编程音乐喷泉
电路部分
编程音乐喷泉
电路部分
摘
音乐喷泉种工建造景观常见城市广场景区中深受喜爱广场中景区者商场中安装音乐喷泉带较高视觉感受通音乐激励心带较高济效益社会效益成国种娱乐产业国飞速发展济带动音乐喷泉作第三产业国长足发展喷泉设备厂喷泉设计专业公司雨春笋般迅猛发展音乐喷泉技术水断提高研究设计高质量音乐喷泉控制技术成喷泉设备厂喷泉设计专业公司追求
课题研究音乐喷泉硬件电路部分设计中采STM32单片机作控制元件音乐喷泉动采集音乐播放音乐水泵单片机动控制彩灯颜色动发生变化种较低重量较低成较高观赏性编程家音乐喷泉次设计单片机中声音采集电路动控制水泵电路彩灯颜色动控制电路设计文中讨选择器件类型绘制设计电路原理图根设定具体参数制定设计方案较分析常基结构选择电路器件绘制电路设计原理图完善设计
关键词：音乐喷泉电路设计STM32
Programmable music fountain
circuit part
ABSTRACT
Music Fountain is a manmade landscape common in our major city squares scenic areas deeply loved by people The installation of Music Fountain in the square scenic area or shopping mall can give people a higher visual feeling but also through music to inspire people bring higher economic and social benefits has become a kind of entertainment industry in China Driven by the rapid economic development of our country the music fountain as a tertiary sector of the economy has made great progress in our country The Fountain Equipment Factory and the Specialized Company of Fountain Design have also mushroomed like mushrooms after a rain the Technical Level of the Music Fountain is also constantly improving the research and design of highquality Music Fountain Control Technology has become the Major Fountain Equipment Plant and Fountain Design Professional Company＇s pursuit
This topic is to study the Music Fountain Hardware Circuit part primarily in the design uses the STC89C52 Monolithic Integrated Circuit as the main control component the music fountain may collect the music automatically plays the music the water pump may through the Monolithic Integrated Circuit automatic control the color of the lantern changes automatically It is a programmable home music fountain with low weight low cost and high ornamental Our design is mainly on the singlechip sound acquisition circuit automatic control pump circuit color automatic control circuit design In this paper we discuss the types of selecting devices and draw the schematic diagram of the design circuit make the design scheme according to the specific parameters set compare and analyze the common basic structures select the devices of the circuit and draw the schematic diagram of the circuit design perfect the design
Keywords music fountain hardware system STM32
Key words Music fountain circuit design stm32
目录
摘 2
1 前言 5
11研究目背景 5
12国外研究现状 5
13次设计容思路 6
2系统总体设计 7
21系统核心硬件选择 7
211控芯片选择 7
212 AD模块选择 7
213 彩灯驱动方案选择 8
214音频功放芯片选择 8
215水泵选择 8
22系统总体框架设计思路 9
3硬件介绍设计 10
31单片机系统 10
32水泵驱动电路设计 12
33彩灯电路设计 13
34喷泉数量灯光数量控制 15
4系统调试 16
5结 18
参考文献 19
致谢 20
附录 21
1 前言
音乐喷泉电子信息技术音乐科技相结合产物满足民群众日益提高物质文化需求具积极意义音乐喷泉户外型喷泉方便家美丽音乐喷泉便设计款家编程音乐喷泉
11研究目背景
改革开放40年国贫穷走富强科技断发展时代发生改变民生活逐渐改善日益增长生活需求逐渐满足居住环境城市配套设施建设求越越高喷泉种深受游客欢迎艺术景观常型商场标性城市广场等公场合身影开放时候总吸引批群众驻足欣赏发展初期喷泉仅固定喷水功样式较单现科技水断提高高科技应休闲娱乐情况越越普遍智音乐喷泉应运生高新科技现代艺术结合产物音乐喷泉中喷水图案变化彩色灯光绚丽彩者水幕电影优美音乐旋律相映彰根音乐旋律变化动变换喷水图形配合绚丽彩灯光构成美丽艺术水景视觉击令目暇接赞叹已20世纪30年代喷泉概念德国先提出发展音乐喷泉结构设计变更加姿彩越越惊叹80年代中期改革开放国济蓬勃发展处区引进行设计建立音乐喷泉改善环境休闲娱乐丰富国民精神文化生活方面发挥着重作通研究引进外国发达国家先进技术结合研发喷泉更新换代非常快式样音乐喷泉层出穷现代音乐喷泉结合水幕电影水幕加激光素甚表演舞台增设喷泉效果增强视觉效果令赞绝口现中国百家喷泉设备机器制造厂市场竞争适应性生存国数家型喷泉水景工程公司斥巨资建设型喷泉功项目破世界记录获殊誉总中国喷泉水景技术已弱发达国家先进水市场需求建设规模国家法匹敌
科学技术断进步民美生活需求越越高喷泉美化城市环境中功没音乐喷泉激光水幕电影雕塑超高喷泉超级瀑布百米跑泉跳跳泉等高科技新水景项目国发展编程喷泉喷泉艺术种新形式先进电子控制技术工喷泉相结合通单片机程序控制技术控制着喷泉姿态变化
12国外研究现状
现喷泉已现代高雅园林城市广场公建筑重装饰物居民游客带乐趣前单调喷泉现种类越越喷泉形态越越优美喷水花型灵活变结合现代灯光投影艺术喷泉形态更加绚丽彩社会较受欢迎景观音乐喷泉开发研究前景非常观体现高新技术娱乐业机结合文初略介绍音乐喷泉研究应开发音乐喷泉开发巨挑战协调提高音乐旋律喷泉步性综合分析喷泉音乐元素识提取实现音乐播放喷泉变化完美配合
全面考虑音响喷水组合找困难部分现国际电子企业寻找开拓中国市场机会着外资投入增加国家企业改革结构调整正加速国家颁布新行业制度政策等等促进中国电子行业发展企业合重组着政策推进发展目前电子行业效益佳更加注意电子行业企业授信关注电子行业周边相关产业完善客户结构调整根电子行业客户需求研发新产品满足市场求
目前国精密制造技术达国外先进技术水制造技术评判国家科学技术发展水重标准国家科技竞争力重体现国济飞速发展产业转型关键期短板缺乏精密制造技术必须坚持发展动摇迸发强烈执行力世界先进制造业国家齐激烈竞争中发展缩短制造业国家间技术差距国家言绝松懈研究发展先进制造技术刻容缓
13次设计容思路
课题研究音乐喷泉硬件电路部分设计通STM32单片机核心实现压力输水喷头控制环节音乐播放环节彩灯控制环节音频放环节等单片机技术实现家音乐喷泉动控制种结构简单方便智化性稳定价格低廉音乐喷泉具定实价值次针单片机系统电路声音采集电路水泵电路彩灯电路设计
普通音乐喷泉系统做充分调研基础设计系统硬件布局软件结构提出方案进行较选择优方案作终设计特音乐水形步环节设计提出切实行方案求设计方案中配套播放音乐曲目少3首水形灯光图案丰富键切换3音乐风格(舒缓＼进行曲＼圆舞曲等)程序段设计数完整科学合理文字原理描述外求书面成果包括系统原理图设备布置图调试通程序清单元器件清单实物运行片等课题完成掌握型音乐喷泉系统设计规律解常水泵技术性选型课题实物制作求：少2组单独控制水泵喷头彩灯组循环水箱(盆)控制电路扬程流量容积限制作中特注意音乐节奏水型步音乐放电路水泵电路隔离电源抗干扰水泵转速调节控制问题
次负责喷泉硬件电路部分设计次设计款基单片机喷泉控制系统作次体方案具体容：
1完成单片机系统电路设计
2元器件选型采购
3电路图绘制
2系统总体设计
21系统核心硬件选择
构造硬件电路前必须明确设计方案尤模块模块间互斥互通进步规划进选择合适硬件设施
211控芯片选择
方案：采STM32单片机作控芯片
选择STM32单片机作单片机控制芯片种系列处理器基ARM 7架构32位微控制器支持实时模拟踪意法半导体ST公司研发生产STM32单片机采ARM先进CortexM 3核拥优秀实时性功耗控制方面表现出色创新时尚外观设计程度集成整合开发十分便利产品第时间进入市场抢占市场
方案二：选取MSP430单片机作控制芯片
MSP430单片机常见混合信号处理器作类型单片机仅够形成数字电路模拟电路形成具备样功微处理器芯片干模拟电路数字电路等更模块结合起优势耗低系统指令简便化出德州仪器公司1996年面世劣势该单片机研发成太高仅需电池供电方便移动设备中运较领域应相较少见
方案三：选取PIC16F877A单片机作控制芯片
PIC16F877A单片机目前Microchip先进技术优势编程优势高昂工成资源成相实颇起眼
综述决定采STM32单片机作控芯片综合考虑资源合理分配开发便利性控制成出结
212 AD模块选择
方案：ADC0832单片集成低功耗单独供电8bit CMOS数获取器件ADC0832具4模拟输入1模拟输出1串行I²C总线接口ADC0832硬件址编程3址引脚A0 A1A2I2C总线接入8ADC0832器件需额外硬件ADC0832器件通双线双I2C总线串行方式进行传输输入输出址控制数信号
方案2：MCP3001款具片采样保持电路10位逐次逼型AD转换器（ADC）该器件提供伪差分输入通道指定差分非线性( DNL) 积分非线性(INL)值1 LSB符合SPI协议简单串行接口器件通信时钟速率28 MHz时该器件采样速率数值200 kspsMCP3001器件工作电压范围宽27V55V 低电流设计允许器件典型机电流5 nA典型工作电流400A条件工作
方案三：利STM32F103C8T6部ADC该芯片嵌212位ADC精度已满足次求ADC达16外部通道样满足次求
总说功模拟条通道传输然保持部数踪进行数模式转换转换速度根总线速度确定次选取STM32F103C8T6 嵌ADC
213 彩灯驱动方案选择
查阅许相关资料发现数彩灯控制电路利移位寄存器计数器延时等等控制彩灯闪烁位置变化次彩灯电压较高水普通LED灯法满足利继电器控制次低压水彩灯
214音频功放芯片选择
TDA2030A德律风根生产常款音频功率放器IC外接元件特少输出电流谐波失真具输出短路保护功置热保护电路采超型封装(TO220)提高组装密度动限制功保护晶体工作安全工作区采该芯片
215水泵选择
水泵液体增压输送液体机械水泵根求许分类次选择HY2508功率泵属电动喷雾器水泵采纯铜芯电机铜线电机普通电机整体寿命高出3倍久耐电机导电快保证电流通畅节省电电机具优秀传动性散热效果良出水力强输出性
22系统总体框架设计思路
次实验通利单片机输出PWM脉信号控制直流电动机速度利L298N芯片组成电路控制电机运转特点部电路简洁简单容易进行逻辑变换反应度较高等利电源变压器AC220转化成DC12V作L298N供电电压彩灯利继电器组成电路实现通断种颜色彩灯音乐变化时候通AD转换传送单片机利单片机控制继电器通断控制彩灯
具体示：
图1 系统总体框图
想音乐喷泉中播放音乐传入控制系统中手机电脑播放音乐样喷泉工作否运行时通音乐信号输入控制音乐播放扩音乐信号通连串变化作电机改变水压喷出水柱高低起伏水柱着音乐变换交相辉映音乐喷泉单片机芯片控制系统功已十分完善包括音乐识喷泉启动彩灯变化部分
3硬件介绍设计
31单片机系统
选择STM32单片机单片机控制芯片系列处理器基ARM 7架构32位微控制器支持实时模拟踪意法半导体ST公司研发生产设计成者功耗选择种控制芯片达设计功前提STM32单片机提供更接口功方便设计实验系统中实验项目需外围扩展电路种控制芯片学单片机课程说通俗易懂手较快医疗器械中较着巨学研究价值
STM32F103C8T6单片机核心板接口电路图图示
图2 STM32单片机核心板接口原理图
STM32单片机核心板部电路图图示
图3 STM32单片机核心板部原理图
STM32单片机实物图图示
图4 STM32单片机核心板实物图
32水泵驱动电路设计
PWM调速工作原理实非常简单通调节占空达调速目知道电动机转速加电动机两端电压U关系U电压占空关系调节占空调节电动机转速举简单例子周期时间T中高电输出时间t占空tT电源电压处恒定状态加电机两端电压UUMAX*tT通断调节t改变电机两端电压达调速目
现般三种方式改变占空第种调宽调频宽呢说高电占时间频呢频率周期时间样子话改变占空时会改变周期第二种定宽调频高电保持变改变低电时间样子改变占空会周期发生变化第三种定频调宽保持周期T变时改变高低电占时间
常常会采定频调宽方法改变占空调节电机速度调宽调频定宽调频会改变控制脉时间周期系统频率控制脉频率接时候会引起振荡电路稳定
电动机PWM驱动模块电路采L298N芯片组成驱动电路设计实现具体电路见图电路采基PWM原理驱动电路
图5 L298N驱动电路
L298N专门驱动电机芯片高电压电流直接通外接电源调节输出电压时驱动两直流电机电源输入端接入12V会4输出通道输出L298N置两H桥桥臂接入两二级两二极分VCC进行反接电动机感性负载停机者换时会产生反电动势线路中出现高VCC者低二极会导通样线路元器件会受损害达保护作
表1 L298N逻辑功表
ENA
IN1
IN2
运行状态
0
X
X
停止
1
1
0
正转
1
0
1
反转
0
0
0
停止
1
0
0
停止
表L298N逻辑功表IN3IN4表理ENA端高电时会效接入PWM输出引脚实现PWM调速控制IN1IN2逻辑控制端音乐喷泉需反转般需正转电逻辑
33彩灯电路设计
灯光音乐喷泉中非常重夜晚中音乐旋律优美水光潋滟加炫目灯光效果喷泉场视觉盛宴单单道美丽景观三维感觉效果心节奏动眼水动彩灯光起画龙点睛作灯光选择显更加重
次设计方案中音乐喷泉闪光彩灯采LED水彩灯喷泉设计师广泛LED水低压彩灯产品结构简单合理防水性防护性色彩鲜艳连接电路图示中电阻作限流保护
次采固态继电器SZYTF直流控直流固态继电器该继电器供电电压332VDC常开接口负载直流220V5A水低压彩灯24V该继电器满足次求
图6 继电器电路原理图
直流固态继电器输入电路通常限流电阻R保护二极VD1（VD2）组成R串联尤电耦合器中发光二极正极回路里保护二极VD1反联发光二极两端继电器设置VD2二极串联发光二极负极回路里直流固态继电器开关输出电路功率开关三极功率场效应构成开关输出电路作接通切断控制负载电路固态继电器输入端未加控制信号时光电耦合器中发光二极发光开关输出电路处关断状态输入端加入控制信号时发光二极发光光敏三极导通输出电信号信号驱动电路放加开关输出电路饱导通实现接通受控负载电路功
样实现继电器动控制根音乐节奏单片机会通部ADC采集信号判断否继电器导通会实现动关断节奏中点亮颜色水彩灯改变颜色变化达音乐彩灯结合效果
34喷泉数量灯光数量控制
水泵彩灯安装喷泉池里面开启关停否接收声音信号决定喷泉水柱形态次变化彩灯次转换音乐节奏相关通模数转换器音乐信号分析音乐次起伏会喷泉水柱形态彩灯产生变化达丰富表演效果
次课题设计喷池分布图图8示 喷泉设置5电压区间区间独立控制5条彩灯带利采集电压亮灭LED等利采集电压否达设定区间然执行里面语句音乐达高潮时候灯条会全部亮起
图7 彩灯电路图
图8 彩灯布局
4系统调试
41硬件焊接
1焊接前筹备工作
焊接准备工作第务先认真查图纸 根图纸需元件进行相关型号规格数量进行核查线路间严格排查否存接触良等问题
2焊接序
首先安装电阻者电容器接着相关二极三极焊接集成电路线路部件安装序般
3元器件焊接求
（1） 安装电容器
安装电容器时定先清仪表标注电极果正负极接错旦短路会烧坏仪表安装电容器定序首先玻璃釉电容器连次连机介质电容器做瓷介质电容器连接工作连接电解容电容器
安装二级
做焊接二级准备工作时方需留意
首先明确阴阳极方二极面标注安装时候标注外清楚焊接时间控制2S针短引线说
（3）三极焊接
针三极焊接正常焊接程中需引线引线需镊子夹住样防止烫伤需量散热时候需装散热片接触面需整光滑添加需进行绝缘设置时候需添加绝缘薄膜脚般利塑料导线电路板连接起
（4）集成电路
电路形成部件焊接电路板部件位置需型号引脚位置尤重首先两引脚焊接稳定边然焊接外边左右序进行焊接操作出现参差齐引脚时候需进行齐根剪
42系统硬件调试
硬件调试核查电路否存问题否接触良焊接否位具方元件否方弄错电路设计错误等情况
查漏补缺简单方法实物电路板电路设计图纸相方没焊接里少元器件目然两相缺少物件补没焊接方补焊
万表检测短路断路虚焊相方便万表连接线路中数字相应档位红黑笔相碰出结果种检测方法相较简单够测出电路短路断路等红黑笔放相应元件果出现鸣声说明段电路存问题进相关问题解决
开始收PCB裸板时测量电源没短路然面焊接电源芯片通电源测试电压否正常焊接元件时候选择焊部分调试部分样节省少工作量免焊完全部发现板子运行
焊接完成测试时候发现音箱噪音然决定加12v电源供电音箱12v电源较稳杂波少解决音箱杂音问题
43系统软件调试
测试需工具：KEIL软件系统硬件PL2303载器等
KEIL软件编写相关代码相应代码生成HEX文件通PL2303载器载单片机中进行程序调试调试程做相关记录反复测试否存系统问题
5结
文老师教导完成音乐喷泉控制系统设计分析调试文撰写程中导师悉心指导教会严谨治学态度丰富理知识结合实践设计化导师培养独立思考思辨力
设计针单片机音乐喷泉硬件电路进行设计基实现务求功时间水验限设计作品存着足处硬件软件设计中遇问题次导师组员宝贵意见建议提高导师关怀指导基单片机音乐喷泉硬件电路设置理念运作程解非常清楚文完成提供帮助次导师表示衷心谢意
毕业设计相次老师交作业次设计中真真正正体会什理实践相结合知道发现问题该里入手解决真正学致组员工作认真心细发耐心严谨工作方式印象深刻次计设学间相互学群策群力相互帮助懂什团队力量相信学工作指导作
参考文献
[1] 李明毕万新编著单片机原理接口技术连理工学出版社2009年
[2] 虞沧编著单片机原理应技术吉林学出版社2009年
[3] 夏建全编著工业计算机控制技术清华学出版设北京交通学出版社2006年[4] 荆珂段波编著电路基础实践连理工学出版社2010年
[5] 李广弟朱月秀王秀山单片机基础[M]北京：北京航空航天学出版社2001：1417138156
[6] 张均廖建波．型音乐喷泉控制系统设计．江西农业学学报199921(4)：619621
[7] 致程．实电动机控制电路350例[M]．北京：民邮电出版社2002．132—134)
[8] 陈民刘云超陈琳李元 音乐喷泉系统视化设计实时仿真[J]计算机工程 1999(08
[9] 肖玲琍 音乐喷泉现场总线技术[J]北京建筑工程学院学报 2003(03)
[10] 沈辉精通simulink系统仿真控制北京学出版社2003
[11]张均廖建波．型音乐喷泉控制系统设计．江西农业学学报199921(4)：619621
[12] 孙育．供水系统设计［M］．湖北：水利电力出版社1979：4045
[13] 黄振国．应电路技术．四川：电子科技学出版社2003：6265
图9 整体电路图
图10 pcb版图
图11 整体图
图12 运行图
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编程音乐喷泉
电路部分
编程音乐喷泉
电路部分
摘
音乐喷泉种工建造景观常见城市广场景区中深受喜爱广场中景区者商场中安装音乐喷泉带较高视觉感受通音乐激励心带较高济效益社会效益成国种娱乐产业国飞速发展济带动音乐喷泉作第三产业国长足发展喷泉设备厂喷泉设计专业公司雨春笋般迅猛发展音乐喷泉技术水断提高研究设计高质量音乐喷泉控制技术成喷泉设备厂喷泉设计专业公司追求
课题研究音乐喷泉硬件电路部分设计中采STM32单片机作控制元件音乐喷泉动采集音乐播放音乐水泵单片机动控制彩灯颜色动发生变化种较低重量较低成较高观赏性编程家音乐喷泉次设计单片机中声音采集电路动控制水泵电路彩灯颜色动控制电路设计文中讨选择器件类型绘制设计电路原理图根设定具体参数制定设计方案较分析常基结构选择电路器件绘制电路设计原理图完善设计
关键词：音乐喷泉电路设计STM32
Programmable music fountain
circuit part
ABSTRACT
Music Fountain is a manmade landscape common in our major city squares scenic areas deeply loved by people The installation of Music Fountain in the square scenic area or shopping mall can give people a higher visual feeling but also through music to inspire people bring higher economic and social benefits has become a kind of entertainment industry in China Driven by the rapid economic development of our country the music fountain as a tertiary sector of the economy has made great progress in our country The Fountain Equipment Factory and the Specialized Company of Fountain Design have also mushroomed like mushrooms after a rain the Technical Level of the Music Fountain is also constantly improving the research and design of highquality Music Fountain Control Technology has become the Major Fountain Equipment Plant and Fountain Design Professional Company＇s pursuit
This topic is to study the Music Fountain Hardware Circuit part primarily in the design uses the STC89C52 Monolithic Integrated Circuit as the main control component the music fountain may collect the music automatically plays the music the water pump may through the Monolithic Integrated Circuit automatic control the color of the lantern changes automatically It is a programmable home music fountain with low weight low cost and high ornamental Our design is mainly on the singlechip sound acquisition circuit automatic control pump circuit color automatic control circuit design In this paper we discuss the types of selecting devices and draw the schematic diagram of the design circuit make the design scheme according to the specific parameters set compare and analyze the common basic structures select the devices of the circuit and draw the schematic diagram of the circuit design perfect the design
Keywords music fountain hardware system STM32
Key words Music fountain circuit design stm32
目录
摘 2
1 前言 5
11研究目背景 5
12国外研究现状 5
13次设计容思路 6
2系统总体设计 7
21系统核心硬件选择 7
211控芯片选择 7
212 AD模块选择 7
213 彩灯驱动方案选择 8
214音频功放芯片选择 8
215水泵选择 8
22系统总体框架设计思路 9
3硬件介绍设计 10
31单片机系统 10
32水泵驱动电路设计 12
33彩灯电路设计 13
34喷泉数量灯光数量控制 15
4系统调试 16
5结 18
参考文献 19
致谢 20
附录 21
1 前言
音乐喷泉电子信息技术音乐科技相结合产物满足民群众日益提高物质文化需求具积极意义音乐喷泉户外型喷泉方便家美丽音乐喷泉便设计款家编程音乐喷泉
11研究目背景
改革开放40年国贫穷走富强科技断发展时代发生改变民生活逐渐改善日益增长生活需求逐渐满足居住环境城市配套设施建设求越越高喷泉种深受游客欢迎艺术景观常型商场标性城市广场等公场合身影开放时候总吸引批群众驻足欣赏发展初期喷泉仅固定喷水功样式较单现科技水断提高高科技应休闲娱乐情况越越普遍智音乐喷泉应运生高新科技现代艺术结合产物音乐喷泉中喷水图案变化彩色灯光绚丽彩者水幕电影优美音乐旋律相映彰根音乐旋律变化动变换喷水图形配合绚丽彩灯光构成美丽艺术水景视觉击令目暇接赞叹已20世纪30年代喷泉概念德国先提出发展音乐喷泉结构设计变更加姿彩越越惊叹80年代中期改革开放国济蓬勃发展处区引进行设计建立音乐喷泉改善环境休闲娱乐丰富国民精神文化生活方面发挥着重作通研究引进外国发达国家先进技术结合研发喷泉更新换代非常快式样音乐喷泉层出穷现代音乐喷泉结合水幕电影水幕加激光素甚表演舞台增设喷泉效果增强视觉效果令赞绝口现中国百家喷泉设备机器制造厂市场竞争适应性生存国数家型喷泉水景工程公司斥巨资建设型喷泉功项目破世界记录获殊誉总中国喷泉水景技术已弱发达国家先进水市场需求建设规模国家法匹敌
科学技术断进步民美生活需求越越高喷泉美化城市环境中功没音乐喷泉激光水幕电影雕塑超高喷泉超级瀑布百米跑泉跳跳泉等高科技新水景项目国发展编程喷泉喷泉艺术种新形式先进电子控制技术工喷泉相结合通单片机程序控制技术控制着喷泉姿态变化
12国外研究现状
现喷泉已现代高雅园林城市广场公建筑重装饰物居民游客带乐趣前单调喷泉现种类越越喷泉形态越越优美喷水花型灵活变结合现代灯光投影艺术喷泉形态更加绚丽彩社会较受欢迎景观音乐喷泉开发研究前景非常观体现高新技术娱乐业机结合文初略介绍音乐喷泉研究应开发音乐喷泉开发巨挑战协调提高音乐旋律喷泉步性综合分析喷泉音乐元素识提取实现音乐播放喷泉变化完美配合
全面考虑音响喷水组合找困难部分现国际电子企业寻找开拓中国市场机会着外资投入增加国家企业改革结构调整正加速国家颁布新行业制度政策等等促进中国电子行业发展企业合重组着政策推进发展目前电子行业效益佳更加注意电子行业企业授信关注电子行业周边相关产业完善客户结构调整根电子行业客户需求研发新产品满足市场求
目前国精密制造技术达国外先进技术水制造技术评判国家科学技术发展水重标准国家科技竞争力重体现国济飞速发展产业转型关键期短板缺乏精密制造技术必须坚持发展动摇迸发强烈执行力世界先进制造业国家齐激烈竞争中发展缩短制造业国家间技术差距国家言绝松懈研究发展先进制造技术刻容缓
13次设计容思路
课题研究音乐喷泉硬件电路部分设计通STM32单片机核心实现压力输水喷头控制环节音乐播放环节彩灯控制环节音频放环节等单片机技术实现家音乐喷泉动控制种结构简单方便智化性稳定价格低廉音乐喷泉具定实价值次针单片机系统电路声音采集电路水泵电路彩灯电路设计
普通音乐喷泉系统做充分调研基础设计系统硬件布局软件结构提出方案进行较选择优方案作终设计特音乐水形步环节设计提出切实行方案求设计方案中配套播放音乐曲目少3首水形灯光图案丰富键切换3音乐风格(舒缓＼进行曲＼圆舞曲等)程序段设计数完整科学合理文字原理描述外求书面成果包括系统原理图设备布置图调试通程序清单元器件清单实物运行片等课题完成掌握型音乐喷泉系统设计规律解常水泵技术性选型课题实物制作求：少2组单独控制水泵喷头彩灯组循环水箱(盆)控制电路扬程流量容积限制作中特注意音乐节奏水型步音乐放电路水泵电路隔离电源抗干扰水泵转速调节控制问题
次负责喷泉硬件电路部分设计次设计款基单片机喷泉控制系统作次体方案具体容：
1完成单片机系统电路设计
2元器件选型采购
3电路图绘制
2系统总体设计
21系统核心硬件选择
构造硬件电路前必须明确设计方案尤模块模块间互斥互通进步规划进选择合适硬件设施
211控芯片选择
方案：采STM32单片机作控芯片
选择STM32单片机作单片机控制芯片种系列处理器基ARM 7架构32位微控制器支持实时模拟踪意法半导体ST公司研发生产STM32单片机采ARM先进CortexM 3核拥优秀实时性功耗控制方面表现出色创新时尚外观设计程度集成整合开发十分便利产品第时间进入市场抢占市场
方案二：选取MSP430单片机作控制芯片
MSP430单片机常见混合信号处理器作类型单片机仅够形成数字电路模拟电路形成具备样功微处理器芯片干模拟电路数字电路等更模块结合起优势耗低系统指令简便化出德州仪器公司1996年面世劣势该单片机研发成太高仅需电池供电方便移动设备中运较领域应相较少见
方案三：选取PIC16F877A单片机作控制芯片
PIC16F877A单片机目前Microchip先进技术优势编程优势高昂工成资源成相实颇起眼
综述决定采STM32单片机作控芯片综合考虑资源合理分配开发便利性控制成出结
212 AD模块选择
方案：ADC0832单片集成低功耗单独供电8bit CMOS数获取器件ADC0832具4模拟输入1模拟输出1串行I²C总线接口ADC0832硬件址编程3址引脚A0 A1A2I2C总线接入8ADC0832器件需额外硬件ADC0832器件通双线双I2C总线串行方式进行传输输入输出址控制数信号
方案2：MCP3001款具片采样保持电路10位逐次逼型AD转换器（ADC）该器件提供伪差分输入通道指定差分非线性( DNL) 积分非线性(INL)值1 LSB符合SPI协议简单串行接口器件通信时钟速率28 MHz时该器件采样速率数值200 kspsMCP3001器件工作电压范围宽27V55V 低电流设计允许器件典型机电流5 nA典型工作电流400A条件工作
方案三：利STM32F103C8T6部ADC该芯片嵌212位ADC精度已满足次求ADC达16外部通道样满足次求
总说功模拟条通道传输然保持部数踪进行数模式转换转换速度根总线速度确定次选取STM32F103C8T6 嵌ADC
213 彩灯驱动方案选择
查阅许相关资料发现数彩灯控制电路利移位寄存器计数器延时等等控制彩灯闪烁位置变化次彩灯电压较高水普通LED灯法满足利继电器控制次低压水彩灯
214音频功放芯片选择
TDA2030A德律风根生产常款音频功率放器IC外接元件特少输出电流谐波失真具输出短路保护功置热保护电路采超型封装(TO220)提高组装密度动限制功保护晶体工作安全工作区采该芯片
215水泵选择
水泵液体增压输送液体机械水泵根求许分类次选择HY2508功率泵属电动喷雾器水泵采纯铜芯电机铜线电机普通电机整体寿命高出3倍久耐电机导电快保证电流通畅节省电电机具优秀传动性散热效果良出水力强输出性
22系统总体框架设计思路
次实验通利单片机输出PWM脉信号控制直流电动机速度利L298N芯片组成电路控制电机运转特点部电路简洁简单容易进行逻辑变换反应度较高等利电源变压器AC220转化成DC12V作L298N供电电压彩灯利继电器组成电路实现通断种颜色彩灯音乐变化时候通AD转换传送单片机利单片机控制继电器通断控制彩灯
具体示：
图1 系统总体框图
想音乐喷泉中播放音乐传入控制系统中手机电脑播放音乐样喷泉工作否运行时通音乐信号输入控制音乐播放扩音乐信号通连串变化作电机改变水压喷出水柱高低起伏水柱着音乐变换交相辉映音乐喷泉单片机芯片控制系统功已十分完善包括音乐识喷泉启动彩灯变化部分
3硬件介绍设计
31单片机系统
选择STM32单片机单片机控制芯片系列处理器基ARM 7架构32位微控制器支持实时模拟踪意法半导体ST公司研发生产设计成者功耗选择种控制芯片达设计功前提STM32单片机提供更接口功方便设计实验系统中实验项目需外围扩展电路种控制芯片学单片机课程说通俗易懂手较快医疗器械中较着巨学研究价值
STM32F103C8T6单片机核心板接口电路图图示
图2 STM32单片机核心板接口原理图
STM32单片机核心板部电路图图示
图3 STM32单片机核心板部原理图
STM32单片机实物图图示
图4 STM32单片机核心板实物图
32水泵驱动电路设计
PWM调速工作原理实非常简单通调节占空达调速目知道电动机转速加电动机两端电压U关系U电压占空关系调节占空调节电动机转速举简单例子周期时间T中高电输出时间t占空tT电源电压处恒定状态加电机两端电压UUMAX*tT通断调节t改变电机两端电压达调速目
现般三种方式改变占空第种调宽调频宽呢说高电占时间频呢频率周期时间样子话改变占空时会改变周期第二种定宽调频高电保持变改变低电时间样子改变占空会周期发生变化第三种定频调宽保持周期T变时改变高低电占时间
常常会采定频调宽方法改变占空调节电机速度调宽调频定宽调频会改变控制脉时间周期系统频率控制脉频率接时候会引起振荡电路稳定
电动机PWM驱动模块电路采L298N芯片组成驱动电路设计实现具体电路见图电路采基PWM原理驱动电路
图5 L298N驱动电路
L298N专门驱动电机芯片高电压电流直接通外接电源调节输出电压时驱动两直流电机电源输入端接入12V会4输出通道输出L298N置两H桥桥臂接入两二级两二极分VCC进行反接电动机感性负载停机者换时会产生反电动势线路中出现高VCC者低二极会导通样线路元器件会受损害达保护作
表1 L298N逻辑功表
ENA
IN1
IN2
运行状态
0
X
X
停止
1
1
0
正转
1
0
1
反转
0
0
0
停止
1
0
0
停止
表L298N逻辑功表IN3IN4表理ENA端高电时会效接入PWM输出引脚实现PWM调速控制IN1IN2逻辑控制端音乐喷泉需反转般需正转电逻辑
33彩灯电路设计
灯光音乐喷泉中非常重夜晚中音乐旋律优美水光潋滟加炫目灯光效果喷泉场视觉盛宴单单道美丽景观三维感觉效果心节奏动眼水动彩灯光起画龙点睛作灯光选择显更加重
次设计方案中音乐喷泉闪光彩灯采LED水彩灯喷泉设计师广泛LED水低压彩灯产品结构简单合理防水性防护性色彩鲜艳连接电路图示中电阻作限流保护
次采固态继电器SZYTF直流控直流固态继电器该继电器供电电压332VDC常开接口负载直流220V5A水低压彩灯24V该继电器满足次求
图6 继电器电路原理图
直流固态继电器输入电路通常限流电阻R保护二极VD1（VD2）组成R串联尤电耦合器中发光二极正极回路里保护二极VD1反联发光二极两端继电器设置VD2二极串联发光二极负极回路里直流固态继电器开关输出电路功率开关三极功率场效应构成开关输出电路作接通切断控制负载电路固态继电器输入端未加控制信号时光电耦合器中发光二极发光开关输出电路处关断状态输入端加入控制信号时发光二极发光光敏三极导通输出电信号信号驱动电路放加开关输出电路饱导通实现接通受控负载电路功
样实现继电器动控制根音乐节奏单片机会通部ADC采集信号判断否继电器导通会实现动关断节奏中点亮颜色水彩灯改变颜色变化达音乐彩灯结合效果
34喷泉数量灯光数量控制
水泵彩灯安装喷泉池里面开启关停否接收声音信号决定喷泉水柱形态次变化彩灯次转换音乐节奏相关通模数转换器音乐信号分析音乐次起伏会喷泉水柱形态彩灯产生变化达丰富表演效果
次课题设计喷池分布图图8示 喷泉设置5电压区间区间独立控制5条彩灯带利采集电压亮灭LED等利采集电压否达设定区间然执行里面语句音乐达高潮时候灯条会全部亮起
图7 彩灯电路图
图8 彩灯布局
4系统调试
41硬件焊接
1焊接前筹备工作
焊接准备工作第务先认真查图纸 根图纸需元件进行相关型号规格数量进行核查线路间严格排查否存接触良等问题
2焊接序
首先安装电阻者电容器接着相关二极三极焊接集成电路线路部件安装序般
3元器件焊接求
（1） 安装电容器
安装电容器时定先清仪表标注电极果正负极接错旦短路会烧坏仪表安装电容器定序首先玻璃釉电容器连次连机介质电容器做瓷介质电容器连接工作连接电解容电容器
安装二级
做焊接二级准备工作时方需留意
首先明确阴阳极方二极面标注安装时候标注外清楚焊接时间控制2S针短引线说
（3）三极焊接
针三极焊接正常焊接程中需引线引线需镊子夹住样防止烫伤需量散热时候需装散热片接触面需整光滑添加需进行绝缘设置时候需添加绝缘薄膜脚般利塑料导线电路板连接起
（4）集成电路
电路形成部件焊接电路板部件位置需型号引脚位置尤重首先两引脚焊接稳定边然焊接外边左右序进行焊接操作出现参差齐引脚时候需进行齐根剪
42系统硬件调试
硬件调试核查电路否存问题否接触良焊接否位具方元件否方弄错电路设计错误等情况
查漏补缺简单方法实物电路板电路设计图纸相方没焊接里少元器件目然两相缺少物件补没焊接方补焊
万表检测短路断路虚焊相方便万表连接线路中数字相应档位红黑笔相碰出结果种检测方法相较简单够测出电路短路断路等红黑笔放相应元件果出现鸣声说明段电路存问题进相关问题解决
开始收PCB裸板时测量电源没短路然面焊接电源芯片通电源测试电压否正常焊接元件时候选择焊部分调试部分样节省少工作量免焊完全部发现板子运行
焊接完成测试时候发现音箱噪音然决定加12v电源供电音箱12v电源较稳杂波少解决音箱杂音问题
43系统软件调试
测试需工具：KEIL软件系统硬件PL2303载器等
KEIL软件编写相关代码相应代码生成HEX文件通PL2303载器载单片机中进行程序调试调试程做相关记录反复测试否存系统问题
5结
文老师教导完成音乐喷泉控制系统设计分析调试文撰写程中导师悉心指导教会严谨治学态度丰富理知识结合实践设计化导师培养独立思考思辨力
设计针单片机音乐喷泉硬件电路进行设计基实现务求功时间水验限设计作品存着足处硬件软件设计中遇问题次导师组员宝贵意见建议提高导师关怀指导基单片机音乐喷泉硬件电路设置理念运作程解非常清楚文完成提供帮助次导师表示衷心谢意
毕业设计相次老师交作业次设计中真真正正体会什理实践相结合知道发现问题该里入手解决真正学致组员工作认真心细发耐心严谨工作方式印象深刻次计设学间相互学群策群力相互帮助懂什团队力量相信学工作指导作
参考文献
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[13] 黄振国．应电路技术．四川：电子科技学出版社2003：6265
图9 整体电路图
图10 pcb版图
图11 整体图
图12 运行图
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