2009年全国电子设计大赛B题—声音导引系统

编号：01 2009全国大学生电子设计竞赛题目B：

《声音导引系统》

目录

1方案设计与论证 (2)

1.1主控系统选择 (3)

1.2电机选择 (3)

1.3电机控制系统选择 (3)

1.4无线数据通信模块选择 (3)

1.5声音信号处理方案选择 (3)

2电路设计 (3)

2.1系统组成 (4)

2.2音频发射 (4)

2.3音频处理 (4)

2.4电机控制系统 (5)

3软件设计 (5)

4系统测试 (6)

4.1测试仪器 (6)

4.2测试方法 (6)

4.3测试数据 (7)

4.4误差分析 (7)

5设计总结 (7)

6参考文献 (7)

7 附录 (8)

附1：部分元器件清单 (8)

附2：仪器设备清单 (8)

附3：部分程序清单 (8)

声音导引系统设计与总结报告

摘要：本系统采用两片STC12C5A60S2增强型51单片机，双直流电机双轮驱动小车。通过接收点收到声音信号时间不同，判断小车离各个接收站的距离远近，通过无线传输模块控制车载单片机，进而控制小车运动，到达目的地，发出声光信号。本系统在设计中注意低功耗处理和力求高性价比等细节。

本设计主要特点：

1. 高效的L293电机驱动电路，提高电源利用率。

2．双电源设计，控制电路电源与电机电源隔离，信号通过光耦传输。

3．采用测时间差的方式，通过3点声音信号实现精确定位。

关键词: 声音导引可移动声源声音接收器单片机智能车

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.

1．方案设计与论证

1.1主控系统选择

方案一：采用高性能嵌入式系统，比如ARM。如果采用此方案，可以很好的解决数据处理和控制功能，但是ARM价格昂贵且本科阶段很少接触，在短时间内完成困难比较大。

方案二：采用大规模可编程逻辑器件，如FPGA，CPLD但本题属于控制类，不适合采用此方案。

方案三：采用2片高性能单片机来实现，一片用来处理音频信号接收，同时控制车载单片机，担当主控单片机。另一块作为从单片机，用来控制小车运动。

考虑到方案的可实行性和性价比，我们采用STC12C5A60S2增强型51单片机，此款单片机内部不分频，采用RISC精简指令集，可实现高速运算，存储空间大，价格低廉，性价比极高。

1.2电机选择

本题是控制类题目，所以电机的选择尤为重要。

方案一：选择普通直流电机，通过减速齿轮增大扭力，提高带负责能力。直流电机的优点是价格便宜，控制容易，但难以精确控制是其一大弱点。

方案二：选择步进电机。步进电机的特点是可以精确控制电机选择步数和角度，缺

点就是力矩比较小，容易失步，而且价格比较昂贵。

考虑到题目要求性价比高，所以我们选择普通直流电机，通过优良的控制算法，达到高精度定位。

1.3电机控制系统选择

方案一：通过晶体三极管等分立元件搭H桥。优点是价格便宜，结构简单，控制简单。但由于晶体三极管的承载电流比较小，驱动能力受到限制，因为是分立元件，稳定性不敢保证，且体积比较大。

方案二：采用集成芯片，如L293,L298等。其优点是集成度高，电路简单，控制方便可靠，体积小，效率高。

考虑到小车比较小，要安装的电子装置比较多，控制精度比较高，所以选用低电压驱动高效率的L293驱动芯片(L298需要的驱动电压高,效率低)。

1.4无线数据通信模块选择

方案一：红外通信，红外通信器件易得，价格低廉，但必须直线收发是其致命弱点。

方案二：采用nFR24L01无线通信模块，此无线通信协议工作于2.4～2.5 GHz ISM 频段，数据传输率最快可达2 Mb／s。

我们选用nFR24L01无线通信模块，确保通信的流畅性和准确性。

1.5声音信号处理

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。

小结：

经过几番仔细的论证和比较，我们决定了本系统主要模块方案如下：

音频处理方案：采用测时间差的方式。

主控制器：两片STC 12C5A60S2增强型51单片机。

小车行驶方案：双直流电机双轮驱动。

无线通信模块：nFR24L01通信模块。

电机控制系统：NEC_MMC电机控制芯片和L293集成芯片。

2．电路设计

2.1系统组成原理

本系统由声源发射器，接收站A，接收站B，接收站C，主控单片机，无线传输模块，从控单片机，NEC MMC-1电机控制芯片，电机驱动模块，声光电路等组成。