声音引导系统(完整版)

2009全国大学生电子设计竞赛题目B：

《声音导引系统》

参赛学生：

指导教师：

学校：临沂师范学院

院系：信息学院

目录

一、设计任务与要求 (1)

二、系统整体设计方案比较与选择 (1)

三、设计与论证 (1)

1、电机运行速度设计 (1)

2、误差信号的产生 (2)

3、控制理论简单计算 (2)

四、电路设计 (2)

1、系统整体设计框 (2)

2、单元电路设计 (3)

1）可移动声源及声音接收器 (3)

2）电机驱动电路设计 (4)

3）无线收发模块 (5)

3、电源设计 (5)

五、软件设计 (6)

六、运行情况测试 (7)

1、声源速度测试 (7)

2.测试方法 (7)

3.测试数据 (7)

4.误差分析 (8)

七．设计总结 (8)

八．参考文献 (8)

九. 附录 (8)

十、结束语 (13)

声音导引系统设计与总结报告

摘要：

本文描述了声音导引系统的设计原理和实现方法。该系统由AT89S52单片机控制，双直流电机双轮驱动小车。通过NEC公司的ASSP电机控制芯片和单片机之间的串行通信实现可移动声源的运动。主控制器利用不同声音接收器间产生的误差信号，并用无线通信方式将此误差信号传输至可移动声源，引导其运动。到达目的地，发出声光信号。系统最大特点在于软件设计采用层次化、模块化的设计方法，使得复杂数学模型和控制算法得以简化和快速开发。经调试和测试，系统各项性能参数已基本达到设计指标。且本系统在设计中注意低功耗处理和力求高性价比等细节。

关键词：

声音导引 89S52单片机 ASSP芯片算法

Abstract

T his system use two STC12C5A60S2 enhanced 51-series microcomputer, double dc motor drive car outfit. Through different voice signal method-the peak-trough received from various terminal, the car of distance, through wireless transmission module control vehicle, and control chip car movement, destination, a sound signal. This system in the design of low power consumption and high performance to such details.

一、设计任务与要求

设计并制作一个声音导引系统，可移动声源运动的起始点必须在Ox线右侧，位置可以任意指定。利用声音接收器和可移动声源之间的不同距离，产生可移动声源和目标线之间的误差信号，并利用无线通信方式将此误差信号传输至可移动声源，引导其运动。

二、系统整体设计方案比较与选择

根据题目要求，系统可以分为两个基本模块，由两片八位单片机分别实现，本声音导引系统的控制关键在于，精确检测误差信号，使可移动声源按要求运动。系统示意图如下，初步分析设计方案：

方案一、在可移动声源向Ox线逼近时，把接收器A和B接收到声源的声音的强弱分别转换成它们与声源之间的距离，从而判断声源是否到达目的地。

方案二、启用单片机定时器，根据接收器A和B接收到声音的时间差来判断声源的位置，进而调节电机运行的速度，直至声源是否到达目的地。

方案分析：鉴于方案一中声音的强弱受外界干扰太大，检测到的声音信号不定，而测量时间差则相对精确，所以本系统采用方案二。

三、设计与论证

1、电机运行速度设计

根据题目要求，可移动声源发出声音后开始运动，到达Ox线并停止。要求平均速度大于5cm/s。如上图1所示，鉴于此要求，可以采用霍尔传感器直接测出电机的转速，并将此速度反馈给辅控制单片机，由此来调节占空比，进而调节电机的转速。但由于比赛时间有限，此方案并未落实。

2、误差信号的产生

声源发出声音并移动，辅助控制器控制A、B接收器同时启动，利用A、B接收器接收到声音的时间差来判断声源与Ox线之间的误差，若时间差大于零则说明声源与Ox线之间有误差，声源继续移动，直到时间差为零时停止。

3、控制理论简单计算

由上图1所示，声源从右至左行驶时，计声音接收器A、B接收到声源的时间分别为TAs、TBs。其时间差为为TAs- TBs，主控制器将此时间差通过无线通信方式传给辅控制单片机，进而来调节PWM波的占空比。从而改变电机的转速。以达到由声音控制电机转速的目的。直到TAs- TBs=0，声源停在Ox线。

四、电路设计

1、系统整体设计框

如图2所示: 本系统由两片单片机完成控制任务，电机控制ASSP芯片可以由硬件直接产生PWM波，因此主控制器单片机可以通过ASSP芯片产生的PWM波形来控制直流电机的运转，省去了用单片机产生PWM波，提高了编程效率。只需再接上L298驱动电路，就可以轻松的达到控制直流电机的目的。声源是通过主控制单片机的P3^7脚输出一定频率的波形，再经过放大电路放大，最终产生声音。声音接收器接收声音并传给辅助单片机，辅控制器和主控制器之间无线传输信息。进而判断声源的前进方向，并通过液晶显示器显示系统运行状态。

图2 系统总体框图

2、单元电路设计

1）可移动声源及声音接收器

可移动声源的信号频率由单片机产生，经功率放大电路放大后由喇叭输出音频信号。电路图如下：

图3 声音发生器电路

音频接收处理

方案一：由于声源离各接收站距离不等，所以各接收站收到声音信号所需时间不等，进而可以判断出小车方位，引导小车前进。

方案二：由于声源离各接收站距离不等，所以各接收站收到声音信号的强度不等，通过AD转换器测出电压大小，进而可以判断出小车大概方位，引导小车

前进。

由于接收站离主控单片机有1米距离，传输距离比较远，需要导线比较长，容易受分布电容等干扰，直接传输电压信号容易导致不精确，所以我们采用测时

间差的方法。