声音引导系统报告

声音导引系统（B题）

摘要：该声音引导系统采用高性能、低功耗的AVR系列8位ATmega8单片机和ATmega16组成核心控制单元，可成功实现误差信号产生、可移动声源的定位及移动，并附有声光提示、LCD显示、语音播报等功能。位于接收器上的声音接收模块接收声波，通过时差计算确定路径后通过无线模块将数据传至声源，利用电机控制芯片ASSP（型号MMC-1）实现可移动声源的运动。该系统性能稳定，电源模块、主控模块等的设计使系统整体具有功耗低、性价比高的特点。

关键词：声音引导系统；无线通信；性价比；声音接收

Abstract:The sound-guided system is designed to have8-bit ATmega8and ATmega 16single-chips as the core control units which are high-powered and have low power consumption.This system has the ability of error signal generating、positioning and movement of mobile Source,apart from acoustic–optical alert、LCD display and Text To Speech..Sonic waves are received by the sound receiver,after computing delta-T,the data will be transmitted to sound source by the wireless module,and the path can be decided now.The Mobile Source can move under the control of Electrical Machine Control ASSP chip(MMC-1chip).This system has steady performance over life,it is also cost-effective and has low power consumption,owing to the designation of power supply module and main control module.

Key Words:sound-guided system、wireless communications、cost-effective、sound receiving

3/cm w 3

/cm w 一方案设计与论证

1.1车体的选择

通常的运动方法有轮式和履带驱动式两种，其选择依赖于路面状况、机械复杂性和控制复杂性。

方案一：采用普通三轮车或者四轮车

优点为体积小，摩擦力小，在相同牵引力下速度快，但不易控制，由于车体承载能力不强，在承受一定负重后会明显影响车速并且转向不稳。

方案二：采用履带式结构

特点：两个电机分别驱动两条履带。优点是可以在原地转动，可负重较大时不会明显影响车的性能；在不平的路面上性能稳定，摩擦力很大，牵引力大。缺点为只有在加大功率情况下才能保证车速不会太慢、能量损耗大，机械结构复杂。

在实际应用中，车体运动的范围小（不大于2m ），且需要车行进缓慢以便定位。三轮或普通的四轮车通常摩擦力小于履带车，综合考虑选择方案二。

1.2电源选择方案

方案一：采用开关电源

开关电源是通过调节开关的导通时间来调节电压有效值，通过滤波电路来输出平稳的电压。开关电源的输出功率大，效率高，都在65%以上，可以达到93%，

功率体积有3-6。

方案二：采用线性稳压电源

线性稳压电源一般小巧灵活，成本低，在小功率时输出稳定。它的体积小，功率体积只有0.5-2。但线性稳压的输出功率较低，电流或压差较大时一般低于35%。

考虑到电源的功率和整体的性价比，选择方案一。1.3主控制器芯片的选择

方案一：采用FPGA 为系统的控制器，FPGA 可以实现各种复杂的逻辑功能，模块大，密度高，它将所有器件集成在一块芯片上，减少了体积，提高了稳定性，并易于进行功能控制，适合作为大规模实时系统的控制核心。由于其集成度高，使其成本高，同时由于芯片的引脚较多，实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。

方案二：51系列单片机。特点为价格低廉，技术成熟，应用广泛。但相对于AVR 等系列单片机，功耗较高，片内中断/flash 等资源不足，运算速度较慢。

方案三：AVR 系列单片机。其主要特点为高性能、低功耗，资源丰富，并且支持高级语言编程，在运行速度，内存容量，内部功能模块集成化等诸多方面比51系列优越，。正常模式下（1MHz ，3v ），功耗为仅为1.1mA ，掉电模式下甚至不足1uA ，功耗远低于51系列单片机。

综合题目，考虑到功耗、性价比和运算能力，选用方案三，为进一步提高性价比，选择用ATmega16和ATmega8协同工作。

二理论分析与计算

将可移动声源放置于ox 右

侧任意点S ，当声源发声时，

A 、

B 、

C 三点会根据S 点的位置按一定先后顺序收到声音信号，设A 接收器和B 接收器接收的时间差为1t ，A 和C 之间接收的时间差为2t ,设S 的初始坐标

为（x,y ）,则方程为：

1vt SB SA =−2

vt SC SA =−带入OA,OB,OC 得：

12222)1(vt y x y x =+−−+2

2222)1(vt y x y x =+−+−Matlab 编程解得：

y=-1/2*(-b-a/(4*a^2-4+4*b^2)*(-4*a*b-4*a^2*b^2+4*a^3*b+4*a^2-4+4*b^2-4*(b^6+4*b^4*a^2-2*a^3*b^3-2*a*b^5+a^4*b^2+2*b^2-3*a^2*b^2+2*a*b^3-3*b^4-a^4*b^4-b^6*a^2+2*a^3*b^5)^(1/2))+a+a^2*b-b^2*a)/b

x=1/2/(4*a^2-4+4*b^2)*(-4*a*b-4*a^2*b^2+4*a^3*b+4*a^2-4+4*b^2-4*(b^6+4*b^4*a^2-2*a^3*b^3-2*a*b^5+a^4*b^2+2*b^2-3*a^2*b^2+2*a*b^3-3*b^4-a^4*b^4-b^6*a^2+2*a^3*b^5)^(1/2))

三硬件电路设计及实现

该声音引导系统可分为核心控制模块、电源管理模块、电机驱动模块、LCD 显

示、键盘输入模块、语音播放模块、无线通信模块、声音接收模块、声波整形放大滤波模块等构成。系统框图如图2所示。

3.1主控模块

考虑到系统整体的性价比和功耗，采用低功耗单片机ATmega8和ATmega16协同工作。由于大部分的计算过程是在接收器的主控芯片上进行，而移动声源上主控芯片不参与定位运算，因此在移动声源上使用ATmega8，在接收器上使用ATmega16，尽最大可能提高性价比。3.2电机驱动模块

采用电机控制ASSP 芯片MMC-1控制直流电机，输出PWM 波，传输到L298，驱动直流电机运动。L298驱动电路如3。