声音导引系统.docx
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声音导引系统
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Keywords1
一设计方案包括基本要求，发挥部分及其它创新部分2
1.1基本要求3
二系统方案设计与论证3
2.1发声模块3
2.2电机驱动模块3
2.3电机模块4
三系统电路设计与实现5
3.1系统总电路流程图5
3.2发声模块电路设计与实现5
3.3声音接收模块电路设计与实现5
3.4电动机驱动模块电路设计与实现6
3.5MMC-1芯片模块6
四系统软件设计6
4.1系统软件结构6
4.2系统软件原理7
五测试数据、测试结果分析及结论7
5.1测试数据、测试结果分析7
参考文献8
附录A硬件原理图9
附录B程序清单10
附录C测试数据、测试结果分析16
声音导引系统
摘要
本系统本着准确、可靠、性价比高的原则,采用了从发射到接收、分级设计、匹配互连的基本思想。
通过对发声模块和接收模块的种种方法比较论证，得出用最简单的555方波振荡电路作为发生器（发声模块），以MIC加运放电路作为接收器（接收模块），并且配合89S51单片机和NEC电子电机控制ASSP芯片MMC-1及电机驱动电路板并采用L298N芯片驱动电机控制小车的转动速度及方向，进而达到本设计的要求。
关键词：
发生器接收器89S52单片机L298N芯片移动声源
Abstract
Thesystembasedonaccurate,reliableandcost-effectivehighprinciples,usefromtransmittoreceive,hierarchicaldesign,matchingthebasicideaofinterconnection.Throughthevoicemoduleandreceivermodulecomparethevariousarguments,drawnwiththemostsimplesquarewaveoscillatorcircuit555asagenerator（soundmodule）toMICplusop-ampcircuitasareceiver（receivermodule）,andwiththe89S51microcontrollerandmotorcontrolASSPchip,NECElectronicsMMC-1andthemotordrivecircuitboardandusingL298Nchip-drivenmotorcontrolcarspeedanddirectionofrotation,thustoachievethedesignrequirements.
Keywords:
Generatorreceiver89S52MicrocontrollerL298Nchipmobilesoundsource
本系统要求设计并制作一声音导引系统，其具体示意图如图1-1所示：
图1-1系统示意图
图中，AB与AC垂直，Ox是AB的中垂线，O'y是AC的中垂线，W是Ox和O'y的交点。
一设计方案包括基本要求，发挥部分及其它创新部分
系统总框图如图2所示：
图二系统总框图
1.1基本要求
（1）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。
（2）可移动声源发出声音后开始运动，到达Ox线并停止，这段运动时间为响应时间，测量响应时间，用下列公式计算出响应的平均速度，要求平均速度大于5cm/s。
（3）可移动声源停止后的位置与Ox线之间的距离为定位误差，定位误差小于3cm，并且在运动过程中任意时刻超过Ox线左侧的距离小于5cm。
（4）可移动声源到达Ox线后，必须有明显的光和声指示。
（5）功耗低，性价比高。
二系统方案设计与论证
根据题目的基本要求，确定如下方案：
在现有玩具电动车的基础上，加装发生器（声源）、无线接收器，实现对声音接收器能利用可移动声源和接收器之间的不同距离，产生一个可移动声源离Ox线（或O'y线）的误差信号并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。
为完成相应功能，系统可以划分为以下几个基本模块：
发声模块、声音接收模块、声音信号处理模块、电机驱动模块、电机模块。
2.1发声模块
方案一：
采用555方波振荡电路。
它的振荡频率范围大致在零点几赫到几兆赫之间。
频率范围广而且稳定，制作简单，比较适用。
方案二：
采用蜂鸣器。
虽然蜂鸣器内部有振荡、驱动电路，加电源就可以响，用起来方便，但是频率固定了，就只一个单音，失去了比赛的意义。
方案三:
电子音乐发生器。
虽然电子音乐发生器悦耳、价格便宜、使用方便，但是声音较小，调值低且不稳定。
方案选定：
基于以上综合分析，故采用方案一。
2.2电机驱动模块
方案一：
采用脉冲宽度调节（PulseWidthModulation，PWM）方式来控制电机，通过H桥驱动电路来驱动电机，达到电机改变方向及改变速度的控制，满足小车调速变向的需要。
方案二：
采用继电器对电动机的开关控制，通过控制开关的切换速度实现对小车的速度进行调整。
方案三：
使用L298N芯片驱动电机，L298N芯片可以驱动两个二相电机也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。
以上三种方案中，方案一通过调节PWM的占空比即可精确调节电机转速，由于采用了H桥式电路，斩波频率较高，提高了电源的利用率，但是由于开关管具有一定的压降，功率损耗较大，控制不好，易导致开关管烧坏，给调试带来不便，而方案二用继电器来控制直流电机，虽然这个电路的优点是电路较为简单，但是典型的弱点控制强电的方法，继电器的响应时间长，易于损坏，寿命较短、可靠性较低、效率低。
而方案三能稳定地驱动直流电机，可以直接用单片机模拟出PWM信号，而且具有外围元件少、电路简单、控制方便且性价较高等优点，故选用L298N驱动电机。
2.3电机模块
方案一：
采用步进电机。
步进电动机的一个显著的特点就是具有快速启动和停止能力，能够达到我们所要求的标准。
其转换灵敏度比较高。
正转、反转控制灵活。
但是步进电机的驱动能力较差、速度较低、对于方案要求相差较大。
方案二：
采用减速电机，其最大的优点是转矩较大，驱动能力较强，但是减速电机的速度也较低，对于实现控制指标不能很好的满足要求。
方案三：
采用普通的直流电机。
直流电机具有优良的调速特性，调速平滑、方便。
调整范围广；过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速启动、制动和反转，能满足各种不容的特殊运行要求。
由于普通直流电机价格适宜，更易于购买，并且电路相对简单，因此本方案采用直流电机作为动力源。
三系统电路设计与实现
3.1系统总电路流程图
图3-1系统总流程图
3.2发声模块电路设计与实现
（1）发声模块电路原理如附录图3-2
3.3声音接收模块电路设计与实现
（1）声音接收模块原理框图
图3-3声音接收模块原理框图
（2）声音接收模块电路原理图如附录3-3
3.4电动机驱动模块电路设计与实现
（1）电机驱动控制电路原理图
采用NEC电子电机控制ASSP芯片MMC-1的电机控制功能，配合一个电机驱动电路版，控制两个电机的转动方向及转动速度。
电路原理如图3-所示
图3-4电机驱动控制电路原理图
3.5MMC-1芯片模块
（1）MMC-1芯片系统框图见附录图3-5
四系统软件设计
4.1系统软件结构
图4-1总系统软件流程图
4.2系统软件原理
（1）系统软件设计说明
本设计软件部分是以A接收器和B接收器根据接收到的信号的强弱相比较来判断可移动声源在OX线的左侧还是右侧，通过电机驱动电路板并以NEC电子电机控制ASSP芯片MMC-1来控制电机转向及转速。
如果判断出A接收器信号比B接收器信号强，L298N单片机将立即给出命令，可移动声源将立即向B接收器转向;如果B接收器信号比A接收器信号强，L298N单片机将立即给出命令，可移动声源将立即向A接收器转转向；如此反复执行此程序，可以移动声源最终到达目标。
并到达目标后立即报警、灯光显示。
（2）程序源代码见附录B
五测试数据、测试结果分析及结论
5.1测试数据、测试结果分析
（1）测试方法见附录C。
（2）测试使用的仪器见附录C。
（3）测试结果分析见附录C。
5.2结论
经过紧张的四天三夜的奋力拼搏，与小组其他成员的通力协作，团结互助，终于完成了本设计的基本任务。
在几天的努力实践过程中，我们遇到许许多多问题，对待问题要多角度思考，多方法处理。
通过不断的测试，不断的改进电路和程序，我们不仅仅使自身水平得到了检验，更重要的是学到很多宝贵的实践经验，使自己得到了进一步的提高，这对我们以后的学习和工作不无裨益。
当然，我们的设计还存在着一些缺陷，有待于在将来设计中进一步提高，在此恳请各位专家批评指正。
参考文献
［1］李广弟,单片机基础,北京：
北京航空航天大学出版社,2001,56～64
［2］全国大学生电子设计竞赛组委会编《全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编》北京理工大学出版社
［3］周航慈，《单片机应用程序设计》北京：
北京航空航天大学出版社
［4］童诗白.模拟电子技术基础第三版.北京：
高等教育出版社，2001.1
［5］孙肖子.实用电子电路手册（模拟分册）.北京：
高等教育出版社，1992
[6]谭浩强.C语言程序设计（第二版）.北京：
清华大学出版社，2000
黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程.北京：
电子工业出版社，2005
附录A硬件原理图
图3-5MMC-1芯片系统框图
图3-2发声模块电路原理如
图3-3声音接收模块电路原理图
附录B程序清单
（1）控制驱动电路板主程序
#include"reg52.h"
sbitsound=P0^0;
sbitbeep=P0^4;
voidstop（intn）;
voidgo（intn）;
voidback（intn）;
voidleft（intn）;
voidright（intn）;
voiduart（unsignedcharcommand）;
voidplay（void）;
voidDelay_ms（unsignedintDelay）//**11.0592mor12mdelaytime1ms
{
unsignedchari;
for（;Delay>0;Delay--）
{
for（i=0;i<124;i++）
{;}
}
}
main（）
{unsignedcharpt62;
//charcommand;
TMOD=0x20;
SCON=0xD0;//11010000
TH1=0xFD;
TL1=0xFD;
TR1=1;
P1=0xff;
Delay_ms（1000）;
//*********************************
//1.开始发声
play（）;
while
（1）
{
sound=1;
while（（pt62=P3&0xf0）==0）;
sound=0;
if（pt62==0x10）
go（500）;//2.前进
elseif（pt62==0x20）
{play（）;break;}//3.到达目的地
}
//go（10000）;
/*
stop（2000）;
go（5000）;
stop（2000）;
back（5000）;
stop（2000）;
left（2000）;
stop（2000）;
right（2000）;
while
（1）
{pt62=P3&0xf0;
switch（pt62）
{case0x10:
go（5000）;break;
case0x20:
back（5000）;break;
case0x40:
left（5000）;break;
case0x80:
right（5000）;break;
default:
stop（100）;
}
}*/
}
voiduart（unsignedcharcommand）
{
ACC=command;
TB8=!
P;//奇校验
SBUF=command;
while（!
TI）;
TI=0;
}
voidstop（intn）//**停车
{
uart（0x50）;//通道一模式
Delay_ms（10）;
uart（0x40）;//40停
Delay_ms（10）;
uart（0x54）;//通道二模式
Delay_ms（10）;
uart（0x40）;//40停
Delay_ms（10）;
Delay_ms（n）;
}
voidgo（intn）//************前进
{
uart（0x53）;//通道一占空比//qian
Delay_ms（10）;
uart（0x0f）;
Delay_ms（10）;
uart（0x57）;//通道二占空比
Delay_ms（10）;
uart（0x0f）;
Delay_ms（10）;
uart（0x50）;
Delay_ms（10）;
uart（0xc0）;//qian
Delay_ms（10）;
uart（0x54）;//通道二模式
Delay_ms（10）;
uart（0xc0）;
Delay_ms（10）;
Delay_ms（n）;
stop（10）;
}
voidback（intn）//****************后退
{
uart（0x53）;//通道一占空比/hou
Delay_ms（10）;
uart（0xf0）;
Delay_ms（10）;
uart（0x57）;//通道二占空比
Delay_ms（10）;
uart（0xf0）;
Delay_ms（10）;
uart（0x50）;
Delay_ms（10）;
uart（0xe0）;//hou
Delay_ms（10）;
uart（0x54）;//通道二模式
Delay_ms（10）;
uart（0xe0）;//
Delay_ms（10）;
Delay_ms（n）;
stop（10）;
}
voidleft（intn）
{
uart（0x53）;//通道一占空比//qian
Delay_ms（10）;
uart（0xf0）;
Delay_ms（10）;
uart（0x57）;//通道二占空比
Delay_ms（10）;
uart（0x0f）;
Delay_ms（10）;
uart（0x50）;
Delay_ms（10）;
uart（0xe0）;//hou
Delay_ms（10）;
uart（0x54）;//通道二模式
Delay_ms（10）;
uart（0xc0）;//
Delay_ms（10）;
Delay_ms（n）;
stop（10）;
}
voidright（intn）
{
uart（0x53）;//通道一占空比//qian
Delay_ms（10）;
uart（0x0f）;
Delay_ms（10）;
uart（0x57）;//通道二占空比
Delay_ms（10）;
uart（0xf0）;
Delay_ms（10）;
uart（0x50）;
Delay_ms（10）;
uart（0xc0）;//hou
Delay_ms（10）;
uart（0x54）;//通道二模式
Delay_ms（10）;
uart（0xe0）;//
Delay_ms（10）;
Delay_ms（n）;
stop（10）;
}
voidplay（void）
{
unsignedcharn,i;
P1=0x00;
for（i=1;i<=6;i++）
{
P1=8;
for（n=1;n<5;n++）
{
beep=0;
P1=P1>>1;
Delay_ms（100）;
beep=1;
Delay_ms（100）;
}
P1=0x00;
Delay_ms（1500）;
P1=0xff;
}
}
（2）声音信号处理程序
#include"reg51.h"
//P1012有无信号1有0无
//P1强弱1强0弱
sbitxway=P0^0;
sbitbsingal=P0^7;
//P3>>2262
voidDelay_ms（unsignedintDelay）//**11.0592mor12mdelaytime1ms
{
unsignedchari;
for（;Delay>0;Delay--）
{
for（i=0;i<124;i++）
{;}
}
}
main（）
{
P1=0;
while
（1）
{
while（bsingal==0）;
Delay_ms（200）;
if（bsingal!
=0）
{if（xway==1）
{P3=1;//0001
Delay_ms（200）;
P3=0x0f;
Delay_ms（200）;
P3=0;
}
elseif（xway==0）
{P3=0x02;
Delay_ms（200）;
P3=0x0f;
Delay_ms（200）;
P3=0;
}
}
}
}
附录C测试数据、测试结果分析
测试方法与仪器：
1、测试仪器
测试仪器包括秒表、数字万用表、秒表、信号发生器、示波器、米尺、直流稳压电源等。
2、测试方法
数字万用表主要用来测试分立元件的电阻、压降、漏电流、截止/导通状态等参数；
信号发生器与示波器用于测试各声音信号的接收与传输；
直流稳压电源在测试期间为各待测系统供电；
秒表用于产品测试，按照任务书的基本要求对制成的移动声源（小车）进行产品测试。
测试数据及测试结果分析：
（1）发生信号频率精度可移动声源产生的信号为周期性音频脉冲信号，测量平均值为315MKz。
（2）计时精度分析计时系统采用了秒表多次测量。
理论上的误差不到1秒/年。
（3）速度精确分析按照设计要求的速度计算公式，理论上平均速度大于5cm/s。
（4）定位精度分析本设计采用实际测量与软件补偿技术，理论上可使定位精度提高到误差<3cm。
由于本设计的信号发生器部份不是很强，接收器部分不是很灵敏，再加上在空气中传输过程中信号衰减，有可能使可移动声源不能在规定速度到达预定位置，但是在测试过程中几乎能完成本题目的基本要求。
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