聲音引導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計-單片機設(shè)計論文7

1、B甲050摘要 系統(tǒng)設(shè)計主要有車載系統(tǒng)與場地系統(tǒng)兩大部分組成。車載系統(tǒng)包含了電源，電機適配器，無線發(fā)射等模塊。如何按照大賽要求，實現(xiàn)其控制部分（電機）的適配，成為設(shè)計的關(guān)鍵。而聲音采集與處理，無線接收等則構(gòu)成了場地系統(tǒng)。在場地系統(tǒng)的設(shè)計過程中，我們將重心放在如何將聲音信號轉(zhuǎn)化為距離差，從而確定聲源的位置，再由單片機實現(xiàn)對其運動狀態(tài)的控制，最終實現(xiàn)聲音引導(dǎo)。關(guān)鍵詞: 單片機；電機適配器；聲音采集處理；聲音導(dǎo)引Abstract： The design of the system are composed of the main-board system and site system . Car

2、system includes a power supply, motor adapter, wireless transmitters and other modules. How to realize the competitions requirements to achieve its control parts (motor) and adaptation has become the key to the design. The audio acquisition and processing part, wireless receiver part and other parts

3、 consist the site system . In the process of space system design , we focused on changing the sound signal into the distance in order to determine the location of the sound source. Eventually, we use MCU to control its motion state to realize the final foundation- voice guidance .Key Words: SCM；Moto

4、r Adapter；Sound Acquisition and Processing；Voice guidance1系統(tǒng)方案51.1整體方案比較51.2運動控制方案62設(shè)計與論證62.1算法方案設(shè)計62.2誤差的產(chǎn)生與消除72.3聲音發(fā)生模塊的設(shè)計72.4聲音接收模塊的設(shè)計72.5電機模塊的設(shè)計72.6無線模塊的設(shè)計72.7擴展模塊的設(shè)計83總系統(tǒng)設(shè)計83.1控制流程圖83.2場地系統(tǒng)103.3車載系統(tǒng)104系統(tǒng)調(diào)試114.1測試數(shù)據(jù)114.2測試結(jié)果分析11參考文獻12附錄131系統(tǒng)方案1.1整體方案比較方案一：將整個系統(tǒng)設(shè)計分為場地系統(tǒng)與車載系統(tǒng)，通過單片機控制，并且這兩大系統(tǒng)通過無線模塊

5、建立聯(lián)系。具體工作過程為：聲源發(fā)出指令通過無線模塊傳給MUC使其控制聲源發(fā)生，發(fā)出的聲音再經(jīng)過無線模塊到達聲音接收裝置（A,B,C三部分），形成單片機可讀的高低電平，進一步控制小車的運動。根據(jù)小車距OX的距離相應(yīng)調(diào)節(jié)步進電機的步幅，距離較大時，增大步幅，從而達到節(jié)約時間的目的。在聲源（小車）行進過程中，不斷發(fā)出聲音信號進行位置變動，直到達到要求位置，時間差為零，調(diào)整完畢，小車停止運動，運動過程完成。其結(jié)構(gòu)如圖1所示：發(fā)聲模塊單片機無線模塊電源模塊控制電機模塊電源模塊單片機聲音接收模塊圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖（方案一）方案二：同樣將系統(tǒng)分為場地系統(tǒng)與車載系統(tǒng)，區(qū)別在于將車載系統(tǒng)的處理核心換成FPGA

6、,信息經(jīng)其處理后再交給單片機執(zhí)行，使小車完成相應(yīng)動作。如圖2： FPGA單片機溫度測量時鐘顯示液晶顯示圖2 方案二圖示本設(shè)計成本也偏高，同時，芯片的引腳很多，實物硬件電路板布線復(fù)雜。加重了電路設(shè)計和焊接的工作。因此排除此方案。選用方案一1.2運動控制方案根據(jù)本題要求采用MMC-1實現(xiàn)聲源的運動控制，MMC-1通過UART或SPI串行接口，為控制MCU擴展專用電機控制功能,可以設(shè)定電機運行的速度以及總步數(shù)。經(jīng)過小組討論，決定用LM298作為電機驅(qū)動電路，與MMC-1形成的控制部分組成電機適配器，配合完成聲源的各項要求。2設(shè)計與論證2.1算法方案設(shè)計 圖3 題目幾何模型 題目抽象為圖3所示幾何模型

7、，題目要求聲源S最終的位置離OX的垂直距離小于3cm,于是如何控制小車的運動使之在正確的位置停止，成為設(shè)計的關(guān)鍵。把這個問題抽象為數(shù)學(xué)模型，也就是確定聲源S的位置。用測得的時間差乘以聲速340m/s,便是距離差。轉(zhuǎn)化為幾何題目，已知a-b=e,a-c=f,OA=1,AC=1,O,O分別為AB,AC的中點，求S點坐標即m,n. 由余弦定理:cosA=(a*a+b*b-c*c)/2ab,又cosA=n/a;故(a*a+b*b-c*c)/2ab=n/a,故有n=(a*a+b*b-c*c)/2b.2.2誤差的產(chǎn)生與消除 指令時，會有一定的時延，使測得的時間有出入，造成測量結(jié)果誤差，此種誤差可以通過軟件

8、的方式改善，甚至消除。此外由于在不同的溫度下，聲音傳播的速度會有所差異，因此而會造成測量結(jié)果的誤差。此中誤差可以通過溫度補償?shù)姆椒ㄊ怪疁p小。此外為了盡量減小噪聲可以限制一下環(huán)境，如提醒觀眾不要大聲喧嘩。2.3聲音發(fā)生模塊的設(shè)計此模塊主要運用NE555定時器產(chǎn)生矩形波。產(chǎn)生的矩形波中除基波外還還有豐富的高次諧波。將它用作脈沖信號源，濾波是我們不得不考慮的一個問題。電路諧振周期為：T=0.7（R1+2R2）C蕩頻率為:f=1/T=1.43/(R1+2R2)C，詳見原理圖2.4聲音接收模塊的設(shè)計該模塊設(shè)計中，考慮到接受的信號頻率為2840Hz較微弱，我們決定采用適用于低頻放大且自身功耗低的音頻集成功

9、放LM386。為了將信號轉(zhuǎn)化為MCU可讀的高低電平，我們選用了通用音調(diào)譯碼器LM567，其工作狀態(tài)猶如一個低壓電源開關(guān)，當(dāng)其接收到一個位于所選定的窄頻帶內(nèi)的輸入音調(diào)時，開關(guān)就接通。并且可用做波形發(fā)生器，產(chǎn)生較為精密的方波。其原理圖如圖4 圖4聲音接收與處理模塊原理圖2.5電機模塊的設(shè)計按照設(shè)計要求必須采用MMC-1實現(xiàn)電機的控制，其有三個電機控制單元，通過設(shè)置寄存器使其工作在步進電機模式。外接兩個全橋驅(qū)動芯片就可以控制兩相四線式步進電機的工作?？梢酝ㄟ^兩個參數(shù)控制步進電機的運轉(zhuǎn)：速度和增量。同時還可以設(shè)定電機的速度和總步數(shù)。另外，我們選用L298作為驅(qū)動器使其與步進電機以及控制器構(gòu)成一個完整的

10、步進電機控制系統(tǒng)。2.6無線模塊的設(shè)計在本模塊的設(shè)計中，我們采用SRWF-108無線數(shù)傳模塊，SRWF-108模塊提供1200/2400/4800/9600bps等接口波特率，波特率的設(shè)定可以通過改變模塊上面得焊盤跳線（J2-J4）狀態(tài)來確定。采用FAK調(diào)制方式，工作頻率為429.00433.30MHz.低功耗，其可靠傳輸距離為2000m.2.7擴展模塊的設(shè)計在擴展模塊部分，我們利用改進型溫度智能傳感器DS18b20制作了測溫模塊，同時起到補償?shù)淖饔茫肞HILIPS公司生產(chǎn)的低功耗，多功能時鐘芯片設(shè)計了時鐘模塊，除此之外，我們還制作了128*64點陣LCD液晶顯示。該液晶顯示抗干擾能力強，

11、調(diào)用方便，并且節(jié)省了軟件中斷資源。3總系統(tǒng)設(shè)計3.1控制流程圖開始開機顯示啟動啟動小車指令收測距指令測距發(fā)距離信息給車運行結(jié)束顯示用時結(jié)束YNYNYN開始收到啟動信號發(fā)測距公布收到距離信息YNNY距OX距離合適發(fā) 信號快行遠慢行報警結(jié)束NYYN主機流程圖 從機流程圖3.2場地系統(tǒng) 圖5場地系統(tǒng)原理圖3.3車載系統(tǒng) 圖6車載系統(tǒng)原理圖4系統(tǒng)調(diào)試4.1測試數(shù)據(jù)測試時間：2009年9月5日星期六 18:00-20:00 測試地點：安靜環(huán)境 測試儀器：秒表，丁字尺，函數(shù)信號發(fā)生器，HH1735C0 05A雙路直流穩(wěn)壓電源，M9803臺式數(shù)字萬用表，20MHz雙路示波器，室內(nèi)溫度計組別聲源離OX距離(c

12、m)響應(yīng)時間(s)OX線左側(cè)最大距離（cm）定位誤差(cm)平均速度（cm/s）環(huán)境溫度（）測量溫度（）基本部分1201.71.10.711.124.524.12403.81.50.910.324.323.83604.61.80.712.923.924.548018.93.22.84.124.2237510010.11.40.69.925.125.6發(fā)揮部分1201.81.10.510.72406.42.52.45.93605.01.60.611.94806.61.30.312.151008.50.90.611.74.2測試結(jié)果分析 經(jīng)過測試，系統(tǒng)的各項性能指標基本能滿足大賽的題目要求，但由于試驗儀器設(shè)備，實驗環(huán)境等的限制，在某些細節(jié)問題上還存在不完善的地方。為了減小這些因素，就