声音引导系统报告

引言声音引导在工业、民用等领域有着广阔的应用空间。本文基于主从两块单片机单片机是单片微型计算机（SINGLECHIPMICROCOMPUTER）的简称，是一种将中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）采用超大规模集成电路技术集成到一块硅片上构成的微型计算机系统。全文设计了声音引导电动小车运动系统。该系统由可移动声源（智能小车）和声音接收控制电路等组成。其主要功能是由声音接收控制电路接收并处理移动声源发出的声音信号，通过无线的方式向移动声源控制电路发送方位、速度等信息，使移动声源达到预期的目标。系统的移动声源采用了步进电机驱动的小车，角度、位移控制较为精确。1系统硬件设计系统硬件总体框图如图1所示。主控、从控单片机为宏晶科技的STC89C58。图1系统硬件总体框图11电机驱动模块电机驱动模块电路如图2所示。驱动模块采用L298驱动芯片和L297电机控制芯片。L298驱动芯片是性能优越的小型直流电机驱动芯片电机驱动芯片是集成有CMOS控制电路和DMOS功率器件的芯片，利用它可以与主处理器、电机和增量型编码器构成一个完整的运动控制系统。可以用来驱动直流电机、步进电机和继电器等感性负载。全文，可用来驱动两个直流电机或者是一个步进电机；在446V的电压下，可以提供2A的驱动电流。L298还有过热自动关断功能，并有反馈电流检测功能，符合电机驱动的需要。L297芯片为电机驱动的前级电路，主要用来产生格雷码，避免了用单片机引脚直接控制所造成的资源浪费。图2电机驱动模块电路本系统采用的是步进电机。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步进角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变得非常简单。采用步进电机作为电动车的电动机，可以通过脉冲控制实现速度与精度兼得。12声音发生装置以扬声器扬声器是一种把电信号转换成声音信号的电声器件。确切地说，扬声器的工作实际上是把一定范围内的音频电功率信号通过换能方式转变为失真小并具有足够声压级的可听声音。扬声器在音响设备中是一个最薄弱的器件，而对于音响效果而言，它又是一个最重要的部件。扬声器的种类繁多，而且价格相差很大。音频电能通过电磁，压电或静电效应，使其纸盆或膜片振动并与周围的空气产生共振（共鸣）而发出声音,扬声器分为内置扬声器和外置扬声器，而外置扬声器即一般所指的音箱。内置扬声器是指MP4播放器具有内置的喇叭，这样用户不仅可以通过耳机插孔还可以通过内置扬声器来收听MP4播放器发出的声音。全文作为车载声源加之多谐振荡电路,可以向声音接收器发送一定频率的声音脉冲。多谐振荡电路的应用可节省宝贵的单片机资源。555定时器定时器是装有时段或时刻控制机构的开关装置。它有一个频率稳定的振荡源,通过齿轮传动或集成电路分频计数,当将时间累加到预置数值时，或指示到预置的时刻处，定时器即发送信号控制执行机构。全文是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成器件。它性能优良，适用范围很广，外部接少量的阻容元件就可以很方便地组成多谐振荡器，产生稳定的方波波形。由555定时器组成的多谐振荡器如图3所示。其中，R1、R2和电容C为外接元件。图3555多谐振荡器多谐振荡波形如图4所示。图4多谐振荡波形由图4可知，矩形波的振荡周期TT1T2。T1为电容充电时间，T2为电容放电时间。因此，改变R1、R2和电容C的值，便可改变矩形波的周期和频率。这里，C015F，R1125，R2256。代入上述公式，则有T140005S，T22688S，TT1T266885S，F1/T1495KHZ。13声音接收及处理模块采用具有带通功能的集成芯片CX20106进行信号处理。CX20106的总放大增益约为80DB，输出的控制脉冲序列信号幅度在355V范围内。总增益具有可调性，虽然增益取值过大时将造成频率响应变差，但仍能满足系统要求。经过实验，CX20106作为声音信号处理芯片的抗干扰能力极强，且电路最为简洁。其内部结构如图5所示。图5CX20106内部结构前置电路将接收到的信号转换成CX20106可以接收的标准数字信号，送到CX20106的1脚。CX20106的总放大增益约为80DB，其7脚输出的控制脉冲序列信号幅度为355V。总增益大小由2脚外接的R1、C1决定，R1越小或C1越大，增益越高。但取值过大时将造成频率响应变差，C1为10F。采用峰值检波方式，检波电容C2为33F。R2为带通滤波器凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。在近代电信装备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛；在所有的电子部件中，使用最多，技术最复杂要算滤波器了。滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。全文中心频率的外部电阻。积分电容C3取330PF。经CX20106处理后的脉冲信号由7脚输出。14无线收发模块141无线发射模块无线发射模块电路如图6所示。编码采用PT2262芯片，它将载波振荡器、编码器和发射单元集于一身，使发射电路变得非常简洁。编码输入是4路独立的二进制信号，把误差信号转换为4位数字信号通过433MHZ发射模块进行发射。图6无线发射模块电路142无线接收模块无线接收模块是借助无线技术进行接收数据的模块，各种无线模块完成的功能不一样，具有功耗低、灵敏度高等特点，稳定可靠，广泛地运用在车辆监控、无线抄表、无线遥控系统、身份识别等领域中。全文无线接收模块电路如图7所示。解码芯片采用PT2272M4芯片，对433MHZ接收模块接收到的信号进行解码。433MHZ接收模块上集成有超外差接收装置，其具有较好的选择性和频率特性，且容易调整。PT2272M4的数据输出位因其后缀而异，数据输出具有暂存和锁存两种方式，方便用户使用。后缀为M为暂存型，后缀为L为锁存型，其数据输出又分为0、2、4、6不同的输出。图7无线接收模块电路2软件设计声源引导示意图如图8所示。设S点为可移动声源，OX代表AB直线的中垂线，OY代表AC直线的中垂线。如果AS距离大于BS距离，则小车向9点钟方向前进；如果AS距离小于BS距离，则小车向3点钟方向倒车；如果AS等于BS，则说明小车在AB的中垂线上。如果AS距离大于CS距离，则小车向6点方向前进；如果AS距离小于CS距离，则小车向12点钟方向倒车；如果AS等于CS，则小车到达W点。图8声源引导示意图本系统在声音接收器端设置主单片机，承担运算工作并发射信号。在移动声源上设置一块从单片机，根据接收到的指令控制声源运动。系统软件流程如图9所示。图9系统软件流程3系统测试测试仪器使用秒表、米尺等。通过改变小车的起始位置测量小车走完全程所需的时间，从而计算出平均速度。设小车离W点水平线的垂直距离为H（单位为CM）。由于车身完全为手工制作，重心位置存在误差，导致两个轮子承受压力不同、阻力不同，对系统的精度有一定影响。共进行6次测试，在同一H值下，分别测量平均速度V1和V2。测试数据如表1所列。表1声音引导