【導讀】控制系統(tǒng)的原理是利用8051單片機匯編音樂程序或者通過A/D對音頻。信號進行采樣和處理，分級控制單相電動機，最終達到控制噴頭流量的方法。用程序控制或人工按鍵控制電磁閥來控制花型。光線明暗的變化。從而使燈光色彩、燈光的閃爍和噴泉水姿隨音樂節(jié)奏而變化。

　　

【正文】 \廖健成 \電路圖 \廖健成 .d db D r a w n B y:D 1 6L E DD 1 2L E DD8L E DD7L E DD3L E DD 1 1L E DD 2 0L E DD 1 9L E DD 1 5L E DD4L E DD 1 8L E DD 1 4L E DD 1 0L E DD2L E DD6L E DD1L E DD9L E DD5L E DD 1 3L E DD 1 7L E DC 2 047uFR 2 21M12345678J P 1L C 18 2Q1S C R+5C 2 110uF+IN 或 B3B2 圖 彩燈與 LC182的連接 電磁閥 硬件方案設計 方案一：采用快速比例閥，它能實現(xiàn)對液體壓力和流量連續(xù)地，按比例閥地跟隨控制信號而變化，控制性能優(yōu)于開關式控制，成本高。 方案二：采用普通電磁閥，屬于普通開關式，價格便宜。 綜合考慮，并結合本系統(tǒng)的性能要求，選用方案二。普通電磁閥與單片機的接口電路見圖 [11],共 13 個口， 高電平口使電磁閥有電，電磁閥編號與 PA、 PB口的編號對應 。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 4 J u n 2 0 07 S he e t o f F i l e : D : \廖健成 \電路圖 \廖健成 .d db D r a w n B y:U7O P T O I S O 1V C CU5NOTR 2 7R E S 2U8O P T O I S O 1U6NOTR 2 8R E S 2U 1 5O P T O I S O 1U 1 4NOTR 3 9R E S 21234567891011121314J5C O N 141 P A 01 P A 11 P B41P A 0~ P A 7, P B0~ P B4~~+ 24~ 圖 普通電磁閥與單片機的接口電路 解決系統(tǒng)時間滯后硬件電路設計 由于單片機采集數(shù)據(jù)并處理需要一定的時間，加上電機響應和水柱顯示也需要一定的時間 。電機由一種轉速到另一種轉速的響應時間可以查電機參數(shù)得到，電動機的響應時間為 ，單片機采集處理數(shù)據(jù)程序約為 100 句，約為 ，水柱的顯示延時可以通過水閘效應計算出來，經(jīng)計算總延時約為 。提出兩種解決方案。 方案一：采用預處理，即把要控制的音樂元素提前編輯好，提前控制。 方案二：采用把音樂延時播放，即在音樂源與音響間加延時電路，調(diào)節(jié)參數(shù)，使音樂與水柱的變化同步。 音樂元素提前預處理一般使用在工控機等數(shù)字處理能力非常強的控制系統(tǒng)中，使用單片機一般實現(xiàn)不了這個預處理目標。因此采用延時電路 [12]把音樂延時播放，選擇方案二。延時電路圖見附錄 C。 單片機和微機通訊硬件設計 隨著社會的發(fā)展，擁有電腦的家庭越來越多，為了便于用戶更好的管理和使用本系統(tǒng)，有必要增加 8051 與 IBMPC 間通訊接口。 8051 與 IBMPC 間的串行通訊是利用 RS— 232 作為接口，使用 MAX232 收接器完成通訊。 — 般 Rs— 232 專用接口卡提供兩個串行口，即卡上可插兩片 8250；稱為 l 及 2；兩片 IC8250 占用 PC 的 I/0 地址分別為 2F8H— 2FFH、 3F8H— 3FFH。 8051 與 IBMPC 間的串行通訊接口 [13]見圖 。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 7 J u n 2 0 07 S he e t o f F i l e : D : \廖健成 \電路圖 \廖健成 .d db D r a w n B y:T X DR X DC51 uF / 50 VC21 uF / 50 VC11 uF / 50 V C41 uF / 50 VR 1 I N13VCC16T1 IN11V S +2R1 OUT12V S 6T 1 O U T14GND15C 1 +1C 1 3C 2 +4C 2 5U1M A X 2 32C31 uF / 50 V+5162738495J1D B 91627384951D B 9I B M P C 圖 8051與 IBMPC間的串行通訊接口 系統(tǒng)總的電路 小型音樂噴泉系統(tǒng)總的電路圖見附件部分。 4 噴泉控制系統(tǒng)軟件設計 擴展輸入輸出接口軟件設計模塊 8155 芯片內(nèi)具有 256 個字節(jié)的 RAM，兩個八位，一個 6位的基本 I/O 口， I/O口具有鎖存功能。 8155 與 8051 的連接見附錄 A。 18155 各端口地址分配如下 :CE==0 選擇片 1, IO/M==0 為 RAM 的地址有效 , IO/M==1 為 18155I/O 口有效 ,其余口置 1。 命令口： 0F700H A 口： 0F701H B 口： 0F702H C 口： 0F703H 定時器低位（ TL） 0F704H 定時器低位（ TH） 0F705H RAM 的地址： 0D700H 到 0D7FFH 28155 各端口地址分配如下： CE==0 選擇 片 2, IO/M==0 為 RAM 的地址有效 , IO/M==1 為 28155I/O 口有效 ,其余口置 1。 命令口： 0EF00H A 口： 0EF01H B 口： 0EF02H C 口： 0EF03H 定時器低位（ TL） 0EF04H 定時器低位（ TH） 0EF05H RAM 的地址： 0CF00H 到 0CFFFH 其中 18155A、 B 均為基本 I/O 輸出口 ,C 口設為輸入口。命令字選取為： PA=1，PB=1， PC2PC1 =00， IEA=0， IEB=0， TM2TM1=00。即命令字為 0000 0011B=3H。 28155A口為基本 I/O 輸出口 ,B 均為基本 I/O 輸入口 ,C 口設為輸入口。命令字選取為：PA=1， PB=0， PC2PC1 =00， IEA=0， IEB=0， TM2TM1=00。即命令字為 0000 0001B=1H。8155 的初始化程序： MOV DPTR， 0F700H ；指向 18155 命令口 MOV A， 3H ；設置命令字 MOVX @DPTR, A MOV DPTR， 0EF00H ；指向 28155 命令口 MOV A， 1H ；設置命令字 MOVX @DPTR, A 鍵盤和顯示軟件設計模塊 鍵盤和顯示軟件設計說明 在本系統(tǒng)中鍵盤的作用是便于用戶選擇任意的花型，并通過 LED 顯示出來 。S0S9 用于選擇花型， 還有位選擇和花型確認鍵，總共 12 個鍵，為 4? 3 鍵盤。 鍵盤的掃描方法有多種，這里將采用逐列掃描，全部列線將作為輸出線，全部行線將作為輸入線，全部行線同時檢測的掃描方法，這將大大縮短 CPU 用在掃描的時間上，提高 CPU 的工作效率。具體掃描過程分兩步。 先判斷是否有鍵按下 讓全部列線輸出低電平，同時檢測全部行線的狀態(tài)，如行線有低電平的狀態(tài)出現(xiàn)，則說明可能有鍵按下；接著，延時消除按鍵時所帶來的抖動，延時時間依具體的鍵盤而定；最后，再一次重 復讓全部列線輸出低電平，同時檢測全部行線的狀態(tài)，如行線有相同的低電平的狀態(tài)出現(xiàn)，則說明的確有鍵按下，接著就可以進入第二步，否則，為按鍵松開時的后沿抖動，程序將不予理會。 這將對所有的列進行一次掃描。逐列掃描的同時檢測全部行線的狀態(tài)（有效列為低電平狀態(tài)） ,如行線出現(xiàn)低電平狀態(tài)，則說明有鍵按下，將這時的列線輸出與行線狀態(tài)組合得出掃描鍵碼并暫時存儲這個掃描鍵碼。如出現(xiàn)兩個或兩個以上的掃描鍵碼，則說明有不同行或列的鍵同時按下。即使只有一個掃描鍵碼，也可能說明有多個同一列的鍵按下。掃描鍵碼的處理依具體情況而定。 鍵盤 的硬件連接見附錄 A，鍵碼值為三位數(shù)，通過三個 74LS164 及 LED 數(shù)碼管組合完成并行顯示。有一個鍵控制顯示哪一位數(shù)字。每一位對應唯一的鍵碼，程序上對多掃描鍵碼情況將予以立即終止并不作相應的處理，單掃描鍵碼對應多鍵的情況將予以查表如無所對照，亦不作相應的處理。程序上鍵碼的獲取一次性完成。具體流程圖及程序如下。 程序流程圖 按鍵顯示流程如圖 。 圖 按鍵顯示流程圖 匯編語言源程序 根據(jù)鍵顯示并控制花型流程圖編寫匯編語言程序見附錄 D求鍵值子程序模塊和顯示子程序模塊。 控 制潛水泵軟件設計模塊 目前，潛水泵結構簡單，成本較低，控制方便，只有一種轉速。要控制 潛水泵的流量變化，就必須使?jié)撍玫霓D速發(fā)生變化。 我們使用無觸點開關分時接通的方法提高潛水泵的轉速檔次，在硬件電路基本不變的條件下，使?jié)撍镁哂惺藱n轉速的調(diào)速能力和更好的節(jié)能效果，這種方法無需增加較多的硬件，僅在控制器中采用新的調(diào)速程序，即可達到提高潛水泵轉速檔次和節(jié)能的目的。 潛水泵開關調(diào)速的原理 潛水泵調(diào)速電路如圖 所示， L、 M、 H 分別為單相潛水泵的低速抽頭、中速抽頭和高速抽頭，單相潛水泵采用電容運行 方式，三個抽頭與電源的連接由三個雙向晶閘管 TL、 TM、 TH 來控制，當 TL導通時潛水泵的低速抽頭與電源連接，潛水泵低速運轉，同樣， TM 導通時潛水泵中速運轉， TH 導通時潛水泵高速運轉。我們采用分時接通 L、 M、 H 的方法，可以調(diào)節(jié)潛水泵的轉速，使?jié)撍毛@得十八檔轉速的變速能力。設電源頻率為 50HZ，其周期為 ，取調(diào)速周期 TS=6T（ T為電源周期），低速調(diào)速時，調(diào)速周期內(nèi)不接通任何一個晶閘管，則潛水泵的轉速 0，調(diào)速周期內(nèi)全接通晶閘管 TL，則潛水泵低速運轉，但如果在 6個電源周期內(nèi)， N個周期接通晶閘管 TL（ 0≤ N≤ 6），其他時間不接通，那么，在潛水泵的低速下可獲得 6 檔更低的轉速。同樣，中速調(diào)速時，調(diào)速周期內(nèi)全接通晶閘管 TL，則潛水泵低速運轉，全接通晶閘管 TM，則潛水泵中速運轉，如果在 6個電源周期內(nèi) N 個周期接通晶閘管 TM，（ 6N）個周期接通 TL，那么在潛水泵的低速和中速之間可獲得 6 檔轉速。同樣道理，在中速和高速間又可獲得 6檔轉速。由此可見采用分時接通的方法，可以使?jié)撍镁哂惺藱n轉速的調(diào)速能力。 潛水泵開關調(diào)速的軟件設計 說明：音樂中 1/4 拍是一個基本節(jié)拍，以 1/4 拍為基本節(jié)拍的歌居多，以人唱歌的正常速度 為準， C4/4 中 1/4 拍約為 秒左右，約為電源周期的 6 倍，2/4 拍是 秒，約為電源周期的 12 倍， 3/4 拍是 秒，約為電源周期的18 倍， 1 拍是 秒，約為電源周期的 24 倍， 1/4 拍是一個基本節(jié)拍所以 取調(diào)速周期 Ts=6T（ T 為電源周期）。 單相潛水泵采用單片機 AT89S51 控制，單片機的輸出端口 、 、 經(jīng)反相器與晶閘管 TL、 TM、 TH 的控制極連接，當 =“ 0”時，晶閘管導通，潛水泵可低速運轉，反之， =“ 1”時，晶閘管截止，潛水泵停轉，即由 輸出電 位控制潛水泵的低速檔；同樣，由 輸出電位控制潛水泵的中速檔， 控制潛水泵的高速檔。采集的音樂信號經(jīng)過傅立葉變換再去查幅值對應的分貝轉速表直接得到轉速代碼，這樣就可以控制潛水泵的轉速，再此只以生日快樂音樂程序為例，控制潛水泵轉速的方法如下： 每個音符對應一種轉速代碼，潛水泵的轉速隨音符改變而改變。調(diào)速程序必須經(jīng)過一個最小時間 1/4 拍 才能輸出一個轉速代碼的轉速，在調(diào)速程序中，采用一個存儲單元（ 90H）作為轉速輸入單元，另一個存儲單元（ 95H）記錄晶閘管導通時間，并通過延時程序來實現(xiàn)。 在調(diào)速程序中， 我們采用 8位數(shù)據(jù)記錄電機的轉速代碼，其中低 3 位（ b2b1b0）