声音引导系统设计-单片机设计论文17

1、B甲126摘 要 本系统由可移动声源部分和声音接收部分组成。可移动声源部分以STC12C5A08AD单片机为控制核心，加以坦克履带小车、声源模块、直流电机、电机控制模块MMC-1、声光报警电路、液晶显示电路、无线收发模块NRF905和电源电路组成，主要实现对小车运动的控制、数据的无线收发和显示等功能。声音接收部分以STC12C5A08AD单片机为控制核心，加以声音接收器、无线收发模块NRF905和电源电路组成，主要实现对声音信号的接收处理。本设计结构简单，较容易实现，具有高度的智能化、人性化。关键词：STC12C5A08AD 电机控制模块MMC-1 直流电机 NRF905声音收发器Abstra

2、ctThis system is composed of movable parts of the sound source and sound receiver components. Movable parts of the sound source to STC12C5A08AD microcomputer to control the core, to be tank track car, the sound source module, DC motor, motor control module MMC-This system is composed of movable part

3、s of the sound source and sound receiver components. Movable part of the sound source to STC12C5A08AD microcomputer to control the core, to be tank track car, the sound source module, DC motor, motor control module MMC-1, sound and light alarm circuits, LCD circuits, wireless transceiver module and

4、power supply circuit group NRF905 into, the main achievement of the trolley movement control, data, wireless transceiver and display functions. Sound receiving part to STC12C5A08AD microcomputer to control the core, to the sound receiver, wireless transceiver modules NRF905 and power supply circuit,

5、 the main achievement of the audio signal receiving and processing. The design structure is simple, relatively easy to implement, highly intelligent, user-friendly. Key words: STC12C5A08AD Motor Control Module MMC-1 DC motor NRF905 Audio transceiver12目 录摘 要1关键词：1Abstract11.方案选择与论证11.1车体选择11.2控制器模块11

6、.3电源模块21.4电机选择21.5电机驱动模块21.6无线收发模块22.硬件实现及单元电路设计32.1 电机驱动模块32.2无线收发模块32.3声音接收模块32.4显示模块的设计43.系统软件设计43.1编程语言简介43.2程序流程44.系统功能测试54.1测试仪器及设备54.2功能测试54.2.1基本部分功能测试64.2.2发挥部分功能测试65.总结66.参考文献7附录1:系统电路图8附录2：声源定位理论101.方案选择与论证根据题目的要求，系统可以划分为控制部分和信号部分。其中信号部分包括：无线收发模块、声源模块、声音接收模块。控制部分包括：微控制器模块、电机驱动模块、显示模块等。系统框

7、图如图1。对其中各模块的功能，分别做了几种不同的设计方案并进行了论证。并附出对声源定位的理论计算。 图1 系统结构框图1.1车体选择 方案1：购买玩具电动车。购买的玩具电动车具有组装完整的车架车轮、减速器、电机及其保护电路。一般来说，玩具电动车具有如下缺点：玩具电动车由于装配紧凑，限制了思维空间的发挥。虽然这种电动车价格稍高，但可以节省很多宝贵时间。 方案2：自己制作电动车。车体结构全部自行设计，这样能在题目要求的范围内可以有更大的发挥空间，布线、模块拼装和功能改进上具有优势。在有限的时间内，这种方案显然较为费时。 综上考虑，我们选择方案1。1.2控制器模块方案1：采用传统的51系列单片机，5

8、1系列单片机通用灵活、价格低廉、使用方便，但对此系统而言，需加外设电路，增加电路硬件设计的复杂度，软件难度也会加大。 方案2：采用STC12C5A08AD单片机。此单片机具有增强型8051内核，速度比普通51系列单片机快8-12倍；低功耗设计，自带空闲模式和掉电模式；8通道、8位高速ADC，速度可达30万次/秒，2路PWM还可当D/A使用，而且完全兼容传统51系列单片机。缺点是价格稍高。 考虑到设计要求，我们选择方案2。1.3电源模块考虑到小车的机动性和灵活性更为重要，本系统需要电池供电，我们考虑了如下两种方案：方案1：采用9V蓄电池为系统供电。蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性

9、能。但是蓄电池的体积过于庞大，在小型电动车上使用极为不方便。方案2：采用6节1.2V可充电式镍镉电池串联为电机驱动模块供电，经7805和LM1117稳压分别得到直流5V和3.3V，为微控制器和其他电路供电。经采用此种供电方式后，系统各部分工作稳定，且电池的体积较小，能够满足系统的要求。综上考虑，我们选择方案2。1.4电机选择 对于电动车来说，其驱动轮的驱动电机的选择就显得十分重要。由于本题要实现对路径的准确定位和精确测量，我们综合考虑了一下两种方案。方案1：采用步进电机作为该系统的驱动电机。由于其转过的角度可以精确的定位，可以实现小车前进路程和位置的精确定位。虽然采用步进电机有诸多优点，但步进

10、电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统。方案2：采用直流电机。直流电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。由于其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速（减速）齿轮组，可以产生大扭力。为较好的满足系统的要求，因此我们选择方案2。1.5电机驱动模块 方案1：采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。方案2：对于直流电机用分立元件构成驱动电路。

11、由分立元件构成电机驱动电路，结构简单，价格低廉，在实际应用中应用广泛。但是这种电路工作性能不够稳定。因此我们选用方案1。1.6无线收发模块 方案1：用NRF905无线数据收发模块。NRF905无线发射模块通讯方式为调频AM，工作频率为433MHz，为ISM频段，最高发射速率50KBPS，10dbm发射功率条件下，配置外置鞭状天线有效通信距离在300米左右。室内通信良好通信效果，4层之间可实现有效通信，抗干扰性能强，很强的扰障碍穿透性能。内置SPI接口，最高SPI时钟可大10M，也可通过I/O口模拟SPI实现。 1.9-3.6V工作，低功耗，待机模式仅2.5uA。方案2：自制无线数据收发模块。采

12、用集成电路收发模块或分立元件组成无线电收发网络，这种方法成本低，但费时较多，且稳定性较差，因此我们放弃了此方案。NRF905无线收发模块性能优越、易于调试，因此我们选择方案1。2.硬件实现及单元电路设计2.1 电机驱动模块 电机驱动模块由MMC-1和L298N构成，实现对左轮和右轮的控制。由于小车选用的是直流电机，因此可以采用PWM调速，即通过调节输入信号占空比的大小来控制电机的加减速。具体电路如图2所示。图2 电机驱动模块2.2无线收发模块 系统采用自制可移动声源，发出频率为697/1208Hz的音频脉冲信号，采用声音接收模块把信息送入单片机，并经过计算得到可移动声源的发声位置，通过无线收发

13、模块NRF905传送给可移动声源控制小车的运动。此模块应具有很强的抗干扰性，因此选用性能较好的NRF905收发模块，其与微控制器接口如图3所示。 图3 无线收发模块与微控制器接口2.3声音接收模块 声音接收模块采用驻极体话筒接收声音信号，信号经放大器放大，然后经过HT9170分析并滤掉设定频率外的信号，由D0D3输出的信号经过一系列的与、或、非门的逻辑连接处理，通过外部中断送入微控制器2进行处理，然后经无线收发模块将数据传送至微控制器1，来控制小车的运动。其电路如图4所示。图4 声音接收模块2.4显示模块的设计在小车运行的过程中，需要对运行的时间、路程和速度做必要的显示。我们使用LCD1602

14、进行显示。显示模块具有无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。具有简单而功能较强的指令集，可实现字符移动、闪烁等显示功能。能够同时显示16x02即32个字符（16列2行）。其电路如图5所示。图5 LCD1602接口电路3.系统软件设计3.1编程语言简介系统的软件设计采用主流设计语言C语言对单片机进行编程实现各项功能，C语言功能丰富，表达能力强，目标程序效率高，可移植性好，既具有高级语言的优点，又具有低级语言的许多缺点，应用十分广泛。3.2程序流程通过对电机控制模块MMC-1的控制，实现小车的运动方向及调速。主程序起到一个导向和决策

15、的功能，决定小车不同时刻执行不同动作。各模块主要通过调用具体的子程序实现其功能，如声光报警，显示平均速度、时间的显示等。系统主程序流程图如图6所示。 图6 系统主程序流程图4.系统功能测试4.1测试仪器及设备 表1 测试仪器设备清单仪器名称型号用途数量电脑TCL调试及下载程序1数字万用表MASTECH my65测量各电路工作情况1秒表记录时间1米尺测量距离14.2功能测试 根据题目要求，下面几项测试是必须完成的内容。从我们测试的结果看，都达到了题目的基本要求和发挥要求，小车运动的运行速度及定位误差都在允许的范围内。4.2.1基本部分功能测试基本部分测试结果如下：测试次数声源移动平均速度(cm/

16、s)定位误差(cm)任意时刻超OX左侧距离(cm)13.22.84.624.92.23.734.53.23.3452.74.256.72.33.44.2.2发挥部分功能测试 发挥部分测试结果如下测试次数声源移动平均速度(cm/s)定位误差(cm)任意时刻超OX左侧距离(cm)17.60.41.728.50.61.3310.40.71.6411.40.30.8512.20.80.5误差分析： 上述各项运动测试，尽管都在规定的误差范围内，但是仍存在一定的误差，我们从以下几个方面对误差的产生原因进行了分析：小车本身的性能 这点对总体性能的影响较大，如小车运动时无法保持直线运动。传感器的安装和布局检测

17、效果的好坏，不仅取决于相应的传感器检测电路设计，也很大程度上受传感器安装方式的影响，只有安装和布局模式合理，才能更好的发挥其作用。同时，不同的布局，也可能要求不同的检测方式和电路设计。传感器的布局一般还要在调速中进行调整，在设计时要充分考虑，给今后的调整留下空间。 控制算法在硬件的基础上控制算法影响着最后的性能。如果前期的硬件制作比较到位，性能较好，控制算法就有了一个较高的起点，容易达到较好的性能。这时可以考虑比较复杂一些的控制方法，可以应用若干人工智能的知识，使小车更好的完成任务5.总结 经过紧张的四天三夜的奋力拼搏，与小组其他成员通力协作， 默切配合，最终顺利完成本次设计，圆满的实现了竞赛

18、题目所要求的基本部分和发挥部分的要求，并在此基础上创新地提出了一些设计思想。首先，我代表我们小组全体成员感谢主持本次竞赛的主委会和全体评审老师以及我们的辅导老师，谢谢你们给了我们一个提高自己和展现自己的舞台，让我们在以后的人生中更加自信和坚定。在教师节来临之际，我们全体成员祝所有评审老师和辅导老师节日快乐。敬请各位专家评委给以指导，并向担任本次大赛的各位老师表示衷心的感谢！6.参考文献【1】马忠梅,籍顺心 单片机的C语言应用程序设计 北京航空航天大学出版 2006【2】戴仙金 51单片机及其C语言程序开发实例 清华大学出版社 2008【3】冯文旭 程丽萍 单片机原理及应用 机械工业出版社 2002【4】黄智伟 全国大学生电子设计竞赛系统设计 北京航空航天大学出版社 2006【5】童诗白，华成英。模拟电子技术基础。北京：高等教育出版社，2003【6】阎石。数字电子技术基础。北京：高等教育出版社，1998【7】高峰编。单片微型计算机原理与接口技术。北京：科学出版社，2003【8】马祖长,孙怡宁. 无线传感器网络节点的定位算法 计算机工程 2004,30(4) 13-15【9】张丽霞,汪文勇. 无线传感器网络的目标定位研究 电子科技大学学报 2006 35(2) 1