毕业设计---基于单片机的音乐喷泉控制

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1、 1 1 绪论 1.1 设计背景 德国发明家奥图皮士特先生在 1930 年提出喷泉的相关理论，随后他在百货商店和 餐馆前建造小型的喷泉。经过多年来的发展，音乐喷泉的设计变的多样化，构造变得复 杂化。在 1952 年的夏天，在西柏林的工业展览中，一个美国人看到了奥图皮士特先生 音乐喷泉的表演，并把它带回纽约。1953 年 1 月 15 日音乐喷泉在美国首次表演，表演 期间超过 150 万人观看。在音乐喷泉走向全世界的同时，各种新技术也不断地运用在音 乐喷泉上， 使其表演变得复杂和美丽， 给人们带来无限的乐趣， 提高了人们的生活质量。 为了使控制简单可靠，适应现代社会的市场需求，各种形式的喷泉层出

2、不穷，并逐 步转向小型和营业性较强的方向发展。其音乐喷泉的控制也变得灵活多样，如单片机、 PLC、DSP 等都在音乐喷泉中有所运用，当然也具有优缺点。本课题针对旅游景点内设计 了观赏性的小型“音乐喷泉” 。选用单片机作为此次音乐喷泉控制系统设计的控制核心， 主要是为了实现单片机的放音，并控制多个电磁阀的开闭动作和水泵的动作，解决系统 中信号的同步性问题。 1.2 音乐喷泉的现状和发展 北京石景山古城公园的音乐喷泉， 在悠扬动听的音乐声中， 喷水可产生五六种变化， 时而转动如银伞，时而飘忽如玉带，时而如金蛇狂舞，时而旋转飞溅喷出的花形有 昙花、菊花、扶桑花、百合花和曼陀罗花，这是在 80 年代初

3、期中国较早修建的一个音 乐喷泉。 南昌的秋水广场是由“落霞与孤雁齐飞，秋水共长天一色”的意境而得名， 秋水广场就是以喷泉为主题，集旅游、观光、购物的大型休闲广场。他的音乐喷泉最吸 引人注目，是国内最大的音乐喷泉群，泉水面积 1.2 万平方米，主喷高达 128 米，是南 昌的一倩丽景观，人们可以一边欣赏音乐，一边观看滕王阁的美景。 新加坡圣陶沙旅游区的音乐喷泉的设计与效果也是值得参考的，它布置在一个空 旷而略有坡度的空间，面积很大，与圣陶沙车站前的长形喷水池共同组成为一个长达数 百米的综合系列喷泉，音乐喷泉位于系列喷泉的顶端。舞台为一假山堆叠的西洋式半圆 柱廊组成，共分 3 层。白天，假山瀑布及

4、两侧的喷泉群与 3 层水池形成一处动静结合的 较为文雅悠扬的水景园，入夜则有五光十色，优美动听的喷泉景观，整个舞台区域东西 面阔近百米，南北深度约 40m,成为目前亚洲最大的音乐喷泉之一。表现出壮阔、绚丽的 水景之美。 以上几处音乐喷泉从建筑形式、音乐曲调及水舞表演的角度展现了音乐喷泉的美丽 姿态，但是都属于大型的音乐喷泉 ，其控制系统也多采用 PLC 逻辑编程控制，造价高， 单片机控制的音乐喷泉 2 流量需求大，一般为专门的定量设计。即使这样，国内外的音乐喷泉控制系统设计均已 达到成熟的水平，而且还有专门的生产设计厂家，提供设计、喷泉设备及安装等服务。 目前，国内的音乐喷泉逐渐向智能化、分散化、综合化、多样化的方向发展，于是对喷 泉控制系统的设计也提出了更高的要求。 1.3 喷泉的物理原理 喷泉的原理是个动量守恒，从大半径管道到小半径管道，产生一个速度的变化，冲 向背离地面的方向。 大半径的速度由泵带动，小半径中的速度是原来速度，与动量转化 速度。需要选择一个微元计算动量守恒，这样能求出一个速度，这个速度是出口速度， 然后就是一个上抛运动了，这个是理想的情况，没有摩擦，没