声音引导系统设计-单片机设计论文8

1、B甲054目录摘要一.系统方案1.1整体方案比较31.2控制方案3二.设计与论证32.1控制器模块32.2定位模块32.3无线收发模块：32.4声源模块：42.5电机模块42.6电机驱动模块5三.计算53.1距离的测量 53.2误差信号的产生63.3控制理论简单计算6四硬件实现与电路设计64.1系统组成概括64.2各模块电路图6五测试结果75.1测试数据75.2测试结果分析7六参考文献8声音导引系统摘要：声音导引系统引由PIC16F877A作为主控制芯片；通过ASSP芯片、IC L298N来驱动直流减速电机；通过3个声音接收器来实现小车的定位，通过蜂鸣器和二极管实现声光报警；用无线收发模块实现

2、主从控制器的通。经过测试，该声音引导系统达到所有规定的技术指标。该系统无论在结构和技术上都具有较好的科学性和实用性。摘要：声源定位 ASSP芯片 PWM调速 PT2262/2272无线接收一系统方案1.1整体方案比较图1 整体框架图1.2控制方案： 可移动声源部分：可移动声源的控制；以可移动声源以小车为载体。用直流减速电机控制小车，通过ASSP调节输出脉冲的占空比来控制小车的速度，转向可以通过调节左右轮的速度的不同来实现。声音接收部分：3个声音接收器连接从控制器，发声电路和电源都和单片机2接到一起，然后用长导线将声源电路和声源信号连接起来，从控制器记录时间信息，然后通过无线收发模块实现主控制器

3、和从控制器的通信。二设计与论证 2.1控制器模块方案1：采用凌阳的SPCE061A小板作为主控制芯片，而且可以采用凌阳的小车模组，可以很快的完成其基本功能，但是用该小板存在在一定的局限性，较难扩张功能，而且各个模块的拼凑，没有比集成在一块板的稳定性高。方案2：采用PIC16F877A作为主控制芯片，PIC单片机的所有寄存器,包括I/O口,定时器和程序计数器等都采用RAM结构形 式,而且都只需要一个指令周期就可以完成访问和操作，该芯片提供了三个计数器中断，对于本作品系统已经足够，采用该芯片可以比较灵活的选择各个模块控制芯片，能够准确的计算出时间，有很好的实时性。且有两个脉宽调制端口，更方便的控制

4、电机的正转与反转。基于以上分析，我们选择了方案22.2定位模块方案1 ：对音频信号的幅值进行采集，且幅值随距离的远近而有所变化，此方案定位准确，但工作量太大，需建立音频强弱坐标图。因而不宜采用。图2 测距原理图方案2：对小车行进距离进行采集。先让小车停止，通过测量AS和CS的长度，计算出S到直线AS的长度，从而计算出S到直线OX的长度。然后让声源行进固定距离。此方案误差太大，故舍弃。方案3：先让小车停止，通过测量AS和CS的长度，计算出S到直线AS的长度，从而计算出S到直线OX的长度。然后让声源行进固定距离。准确定位：然后以接收器AB为基准，测量声源信号到达AB的时间差t，当单片机检测到t=0

5、时，说明声源确实到达了OX，若t0则进行调整。此方案思路清晰，系统简单，精确度最高。经过比较我们选择了方案32.3无线收发模块：图2 测距原理图方案1：PT2262/2272是Princeton Technology公司的一款适用于红外和无线遥控,将载波振荡、编码、发射部分集于一身的集成电路。它具有价格低、功耗小、抗扰性好、单电阻振荡、适用电压范围宽等优点,外围电路简单,使用方便。方案2：zigbee也可以作为无线通信模块，但它价格偏高且反应速率低下，会加大误差的产生，性价比偏低。所以我们放弃了此方案。经过以上分析，我们选择了方案1。2.4声源模块：方案1：用最长用的蜂鸣器，但是蜂鸣器的频率只

6、有2KHZ左右，容易受误差信号干扰，对准确定位造成影响。方案2：用扬声器做声源，声音大，频率高，价格适中，性价比高。经以上分析，我们选择方案2。2.5电机驱动模块方案1：采用继电器对电机的开关进行控制，可以完成电机的正转，反转，调速，但是继电器的响应时间慢，使小车的灵敏度降低而且机械结构易磨损，可靠性不高，适用于大功率电机的驱动。方案2：用集成驱动芯片L298N,，集成芯片具有体积小，可靠安全性高，抗干扰能力强等优点，适合控制智能小车运动，有较大的电流驱动能力，连接方便，简单。根据以上分析我们采用方案2。图3 电机驱动原理图三.计算3.1距离的测量以接收器C为基准，用无线通信触发同步使从控制器

7、计时和声源发声，当声音接收器C接收到信号，触发从控制器定时器中断，时间为t1,假设声速为V，则S1=V*t1。用同样的方法测出声源S到A的长度S2。为了提高精度，同时测出S到B的时间t3,则t=t2-t3，检测t，若t0，控制声源继续前进；若t=0，则不作调整。S1=V*t1，S2=V*t2，S1=V*t1，P=(S1+S2+1)/2S到AC的距离是2* 3.2误差信号的产生d=2* -0.53.3控制理论计算3.3.1速度的调节：调节NEC的MM-1,从而调节脉冲的占空比，占空比设为q则小车的速度为2.5转/s*8.5cm*q3.2.2小车运行采用边走边停边测的方式，小车行驶一段距离判断一次

8、t电机的全速运行时为150转每分钟（即2.5转每秒），车轮的周长是8.5cm，测量车体为25cm。3.3.3（1）先让小车以全速运行0.5秒，为2转/s *0.5秒*8.5（2）先让小车以2转每秒运行0.5秒，为2转/s *0.5秒*8.5图4 小车运动曲线（3）再让小车以1.5转每秒运行0.5秒，为1.5转/s *0.5秒*8.5=6.375cm，检测t（4）再让小车以1转每秒运行0.5秒， 为1转/s*0.5秒*8.5=4.8cm，检测t （5）再让小车以0.6转每秒运行，为了保证精度，从现在开始每隔400ms检测一下t，这样声源的误差距离可控制在0.6转每秒*8.5cm=2.55cm。小

9、车的速度可达到6.7cm/s四硬件实现与电路设计4.1系统组成概括此系统由PIC16F877A为主控芯片，由电机模块，NEC电机驱动，无线收发模块，声源模块，声音接收器模块，显示模块，温度传感器模块，实时时钟模块，是一个能够实时监测周围环境，用声音实现定位功能的小型智能系统。4.2各模块电路图电机驱动模块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。我们利用NEC的电机控制ASSP芯片和L298N的4个输出端口正好驱动两个直流减速电机。通过调节PWM的占空比来调节电机的转速。（3

10、）由于L298N是5v电源供电，必须有一个电压转换模块。将驱动电机12v电压转换为5v电源。声音接收模块经麦克风接收信号，经过一个放大电路，再经过一个比较器将声音信号转变为数字信号，直接由单片机接收。经过电平的变化来使单片机作出相应的操作。麦克风接收头用铜柱固定于离地面20cm处，将麦克风接收头放在用白纸制作的165度开口的圆锥中。 这样能够增强麦克风接收音频信号的能力。图5 声源原理图声源模块图6 接收器原理图单片机控制输入电平的高低，来控制声源的开关。（接收电路、声源电路见图（4）五测试结果5.1测试数据组别S到OX的距离（cm）运行时间（s）速度(cm/s)误差(cm)1402.8713.402.402453.1414.332.213503.4414.522.834554.0213.580.815604.4013.620.765.2测试结果分析：经过分析速度与误差发现误差值的大小与平均速度的大小有关，速度偏大或偏小了均会