声音引导机器人设计

声音引导机器人设计

摘要：本设计是由移动声源和声音接收端两大部分组成，两部分之间通过无线模块进行数据的交互与控制。移动声源以小车为载体，完成产生周期性的声音信号、声源的定向移动和定点停止等任务，包括核心控制模块、电机驱动模块、无线模块；声音接收端完成声音采集处理、控制移动声源运动等任务，包括核心控制模块、声音采集处理模块、无线模块。系统采用avr系列的8位单片机mega16为核心处理器。

关键词：声源定位；声音引导；无线收发

1、引言

声源定位技术在当今高度智能化的社会中有着广泛的应用，涉及军事、海洋搜索、智能机器人等方面，声源定位是一项既有明确应用背景又有前沿技术特点的技术。本文着重研究基于声达时间差(tdoa)的声源定位技术，模拟了一个现实具体应用场合，所设计的系统主要要完成对声源信号的接收处理，并通过tdoa算法得知声源所在的空间位置，之后由控制台的单片机，通过无线发出一定控制信号，使移动声源处于指定位置。

2、系统功能概述

在一块1m2的二维平面内，有一以小车为载体的可以间歇发出脉冲音频信号可移动声源位于起始位置，当其发出声音信号后，位于平面内的三个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指定位置点的误差信号，并用无线方式将此误差信号传输至可移动声源，引导其运动，从而使小车移动到指定位置点。

3、系统硬件设计

电机驱动电路设计：电机驱动采用l298驱动，l298是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它响应频率高，一片l298可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端，可通过调节pwm波的占空比来精确调节车速。

扬声器驱动电路设计：给扬声器提供一个直接由单片机产生的频率为6.6khz的脉冲信号，并通过一个9014三极管，增大驱动电流，使扬声器发出较高能量的音频信号，方便声音采集电路采集。

无线数据传输电路设计：系统选用自带编码的解码芯片无线模块。其无线发送模块是基于sc2262低功耗通用编码电路芯片的应用电路，它和2272配对使用，当2262和2272的地址编码一致时，无线发送模块的数据就能在接收模块上得到。其无线接收模块是基于pt2272低功耗通用解码电路芯片的应用电路，它和2262配对使用，解码芯片pt2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，vt脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高低电平。

声音接收电路设计：声音接收电路是整个系统最关键电路，该电路有三部分组成，分别是一级放大电路，选频回路，放大整形电路。它处理声音信号的好坏，决定着系统精度。

由如图1可知，话筒感应到声音信号后，通过电容耦合到三极管q1进行一级放大，然后信号经过q2及l1和c2构成的选频回路，将声音信号选频放大，而把其他频率的信号抑制掉，得到的选频信号再经过c3耦合后，由运放放大120-150倍。通过一个比较器

lm339，将信号整形，输出即为一个标准的方波。单片机通过判断是否有该方波，来判断是否收到声音。

4、系统软件设计

系统软件设计包括两大模块：移动声源控制程序和声音接收端控制程序。

移动声源控制程序主要完成控制载体小车的直行、转弯、停车，无线通信和产生特定频率的声音信号等功能。其软件流程如图2所示。

声音控制接收程序主要任务是通过与移动声源的无线通信，计算三个接收点收到的声音时间差，通过计算的时间差控制小车的移动。其软件流程如图3所示。

5、系统测试结果

系统运行测试结果如表1所示。

声源位置声源到指定点

距离cm响应时间s平均速度m/s定位误差cm

1504.2911.321.4

2554.4912.040.9

3574.8411.551.1

4655.6311.460.5

表1 系统测试结果

观察实际测试得到的数据，发现移动声源在定位方面还存在一定的误差，这主要是由于系统为声音引导系统，因此声音音质的好坏、音量的大小、声音传输延迟等都将会产生各种误差。但各数据在允许的范围之内，符合系统设计要求。

6、结语

本次设计作品的电路合理简单，性能优良，成本较低。大部分指标均达到设计的要求。但在设计中值得注意的问题有：对于模拟电路的设计，理论设计和实际制作完成的电路存在极大的误差，即使是来自同一原理图的多个电路也存在差异。

参考文献:

【1】孙仲康，单多基地有源无源定位技术，国防工业出版社，1996

【2】三恒星科技，avr单片机原理与应用实例，电子工业出版社，2009

【3】崔玮玮，声源定位中的时延估计技术，数据与处理，2007 【4】全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编（2007），北京理工大学出版社，2008

【5】华成英，童诗白，模拟电子技术基础，高等教育出版社，

2006