声音导引系统.docx

1、声音导引系统目录摘 要 1关键词 1Abstract 1Keywords 1一 设计方案包括基本要求，发挥部分及其它创新部分 21.1 基本要求 3二 系统方案设计与论证 32.1发声模块 32.2电机驱动模块 32.3电机模块 4三 系统电路设计与实现 53.1系统总电路流程图 53.2发声模块电路设计与实现 53.3声音接收模块电路设计与实现 53.4电动机驱动模块电路设计与实现 63.5 MMC-1芯片模块 6四 系统软件设计 64.1系统软件结构 64.2系统软件原理 7五 测试数据、测试结果分析及结论 75.1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

2、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AbstractThe system based on accurate, rel

3、iable and cost-effective high principles, use from transmit to receive, hierarchical design, matching the basic idea of interconnection. Through the voice module and receiver module compare the various arguments, drawn with the most simple square wave oscillator circuit 555 as a generator (sound mod

4、ule) to MIC plus op-amp circuit as a receiver (receiver module), and with the 89S51 microcontroller and motor control ASSP chip, NEC Electronics MMC-1 and the motor drive circuit board and using L298N chip-driven motor control car speed and direction of rotation, thus to achieve the design requireme

5、nts.Keywords: Generator receiver 89S52 Microcontroller L298N chip mobile sound source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，Oy是AC的中垂线，W是Ox和Oy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

6、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Oy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

7、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（Pulse Width Modulation，PWM）方式来控

8、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

9、，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

10、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3-23.3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3-33.4电动机驱动模

11、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3.5 MMC-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

12、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

13、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,2001,56642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，2001.15孙肖子. 实用电子电路手册（模拟分册）

14、.北京：高等教育出版社，19926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3-5 MMC-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.hsbit sound=P00;sbit beep=P04;void stop(int n);void go(int n);void back(int n);void left(int n);void right(int n);void ua

15、rt(unsigned char command);void play(void);void Delay_ms(unsigned int Delay) /* 11.0592m or 12m delay time 1msunsigned char i;for ( ; Delay0 ; Delay-)for (i =0 ; i124 ; i+) ; main() unsigned char pt62;/ char command;TMOD=0x20;SCON=0xD0; /1101 0000TH1=0xFD;TL1=0xFD;TR1=1;P1=0xff;Delay_ms(1000);/*/1.开始

16、发声play();while(1)sound=1;while(pt62=P3&0xf0)=0);sound=0;if(pt62=0x10)go(500);/2.前进else if(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) case 0x10:go(5000);break;case 0x20:back(5000

17、);break;case 0x40:left(5000);break;case 0x80:right(5000);break;default: stop(100);*/void uart(unsigned char command)ACC=command;TB8=!P; /奇校验SBUF=command;while(!TI);TI=0;void stop(int n) /*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D

18、elay_ms(10);Delay_ms(n);void go(int n) /*前进uart(0x53); /通道一占空比 /qianDelay_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); /qianDelay_ms(10);uart(0x54); /通道二模式Delay_ms(10);uart(0xc0);Delay_ms(10);Delay_ms(n);stop(10);void back

19、(int n) /*后退uart(0x53); /通道一占空比 /houDelay_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); /houDelay_ms(10);uart(0x54); /通道二模式Delay_ms(10);uart(0xe0); /Delay_ms(10);Delay_ms(n);stop(10);void left(int n)uart(0x53); /通道一占空比 /qia

20、nDelay_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); /houDelay_ms(10);uart(0x54); /通道二模式Delay_ms(10);uart(0xc0); /Delay_ms(10);Delay_ms(n);stop(10);void right(int n)uart(0x53); /通道一占空比 /qianDelay_ms(10);uart(0x0f);Delay_ms(

21、10);uart(0x57); /通道二占空比Delay_ms(10);uart(0xf0);Delay_ms(10);uart(0x50);Delay_ms(10);uart(0xc0); /houDelay_ms(10);uart(0x54); /通道二模式Delay_ms(10);uart(0xe0); /Delay_ms(10);Delay_ms(n);stop(10);void play(void)unsigned char n,i;P1=0x00;for(i=1;i=6;i+)P1=8;for (n=1;n1;Delay_ms(100);beep=1;Delay_ms(100);P

22、1=0x00;Delay_ms(1500);P1=0xff;（2）声音信号处理程序#include reg51.h/P1 0 1 2 有无信号1有 0无/P1 强弱 1强 0弱sbit xway=P00;sbit bsingal=P07;/P3 2262void Delay_ms(unsigned int Delay) /* 11.0592m or 12m delay time 1msunsigned char i;for ( ; Delay0 ; Delay-)for (i =0 ; i124 ; i+) ; main()P1=0;while(1)while(bsingal=0);Delay

23、_ms(200);if(bsingal!=0) if(xway=1)P3=1; /0001Delay_ms(200);P3=0x0f;Delay_ms(200);P3=0;else if(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

24、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。