最后修改电子设计竞赛报告.doc

目 录1 系统方案12 系统运行控制分析23 电路与程序设计24 结果分析55 结语6参考文献791 系统方案此声控导引系统由主、从单元构成，并通过无线通讯实现信息传递。可移动的声源由电动车做为载体，组成声音发送系统，为从控制；声音接收系统采集声音信号、进行放大和比较输出给单片机，作为主控制；主控系统发出声响及运行命令给从控系统，主控系统立即开始计时，当主控系统接收到信号后停止计时，然后计算各点的时间差值，主控系统经计算后将相应的命令信号通过无线方式发送给从控系统，从控系统按命令驱动小车运行。1.1方案论证声音导引系统控制方案关键是声音采集方法，声音的采集有以下两种方案：方案一：测试声音强度方法。声音强弱与距离成反比，将声音强度信号转成电压信号，主单片机用A/D转换器采集并计算。此方法受外界声音干扰较大，不易控制。方案二：计算时间差方法。通过计算发声到各接收点时间不同，确定声源位置，声音接收采用开关量供单片机读取，计算。此方法硬件电路制做简单，抗干扰好。两种方案对比中，从硬件到控制策略角度分析，简单易行，满足题目要求，因此选择方案二。1.2 控制理论根据系统的控制要求，主控系统发出控制命令，从控系统发声并运行，主控系统接收声音，通过各点时间差方断移动声源位置实现对可移动声源的速度、位置控制。声音在空气传输速度一定，根据时间与距离成正比，利用声源距离各个声音接收点的时间不同，进行时间差值计算，判断小车的位置。在小车起始点时间的差值最大，小车到达目标时间差值为零。此方法计算量小、精确，程序设计简单。1.3控制算法为保证系统的速度与精度的指标，按上述的控制方案，对小车位置实现闭环控制；并在小车运动中采用分段PI控制算法，开始阶段采用快速的大比例调节控制，当接近定位点时采用慢速小偏差的积分控制。系统闭环控制原理图如图1所示。图1系统闭环控制原理图1.4 系统设计根据上述方案论证和控制精度要求，主、从控制系统均采用飞思卡尔单片机MC9S12DG128为控制核心，主控系统与从控系统以无线通讯方式进行数据传输。系统控制结构原理图如图2所示。 图2 系统控制结构原理图2 系统运行控制分析(1)实现OX线定位。起始位置主控系统给从控系统发送发声、运行命令，并开始计时，各接收点按收到声音的时间，通过计算A、B两点的时间差值T大小控制小车的运行，理论上T为零时定位。实际中T接近于零。理论上提高发声频率能提高定位精度，但是实际调试和测试房间有回音干扰，声音频率不能过高，通过多次测试我们选定一个发声频率既能满足精度又能抵抗一定的回声干扰。理论上到达OX线，T为零。但是实际值不为零，因为我们对单个接收器做了防最大车噪声干扰调整，即调节比较器中比较电压。由于各个接收器中MIC灵敏度不同，所以各个接收器中比较电压也不相同，那么整个接收器灵敏度不同，所以T不为零。(2) 发挥部分：重复基础部分操作，声源到达OX线后停止并等待5s-10s。然后电动车向左旋转90度后运行，此时采集A、C两点声音接收器的时间差T2做为转向后的控制数据，当差值T2为零时说明电动车运行到W点。理论上运用单片机定时器可以让小车旋转90度，但是实际旋转角度误差很大。所以我们采用200线编码器来测算小车外轮旋转圈，以保证车体旋转90度。3 电路与程序设计3.1 稳压电路设计采用强电弱电分开供电，各个稳压芯片有输出输入有电容滤波等措施保证整个系统的供电安全和稳定。见附录2。3.2 电动车电机驱动电路设计采用光耦隔离，电容滤波等措施使控制电机稳定安全。见附录33.3 核心单元MC9S12DG128最小系统设计主控制系统与从控制系统均采用MC9S12DG128控制芯片，最小系统原理图，见附录43.4 声源控制电路发声电路由光耦隔离、三极管放大和继电器组成并驱动蜂鸣器。此电路的设计目的是保护控制器安全与稳定运行，控制电路如图3所示。图3声源驱动电路3.5 声音接收电路设计采用麦克接传感器将声信号后转换为电信号，然后将电信号放大、比较输出一个的数字开关量。电路设计如图4所示。图4 声源接收电路利用MIC拾音器对声音的感应原理，电容C1进行充放电使三极管导通、截止，并作为LM393电压比较器的输入端，与比较电压比较后输出数字量。此电路的最大优点是通过调节LM393的比较电压，即R6的电阻值。可对外界低强度声信号进行滤除，只接收声源发出的高强度声音信号。3.6 软件设计与程序流程图3.6.1 软件设计软件实现功能如下：对声源接收；声源发射；定时器计时；设定PWM输出频率；声光显示； 3.6.2 基础部分整体流程图基础部分系统流程图由主控系统流程图和从控系统流程图组成，主控流程图如图5所示，从控机程序流程图如图6所示。图6 主控机序流程图图7 从控机程序流程3.6.3 发挥部分系统流程图发挥部分系统流程图由主控系统程序流程图（如图6所示）和从控系统程序流程图（如图8所示）组成。图8 从控机程序流程图4 结果分析4.1 测试仪表四位半数字万用表(DT-9203A)，双踪示波器(YB4325)，2米卷尺，秒表,计算器,直尺，直流稳压电源。4.2 声源垂直于AC运行的测试在垂直于OX线运行过程中进行对声音到达A、B两点的时间差进行测试，采用分段方法测试。并对定位误差进行测试，采用编码器精确控制左转90度。 表1 A、B接收到声源的时间差测试（时间单位us距离单位cm 声速340m/s）垂直OX距离第1次第2次第3次第4次第5次最大差距90cm15198us15160us15126us15136us15194us2.448cm70cm12798us12794us12843us12854us12796us2.04cm50cm10660us11590us10616us10607us10606us2.38cm25cm5496us5419us5456us5460us5470us2.618cm5cm1198us1260us1264us1275us1251us2.448cm0cm765us770us702us760us750us2.142cm从表格的数据分析得出结论，声源S在垂直于OX线运行的过程中，A、B两点接收到声源的时间差为定值，假设声音的传播速度一定，那么S距A、B两点的距离为定值。 表2 基础部分定位误差测试次数实际定位误差cm运行时间s平均速度cm/s总体功耗W10.65.88.52.7822.34.710.531.55.010.041.05.78.750.55.78.7基础部分5次测试的数据满足题目基础部分的要求。 表3 发挥部分定位误差测试次数实际定位误差cm运行时间s平均速度cm/s总体功耗W10.34.511.02.8521.83.613.631.34.012.540.84.211.751.04.511.0发挥部分5次测试的数据满足题目发挥部分的要求。4.3 创新发挥(1) 从控机采用LED数码管实时显示电动车（声源）的运动时间。(2) 达到终点语音音乐提示。5 结语通过测试，系统完全达到了设计要求，不但完成了基本要求，同时也完成了发挥部分的要求，最后我们自己也得到了很好的锻炼。参考文献1王宜怀. 嵌入式系统（HCS12微控制器的设计与应用）.北京：北京航空航天大学出版社， 2008.3 2童诗白. 数字电子技术基础 第五版. 北京：高等教育出版社，2005.73孙肖子. 实用电子电路手册（模拟分册）.北京：高等教育出版社，19924谭浩强. C语言程序设计(第二版). 北京：清华大学出版社，2000 5黄智伟. 全国大学生电子设计竞赛训练教程. 北京：电子