声音导引系统

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2009全国大学生电子设计竞赛论文(B)题目:声音导引系统论文编号:参赛学校:参赛学生:指导教师:全国二等奖XxxXxxxxxx二OO九年九月五日 目录引言错误!未定义书签。1方案论证与设计12原理分析与硬件电路图43软件设计与流程54系统测试与误差分析55总结7参考文献7附录8 声音导引系统摘要：木系统是基于89S52为主控制器的声音导引系统。该系统主要有可移动声源控制模块、液晶显示模块、语音收发模块、无线收发模块组成。设计采用51单片机作为核心器件实现对电机控制ASSP芯片(型号MMC-1)以及显示模块、语音收发、无线收发模块的控制。应用多通道两相四线式步进电机/宜流电机控制芯片ASSP芯片(型号MMC-1)实现对可移动声源的运动控制。系统通过语音收发模块实现可移动声源的定位，并通过无线收发模块进行对可移动声源的运动控制。同时应用HS12864_15B液晶显示，可以显示过程的测量响应时间、可移动声源的起始位置到0X线的垂肓距离及平均速度。另应用语音芯片4002进行实时报时和检测报时，使整个系统更人性化，智能化。关键词：89S52ASSP芯片(型号MMC-1)无线收发模块HS12864_15B液晶Abstract:Thissystemismainlybasedonthe89S52controller'svoiceguidancesystem.Thesystemismainlyaremovablesoundsource,controlmodule,liquidcrystaldisplaymodules,voicetransceivermodules,wirelesstransceivermodule.Designusesamicrocontrollerasacoredevice51realizethemotorcontrolASSPchip(ModelMMC・1)anddisplaymodule,voicetransceivers,wirelesstransceivermodulecontrol.Applicationofmulti-channeltwo-phasefour-wireStepperMotor/DCmotorcontrolchipASSPchip(ModelMMC-1)torealizemovablesoundsourcemotioncontrol-System,throughthevoicetransceivermoduleformobilesoundsourcelocationand,throughthewirelesstransceivermodulesthatcanbemovingsoundsourcemotioncontrol.AtthesametimeapplicationHS12864_15Bliquidcrystaldisplaycandisplaytheprocessofmeasuringresponsetime,mobilesoundsourcelocationtothebeginningofOXdistanceandaveragespeedoftheverticalline.Anotherapplicationof4002Areal-timetimekeepingtimekeepingandtestingsothatthewholesystemmorehumane,intelligent.Keywords:89S52ASSPchip(ModelMMC-1)wirelesstransceivermodulesHS1286415BLCD 1方案选择与论证设计1.1控制器模块方案一：简单逻辑电路采用简单逻辑电路合成的控制系统，可以就系统的各个部分在系统工作的状态画出时序图，转化为真值表进行逻辑运算，设计出逻辑电路來控制系统的运行。次方案由纯硬件实现，设计复杂，系统庞大，多级门电路的串联造成的时延对系统的稳定产生不利的影响，而且难以对数据进行复杂的处理。综合考虑本题运算量达，要求精度高，不宜采取简单逻辑电路的方案。方案二：凌阳及EasyARM开发板本方案功能和运算速度都有很大的改进，指导老师也推荐使用此方案，但是考虑到我们小组成员对控制不是很熟悉，并且题目要求设计低成本、低功耗的要求。所以我们决定不采用此方案方案三：89S52AT89S52板对于大部分的参赛学生來说都是比较熟悉的，相对來说用起來比较的容易，对于检查电路的失误及提高精度都会有很好的帮助，所以我们小组更加倾向使用AT89S52,在后来的实验屮，我们发现，AT89S52板完全符合我们的设计要求，精度和运算程度也达到了相当高的程度。综合以上各个方案，更多考虑今年功耗低，性价比高的题目要求，我们选择了比较普通的AT89S52板作为我们整个系统的控制器。1.2电机驱动模块方案一：采用专用的芯片LM298作为电机驱动芯片。LM298是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片,它相应频率高，一片LM298可以分别控制两个直流电机,而且还带有控制使能端。该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。方案二：对于直流电机，我们可以采用分立元件驱动电路。由分立元件构成电机驱动电路，结构简单，价格低廉，应用广泛，但是这种电路工作性能不是很稳定。由于比赛要求，我们应用选择了应用电机控制ASSP芯片（型号MMC-1）控制LM298,进而驱动直流电机的方案。L3无线收发模块方案一：采用自制的无线电路发射和接收电路进行无线收发。这个方案虽然思 路简单，但是硕件电路的连接与调试十分复杂，装置工作时的稳定性难以保证。方案二：采用集成的无线收发编解码芯片。这种芯片功耗低，外围电路简单，工作电压范围宽，完全可以达到设计的要求。我们选择了方案二。1.4发声装置模块方案一：采用蜂鸣器。蜂鸣器一般是高阻，肓流电阻无限大，交流阻抗也很大。但发声的频带很窄，需要6V以上较大的电压来驱动，而且声脉冲脉宽较窄，脉冲周期较小时，蜂鸣器还会漏掉部分声音脉冲信号。方案二：采用小喇叭。小喇叭应用灵活，可以用各种频率的信号发声，而且对于短周期脉冲依旧能发出声音来。驱动电压只要5V即可。综上所述，我们决定采用方案二。1.5声音接收装置模块方案一：电容式MICo电容式MIC是通过薄膜的震动改变电容的电荷这种工作原理来工作的，其输出功率比较大，但因为电容式的MIC灵敏度高，所以在使用时很难消除环境杂音。方案二：动圈式MICo动圈式MIC是通过薄膜震动带动线圈切割磁力线的方式工作的，灵敏度不高，环境杂音的干扰小，但它的输出功率比较小，对功率放大功能的接入设备要求比较高。方案三：驻极体话筒。这种话筒除具有一般电容话筒的理想特性外，还具有稳定、体积小、重量轻、价格便宜、电性能好及抗振性能良好等优点，综上所述，我们决定采用方案三。1.6定位算法论证与分析方案一：将声咅的发射部分和接受部分，用无线传输模块统一吋钟，检测各个声咅接收点的声咅接收与发射的吋间延后差，但由于无线传输模块之间的通讯延迟比较严重，无法精确找到接收与发射的吋间延迟。方案二:只统一三个接收点的吋钟，检测声咅脉冲传的三个接收点的吋间差,再根据等差放大法，精确个声源定位。即找到以三个接收点为圆心，以声源到三个点距离差为半径的小圆，再把小圆半径按照等放大尺度进行放大，直至三个圆交于一点，或近似交于一点，则判断声源的坐标。但此方法对时间差的精度要求很高，而且算法很麻烦，所需吋间较长。 方案三：线路的连接和方案二相同，算法简单。即当生源在OX线右侧并向其移动时，只判断A点和B点接收声音的先后顺序即可判断声源是否已到达0X线,再利用A点和C点转弯，向W点行驶同理。综上我们选择方案三1.7系统整体控制模块系统的整体结构框图木系统是采用89S52作为核心器件，来控制电机ASSP芯片（型号MMC-1）,转而通过5298驱动芯片同时控制左右两个直流电机，语音收发模块对移动声源进行定位，并通过无线收发模块发送信息实现对可移动声源的运动控制，使移动小车寻找接收器A、B中点，当到达A、B中点位置时，移动小车进行语音报告和发光显示,小车过程运动时间、可移动声源的起始位置到0X线的垂育距离及平均速度通过HS12864_15B液晶显示。移动小车在A、B中点延时5s转弯90度转而到达w点确定方案如下：1,车体采用玩具车模型，自制车身。2,采用AT89S52单片机作为主控制器。3,采用7・2v锂电池作为直流电机和单片机供电。4,采用ASSP芯片（型号MMC-1）和LM298驱动直流电机。5,采用HS12864.15B液晶显示小车过程运行时间。6,采用无线模块用来远程传输数据。7,采用自制小喇叭作为移动声源。8,采用麦克进行声源的接收。 2原理分析与硬件电路图2.1移动声源控制模块分析：2.1.1电路设计113KB110UF2.1.2原理设计声音信号通过小喇叭发声，麦克接收（如图1）声音信号依次通过LM386进行放大，通过电容耦合、整形，通过LM393进行电压比较，当通过信号比较强时，信号通过4098触发器触发，送入控制器进行处理。2.2电机驱动模块分析2.2.1电路设计 U1>11P13P32W3sssgt•_■LI2.2.2原理设计如图2所示，单片机发送数据至ASSP芯片（型号MMC-1）,ASSP芯片CHnDCPWM端口通过与LM298ENA、ENB端连接，间接控制电机的速度，电机转向通过LM298直接控制。软件设计与流程3系统测试与误差分析时间：9月4号15：00-21：00地点：安静的实验室我们采用如图一电路制作可移动的声源。可移动声源产生的信号为周期性音频脉冲信号，如图3所示，声音信号频率4kHZ,脉冲周期90msoIIIIIIin图3信号波形示意 测试场地满足题目要求，如图所示:S可移动声源可移动声源发出声咅后开始运动，到达Ox线停止，这段运动吋间为响应吋间,测量响应时间。十,「亠亠可移动声源的起始位置到Ox线的垂直平均速度=响应时间可移动声源停止后的位置与Ox线之间的距离为定位误差。3.1第一次测试 次数垂直距离(cm)响应时间(S)平均速度(cm/s)定位误差(cm)12343・2第二次测试：将可移动声源转向180度，实验数据如下。次数垂直距离(cm)响应时间(S)平均速度(cm/s)定位误差(cm)在整车测试过程中，我们不断的进行了调试和修改，从车身来说我们起初用的轮子太窄，摩擦力太小，很容易打滑，后来我们改用了玩具坦克宽轮胎解决了这个问题。最终测试成功后，我们又扩展了一些功能，如我们采用HS12864_15B液晶显示了测试过程中的响应时间等。4总结经过为期四天的设计，感触颇深。我参考文献5参考文献[1]王晓明.电动机的单片机控制[M]・北京.北京航空航天大学出版社.2002 臧杰，阎岩.汽车构造[M].北乐.机械工业出版社.2005童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M]・北京.高等教育出版社.2000沈长生.常用电子元器件使用一读通[M]・北京.人民邮电出版社.2004张伟等.ProtelDXP高级应用[M]・北京.人民邮电出版社.2002张文春.汽车理论[M]・北京.机械工业出版社.2005