声音导引系统.doc

声音导引系统的设计与总结报告摘要：本系统用小车做可移动声源载体，以STC12C5A60S2单片机和FPGA为控制核心，电路由电源、电机驱动、无线通信、声音传送、车速检测等模块构成。移动声源间断发出DTMF信号，各接收器将收到的信号解码后送入单片机和FPGA综合分析处理，将结果通过NRF2401无线集成通信电路传送给声源，引导小车运动。采用光电传感器SG-2BC测速，提高了控制精度；该系统的特色在于采用MT8880产生DTMF信号并用MT8870解码，降低了环境噪声的影响，提高了距离测量的精确度和性价比。 关键字：单片机；DTMF；NRF2401；导引1方案设计与论证1.1总体方案设计根据题目设计任务，该系统需采用无线通信实现移动声源和各接收器之间的数据传输，并且能够实时检测声源与各接收器的距离用以控制声源的移动方向，行驶速度和停止，因此提出以下三种设计方案。【方案一】可移动声源采用单片机STC12C5A60S2作为主控制器，通过I/O口控制蜂鸣器发声；声音接收器A、B、C采用LM567拾音集成电路确定声音信号的中心频率，并通过3块STC单片机分别控制，系统框图如图1所示。单片机STC12C5A60S2声源（小车）电源电源码盘测速声光显示单片机STC12C5A60S2接收器C LM567接收器A LM567接收器B LM567声源蜂鸣器电源电源电机驱动ASSP+L293单片机STC12C5A60S2单片机STC12C5A60S2无线传输NRF2401图1 方案一系统框图 【方案二】可移动声源采用单片机STC12C5A60S2作为主控制器，通过I/O口控制带有呼叫处理滤波器的单片DTMF信号收发器MT8880产生双音多频信号；声音接收器A、B、C采用DTMF接收单片机MT8870接收，并通过可相互通讯的3块STC单片机分别控制，完成DTMF信号的编码与解码，产生信号误差导引小车。系统框图如图2所示。单片机STC12C5A60S2声源（小车）电源电源码盘测速声光显示单片机STC12C5A60S2接收器C MT8870接收器A MT8870接收器B MT8870声源MT8880电源电源电机驱动ASSP+L293单片机STC12C5A60S2单片机STC12C5A60S2无线传输NRF2401图2 方案二系统框图【方案三】可移动声源采用单片机STC12C5A60S2作为主控制器，通过I/O口控制带有呼叫处理滤波器的单片DTMF信号收发器MT8880产生双音多频信号；声音接收器A、B、C采用MT8870信号收发器电路，各声音接收器用有线连接并通过FPGA和STC单片机组成的小系统统一控制，完成DTMF信号的编码与解码，产生信号误差导引小车。系统框图如图3所示。单片机STC12C5A60S2声源（小车）声源MT8880无线传输NRF2401电源接收器C MT8870接收器A MT8870接收器B MT8870电源码盘测速电机驱动ASSP+L293声光显示图3 方案三系统框图FPGA+单片机STC12C5A60S21.2方案论证与选择综上所诉方案中，方案一所采用的LM567对声音信号中心频率的选择所需时间较长，反馈的信息会影响到对小车运动的控制精度；方案二采用了MT8880产生DTMF信号，在接收端采用MT8870解码，这些DTMF产品集成度高、体积小、抗干扰能力强，其中采用的3个单片机分别控制声音接收器虽然可以达到任务要求，但是每个单片机都要供电，这个方案繁琐且不经济；方案三中声音接收器的控制采用FPGA和STC单片机组成的小系统统一控制，可以减少电源的使用，提高了性价比，比较适合作为本设计的控制器，且功能齐全，资源丰富，能够满足系统的要求。 因此，我们选择方案三。2理论分析与计算2.1系统控制的基本原理及误差信号的产生1mS（x，y）BCWA1mXY图4 分析图如图4所述，根据题意，以W点为坐标原点，向右为x轴正方向，竖直向上为y轴正方向。声源为S。由图和勾股定理可得： （1） （2） （3） （4） （5） （6）可移动声源发声后，三个有线连接的声音接收器A、B和C利用可移动声源和接收器之间的不同距离，利用公式（1）（）之间的关系就能通过软件计算产生一个可移动声源离Ox线的误差信号。2.2系统控制方法系统运用模糊控制法，通过判断SA,SB,SC两两之间的距离差与0的关系来控制声源的运动。例如：当SA-SB0，声源一直向前进；当SA-SB=0，声源停止运动；当SA-SB0;c-) for(b=197;b0;b-) for(a=2;a0;a-);void delayus(ui m) /误差 -0.021831597222us uc a;while(m-) for(a=6;a0;a-);void init() P_UP=1;delayms(1);CS=0;CE=0;CLK1=0;DATA1=0;void write_spi(uc BYTES,uc DAT1)/BYTES:需要写入2401的数据的字节数,DAT1;需要写入的数据uc i,i1,buf; for(i=0;iBYTES;i+) buf=DAT1i; for(i1=0;i18;i1+) CLK1=0; if(buf&0x80) DATA1=1; else DATA1=0; buf=1;delayus(5); CLK1=1;delayus(5); void set_2401(uc mode2401)/模式(设置) P_UP=1; CS=1;CE=0;CLK1=0;DATA1=0;delayus(1); switch(mode2401)case 2:write_spi(15,order);break;case 0:write_spi(2,order_send);break;/设置为发送模式case 1:write_spi(2,order_receive);break;/设置为接收模式 delayus(200);CS=0;void send_2401(uc bytes1,uc data13)/发送数据;data10为地址,data11为数据EX1=0; set_2401(0);/改为发送模式 P_UP=1; CS=0;CE=1;CLK1=0;DATA1=0;delayus(200); write_spi(bytes1,data1); CE=0; set_2401(1);/改为接收模式 CLK1=0;CS=0;CE=1;EX1=1;void read_spi(uc bytes,uc chars)/bytes要读取的数据的字节数,chars:存储数据的字符串 uc i,i1; for(i1=0;i1bytes;i1+) for(i=0;i8;i+) CLK1=0;if(DATA1=1) charsi1|=0x01;else charsi1&=0xfe;delayus(5);CLK1=1;delayus(5);if(i!=7)charsi10;mdel-)for(i=123;i0;i-);bit tb8_set(uchar dat)ACC = dat;CY = !P;TB8 = CY;return(CY);void send_com(uchar comm,uchar dat)TB8=tb8_set(comm);SBUF=comm; while(TI=0);TI=0;delay(10);TB8=tb8_set(dat);SBUF=dat;while(TI=0);TI=0;delay(10);void main() TMOD=0X06;TH0=0XFF;TL0=0XFF;TR0=1;P1_1=0;EA=1;IT1=1; EX1=1;/下降沿触发,但是DR1上升沿才中断,所以要对DR1反向后再输入INT1 init();set_2401(2);/设置模式(写命令字)send_2401(3,dat);send_2401(3,dat);mt8880();mt8880();mt8880();mt8880();while(recv=0);recv=0;send_com(0x50,0xe0);send_com(0x53,0xff);send_com(0x54,0xe0);send_com(0x57,0xff); while(1) if(dis-distance)20)send_com(0x53,0xcc);send_com(0x57,0xcc); send_2401(3,dat);send_2401(3,dat);mt8880();whi