基于arm技术的无线音乐喷泉控制系统的设计与实现讲述(共11页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上玉溪师范学院大学生创新创业训练计划项目立项申报表推 荐 学 院： 信息技术工程学院项目名称：基于arm技术的无线音乐喷泉控制系统的研究项目 申报 级别： 国家级 省级 校级项目 申报 类别： 创新训练创业训练创业实践 所属一级学科名称： 控制科学与工程项目申请主持人： 李 江所在学院及年级： 信息技术工程学院2013级指导教师： 张矿伟单位和职称： 信息技术工程学院填表日期： 2015年9月6日玉溪师范学院教务处制专心-专注-专业填 表 说 明1.申报表各项内容，必须实事求是，表达要明确严谨，并要求打印或用钢笔填写。页面不够时可加页，不得破坏后面表格的完整和美观。对于

2、填写不合要求、内容含糊不清、字迹潦草者，不予受理。2.该申报表为A4纸，双面打印，各单位或个人可以从学校“教学质量工程建设”网站自行下载或翻印，但格式、内容、大小应与原件相同。一、项目申请人情况 申请人姓名李江性别男民族汉出生日期1995.02.04所在学院信息技术工程学院专业、班级自动化13-1项目名称基于arm技术的无线音乐喷泉控制系统的研究通讯地址玉溪师范学院龙马国际公寓1702电话项目类别 创新训练 创业训练 创业实践项目周期2015.10-2017.4（1年半）所属学科专业自动化申请人参加科研的经历自何年月至何年月参加的项目担任的工作项目组其他成员（不超过5人，不包括申请人和指导教师

3、）姓名性别年级所在学院专业分工签名金能思男13信息技术工程学院自动化音乐喷泉原理设计刘权男13信息技术工程学院自动化arm及Linux程序开发李智男13信息技术工程学院自动化蓝牙收发设备的调试二、拟申报项目情况（一）项目介绍（研究目标、研究背景及现状、工作原理和方案设想、计划进度安排等）研究目标：基于arm技术的无线音乐喷泉控制系统的研究研究背景及现状：随着人们生活水平的日益提高, 在街心公园、大型广场等地方相继出现了音乐喷泉的身影。喷泉控制系统的性能在很大程度上决定了音乐喷泉的表演效果,在处理器方面，传统音乐喷泉控制方式一般采用工控机或单片机进行控制。工控机虽然功能强大、性能可靠, 但是其高

4、昂的价格无形中增加了喷泉控制系统的成本；单片机价格便宜, 但是受其数据处理能力的限制, 很大程度地阻碍了音乐喷泉的发展。在信号传输方面，传统的音乐喷泉利用BP型或有线的方式进行信号的收发，BP型无线控制虽然信号传播距离远，使用方便，但是其数千甚至数万的价格对于很多中小型景观喷泉来说颇为昂贵，对于中小型音乐喷泉来说成本过高。从一定程度上限制了音乐喷泉的建造。工作原理及方案设想：本方案基于ARM硬件开发平台，以SAMSUNG S3C2440作为核心处理器, 整个控制系统可以从结构上分为 3个部分: 基于蓝牙设备中央控制部分、基于嵌入式ARM 的控制系统和执行机构部分（无线音乐喷泉工作原理 如图1-

5、1，传统音乐喷泉结构如图1-2）。PC机 网 卡 P032IX端子板水泵控制系统灯光控制系统电磁阀控制系统音乐播放器蓝牙信号发射器端信号接收器端ARM控制器水泵控制系统灯光控制系统喷头摇摆控制系统电磁阀控制系统信号转换装置 图1-1 无线音乐喷泉工作原理 图1-2 传统音乐喷泉结构中央控制部分包括蓝牙遥控器,主要功能是歌曲的传输与切换和音量的调节, 利用遥控器内的编码芯片将歌曲切换、音量调节等操作指令进行事先编码，通过蓝牙无线网络将相关编码发出。arm控制器接收信号后进行解码，再执行相关动作。由于蓝牙采用跳频技术，把频带分成若干个跳频信道（hop channel），在一次连接中，无线电收发器按

6、一定的码序列不断地从一个信道“跳”到另一个信道，只有收发双方是按这个规律进行通信的，从而使数据传输具有很高的抗干扰能力。因为蓝牙系统支持微微网（Piconet）与散射网络（Scatternet）（见图1-3）两种网络拓扑结构连接，利用微微网（Piconet）技术，一个Master（即蓝牙遥控器或者PC机）靠不同的跳频序列来识别每一个Slave，并与之通信。由于一个主单元（Master）最多支持七个从单元Slave（即arm控制器的接收端）建立通信。这个特点可以实现蓝牙遥控器或PC机对于音乐喷泉的多点控制。同时，由于若干个Piconet可以形成一个散射网络（Scatternet），即一个蓝牙设备

7、既可以作为一个Piconet中的Master,又可以作为上一级蓝牙网络中的Slave。这样的结构可以充分丰富音乐喷泉的控制模式，实现遥控器与PC机之间的半双工通信，既可以大大增加音乐喷泉的控制范围，又增加了音乐喷泉控制的灵活性。图1-3 网络拓扑结构嵌入式控制系统主要负责与上位机的数据通信,并从得到的数据中提取相应的音量和选歌信号, 分别对水泵、电磁阀和摇摆电机的执行机构和歌曲选择进行控制。同时, 根据不同的信号特征对水泵、电磁阀和摇摆电机执行不同组合的操作, 以产生不同的水型和声音效果。执行机构主要包括4个部分: 水泵控制系统、电磁阀控制系统、灯光控制系统和喷头摇摆控制系统。水泵控制系统的功

8、能主要是根据音量的大小负责水柱高度的控制;电磁阀和喷头摇摆控制系统主要负责水型的控制，灯光控制系统实现灯光随音乐的节奏而变化。 计划进度：2015.10-2015.12 学习Linux，熟悉Linux操作系统，收集相关资料。2015.12-2016.2 全面深入学习开发板，掌握其硬件接口及其工作原理。2016.2-2016.5 学习Linux内核和驱动，掌握内部各模块的工作方式。2016.5-2016.7 移植Linux和蓝牙驱动到开发板上。2016.7-2016.9 掌握音乐喷泉原理，制作模型。2016.9-2016.12 开发MP3播放器，完成音乐播放功能。2016.12-2017.3 编

9、写控制程序对音乐喷泉的水泵、电磁阀和摇摆电机进行控制。 2017.3-2017.4 联合调试，修改完善系统功能，整理文档材料.（二）项目自我评价（创新点、实现的可能性、可操作性、可能存在的问题等）创新点：1、基于嵌入式Arm技术来实现音乐喷泉的控制。通过充分利用ARM处理器的硬件资源，实现了数据的高速处理，提高了数据通信的可靠性。同时ARM开发板相较于单片机具有更大的内存容量，可以更方便的储存更多的曲目。2、使用蓝牙无线技术完成数据传输。利用蓝牙系统支持微微网与散射网络的拓扑结构，既能利用PC机或蓝牙遥控器独立对多个音乐喷泉实现控制，又可以利用散射网络的概念，将遥控器与PC机之间实现互联，利用

10、一个遥控器同时控制多台PC机，后利用PC机向音乐喷泉发送信号，突破了蓝牙系统一个主单元最多只能与七个从单元同时建立通信以及蓝牙传送距离短的局限性。使系统的扩展性与灵活性大大增加。实现的可能性和可操作性：团队成员是从大三自动化专业的挑选出来的优秀学生，专业知识扎实，具有很强的自主学习能力，对单片机原理、编程和电路设计比较擅长，团队成员有很好的协作精神。本项目已经具备了良好的实验条件。团队成员可以充分利用计算中心、嵌入技术实验室、单片机实验室、ARM技术实验室、检测技术实验室等设备来完成实验的开发与调试。ARM技术广泛应用于各种无线设备、仪器仪表等控制方面，理论上能实现无线音乐喷泉的控制。同时蓝牙

11、技术已经相当成熟。因此本项目易于实现，可操作性强。可能存在的问题：1. 考虑到成本等因素，在实验中我们选用了较为普通的蓝牙适配器，最大有效传输距离只能达到60米。即使使用增大功率或其它外设的方法最多达到100米的传输距离。这使得操作者不能长远距离操作设备，因此也限制了音乐喷泉的规模，仅能满足中小型音乐喷泉的控制要求。2. 如果单独利用遥控器或PC机控制音乐喷泉，可以使装置快速响应。但若中途利用PC机中转信息并再次发送至音乐喷泉，由于蓝牙数据传输及中途转发需要时间，可能会出现通讯的延迟，使音乐喷泉响应产生延迟。（三）预期成果（成果的具体形式，如：申请专利、公开发表论文、制作科技实物（含软件程序）

12、等，可以同时有多种成果形式） 本项目预期成果如下：(1) 发表论文1-2篇；(2) 设计技术文档一份；(3) 调研报告一份；(4) 申请专利或软件著作权1-2项；（四）参考文献 1 王黎明，陈双桥，闫晓玲等.ARM9嵌入式系统开发与实践M.北京：北京航天航空大学出版社，2008. 2 严紫建，刘元安.蓝牙技术M.北京：北京邮电大学出版社，2001. 3 管耀武，杨宗德.ARM嵌入式无线通信系统开发实例精讲M.北京：电子工业出版社，2006. 4 孙 弋.基于S3C2440的嵌入式Linux的开发实例M.西安：西安电子科技大学出版社，2010. 5 刘 凯.ARM嵌入式接口技术应用M.北京：清华

13、大学出版社，2009. 6 Corbet J,Rubini A,Kroah-Hartman G.Linux Divice Drivers 3th.OReilly,2005 7 Michael Beck,et al.Linux内核编程指南.张瑜，等译.北京:清华大学出版社，2004三、指导教师简况及对申请人和申报项目的评价姓名张矿伟性别男民族汉政治面貌中共党员年龄28最终学历研究生职务教师职称助教专业控制工程所在学院信息技术工程学院研究方向自动化系统集成应用通讯地址玉溪师范学院信息技术工程学院邮编电话电子信箱(e-mail)zkw当前从事的教学、研究工作简介： 目前主讲本科13级自动化专业的“现

14、场总线与工业以太网技术”和15级新生的“大学计算机基础”课程；指导13级自动化专业4名本科生。主要研究方向为“复杂的工业控制”和“过程自动化系统集成与应用”。在研究生期间参与了“真空冶炼炉温度场有限元模拟研究”（省基金项目）、“城市地下煤气管网检测机器人队列协作与控制研究”（国家基金项目）等项目的申报与研究工作；协助导师指导大创项目2项（省级1项、校级1项）；发表论文7篇，其中EI期刊检索1篇，EI会议检索1篇，中文核心期刊2篇；申请软件著作权5项。对申请人的专业基础、工作态度、学风及研究能力的评价：申请人学习勤奋刻苦，无补考、挂科，各科成绩优良，是大学三年级的优秀学生，专业知识扎实；做事态度

15、端正，踏实认真，具有较强的自学能力、编程开发能力及动手能力；能团结项目组成员，有很好的团队协作精神。对申请课题的价值、研究方案的可行性、工作基础等方面的评价：利用嵌入式Arm技术、蓝牙无线技术开发的无线音乐喷泉系统，可以应用到街心公园、大型广场等地方，既能让人们欣赏悦耳的歌曲，又能增加人们的观赏性。实现音乐喷泉的无线控制，较传统音乐喷泉有明显优势，在音乐喷泉景观设计上进行了有益的尝试与创新。项目将嵌入式技术、蓝牙无线技术、网络通讯技术、通信技术等应用于该领域，实现储存多曲目、远距离对多个音乐喷泉控制等，具有创新性。具备软硬件实验环境与条件，技术路线可行，方案合理。如果项目能申请并开发成功，对提

16、高学生综合素质、在学生中兴起“头脑风暴”，产生奇思妙想、进行创新性实验探索等具有重大意义。项目在应用研究、实验与产品推广上具有广阔的前景。指导老师（签名）：年月日四、申请资助金额和经费预算项目经费资金总额及来源（单位：万元）共计上级部门资助经费学校立项资助经费学院配套经费0.400.40预算支出科目支出金额预算根据及理由1、测试费、分析费0.05项目的调试和测试2、图书、资料费0.02完成此项目需要参考的书籍有：蓝牙无线通信原理，bp机的工作电路及工作原理，控制理论与控制工程，以及嵌入式linux方面的书籍。3、小型会议0.051、组内人员的开会讨论及研究，2、与申请项目的导师联系并租借研究室

17、，指导老师租用现代媒体设备等。4、交通费0.04外出测试、购买耗材的交通费5、实验材料费0.1模型的制作和嵌入式开发板的购买6、参观考查费0.04参观考察差旅费、住宿费等7、其他0.1软件著作权申请费、不可预见费用等合计0.4说明：项目经费支出科目范围：完成项目所需的材料费、加工费、实验费、资料费、差旅费、租赁费、版面费、专家咨询费、打印费、调研费、市内交通费、网络费、通讯费以及其他必要费用等，请对项目经费做合理预算。五、审核、评审意见申请人所在学院审核意见：（请对本申报书中各项内容的真实性、经费预算的合理性及本学院所能提供的支持条件等签署具体意见）学院负责人签名：学院公章： 年月日专家评审意见：（请就是否同意立项及理由、具体资助额度签署具体意见）组长签名： 年月日学校审批意见：同意该项目为玉溪师范学院大学生创新创业训练计划资助立项项目，资助金额 元。同意推荐该项目参加云南省大学生创新创业训练计划评审。同意推荐该项目参加国家级大学生创新创业训练计划评审。不同意立项建设。 学校公章： 年 月日