智能小车声音引导系统设计与制作报告

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1、声音引导系统设计与制作报告一、方案选择与论证1、整体方案选择方案一：本方案采用音频收发的方式，由核心控制模块80C51F020发出一个特定频率的音频脉冲信号，前置音频接收模块接收并识别这个脉冲信号。将其转变成TTL电平。采用FPGA对接受的信号进行处理，经过无线收发模块通讯，将小车的定点位置传至核心模块单片机处理并控制小车在特定的范围内运动。方案二：本方案采用语音收发的方式来控制小车的运动，由核心控制模块控制语音芯片，发送特定的语音信号，再由语音识别模块对语音进行采集和数字化。采用FPGA对接受的信号进行处理，经过无线收发模块通讯，将小车的定点

2、位置传至核心模块单片机处理并控制小车在特定的范围内运动。方案比较：方案一的核心控制算法由80C51F020完成。单片机的算法控制比较简单，容易实现。而FPGA的算法较复杂，但其对边沿信号反应时间快，所以利用FPGA处理接受音频信号。方案二用到语音收发的方式，由于识别语音的收发模块实现困难，所以本设计采用方案一。2、控制理论计算方案选择方案一：可移动声源在运动前发出音频信号，根据三个接收器接收音频的时间不同，可以算出声源到接收器间的距离和声源到中线OX的距离，即可移动声源起始位置定位。然后控制小车做垂直中线OX运动，到达中线OX。再第二次发音频信

3、号，定位此时可移动声源的位置，得出与中心点W的距离，使小车转动90度，运动至W点。方案二：可移动声源发出音频信号后，得到定位。根据弧度的计算，控制小车做弧线运动。到达至中线OX。可移动声源第二次发出音频信号，得到与中心点W的距离，控制小车到达W点。方案比较：方案一直接利用走垂直线的方法，算法简单。方案二用到弧长和角度的算法，控制困难，且调试繁琐。为了满足方案的要求，所以本设计选择方案一。二、硬件设计与实现硬件系统的框图如图1所示。单片机与FPGA通过无线的方式通讯。单片机FPGA电机控制音频发送无线收发音频接受无线收发红外对管测速液晶显示19图

4、1、硬件系统框图主要模块电路如下：1、控制器模块实现音频的接受和无线收发功能。FPGA模块电路如图2所示。接收经过锁相环选频后的信号和单片机控制发送的同步无线信号，通过处理后利用无线通讯将命令发会单片机。图2、FPGA控制模块2、音频接收模块该模块通过驻极体话筒采集音频信号，驻极体话筒具有结构简单、重量轻、体积小、无方向性、频率响应宽、保真度好等优点。音频信号通过前置放大、滤波。再将放大信号通过LM567锁相环音频译码芯片，构建选频电路，当输入信号的频率落在其内部压控振荡器中心频率时，输出端将由原来的高电平变为低电平。锁相环内部压控振荡器中心频

5、率（f=1/1.1RC）由5、6脚外接的电阻与电容决定。所以在5脚接入10K的滑动变阻器调节，可确定被选定的频率。经过多次计算与验证,前置放大电路用TL082集成运放。当麦克风接收到6k赫兹左右的频率时，输出会有很明显的电平跳变。电路原理如图3。19图3、音频接收模块原理图1、电机控制模块根据大赛要求，电机控制采用MMC-ASSP作为电机驱动的主控芯片。采用串口通信UART模式。该芯片提供三个通道控制电机，即可同时控制三个电机运转。每一路直流电机需要CHnDCPWM和CHnDCDIR两个引脚，CHnDCPWM用于PWM波输出，CHnDCDIR用

6、于指定电机转向，外接一个全桥驱动芯片控制直流电机工作。通过调节占空比控制电机的转速。数据的输入输出端口（TXD和RXD）与主控MCU相连。如图4所示。采用了H桥驱动元件L298，避免了使用分立元件带来的电路板复杂的问题，电路简洁。且可以提供最大为4A的电流。MMC-ASSP控制电路如图4所示，L298驱动电路如图5所示。双H桥驱动IC双H桥驱动IC双H桥驱动ICCH1DCPWMCH1DCDIRCH1DCPWMCH1DCDIRCH1DCPWMCH1DCDIRVddUART/SPIRESETSLEEPRXD/SITXD/SOREGCVssI/OTX

7、DRXDVddGND电机1电机2电机3主控MCUMMC-1图4、UART模式下直流电机控制模块图5、电机驱动模块原理图191、红外对管测速模块用黑线将小车车轮圆盘平均15等分，采用光电传感器RCRT5000检测黑线，在一定时间内计数检测到的黑线条数，计算出车速，由80C51F020控制液晶显示。红外对管模块如图6。图6、红外对管测速原理图5、显示模块显示模块主要由80C51F020的开发板作为控制核心，另外显示电路作为外围电路。主要功能：红外对管采集车轮转动的数据，由单片机处理后经过1602液晶显示小车的车速。三、软件系统设计1、80C51F0

8、20和FPGA总体程序流程初始化定时器开计数等待接收到无线命令音频结束关定时器换算距离延时无线发送初始化发送无线信号发送6kHZ音频信号延时是否否是定