數(shù)字波形是邏輯電平對時間的圖形表示。在數(shù)字電路中用數(shù)字 0、 1的編碼來表示一個模擬量，這里的編碼所指的是數(shù)字 0、 1的字符串 。 圖 模擬信號與數(shù)字信號的比較 下面通過圖 ： 圖 模 擬信號的數(shù)字表示圖 （ a）模擬信號的三個取樣點的數(shù)字表示。（ b） 3V 模擬電壓轉(zhuǎn)換為以 0、 1表示的數(shù)字電壓。 取其中Ａ、Ｂ、Ｃ３個取樣點。以Ｂ點為例，該點的模擬電壓為 3V，將其送入一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器后可得到以數(shù)字０、１表示的數(shù)字電壓 。 圖 歌曲 往事如風的波形圖 ： 重慶文理學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 27 頁，共 19 頁 圖 歌曲的波形圖 經(jīng)過系統(tǒng)處理后得到的數(shù)字信號 ： 圖 理論上可以得到的結果 圖 仿真得到的結果 Q Q4分別接到輸出口的電路上，以控制噴泉中不同組的噴泉水泵。這樣就實現(xiàn)了噴泉的花型變化。 圖 ，圖 。 重慶文理學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 28 頁，共 19 頁 圖 Q Q4 端輸出情況 圖 是通過 Proteus 軟件對本系統(tǒng)進行防真時得到的 Q Q4 口的輸出情況。 圖 仿真時 P0口的輸出情況