2009年全國電子設(shè)計(jì)大賽獎(jiǎng)聲音引導(dǎo)系統(tǒng)技術(shù)國賽優(yōu)秀甲

1、B 甲 075聲音導(dǎo)引系統(tǒng)摘要本系統(tǒng)采用兩片 89S52 單片機(jī)系統(tǒng)作為器件。三個(gè)位置固定的聲音接收可移動(dòng)生源發(fā)出的周期性脈沖音頻信號(hào)，三個(gè)聲音接收器能根據(jù)可移動(dòng)聲源和之間的距離不同使得接收到的信號(hào)時(shí)間不同，單片機(jī)時(shí)間處理信號(hào)并采用無線收發(fā)方式將處理后的信號(hào)傳輸至可移動(dòng)聲源，通過另一片單片機(jī)控制引導(dǎo)其運(yùn)動(dòng)。關(guān)鍵字: ASSP(MMC-1), 單片機(jī) 89S52 ， 無線收 TX-2B/RX-2B ，可移動(dòng)聲源 電機(jī)驅(qū)動(dòng)L298目錄系統(tǒng)方案1電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的論證與選擇1無線收發(fā)模塊的論證與選擇1電源模塊的論證與選擇1總體控制方案2系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)22.12.2系統(tǒng)框圖2硬件部分22.2.12.

2、2.22.2.32.2.4可移動(dòng)聲源模塊2聲音接收模塊2無線收發(fā)模塊3電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊32.2.5 顯示模塊4部分4流程4誤差信號(hào)產(chǎn)生與分析算法42.3測試方法與儀表5測試儀表5測試方法5速度測試5定位誤差53.2.3 可移動(dòng)聲源在運(yùn)動(dòng)過程中超過 Ox 線左側(cè)的最大距離53.3 誤差分析6_Toc239306452聲音導(dǎo)引系統(tǒng)（B 題）【本科組】系統(tǒng)方案本系統(tǒng)主要由電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、無線收發(fā)模塊、電源模塊組成，下面分別論證這幾個(gè)模塊的選擇。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的論證與選擇方案一：采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整電機(jī)的分壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。但是電阻網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有極調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價(jià)格比較昂貴。更主要在于

3、一般電實(shí)現(xiàn)很的電阻很小，但電流很大，分壓不僅會(huì)降低效率，而且方案二：采用繼電器對電的開或關(guān)進(jìn)行控制，通過開關(guān)的切換對校車的速度進(jìn)行調(diào)整。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡單，缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢，機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞，較短，可靠性不高。方案三：采用由 L298N作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電路。用單片機(jī)控制L298N的電路使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電轉(zhuǎn)速。此電路保證了可以簡單的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，具有較大的驅(qū)動(dòng)能力，穩(wěn)定性也很強(qiáng)?；谏鲜隼碚摲治觯瑪M選擇方案三，由根據(jù)（型號(hào) MMC-1）與 L298N 連接。12 無線收發(fā)模塊的論證與選擇方案一：采用TX-2B/ RX-2B，TX-2B/ RX-2B是

4、要求，必須用電機(jī)控制 ASSP公司生產(chǎn)的配對使用的紅，采用CMOS工藝外線發(fā)射和接收，是一款于玩具小車的成對制造，功耗小，工作電壓1.5-5V。TX-2B/RX-2B路，無需在后續(xù)的電路中對接收到的信號(hào)進(jìn)行己含有編碼電路和電編程，因此硬件電路簡單。方案二：采用PT2262/PT2272 編碼。PT2262/2272是一種CMOS工藝制造的低功耗低價(jià)位通用編電路，工作電壓范圍寬：2.6-15v， 數(shù)據(jù)最多可達(dá)6 位，地址碼最多可達(dá)531441 種。基于上述理論，兩種方案均可實(shí)現(xiàn)無線收發(fā)的功能，考慮到方案一硬件電路較為簡單，功耗更低，13 電源模塊采用方案一。方案一：所有器件采用單一電源。這樣供電

5、比較簡單，但是由于電機(jī)啟動(dòng)時(shí)瞬間電流很大，而且驅(qū)動(dòng)的電電流波動(dòng)較大，會(huì)造成電壓不穩(wěn)、有毛刺等干擾，嚴(yán)重時(shí)可能造成單片機(jī)系統(tǒng)掉電，缺點(diǎn)十分明顯。方案二：雙電源供電。將電驅(qū)動(dòng)電源與單片機(jī)及其周邊電路電源完全。這樣做雖然不如單電源方便靈活，但可以將電機(jī)驅(qū)動(dòng)所造成的干擾徹底清除，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)的穩(wěn)定可靠性更重要，因此單片機(jī)與MMC-1 工作電壓： 5V無線收發(fā)模塊： 3V擬用方案二。3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓： 8V1.4 總體控制方案采用兩片 89S52 單片機(jī)作為控制，一片單片機(jī)負(fù)責(zé)接收 A、B、C 三點(diǎn)發(fā)送的信號(hào)并將處理后的信號(hào)傳送給無線發(fā)射模塊，經(jīng)天線傳給無線接收模塊，再采用另一片單片機(jī)處理無線

6、接收模塊接收的信號(hào)，來控制電機(jī)的狀態(tài)。系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)框圖22 硬件部分2.2.1 可移動(dòng)聲源模塊采用擴(kuò)音器作為聲源，以小車為載體實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)功能。并用兩個(gè) 555 定時(shí)器分別產(chǎn)生高頻和低頻聲音信號(hào)，由擴(kuò)音器發(fā)出，高頻信號(hào)頻率為 16kHz,占空比為 1：5 該高頻信號(hào)作為 ABC 接收端判斷可移動(dòng)聲源位置的信號(hào)，低頻信號(hào)控制高頻信號(hào)的通斷，在接收端被濾波電路濾掉，通過的只有較純凈的高頻脈沖信號(hào)，電路圖如下兩圖：R1=4,7K 歐 R2=47K 歐，C=102高頻信號(hào)發(fā)射2.2.2 聲音接收模塊R1=5.1 歐，R2=5.1 歐，C=105低頻信號(hào)發(fā)射發(fā)射電路和接收電路如上兩圖所示22.

7、4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊要求采用電機(jī)控制 ASSP（型號(hào) MMC-1），MMC-1根據(jù)大賽共有 13 個(gè)寄存器，用于設(shè)定，控制三通道電機(jī)工作，包括電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、停止前進(jìn)及轉(zhuǎn)速。單片機(jī)通過串口通信的方式將信號(hào)輸出給電機(jī)控制 ASSP（型號(hào) MMC-1），改變寄存器中的數(shù)值， 從而能控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)L298N 管口狀態(tài)。根據(jù) L298N驅(qū)動(dòng)工作原理，當(dāng) ENA(ENB)為，IN1(IN3)為，IN2(IN4)為低電平，電機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng) ENA(ENB)為，IN1(IN3)為低電平，IN2(IN4)為高電平，電機(jī)反轉(zhuǎn)。當(dāng) ENA(ENB),IN1(IN3),IN2(IN4)均為時(shí)是，電機(jī)剎停。在實(shí)驗(yàn)中，給電機(jī)供電電

8、壓為+9V,基于 ENA(ENB),IN1(IN3),IN2(IN4)電平高低控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和停止。電路圖如下：2.3.1流程AB 同時(shí) 接AC 同時(shí)接收2.3.2 誤差信號(hào)產(chǎn)生與分析計(jì)算A、B、C 三處接收聲音信號(hào)，將聲音信號(hào)輸送給單片機(jī)處理，根據(jù) A、B、C 三點(diǎn)距離聲援不同而導(dǎo)致三點(diǎn)接收到的信號(hào)時(shí)間不同，根據(jù)這個(gè)時(shí)間差采用相應(yīng)的算法來計(jì)算聲源的位置，為了降低誤差，單片機(jī)放在w 點(diǎn)，保證 A、B、C 與單片機(jī)距離相等，減小了由 A、B、C 三處信號(hào)輸送給單片機(jī)產(chǎn)生的時(shí)間誤差。A、開定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，單片機(jī)不斷接收到聲源發(fā)出B、C 接收到聲音所用的時(shí)間，聲音在空氣中地信號(hào)，分別速率為 340

9、m/s，而電流在電路中的傳輸速率接近光速，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于聲音在空氣中的速率，因此可以假的時(shí)間。則可以定單片機(jī)定時(shí)器的時(shí)間即為聲音由聲源到聲音得到聲源與A、B、C 三點(diǎn)的距離SA,SB,SC?？梢苿?dòng)聲源開始運(yùn)行的方向和Ox 線保持垂直，可移動(dòng)聲源，比較A、B兩點(diǎn)接收到聲波的時(shí)間t1，t2，當(dāng) t1t2 時(shí)，可移動(dòng)聲源在ox 線左側(cè)，小車?yán)^續(xù)前進(jìn)，不斷比較兩個(gè)時(shí)間，直到t1=t2 時(shí)，可移動(dòng)聲源移動(dòng)到ox 線，根據(jù)三角函數(shù)的定理可以計(jì)算出小車距ox 線的垂直距離 S=(SA*SA+1-SB*SB)/2-0.5?？梢苿?dòng)聲源聲源移動(dòng)到ox 線時(shí)，比較 A、C 兩點(diǎn)接收到聲波的時(shí)間t1，t3，當(dāng) t1t3 時(shí)

10、，可移動(dòng)聲源在oy 上側(cè)，小車前進(jìn)，當(dāng)t1t3 時(shí)，可移動(dòng)聲源在oy 下側(cè)，小車后退，不斷比較兩個(gè)時(shí)間，知道t1=t3，小車到達(dá)w 點(diǎn)。聲光提示結(jié)束剎車剎車YYNN電機(jī)起動(dòng)AC 開始不斷接收聲音信號(hào)起動(dòng)A、B 開始不斷地接收聲音信號(hào)轉(zhuǎn) 90 度開中斷計(jì)時(shí)停止 10s初始化3 測試方法與儀表可移動(dòng)聲源的起始位置到 Ox 線的垂平均速度響應(yīng)時(shí)間31 測試儀表模擬跑道：1 平方米的的區(qū)域卷尺：精度 0.001 米秒表：精度 0.01 秒3.23.2.1 速度測試 在ox 左側(cè)選一位置作為可移動(dòng)聲源的起始位置，測出小車到 ox的垂直距離，小車到達(dá) 0 x 的時(shí)間，通過將最合適的速度保存并顯示。測試：(m/s)數(shù)據(jù)3.2.2 定位誤差 測量可移動(dòng)聲源停止后的位置與Ox 線之間的距離3.2.3 可移動(dòng)聲源在運(yùn)動(dòng)過程中超過 Ox 線左側(cè)的最大距離3.3 誤差分析假定單片機(jī)定時(shí)器的時(shí)間即為聲音由聲源到聲音的時(shí)間，但電流在導(dǎo)線中傳輸也需要一定的時(shí)間，因此會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。并且由于可移動(dòng)聲源發(fā)出的是周期性脈沖音頻信號(hào)，因此聲音接收到信號(hào)是不連續(xù)的，則在間斷的時(shí)間小車可能移動(dòng)到 ox 線，而單片機(jī)還沒受到相應(yīng)的信號(hào)，從而產(chǎn)生一定的誤差。參考文獻(xiàn)：C 語言程序設(shè)計(jì)（第二版）新概念 51 單片機(jī) C 語言電子工業(yè)電子線路實(shí)驗(yàn)?zāi)M電路實(shí)驗(yàn)出版社Mu