基于单片机喷泉控制电路的设计与仿真毕业论文设计.docx

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基于单片机喷泉控制电路的设计与仿真毕业论文设计

基于单片机喷泉控制电路的设计与仿真

摘要:

本论文主要阐述了喷泉控制电路采用AT89S52单片机作为主控制，用四个键控制电路，并可以实现不同操作方式的切换。

硬件部分包括AT89S52单片机系统、高亮度发光二极管构成模拟喷泉、YJ1602LCD显示、无线接收模块和无线发送模块。

本电路不仅可以实现对喷泉的模拟，同时还扩展了无线遥控功能，使本电路具有手动控制、遥控控制和自动控制三种控制方式，而且每种控制方式可以随时进行切换，YJ1602LCD还对相应的控制方式显示相应的信息。

另外，本电路还可以对喷泉的花式进行更新。

关键词：

喷泉控制电路；单片机；无线遥控

FountainControlCircuitBasedonSingleChipDesignandSimulation

Abstract:

FountainofthiscontrolcircuitusedasthemainMCUAT89S52control,withfourkeycontrolcircuit,andcanswitchbetweendifferentmodesofoperation.AT89S52partofthehardware,includingsingle-chipsystems,high-brightnesslight-emittingdiodeconstituteasimulatedfountain,YJ1602LCDshowthatthewirelessreceivermodulesandwirelessmoduletosend.Thiscircuitcanbeachievedonlyonthefountainofsimulation,aswellastheexpansionofthewirelessremotecontrolfunction,sothatthiscircuithasamanualcontrol,remotecontrolandautomaticcontrolofthethree,andeachcontrolcanbeswitchedatanytime,YJ1602LCDalsoonthecorrespondingControlofthedisplayaccordingly.Inaddition,thecircuitcanalsobeupdatedfigureofthefountain.

Keywords:

eruptivefountaincontrolcircuit;microchipcontrol;wirelessremotecontrol

1.3本论文的主要内容…………………………………………………………………………………………...1

1.绪论

1.1论文背景

喷泉系统的开发是多方面的，可以让计算机智能控制，也可以是程序控制类型。

通过有关网站和有关论文研究资料进行分析，得知国内许多单位均推出自己的音乐控制喷泉产品，并取得了良好的效果。

但纵观这些音控产品，相当一部分均采用变频调速电机或电动碟阀对喷泉进行控制，这些方式存在反应速度慢的弱点，单控效果不佳，且影响电机寿命，而有些采用诸如液压控制流量等方式，虽然效果不错，但造价偏高。

针对这些问题，单片机控制电磁阀充当数控开关，较好的解决了反应慢等问题，且由于采用单片机进行控制，电气部分体积小，整体安装调试方便，可方便地对喷泉进行程控或音乐控制，非常适用于各类大、中、小型喷泉中。

对如何更好地发挥单片机在喷泉控制中的作用，如何对其更好地实现随意遥控，如何更好地实现其与音乐和谐、同步问题，发展为能带给人视与听双重感受的音乐喷泉，甚至更智能的：

能综合音乐中音量、音色、节拍及旋律而实现音乐表现力的智能控制系统。

这都是值得我们去研究去开拓的，而且这也必将是未来音乐喷泉的发展趋势。

（内容用小四号宋体，论文字间距设置为：

标准。

行间距设置为：

固定值20磅）

1.2综述国内外有关本选题的研究动态

近年来随着我国科技、经济、社会的发展，城市道路、广场绿化的建设、水晶工程在各地得到迅猛发展，音乐喷泉的开发与研制工作蒸蒸日上，以往的城市建筑、水晶园林、艺术小品中常见的溪流、假山、瀑布等，已经不能满足人们的需求。

社会的发展和科技的进步，人们的物质、精神生活的质量都在不断提高，因此音乐喷泉的兴起并不是偶然，其不仅能给人精神的享受，艺术的熏陶，而且它也并不局限在户外的广场和公园的湖泊，它可以应用于室内厅堂，甚至一般家庭生活环境，人们一方面追求新奇多变和快节奏，另一方面则追求回归大自然。

因此以高新技术为主的各种新型水景工程：

现代雕塑、音乐喷泉、激光水幕电影、超高喷泉、超大瀑布、百米跑泉、跳跳泉等，都在我国相继出现，产品也走向了市场。

我国喷泉技术的发展，可以说是形势好、速度快、前景乐观，在这个领域有巨大的潜力和市场。

1.3本论文的主要内容

（1）系统设计与论证

（2）系统硬件电路设计

（3）遥控控制电路的设计

（4）系统软件设计

1.4系统论正与设计

1.4.1设计任务及要求

设计并制作一个以AT89S52单片机作主控制的喷泉控制电路，并通过按键与无线遥控进行控制，系统实现的功能及要求如下：

（1）用发光二极管来代替成喷泉的喷泉头，发光二极管亮表示喷泉喷的状态，反之为停止状态。

（2）用AT89S52单片机作主控制，运行YJ1602LCD显示、按键控制、遥控控制的程序代码。

（3）通过四个按键实现至少四组不同花样要求的喷泉控制电路，转换稳定，操作简便。

（4）所实现的几组花样控制电路可以手动切换，也可以自动切换，切换成通过四键遥控来控制，能在100米内进行控制。

1.4.2方案比较、选择与论证

1）主控制模块

方案一：

采用PLC控制器。

虽然它是集成了单片机的控制器，而且也是模仿原继电器控制原理发展的，可以适应各种恶劣的环境，目前广泛代替了传统的继电器控制方式，在工业生产上应用广泛，作为喷泉的控制器而言，设计简单，灵活，控制方便可靠，但价格高，体积相对较大，不适宜用在研究开发过程中。

方案二：

采用51系列单片机。

喷泉的控制系统可采用可编程序控制器PLC作为控制核心，也可采用工控机作控制核心。

但是对于小型音乐喷泉最适合的应是单片机作为控制核心。

适合于一般城市小广场和普通住宅小区的小型音乐喷泉，由于其控制要求简单，使用单片机完全可以满足要求。

其最大特点是内部8KBFlashROM，而且价格低廉。

用FlashROM在开发过程中十分容易对程序进行修改，大大缩短系统开发周期。

而且因其也可实现自动控制功能，并成本低、体积小，更易于普及，是未来音乐喷泉的发展趋势。

综上所述决定采用方案二。

2）驱动方式

方案一：

直接采用功率管驱动。

在大型广场或景区的喷泉控制系统中，应用单片机控制原理，通过可控硅作为功率开关元件，完成对潜水泵间歇工作的控制，可实现各种花样的喷水，但是这种控制系统在实践中存在以下缺点：

由于可控硅承受过电压、过电流的能力差，因而不能长时间运行；需要配置较多的保护电路；程序的增减、修改和运行监视不灵活；抗干扰能力差；功率因数较低等。

方案二：

采用固态继电器驱动。

它利用电子元器件的电，磁和光特性来完成输入与输出的可靠隔离，利用大功率三极管，功率场效应管，单向可控硅和双向可控硅等器件的开

关特性，来达到无触点，无火花地接通和断开被控电路。

而且寿命高、灵敏度高、控制功率小，可以快速进行转换，电磁干扰小。

正因为其控制功率小，对其驱动功率低，基本上跟驱动一个发光二极管一样，所以在这里用发光二极管来代替固态继电器。

综上所述决定采用方案二。

为了为了充分利用单片机已有资源，尽可能简化硬件电路，这里采用线选法扩展I／O口来扩展输出寄存器74HC573。

2技术基础

2.1喷泉控制电路的结构

图2-1喷泉控制电路的总体设计方框图

2.2喷泉控制电路的工作原理

系统由按键控制，利用单片机管脚输出电平来和所选择的输出寄存器实现发光二极管的亮与灭，与普通二极管一样，发光二极管也是由半导体材料制成的，也具有单向导电的性质，即只有接对极性才能发光。

通过按键来选择发光二极管的亮灭方式，从而把它看作是喷泉的喷水方式，每次按键代表一种喷水方式，至于亮灭方式可以通过编程进行任意修改。

当切换键按下时，控制方式由系统本身的键盘转换到四键遥控来控制，这样对系统可以远距离的操作。

同时，系统每检测到有键按下，就会通过LCD1602反映信息的变化，即将随之进行的喷水方式通过信息显示出来。

当自动键按下时，系统就会自动运行预先设好的一组或几组喷水方式。

这样使得喷泉的控制更加人性化了。

3系统的硬件设计

3.1主控电路的设计

控制核心芯片采用ATMEL公司的89系列单机AT89S52，是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含8kBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

如图3.1，由复位电路、晶振及ISP下载线接口电路组成（ISP在线下载便于程序更新，有利于系统的维护，ISP下载线配合KEILC51软件能很方便把程序下载到52单片机）。

完成情况：

……。

所得收获：

……。

图3.1单片机复位、晶振、ISP下载接口电路

AT89S52具有以下标准功能：

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

如图3.2为51系列单片机的引脚结构图。

图3.2单片机引脚结构图

VCC：

电源

GND：

接地

P0口：

P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。

在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。

程序校验时，需要外部上拉电阻。

P1口：

P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。

在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

P1引脚的第二功能

P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出

P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）

P1.5MOSI（在系统编程用）

P1.6MISO（在系统