声音引导装置.doc

目录一、 系统方案1. 声源S位置的计算2. 声音的收发与处理3. 无线收发模块4. 电机控制模块5. 声音收发系统的选择与制备6. 声光显示模块二、 系统的设计与实现三、 测试结果四、 结果分析五、 结束语参考书目声音引导系统（B题）摘要：本系统以两片STC89C52RC做为控制核心，采用小音箱作为声源，能实现声源的大功率输出。用驻极体麦克风作为接收器并经过放大电路及三极管开关电路实现有声音时输入单片机高电平的目的，从而实现距离差的判断。采用机械波式无线收发模块，实现两个单片机的数据传送。关键词：声音引导，STC89C51，ASSP控制芯片，驻极体麦克风一、系统方案1.声源S位置的计算方案一：以A为原点，AB、AC分别为x轴、y轴建立坐标系。当S发出声音信号后，分别经过t1、t2、t3到达A、B、C三点并接收，经过一定的处理后可以计算出SA与SB、SA与SC得距离差L1、L2，可知其为两条双曲线。这样只通过发射一次声波信号就能计算出曲线的轨迹，得到交点，即当前声源S所在的坐标位置。这样理论上小车就能够直接走到W点。但此种方案对CPU的要求太高，运算时间长，容易导致单片机故障。方案二：在ABC三点的接收信号传到单片机B，声源的控制CPU为单片机A。当系统启动时，单片机A开始计数同时发送指令时单片机B也开始计数。从声源发出声音道单片机B接收到声音经过了时间T，利用s=vt就可以得出声源到ABC的距离了。从而确定声源的坐标。此方案可以较精确的得出声源距ABC各自的距离，但所用的硬件设备较多，整系统的调试繁琐。方案三：先忽略SA与SC之间的距离差。只比较SA与SB的距离差，当差为正时，小车向A的方向走，当为负时小车向B的方向走。当走到OX线时SA与SB得差为0，声源在原地停止5s10s，然后比较SA与SC得距离差，操作同上。这样就可以使声源走到W处。此方案配合利用实时控制算法PID可以达到较好的效果，而且程序量小，所需的硬件设备很少。方案选择：经过以上比较，我们选择了方案三。2.声音的收发与处理在A、B、C处分别放置三个麦克风A、B、C用以接收声音信号。方案一：采用音频运放再经过施密特整形后进行逻辑运算的方法，进行相位差的计算。这样就能通过相位差来计算SA、SB、SC之间的距离，进而通过比较哪个大来进行相应的电机控制。方案二：通过比较A、B及A、C接收到信号的时间差的正负来判断S距A、B、C哪个更远些，进而控制电机往相应的位置行走。此方案不需要很多的外围电路及程序设计，且可行性高。缺点是比较难达到比赛所要求的平均速度。方案选择：鉴于硬件准备的不足及相应知识的缺乏，我们选择了方案二，以实现声源能够到达W点为最高目的。3.无线收发模块方案一：采用电磁波作为无线传输方法，如采用APC200A-43。APC200A-43模块是高度集成半双工微功率无线数据传输模块，其嵌入高速单片机和高性能射频芯片。采用高效的循环交织检错编码，抗干扰和灵敏度都大大提高，最大可以纠24bits连续突发错误。但其价格特高，如果邮购每片达100元，且程序调试复杂，烧写困难。方案二：采用机械波作为无线传输的方法，即通过声波。让单片机B控制音响发声作为无线信号，在移动声源S上也安装一个麦克风作为无线接收装置。当SA和SB相等时，由单片机B控制的音响发声，使单片机A上的麦克风接收到信号，电机停止转动。方案选择：方案二思路新颖且性价比高，电路简单。所以我们选用了方案二。其控制图如下：4.电机控制模块方案一：采用大赛提供的电机控制ASSP芯片MMC-1。MMC-1为多通道两相四线式步进电机/直流电机控制芯片。通过UART或SPI串行接口，为主控MCU扩展专用电机控制功能，可同时控制三路步进电机或直流电机。并使原来需要六个P口的点击驱动模块变到只用两个P口，从而节省单片机的端口资源。方案二：直接采用L298N驱动电机。L298N为现在点击的主流控制芯片，具有程序编写简单、控制方法灵活的优点。方案选择：虽然大赛规定必须采用ASSP芯片，但由于我们的芯片已烧坏，而大赛组织单位又不能及时提供备用的芯片，为了不使自己失去比赛资格，所以我们决定采用方案二。5.声音收发系统的选择与制备方案一：选用蜂鸣器发声，麦克风接收。在单片机上自带了一个蜂鸣器，可以通过脉冲控制其音量。但其功率低，能产生的声压太低，这样给麦克风的接收带来很大的困难，经实验测得接收距离小于在04cm远不能达到题目的距离要求。方案二：采用小音箱发声，驻极体麦克风接收。小音箱的功率较大，而且其对空气的震动要远大于蜂鸣器，使麦克风容易接收。通过控制单片机脉冲信号的频率、占空比来调节声音的大小。经实验测得接收距离可以达到1m，满足题目的距离要求。6.声光显示模块方案一：采用LCD显示、蜂鸣器发声。LCD能提供丰富的信息，支持数字、文字、图片