侯伟开题报告.doc

本科毕业设计开题报告 题 目： 单片机声音导引系统的设计 专 题： 院 （系）： 电气与信息工程学院 班 级： 电气08-13班 姓 名： 侯伟 学 号： 27号 指导教师： 曹小燕 教师职称： 工程师 黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告题 目单片机声音导引系统的设计来源工程实际1、研究目的和意义声音导引系统，主要是靠声音来完成对机器的智能控制，既方便又快捷。尤其是环境比较恶劣、不适合人类停留的地方，可以依靠声音来控制机器的正常运行。声音导引系统也是智能化控制的一个方面，对未来的智能化发展有较大的促进作用，对未来智能机器人的研究也大有帮助， 随着人类科学技术的飞速发展，工业生产正在向着自动化，智能化的阶段进步以及对人性化的要求，对各种智能化产品的要求也越来越高。声音导引系统从分类上看，属于智能机器人的范畴，在生产活动中有着重要的意义。如在救援抢险中,可以利用声音传感器接受某一特定幅度或者频率的声音,通过对声音源的分析处理来获知其地理位置,配合GPS卫星定位技术来搜救目标源；应用于无人驾驶机动车，无人工厂、仓库、服务机器人、未知声源探测和人类不能存在或长期存在等环境中；通过功能扩展，该技术可实现在复杂地形条件下探测目标的功能。声音导引系统的研究重点是对未知声源的位置探测与分析以及正确导引使其移动至目标位置。2、国内外发展情况(文献综述)我国从上世纪80年代开始在高校和科研单位全面开展工业机器人的研究，已经基本实现了试验、引进到自主研发的转变，促进了我国制造业、勘探业等行业的发展。随着我国门户的逐渐开放，国内的机器人产业将面对越来越大的竞争与冲击，因此，掌握国内工业机器人市场的实际情况，把握我国工业机器人研究的相关发展，显得十分重要。工业机器人发展长期以来受限于成本较高与国内劳动力价格低廉的状况。作为制造业主力的农民工也从早期的仅解决温饱问题到现在对薪资和工作条件提出了更高的要求。这些情况使得许多劳动密集型企业为了提高劳动生产率所采用的增加工人数量、延长工人劳动时间的方法变得成本高昂，同时也受到法律的限制和政策的阻碍。无论是企业还是社会都认识到必须采取从改善机器设备入手，提高技术和资金的密集度来减少用工量以应对这种改变。总之，劳动力过剩程度降低、单个工人成本上升、对产品质量更高的要求、国家对装备制造业的重视等变化改善了机器人的使用环境，工业机器人及技术在中国已逐步得到了政府和企业的重视。随着机器人知识的广泛普及，人们对于各种机器人的了解与认识逐步深化，利用机器人技术提升我国工业发展水平、从制造业大国向强国转变，提高人民生活质量成为全社会的共识。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种；在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在以后立于世界先进行列之中。与国外同类产业相比，我国工业机器人产业才刚刚起步，但增长势头非常强劲。国家对装备制造业的重视等变化改善了机器人的使用环境，工业机器人及技术在中国已逐步得到了政府和企业的重视。随着机器人知识的广泛普及，人们对于各种机器人的了解与认识逐步深化，利用机器人技术提升我国工业发展水平、从制造业大国向强国转变，提高人民生活质量成为全社会的共识。3、研究/设计的目标：该系统以单片机为核心，基于无线传输理论设计的声音导引系统。系统含一个以车载移动声源为核心的主机系统和一个以声音接收器为核心的从机系统。从机通过声音接收器接收来自主机的声音信号并判断声源位置，然后将此位置信息通过无线方式传送给主机，主机据此控制电机的运转，使之运动到目标位置，并保证一定的控制精度。根据系统要求，需实现声音信号的无线发送与接收，又需可移动声源的运动控制，故本系统采用主从单片机机系统结构。从机负责声源发送及运动控制，主机负责声音接收与信息分析并以无线形式发送控制信息至从机端。因此，以安装在移动小车上的从单片机实现声音信号的产生和移动小车的运动控制以形成可移动的声源，主单片机通过声音接收器接收来自从机的声音信号，根据接收时间差确定声源位置信息，而后通过无线通讯返给从单片机，从机据此控制电机驱动模块驱动小车运动到目标位置。此次对声音导引系统的设计，主要是进一步将我们学习的理论知识融汇到实际的研究设计与生产上。这样不断地提高我们自己的能力，才能在以后工作中以己之力贡献能量。4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：系统设计方案系统的组成为：声源控制器，声音接收器，无限遥控发射，接收装置，51单片机系统，电机驱动模块，液晶显示模块。总体方案如图所示。 总体方案图机械结构设计：1车体传动机构设计 2车体整体机械结构设计控制系统硬件设计：1系统整体组成设计 2硬件电路设计（单片机选择、单片机控制电路、声音发生模块设计、声音接收模块设计、电机驱动模块设计、无线传输模块、电源模块设计）软件设计：1系统软件控制分析 2主机系统程序 3从机系统程序6、方案的可行性分析：本毕业设计为“基于单片机的声音导引系统设计”。机械结构设计的主要任务是移动声源的车体设计，拟采用三轮小车结构，两前轮作为驱动轮，配以电机驱动；后轮选用万向轮，起支撑车体、便于导向的作用。考虑到本设计车载各元件多为半导体材质，体积小，重量轻，结构简单，故不必做车体强度校核，且成本低，易于控制，满足设计要求。机器人的设计思路及传动方式，合理的结构设计使其满足设计要求的同时简单、可靠、性价比高。整个系统的控制电路在于单片机系统，考虑到整个系统的性能要求、可靠性以及稳定性，决定采用ATMEL公司的高效价廉的微控制器AT89C51。AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。无线模块部分采用 Nordic公司的nRF24L01单片射频收发芯片，该芯片工作于240024835GHz的ISM(工业、医学和科学)频段，工作电压为 1936V，有多达126个频道可供选择，支持多点间通信，最高速率达2Mbs，内置链路层，减少了MCU的复杂性和成本，提高了数据传输的可靠性，而且只需少量的外围元件便可组成射频收发电路，具有体积小、功耗低、性价比高等优点。为了完成上述任务，使小车快速准确定位，考虑到空气中声速很快，而相对声速而言接收器间距离很小，且容易受到环境和电路噪声的干扰，所以近距离的测量中，难免有较大的误差。因此采用坐标定位建立数学模型的复杂算法也就失去了意义，为精确定位，系统采用差值控制法。完成了对单片机控制系统的程序设计，使得系统控制方便，结构简单，自动化程度高，控制精度高，运行稳定、可靠，操作简单，便于维护，基本实现了预期控制目的。7、该设计的创新之处本文设计完成了声音导引系统的导引功能，实现了系统软硬件的协调控制（1） 完成了声音发生装置的设计，实现了车体声源的设计。（2） 完成了声音接收器设计，通过异或门的逻辑运算，实现了声音接收时间差的采集。（3） 完成了电机驱动模块设计，保证移动声源的任意方位的移动。经论证测试，本次设计完整的实现了设计的功能要求，软硬件能协调、准确的正常工作。8、设计产品的主要用途和应用领域：从近几年世界机器人推出的产品来看，工业机器人技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展，其发展趋势主要为：结构的模块化和可重构化；控制技术的开放化、PC化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化；多传感器融合技术的实用化；工作环境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面。第一， 对制造装备业的引领作用。第二， 对家用电子行业的引领作用。第三， 对医疗诊断业的引领作用。第四， 对仪器仪表业的引领作用。第五， 对航空航天的引领作用。机器人技术的内涵已变为灵活应用机器人技术的、具有实际动作功能的智能化系统。机器人结构越来越灵巧，控制系统愈来愈小，其智能也越来越高，并正朝着一体化方向发展。9、时间进程12周：查找资料，调研课题内容。34周：分析系统模型，设计总体方案。58周：系统的硬件设计。912周：控制器设计，系统的软件设计。1314周：系统改进设计。1518周：论文写作,准备答辩。10、参考文献：1 古欣，朱岩，王志涌.自动循迹机器人，科学出版社，2005:11042 船仓一郎, 土屋尧. 机器人控制电子学，科学出版社，2004:47125 3 张海根. 机电传动控制. 高等教育出版社, 2001.8:901174 谢文和. 传感技术及其应用，高等教育出版社，2002:50975 马忠梅. 单片机的C语言应用程序设计，北京航空航天大学出版社，2007:1956 胡宴如. 模拟电子技术，高等教育出版社 2007:1120 7 郭惠，解书刚. Protel99SE常用功能与应用，电子工业出版社， 2008:91508 蔡杏山. Protel99SE电路设计，人民邮电出版社，2007:451249 于惠力， 向敬忠. 机械设计，科学出版社，2007:13324710 侯珍秀. 机械系统设计，哈尔滨工业大学出版社，2008:116811 宗光华. 机器人的创意设计与实践，北京航空航天大学出版，2007:112212 耿德根. 单片机创新开发与机器人制作，北京航空航天大学出版社， 2007:117213 丹尼斯克拉克、迈克尔欧文斯. 机器人设计与控制，科学出版社， 1998:359814 Yu Chen. S-NETS: