【正文】 ..... 13 2 8155 的初始化 ................................................................................................. 13 變頻器的選擇 .................................................................................................. 15 硬件延遲電路 .................................................................................................. 19 系統(tǒng)工作流程 .................................................................................................. 21 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ........................................................................................... 22 系統(tǒng)資源分配 .................................................................................................. 22 音樂控制碼的編制 .......................................................................................... 22 軟件流程 .......................................................................................................... 25 系統(tǒng)控制程序 .................................................................................................. 28 結(jié)論 ................................................................................................................................. 31 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................... 32 附錄 A：硬件電路原理圖 .............................................................................................. 33 附錄 B：電氣接線圖 ...................................................................................................... 34 致謝 ................................................................................................................................. 35 1 1 緒論 課題背景 德國(guó)發(fā)明家奧圖皮士特先 生在 1930 年首先提出噴泉的概念，起初他只是在百貨商店和餐館建造小型噴泉，之后經(jīng)過多年的發(fā)展，其音樂噴泉的設(shè)計(jì)及構(gòu)造已變得更大型更復(fù)雜。 1953 年 1 月 15日音樂噴泉在美國(guó)首次表演，表演期間超過 150 萬人觀看。 電腦音樂噴泉是通過千變?nèi)f化的噴泉造型，結(jié)合五顏六色的彩光照明，來反映音樂的內(nèi)涵 及音樂的主題，一座好的音樂噴泉，水形的變化應(yīng)該能夠充分地表現(xiàn)樂曲。魔術(shù)師電腦音樂系統(tǒng)采用數(shù)字同步處理技術(shù)，使音樂與水型變化在 秒內(nèi)完成，在感官上和聽覺上得到滿意的效果，采用多級(jí)分散控制結(jié)構(gòu)和隔離化設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)安全性、可靠性和穩(wěn)定性；采用模塊化設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)擴(kuò)展性好，兼容性強(qiáng)，安裝和維護(hù)使用方便。其音樂噴泉的控制也變得靈活多樣，如單片機(jī)、 PLC、 DSP 等都在音樂噴泉中有所運(yùn)用，當(dāng)然也具有優(yōu)缺點(diǎn)。選用單片機(jī)作為此次音樂噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制核心，主要是為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的放音，并控制多個(gè)電磁閥的開閉動(dòng)作和水泵的動(dòng)作，解決系統(tǒng)中信號(hào)的同步性問題。 臺(tái) 灣臺(tái)中的亞哥花園，有一個(gè)專為音樂噴泉表演的水舞劇場(chǎng)，以氣勢(shì)磅礴的蒼穹為天幕，舞臺(tái)建筑為意大利羅馬式的柱廊構(gòu)成，圓形，用噴泉環(huán)繞，有 600個(gè)噴頭，配合著 135 種變化的燈光，組合 成一種載歌載舞的美妙舞姿，水舞時(shí)， 2 其形色聲光的變化，令人目不暇接，嘆為觀止。舞臺(tái)為一假山堆疊的西洋式半圓柱廊組成，共分 3 層。表現(xiàn)出壯闊、絢麗的水景之美。即使這樣，國(guó)內(nèi)外的音樂噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)均已 達(dá)到成熟的水平，而且還有專門的生產(chǎn)設(shè)計(jì)廠家，提供設(shè)計(jì)、噴泉設(shè)備及安裝等服務(wù)。 本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容 音樂噴泉的 工作原理 為： 根據(jù)播放的音樂來控制 噴泉的花形大小變化和水柱的高度變化 ， 以使水柱高度的變化及花形大小的變化 與音樂 的節(jié)奏 同步 ，噴泉管路中的 水 流 由水泵 調(diào)節(jié) ， 而 水泵 是 由三相異步電動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng) 的 。隨著 音樂噴泉的使用越來越廣泛，涉及 到的控制方式也就越多， 變頻器，單片機(jī)，上位機(jī)，觸摸屏等， 于是噴泉的控制 涵蓋 了 自動(dòng)化的各個(gè)學(xué)科，并且形象直觀 。因此， 音樂噴泉工程中 無疑也會(huì) 安裝大量的電磁閥門 、彩燈、水泵和產(chǎn)生其它機(jī)械動(dòng)作的電機(jī)。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。 3 針對(duì)不同水形要求有不同的控制方法 ， 從噴泉的控制來看基本可分為四類：第一類水形，啟動(dòng)水泵直接向管道和噴頭加壓 ，效果是噴頭的水柱在啟動(dòng)和停止時(shí)有一過渡的升降過程；第二類水形，需要通過變頻器控制水泵轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)一種水柱連續(xù)升降的效果；第三類水形，在加壓噴水時(shí)啟動(dòng)傳動(dòng)電機(jī)控制噴頭搖擺，達(dá)到一種花型變換；第四類水形，需要在直接啟動(dòng)水泵向管道加壓后，通過控制器快速地控制大量的電磁閥門的開閉，使噴嘴以各種方式進(jìn)行點(diǎn)射，形成所謂 的跑泉和跳泉效果。由于涉及到變頻器、水泵、電磁閥、噴頭的選擇，故需進(jìn)行噴泉造型系統(tǒng)的管網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算（流量計(jì)算、損失計(jì)算等），這將作為變頻器、水泵、電磁閥、噴頭選擇的依據(jù)；同時(shí)要進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)），是為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的放音、花形變化、燈光變化，以及音樂信號(hào)和花形的同步性處理。本方案采用十字形供水方式，將水泵設(shè)置在噴池中央，同樣是為了讓水流迅速流至每個(gè)噴頭，當(dāng)然也可以采用在外圈或內(nèi)圈安裝水泵，用一短直管將內(nèi)外兩圈的水管連接起來，就可以向各個(gè)噴頭供水了，但是這種方式使距離水泵較遠(yuǎn)的噴頭的水柱高度變化會(huì)滯后于距離水泵較近的同性質(zhì)的噴水高度變化，產(chǎn)生的滯后效應(yīng)較十字形供水方式的滯后效應(yīng)大。 選擇此方案作為本次設(shè)計(jì)的花形造型方案。因此，噴泉所占據(jù)的空間位置，需根據(jù)人眼視域的生理特征以及周圍的景物來確定，經(jīng)查相關(guān)資料，由以下兩個(gè)指標(biāo)確定，即垂直視域和水平視域。 當(dāng)垂直視角為 30 度時(shí)，其合適視距為 [1]： 10co t ( )30co t ( )23 .7 ( )D H hHhHh??????? 式（ ） 式中 D1— 合適視距 H— 景物高 h— 人眼高 根據(jù)酒店門口特征，取水平合適視距為 左右較為合適，因此由式（ ）可得噴水池的寬度為 2 2 .5 2 .11 .2 1 .2DWm? ? ? 式（ ） 由于小型噴泉的垂直合適視距約為噴水高的 3 倍，噴泉景物合適的視距約為景物寬度的 倍，因此噴泉的噴水高度按最大為 2m 高的水柱進(jìn)行設(shè)計(jì)，寬度也按 2m 進(jìn)行設(shè)計(jì)。 α 圖 傾斜射流曲線 軌跡 圖中： L1— 射流上升部分的水平投影（ m） L2— 射流下降部分的水平投影（ m） R— 水平射程（ m） 6 h— 射流高度 （ m） α — 傾斜射流的仰角 （ 度 ） 表 噴泉中各噴頭的型號(hào)及參數(shù)表 噴頭型號(hào) WX117 HZ112 BZ305 SB219 水壓（ KPa） 4367 70 50 55 流量 (m3/h) — 5— 7 4 噴高 (m) — — — 噴灑直徑 DN(mm) — 連接管直徑 DN(mm) 15 25 25 20 連接形式 內(nèi)螺紋 內(nèi)螺紋 內(nèi)螺紋 內(nèi)螺紋 安裝尺寸 A(mm) 70 100 150 140 安裝尺寸 B(mm) 40 60 50 10 數(shù)量（個(gè)） 5 1 5 5 圖 片 ② 流量計(jì)算 噴頭的流量可按下列公式計(jì)算： 2Q f gH??? 嘴 [1] 式（ ） 式中 Q — 噴頭的流量 ? 噴頭的流量系數(shù) f — 噴嘴的過水面積 g— 重力加速度 由此可計(jì)算出主管道總流量為： 1 2 2 3 3 4 44 3 5 35 3 5 33 3 35 1 . 3 5 1 0 / 5 9 . 2 6 1 0 /5 1 . 7 1 0 / 1 3 . 3 8 1 0 /1 . 2 6 1 0 / 4 . 5 2 /n Q n Q n Q n Qm s m sm s m sm s m h???? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ?1總Q式（ ） 7 配水管網(wǎng)的計(jì)算 配水管網(wǎng)的計(jì)算主要是確定管徑和水頭損失。 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]?，F(xiàn)將其布置要點(diǎn)簡(jiǎn)述如下： ① 大型噴泉中，管道多且復(fù)雜時(shí)，應(yīng)將主管道敷設(shè)在渠道中，在噴泉底座下設(shè)檢查井 ， 為了使噴水獲得等高的射流，對(duì)于環(huán)行配水管網(wǎng)，多采用十字形供水。 ③ 為了池水上漲造成溢流應(yīng)設(shè)溢水管 ， 為了便于清洗在水池底部應(yīng)設(shè)泄水管。 ⑤ 噴泉所有管道的接頭應(yīng) 嚴(yán)格密封， 安裝完畢后，均應(yīng)進(jìn)行水壓試驗(yàn)。 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 。由于在管徑計(jì)算時(shí)所得管徑為 50mm，同時(shí)為使安裝方便， 故選螺紋連接 [1]。 價(jià)昂 白鋼管比黑鐵管重 3～6%，因?yàn)橛绣冧\ 層，不宜焊接。其驅(qū)動(dòng)方式一般為手動(dòng)。 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。來保持水位以便自動(dòng)供水。各種控制管件的選擇列于表 。 手動(dòng)截止閥 :安裝在排水管處，相當(dāng)于 閘閥 使用，條件不足時(shí)，可以用球閥代替，以便水池的清洗和換水。 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。 表 水下 燈具選擇 表 型號(hào) 直徑 功率 電壓 數(shù)量 顏色 照射高度 圖片 SXLEDI24 100mm 5W 24V 8 只 紅／黃 /綠／藍(lán) ～ 3m 名 稱 參 數(shù) 10 說明：燈具 SXLEDI24 具有如下特點(diǎn)： 1)高節(jié)能 ；