最新基于单片机的音乐喷泉控制
基于AT89C51单片机的音乐喷泉控制系统设计
毕业设计报告题目基于AT89C51单片机的音乐喷泉控制系统设计系别电子工程学院专业微电子液晶显示班级1101学生姓名闻佳学号100110227指导教师钱香2012年4 月基于AT89C51单片机的音乐喷泉控制系统设计摘要：随着人们生活水平的提高和建立绿色城市的向往，音乐喷泉以其独特的魅力和特殊的功能，愈来愈成为休闲娱乐产业中的一项重要产品,音乐喷泉的兴建也越来越多。
根据目前音乐喷泉的发展现状，介绍了一个以AT89C51单片机为核心的小型音乐喷泉控制系统。
给出了一个简洁的单片机控制电路，分析了输出地址，描述了不同类型的输出电路和输入电路；介绍了从特定构造的喷池中获得决定喷池动作的喷池数据的原理；给出了主程序框图和看门狗子程序。
采用程序控制来控制花型。
音频信号还影响灯光色彩和灯光光线明暗的变化。
从而使灯光色彩、灯光的闪烁和喷泉水姿随音乐节奏而变化。
关键词：音乐喷泉；单片机；单片机控制；喷池数据Control system of mini type music Fountain based onAT89C51 SCMABSTRACT：With the improvement of people's living standard and yearn for building green city, music fountain is more and more popular for its unique charm and special function large numbers of music fountain is increasingly built.According to the present situation of music fountain now, control system of mini type music Fountain based on AT89C51 SCM was introduced．A succinct SCM control circuit was pre—to obtain data from a specific fountain pool .Was elaborated，which will affect actions of the p001．Finally, the structure drawing of main program and the watchdog program were put forward. The flower shapes are controlled by program controlling or man-made keystroke controlling electromagnetic valves. The color、the light and shade of ray are changed by musical signals. So that the color、the light and shade of ray、the spr ing form is changed with music’s rhythm when music is played．Key Words: music fountain；SCM；SCM control；watchdog program目录第1章绪论 (5)1.1课题背景 (5)1.2 音乐喷泉的发展和现状 (5)第2章音乐喷泉控制系统硬件设计 (7)2.1 控制系统硬件总体设计方案 (7)2.2音乐信号的采集 (7)2.2.1 音频放大电路的设计 (7)2.2.2 采样定理 (9)2.3 单片机电路 (10)2.3.1 单片机的概述 (11)2.3.2 时钟电路的设计 (12)2.4 AD转换电路 (12)2.4.1 ADC0809与单片机89C51的连接 (13)2.4.2输入电路 (14)2.5潜水泵调速硬件方案设计 (14)2.6灯光硬件方案设计 (15)2.7解决系统时间滞后硬件电路设计 (16)第3章喷泉控制系统软件设计 (18)3.1喷池数据 (18)3.2主程序框图 (19)3.3 控制潜水泵软件设计模块 (19)3.3.1 潜水泵开关调速的原理 (20)3.3.2潜水泵开关调速的软件设计 (21)3.4控制电磁阀软件设计模块 (22)3.5 歌曲存储模块 (23)3.5.1音频脉冲的产生 (23)3.5.2音乐程序 (24)3.6灯光控制模块 (27)3.7看门狗子程序 (28)3.8实验仿真 (28)结论 (31)致谢 (32)参考文献 (33)附录 (34)附录1 (34)附录2 (35)第1章绪论1.1课题背景随着人们生活水平的提高，人们对环境的要求越来越高,城市环境建设日益为人们所重视。
基于单片机的音乐喷泉系统设计
答辩日期 2017 高和建立绿色城市的向往，音乐喷泉以其独特的魅力和特殊的 功能，愈来愈成为休闲娱乐产业中的一项重要产品,音乐喷泉的兴建也越来越多。根据目前 音乐喷泉的发展现状，本文将介绍一个以单片机为控制核心的小型音乐喷泉控制系统。
本文设计的音乐喷泉控制系统是以 STC89C52 单片机为控制核心的。音乐信号通过功 放芯片 LM386 进行放大，然后再由 ADC0832 芯片对音频信号进行模数转换，ADC0832 芯片再把转换后数字信号传送给单片机，单片机根据接受到数字信号的强弱来对应地控制 彩灯和喷泉的变化，从而实现了彩灯、喷泉水姿与音乐节奏的同步变化。经过硬件和软件 的调试，最终实现了音乐喷泉的功能。 关键词：音乐喷泉；单片机 STC89C52；发光二极管；模数转换
I
ABSTRACT
With the improvement of people's living standard and yearn for building green city, music fountain is more and more popular for its unique charm and special function large numbers of music fountain is increasingly built.According to the present situation of music fountain now, control system of mini type music Fountain based on STC89C52 SCM was introduced．
II
目录
1 绪论 ....................................................................................................................... 1 1.1 音乐喷泉的发展现况 ........................................................................................ 1 1.2 本课题研究的意义 ............................................................................................ 1 1.3 本文主要内容 ..................................................................................................... 2 2 音乐喷泉系统的设计方案 ................................................................................... 3 2.1 研究内容及设计目标......................................................................................... 3 2.2 系统方案的选择................................................................................................. 3 2.3 单片机的选型 ..................................................................................................... 4 2.4 模数转换芯片的选型......................................................................................... 5 2.5 微型潜水泵的选型 ............................................................................................ 5 3 音乐喷泉系统的硬件电路设计 ........................................................................... 7 3.1 Altium Designer 软件的介绍 ............................................................................. 7 3.2 单片机电路 ........................................................................................................ 8 3.2.1 STC89C52 的概述........................................................................................... 8 3.2.2 单片机最小系统电路 ..................................................................................... 9 3.3 音乐信号的采集 .............................................................................................. 10 3.3.1 LM386 芯片的概述....................................................................................... 10 3.3.2 采样定理的应用 ........................................................................................... 12 3.4 AD 转换电路的设计 ........................................................................................ 13 3.4.1 ADC0832 芯片的概述................................................................................... 13
单片机的音乐喷泉控制系统设计
单片机的音乐喷泉控制系统设计
单片机的音乐喷泉控制系统设计是一个相对比较复杂的工程，它要将能够实现一种低成本，高性能，可靠性高的喷泉系统设计出来。
在喷泉系统的设计之中，单片机的选择起着重要的作用，要求单片机足够便宜，又能满足整个喷泉系统的功能要求。
因此，在设计单片机音乐喷泉控制系统之前，我们需要分析和设计整个喷泉系统，以确定其所需要的技术参数，同时也要考虑到出产的成本和可行性的问题。
首先，选择一款强大的单片机作为喷泉系统的核心，这样可以满足喷泉系统的功能要求，而且价格也不会太高。
在选择单片机时，应该考虑其存储容量、输入/输出端口和片上资源等方面，以保证喷泉系统可被良好的控制。
其次，确定喷泉系统中控制所需要的 Power Mosfet，它可帮助喷泉系统正常运行，并且使得系统运行的更加稳定。
此外，喷泉系统中也需要设置一种常见的数据传输接口，如 RS-232 或者 RS-485 接口，以便可以进行远程控制和监控等。
接下来，应当考虑诸如传感器、开关、电源线路等其他硬件部件的选择，以及系统的连接方式。
在安装喷泉系统时，应该考虑水池大小、水流量、水压等情况，以决定每根喷泉管的高度和布置位置。
最后，在设计喷泉系统的控制算法时，需要考虑到喷泉管的数
量、流动模式和音乐模式等方面，以配合整个喷泉系统的效果，并采用合理的方法编写程序，使得单片机能够正确的控制喷泉系统，使之能够发挥出最佳的运行效果。
综上所述，设计单片机的音乐喷泉控制系统是一个十分复杂的工作，需要从硬件设备选择、连接、传感器布置和算法编写等方面仔细斟酌，以实现一个低成本、高性能、可靠性高的喷泉系统。
基于单片机的音乐喷泉控制系统设计
基于单片机的音乐喷泉控制系统设计任务书1．课题意义及目标学习并掌握单片机及相关知识；了解并掌握音乐喷泉控制系统的工作要求；在查阅资料的基础上，实现音乐播放，水泵控制等功能，完成系统整体方案设计；完成系统硬件设计，完成系统元器件的选型，在掌握电子线路图绘制工具软件的基础上，完成系统组成框图的绘制、完成相关电路图及系统原理图的绘制；完成系统软件设计。
2．主要任务(1)、阅读任务书，通过查阅相关资料，构建设计方案并充分论证，并撰写开题报告；(2)、进行系统总体设计，熟悉开发环境；(3)、系统硬件设计，系统软件设计；(4)、毕业设计说明书；3．主要参考资料[1]李晓林.单片机原理与接口技术[M] . 北京：电子工业出版社, 2013[2]徐沐龙.单片机原理及应用[M] . 北京：机械工业出版社, 2013[3]蒲珊珊.基于8751单片机的音乐喷泉控制系统设计[J] . 机械制造与自动化, 2011，24．进度安排审核人：年月日基于单片机的音乐喷泉控制系统设计摘要：在音乐喷泉控制系统设计中，通过两种喷泉造型方案的优缺点的比较，选择了最优的方案。
本设计主要阐述音乐喷泉的工作原理，并完成小型音乐喷泉系统的硬件结构和软件方面的设计改进。
控制系统以单片机为核心控制变频器、电磁阀和水下照明灯具等设备，实现音乐播放和喷头喷水同步的目的。
为了便于理解音乐喷泉的工作原理，本设计同时还简要介绍了元器件的参数和工作原理。
最后，利用Altium designer 软件绘制硬件原理图。
关键词：音乐喷泉，控制系统，单片机，变频器，电磁阀Music Fountain Control System Design Based On SCM Abstract：In the design of the control system about music fountain, the best music fountain modeling is chosen according to the comparison of two styling plans’ merits and demerits. This paper mainly describes the principle of musical fountain and completes the design of small scale music fountain system concerning about hardware and software. The control system within taking microcomputer as the core controls frequency transformer, solenoid valve, underwater lightings and other facilities. And it achieves the purpose of making music play to keep pace with water injection. In order to make others to understand the principle of music fountain easily, the paper also introduces components’ parameter and working principle briefly. In the end, the principle diagram of the hardware is drawn by taking advantage of the Altium designer software.Keywords: Music Fountain, Control System, SCM, Frequency Transformer, Solenoid valve目录1 前言 (1)1.1 课题研究背景和意义 (1)1.2 音乐喷泉的发展状况 (1)1.3 音乐喷泉的工作原理 (2)1.4 课题主要研究内容 (3)2 音乐喷泉造型和工作流程设计 (4)2.1 造型方案设计和选择 (4)2.2 水泵选择 (5)2.3 喷泉彩灯和喷头选择 (6)3 硬件电路设计及元器件介绍 (7)3.1 控制系统方案设计 (7)3.2 单片机原理与应用 (8)3.3 控制系统硬件设计 (10)3.3.1 喷泉控制系统组成 (10)3.3.2 接口芯片与单片机连接 (11)3.3.3 变频器选型 (14)3.3.4 电磁阀驱动电路设计 (16)3.4 硬件延时电路设计 (17)4 控制系统软件设计 (19)4.1 系统工作流程 (19)4.2 系统资源分配 (20)4.3 音乐控制码的编制........................................................................ 错误!未定义书签。
基于单片机的音乐喷泉系统设计
基于单片机的音乐喷泉系统设计摘要：随着科技进步和经济快速发展，人们对精神层面的要求也越来越多，音乐喷泉以其独特的魅力，愈来愈成为休闲娱乐产业中的一项重要产品。
目前市面上的小型音乐喷泉尚存在协调性差、安全性欠缺等缺点。
本文根据音乐喷泉现状设计一种基于单片机的小型音乐喷泉系统。
系统通过仿真实现音频放大、数据采集、根据AD值大小控制彩灯、通过PWM控制水泵转速、感应人体并自动报警等功能，系统操作简单、更换方便、性价比高，有良好的市场应用前景。
关键词：单片机音乐喷泉彩灯控制LM386芯片0 引言音乐喷泉是流动的艺术，美轮美奂的音乐喷泉给人以无限的享受。
在现代城市园林景观设计中，水是不可缺少的组成部分，音乐喷泉是重要的景观之一，因此在公园设计、城市规划和小区景观设计中，音乐喷泉的设计与应用至关重要[1]。
在许多公共场合，喷泉只能看到不断发生变化的水型，没有音乐的节奏和旋律，注视它不可避免会感到沉闷。
此设计由于成本低、体积小以及各种形式水柱状和形态转换，充分体现了水的活力及音乐的魅力。
它可以在一些小型的优雅餐厅、花园、酒店、学校和其他地方使用，以便更多地方的人们可以感受到音乐喷泉的美感。
1 系统方案设计本系统的设计采用STC89C52单片机，音频信号通过放大电路后播放音乐，同时放大后的音乐进入AD转换芯片转换为数字信号后进入单片机，再由单片机通过程序处理输出信号控制电机转速，同时控制发光二极管的亮灭，在这期间如果有人距离音乐喷泉过近，还会发出警报提醒行人。
2 硬件系统设计2.1 音乐信号放大模块外部音源的幅度一般较弱，因此要对原音频信号进行放大处理后送入A/D转换器进行模数转换。
本模块主要采用LM386芯片，具有功耗低、电压增幅可调节、总谐波失真小等特点。
LM386采用双列8脚封装结构，它的工作电压为5V，静态电流4mA，最大输出功率660mW，最大电压增益46dB，增益带宽300kHz，谐波失真0.2%，电压放大倍数为20。
基于单片机控制的音乐喷泉
设计（论文）任务（包括原始数据、技术要求、工作要求）一、课题目的：本设计是一款基于单片机控制的音乐喷泉，音乐的播放由外部设备播放。
根据有无音乐播放，启停喷泉。
当有音乐信号时，获取声音强度进行滤波放大实时输出到变频器，作用到变速电机上，使喷头喷水产生随音乐起伏的效果。
系统主要实现了声音的采集、音乐的播放、喷泉水柱的控制、乐曲的选择，彩灯控制等功能。
二、研究意义：音乐喷泉是近几年出现的喷泉水景与音乐欣赏相结合的产物，它的出现改变了喷泉艺术单调不变的局面。
在音乐的伴随下，喷泉的高度、灯光的色彩以及喷泉的造型等随着音乐变化而变化，使观众陶醉于音乐与水型的完美结合中！目前音乐喷泉出现了各种表现形式，比如大型广场喷泉、景区喷泉、超高喷泉、人工瀑布。
由于音乐喷泉作为一种独特的人工景观，具有很大的观赏价值，各大广场、景区都有它的身影。
可以说，音乐喷泉已经成了一种娱乐产业，具有很高的经济效益和社会效益。
所以研究设计高水平的音乐喷泉技术是非常重要的！三、主要研究内容：本次毕设主要任务是设计一款基于以单片机为核心的小型音乐喷泉系统。
系统主要分为硬件设计和软件设计两部分，硬件设计主要为系统的单片机、音频以及水柱控制电路设计，软件设计主要为设计灯光与水柱的喷射方式。
1.本次毕业设计根据功能可以分为以下几个部分：(1)音乐控制部分：本设计的音频输入由外部的电脑、手机、mp3等音频播放设备提供。
(2)信号采集部分：系统需要对采集到的音频信号进行预处理，主要目的在于为后续单片机滤波、放大、数据采集提供便利。
(3)数字信号处理部分：此部分首先将模拟信号转化为数字信号，并把数字信号进行单片机处理，然后根据数字信号的强弱程度合理控制灯光的闪烁方式和水泵电机的转速。
(4)驱动部分：为灯光和水泵电机提供驱动2.本次设计的主要任务：(1)电源设计：本设计采用的电源电压为5v-12v（2）模拟信号的处理设计：模拟信号的处理设计需要利用放大滤波技术处理音频信号（3）数字信号处理设计：此部分利用转化后的数字信号控制水泵和灯光（4）音频电路设计：音频电路设计主要分为音乐放大和音频预处理两部分，音乐放大主要是将音乐进行放大处理,其中有一级和二级放大之分。
基于单片机的音乐喷泉设计
基于单片机的音乐喷泉设计第一章音乐喷泉控制系统硬件设计控制系统硬件总设计方案音乐信号的采集1.2.1 音频放大电路的设计1.2.2 采样定理1.3 单片机电路1.3.1 单片机的概述1.3.2 时钟电路的设计1.4 AD转换电路1.4.1 ADC0809与单片机AT89C51的连接1输入电路1.5潜水泵调速硬件方案设计1.6灯光硬件方案设计1.7解决系统时间滞后硬件电路设计.第二章喷泉控制系统软件设计2.1喷池数据2.2主程序框图.2.3 控制潜水泵软件设计模块2.3.1 潜水泵开关调速的原理2潜水泵开关调速的软件设计2.4控制电磁阀软件设计模块2.5 歌曲存储模块2音频脉冲的产生2音乐程序2.6灯光控制模块2.7看门狗子程序实验仿真第一章音乐喷泉控制系统硬件设计1.1 控制系统硬件总体设计方案该音乐喷泉控制系统的总体结构如图2.1所示，由音乐输入系统、数模转换系统、单片机控制系统和输出控制系统等组成。
图1.1 系统总体结构框图1.2音乐信号的采集前面已经介绍过，本文的研究针对的是采用外部音源的喷泉系统，因此在对音乐信号进行特征识别前首先要完成对模拟音乐信号的采集。
音乐信号的采集主要包括音频放大和A/D 转换两个过程，下面分别进行分析。
1.2.1 音频放大电路的设计外部音源信号的幅度一般较弱，因此必须要对原信号进行放大处理后才能送入A/D 转换器。
本文选择了LM386 芯片设计音频放大电路。
LM386 是美国国家半导体公司〔NS〕推出的系列功率放大集成电路的一种，LM386 具有功耗低、工作电压范围宽、所需外围元件少等特点，在电子设备的音频放大电路设计中应用非常广泛，它使用了10 只晶体管构成了输入级、电压增益和电流驱动级。
其中T1~T6 组成PNP 型复合差分放大器，T5、T6 为镜像恒流源，作为T3、T4 的有6/32源负载，使输入级有稳定的增益。
电压增益级由接成共发射极状态的T7 承担，其负载也使用了恒流源，整个集成功放的开环增益主要由该级决定。
基于51单片机的音乐喷泉设计
基于51单片机的音乐喷泉设计
本论文基于51单片机，设计了一种音乐喷泉系统。
该系统通过
控制水泵、灯光和音乐播放器等元件，实现了水从喷泉喷出、水流变化、水流高度等效果的同步控制，并与音乐节奏和旋律相匹配，营造
出奇妙的视听效果。
首先，介绍了音乐喷泉系统的概述和基本原理，阐述了音乐喷泉
的设计目标和技术要求。
然后，详细讲述了音乐喷泉系统的硬件部分，包括单片机选型、传感器的选择和电路的设计等。
其中，通过选用高
性能的51单片机和数码管显示模块，保证了系统的稳定性和实时性。
接着，阐述了音乐喷泉系统的软件部分，主要包括程序设计和数
据处理等。
在程序设计中，采用了分时复用的方法，通过定时中断实
现了多个功能的同时进行。
在数据处理方面，通过采样和滤波等技术，对传感器的信号进行了有效的处理和识别。
最后，进行了实验验证，并对音乐喷泉系统的性能和优化进行了
测试和讨论。
实验表明，音乐喷泉系统具有较高的同步性和稳定性，
能够营造出极具观赏价值的视听效果。
同时，进一步分析了系统在控
制精度、能耗等方面的优化空间和未来的应用前景。
本论文的研究成果，有望为音乐喷泉、景观设计、艺术表演等领
域提供更为先进和高效的技术支持，也为学术研究提供了新的思路和
方法。
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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，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，没有风。
1.4 本课题设计内容音乐喷泉的工作原理为：根据播放的音乐来控制喷泉的花形大小变化和水柱的高度变化，以使水柱高度的变化及花形大小的变化与音乐的节奏同步，喷泉管路中的水流由水泵调节，而水泵是由三相异步电动机驱动的。
因此只要控制了三相异步电动机的转速，就可以可能控制管路中的流量，当给三相异步电动机通入工频电源时，则转速是不变化的；当采用变频器控制电机的转速时，可以使管路中的流量发生柔性变化，这样喷泉运行时花形变化就更灵活。
随着音乐喷泉的使用越来越广泛，涉及到的控制方式也就越多，变频器，单片机，上位机，触摸屏等，于是喷泉的控制涵盖了自动化的各个学科，并且形象直观。
虽然喷泉的种类繁多，如广场喷泉、景点喷泉、旱泉、跑泉、激光喷泉、层流喷泉、趣味喷泉、水幕电影等等，这些喷泉喷水时的花形都具有千姿百态的效果，但都有一个共同的特点：即形成水形的基本通路都是由水泵、管道、阀门和喷头组成。
因此，音乐喷泉工程中无疑也会安装大量的电磁阀门、彩灯、水泵和产生其它机械动作的电机。
除个别变频水泵需要用模拟信号来连续调节水柱高度、实现特定的艺术效果之外，其它部件基本是通过开关量进行控制。
这些开关信号驱动阀门、彩灯、水泵随着音乐进行不同的组合，从而产生各种水形和灯光变换效果。
为了达到听觉、视觉的和谐统一，控制系统应能根据音乐的节奏、旋律和感情色彩输出，产生各种不同的状态组合来控制水形和灯光实时变化，这也是音乐喷泉的控制不同于工业控制的主要特点。
针对不同水形要求有不同的控制方法，从喷泉的控制来看基本可分为四类：第一类水形，启动水泵直接向管道和喷头加压，效果是喷头的水柱在启动和停止时有一过渡的升降过程；第二类水形，需要通过变频器控制水泵转速来实现一种水柱连续升降的效果；第三类水形，在加压喷水时启动传动电机控制喷头摇摆，达到一种花型变换；第四类水形，需要在直接启动水泵向管道加压后，通过控制器快速地控制大量的电磁阀门的开闭，使喷嘴以各种方式进行点射，形成所谓的跑泉和跳泉效果。
通过上述分析，本课题将同时采用第二类水形和第四类水形，即控制系统须控制变频器的动作，实现对水泵转速控制，让喷泉在运行时，可以看到水柱的连续升降和花型的大小变化效果；为了在喷泉运行过程中，随音乐的节奏变化，可以在不同的瞬时获得不同的花形，系统将设有一定数量的电磁阀，系统将根据音乐节奏的快慢或信号的强弱，控制相应的电磁阀开闭状态，就可以得到不同的花形。
由于涉及到变频器、水泵、电磁阀、喷头的选择，故需进行喷泉造型系统的管网进行设计计算（流量计算、损失计算等），这将作为变频器、水泵、电磁阀、喷头选择的依据；同时要进行控制系统设计（硬件设计和软件设计），是为了实现单片机的放音、花形变化、灯光变化，以及音乐信号和花形的同步性处理。
2 音乐喷泉造型系统设计2.1 造型方案设计及选择方案：设置了十六个喷头，分内外两圈布置，在水池的中心还设置了一个花柱喷头，喷泉造型如图2.1所示。
本方案采用十字形供水方式，将水泵设置在喷池中央，同样是为了让水流迅速流至每个喷头，当然也可以采用在外圈或内圈安装水泵，用一短直管将内外两圈的水管连接起来，就可以向各个喷头供水了，但是这种方式使距离水泵较远的喷头的水柱高度变化会滞后于距离水泵较近的同性质的喷水高度变化，产生的滞后效应较十字形供水方式的滞后效应大。
同时，本方案具有花形控制灵活，花形变化类型多，而且观赏效果好，可以从各个方向上都能够看到同样的花形，作为旅游景点内观赏用的音乐喷泉是较佳的选择。
选择此方案作为本次设计的花形造型方案。
由于喷泉设置在旅游景点内，为了取得较好的视距效果。
因此，喷泉所占据的空间位置，需根据人眼视域的生理特征以及周围的景物来确定，经查相关资料，由以下两个指标确定，即垂直视域和水平视域。
当垂直视角在30度、水平视角在45度的范围内，有良好的视域[1]。
当垂直视角为30度时，其合适视距为[1]：10cot ()30cot ()23.7()D H h H h H h α=-=-=- 式（2.1） 式中 D 1—合适视距H —景物高h —人眼高根据旅游景点内的特征，取水平合适视距为 2.5m 左右较为合适，因此由式（2.3）可得喷水池的宽度为2 2.5 2.11.2 1.2D W m ==≈ 式（2.4） 由于小型喷泉的垂直合适视距约为喷水高的3倍，喷泉景物合适的视距约为景物宽度的1.2倍，因此喷泉的喷水高度按最大为2m 高的水柱进行设计，宽度也按2m 进行设计。
水泵1—花柱喷头2、3、4、5、6—树冰喷头7、9、11、13、15—万向直流喷头8、10、12、14、16—扁嘴喷头图2.1 喷泉造型平面图—局部水头损失之和∑h局2.3 喷泉的管道布置、管材及附件选择2.3.1 喷泉的管道布置喷泉的管道主要由输水管、配水管、补给水管、溢水管和泄水管等组成。
现将其布置要点简述如下：①大型喷泉中，管道多且复杂时，应将主管道敷设在渠道中，在喷泉底座下设检查井，为了使喷水获得等高的射流，对于环行配水管网，多采用十字形供水。
②由于蒸发等原因，造成喷水池内水量的损失，另外水泵运行前需要充水，因此喷水池需设补充供水管。
③为了池水上涨造成溢流应设溢水管，为了便于清洗在水池底部应设泄水管。
④连接喷头的水管不能有急剧的变化，直管的长度不小于喷头直径的20～50倍，以保持射流的稳定。
⑤喷泉所有管道的接头应严格密封，安装完毕后，均应进行水压试验。
2.3.2 管材的选用按表2.2选择喷泉主管道为公称通径为50mm，外径为60mm的钢管，管螺纹连接方式（圆柱形管螺纹），其螺纹长度为24mm，基面处大径为49.616mm。
2.3.3 管道附件选择在喷泉的管道中，除开直管、喷头外，还有管道的连接件，控制件、过滤器等附件。
①连接管件钢管的连接方式有螺纹连接，焊接和法兰连接三种。
由于在管径计算时所得管径为50mm ，同时为使安装方便，故选螺纹连接[1]。
表2.2 喷泉管道材料选择表2.4水泵及电机的选择潜水泵泵体可以完全浸于水中工作，其电动机和水泵的运动部件都是利用水来润滑，所以不会产生过高的水温，效率较高，既减少了机械损失又减少了水头损失。
查JB/T8092-1996标准[8]选择潜水泵的型号列于表2.5。
表2.5潜水泵的主要技术参数表型 号额定流量(m 3/h) 额定扬程(m) 额定功率（kw ） 额定转速(R/min) 额定电流(A) 额定电压(V) 配管内径(mm) QSP12.5-40-312.5 40 3 2860 7.54 380 502.5喷水池的设计2.5.1 喷水池的组成喷水池由池底、池壁、喷水供水管、吸水管、溢水管、泄水管、补充剂水管等组成。
如图2.3所示：2.5.2 喷水池的尺寸确定由于喷泉的喷水范围为直径2m,为使水滴不落到池外，在该范围的基础上，将其周围留250mm 的余量空间，于是得喷水池的尺寸为的圆形水池2.5m ，池壁高出地面0.4m ，水深0.35m 。
由此可以计算出水池的最大蓄水量为：2232.50.351.7244d hV m ππ⨯⨯==≈ 式（2.44）3 控制系统的设计3.1 控制系统的方案设计扬声器灯光电磁阀 光电隔离喷头潜水泵变频器延迟放大单片机 SSR 图3.1 控制原理图方案：控制系统是由单片机、延迟放大电路、光电隔离电路及电磁阀和变频器组成，其控制结构形式如图3.1所示。
该控制方案是通过对音乐信号的处理，将其转换成汇编程序存入单片机，使单片机唱歌，而且再改程序之中还加入其他控制语句。
由控制原理图可以看出。