音乐喷泉控制器的设计
(硬件设计)
摘要：
单 位: 专 业: 姓 名: 指导教师: 完成年月:
二十五队二中队 电子信息工程 2009 年6月4日
音乐喷泉控制器是音乐喷泉的核心部分。在音乐喷泉中，喷头的多姿造型和缤纷的水下灯光都受喷泉控制器的控制。由于不同的喷泉对水泵和彩灯组数的要求各不相同，因此可以设计一种简单、通用、组数可灵活扩充的喷泉控制器。本喷泉控制器采用全数字集成电路设计，可以灵活改变水泵和彩灯的组数。
本设计分为音控、程控两用的音乐喷泉控制器。控制三组不同颜色的彩灯，五台不同喷泉造型的水泵。音控、程控可用开关手动切换。程控的速度可用电位器调节。音控时，输入音乐的音量直接控制彩灯，音乐音量小则彩灯打开的组数少，音量大则彩灯打开的组数多，在音乐音量较长时间不变时，彩灯打开的组数不变，但各组应能循环打开，以避免灯光和造型的单调。
设计中主要用到的方法，音乐经过峰值检波后，得到和音量大小相关的控制电压，将此控制电压，经过简单的A/D转换变成数字信号后，去控制存储器芯片的高位地址，同时程控地址发生器也发出控制存储器芯片的地址信号，这两组地址信号经地址切换开关选择后去控制存储器的地址，该存储器地址对应的数据信号就会输出，输出信号经隔离驱动后就去推动彩灯工作。
关键字：峰值检波、A/D转换、EEPROM（AT28C64B）、程控地址发生器（CD4060）
Abstract：
The musical fountain controller is the musical fountain heart. In the musical fountain, the nozzle varied modeling and the riotous submarine light all receive the eruptive fountain controller the control. Is various as a result of the different eruptive fountain to the water pump and the color lamp bank number request, therefore designs the eruptive fountain controller which one kind simple, general, the group number may expand nimbly to become an eruptive fountain designer's topic. This eruptive fountain controller uses the entire digital circuit design, may change the water pump and the colored lantern group number nimbly.
This design divides into the sound to control, the program control dual purpose musical fountain controller. Controls three groups of different colors the colored lanterns, five different eruptive fountain modeling water pump. The sound controls, the program control available switch silk thread business manual cut. Program control peed available potentiometer adjustment. then the volume the colored lantern opens greatly the group number are many, when music volume long time invariable, the colored lantern opens the group number is invariable, but each group ought to be able to circulate opens, avoids the light and modeling monotonous.
In the design mainly uses the method, music after the peak detection, obtains with the volume size correlation control voltage,
this control voltage, after passes through the simple A/D transformation to turn the digital signal, the control memory chip top digit address, simultaneously the program control address generator also sends out the control memory chip the address signal, these two group of address signal after the address cut switch choice the control memory address, this memory address correspondence data signal can output, the output signal on impels the colored lantern work after the isolation actuation.
Keyword： peak detection A/D transformation
引言
音乐喷泉是近几年来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造型等随着音乐变化而变化，忽而气势磅礴，犹如万马齐奔，忽而悠然舒缓，犹如春风抚过杨柳，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、激光喷泉、水幕电影、超高喷泉、人工瀑布等。
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，国内各大城市或在广场或在公园都有它的身影。可以说，音乐喷泉己经成为一种娱乐产业，具有很高的经济效益和社会效益。为了适应喷泉工程建设的需要，国内出现了众多的喷泉设备厂和喷泉设计专业公司。根据中国水景喷泉委员会企业资质等级名单，国内比较著名的喷泉公司有:天津市大德喷泉科技有限公司、北京金瀑布环境艺术有限公司深圳市水体艺术设计有限公司等十几家专业公司一些大专院校和科研院所也积极的进行音乐喷泉的研究开发，如人民大学、清华大学、中科院计算所、中科院自动化所等。
决定音乐喷泉艺术效果的一般有下面几个因素，控制水平、喷头设计和喷泉的空间布局等。因此可以说音乐喷泉涉及到众多的学科，一个大型音乐喷泉项目的完成需要机械、给水排水、自动控制等各种专业人才的通力合作才能完成。其中音乐喷泉的控制是一个关键技术，音乐喷泉之所以能够千变万化，随着音乐翩翩起舞，起决定作用的就是它的电脑控制部分，否则喷泉的造型将只能是静态的、缺乏生气与活力。因此本文结合某市的大型音乐喷泉控制系统的改造工程，主要对音乐喷泉的控制系统部分进行研究。
音乐喷泉控制的主要方式： （1）固定程控方式
程控方式是实现原理比较简单的一种控制方式，这种方式下喷泉的造型变换、水柱高低、灯光变换等都是在程序完成之前设计好的，一般一首歌曲配有相应的控制程序。这种方式的优点是设计原理简单、与对应歌曲的配合程度高、现场表现效果也最好。但是缺点也是很明显的:一首歌曲一般只有预编辑好的一种控制效果，观众观看多次后容易出现审美疲劳现象;采用新的歌曲，原控制程序就会与音乐搭配不当，音乐与水型不能和谐统一，失去了音乐喷泉的控制内涵;设计一首新的歌曲的喷泉造型很麻烦，需要原控制软件设计人员才能完成，工作量大、设计周期长。 （2） 音控方式
音控方式是根据音乐信号变化而实时控制喷泉造型的一种方式，目前己经开始逐步流行。它的工作原理是实时采集CD播放机的音频模拟信号，通过在计算机内处理，根据音乐的音量、频率、节拍等控制喷泉水型。这种方式可以适用于很多歌曲，不需要更改程序，只需更换不同音乐的CD光盘就可以有对应的喷泉造型。但是目前的音控方式还处于比较初级的阶段，控制效果不够理想。主要原因是控制程序一般只是根据音量或者频率来选择水型而没有完全综合音乐中音量、音色、节拍、节奏及旋律等有关音乐表现力的要素来进行控制。并且由于阀门、水泵的机械特性和管道特性的原因，通过采集音乐模拟信号来实时控制比较难以解决控制水型滞后的问题。
现有的音乐喷泉控制方式几乎都可以归属于上面两种，随着 PC技术、智能控制技术的发展，自动识别信号、智能化、水型及乐曲易管理的音乐喷泉将是未来产品的发展趋势。
1．课题来源
在音乐喷泉中，喷头的多姿造型和缤纷的水下灯光都受喷泉控制器的控制。由于不同的喷泉对水泵和彩灯组数的要求各不相同，因此设计一种简单、通用、组数可灵活扩充的喷泉控制器就成为喷泉设计者的一个任务。
2．课题的研究内容和意义
本课题以工程为背景主要研究音乐喷泉控制器系统实现的技术。采用数字电路，音乐经过峰值检波后，得到和音量大小的控制电压，将此控制电压，经过简单的A/D转换变成数字信号后，去控制