C8051F020单片机引导移动声源运动.docx

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1、摘要：本移动声源以C8051F020单片机为核心，加以直流电机、光电编码、电源电路、无线发射接收电路、声源发生电路及其他电路和电动小车车体组成。声源接受器有飞思卡尔的X128单片机系统、无线发射接收电路和三个声源接收电路构成。三个声音接收器利用可移动声源和接收器之间的距离差获得可移动声源相对声音接收器的绝对坐标，引导移动声源运动。关键词：声音引导移动声源无线发射接收Abstract:ThemovingsoundsourcewhichcoreisC8051F020MCU,inc1udingmotorandservo,p1uspowersupp1ycircuit,photoe1ectricsens

2、ors,powercircuitaswe11asothercircuitande1ectrictro11eybodycomposition.Soundsourcereceiverwiththex128Freesca1emicrocontro11ersystems,wire1esstransmittingandreceivingcircuitry,andthreesoundsource,receivercircuit.3audioreceivertousearemovab1esoundsourceandthereceiverdifferentia1accesstothedistancebetwe

3、enthemovingsoundsource,there1ativevoiceoftheabso1utecoordinatesofthereceivertoguidemovingsoundsourcemovementKeywords：Voiceguidance,movingsoundsource,Radiotransmittingandreceiving目录第一部分：方案论证与比较1一、控制模块1二、发生和接收电路方案设计2.测速模块3四 .电机驱动模块3五 .电机模块4六 .车体设计4第二部分：具体实施方案5一、定位方案5二、电路与程序设计7第三部分：测试及结果分析7-基本功能测试7二 .发

4、挥部分测试8三 .结果分析8第四部分：结束语8第五部分：参考文献9第六部分：附录9声音引导系统设计与制作第一部分:方案论证与比较根据本题要求，系统的简单方框图如图IT所示：图1-1各个模块的作用及实现方案比较如下:一、控制模块方案1：采用可编程逻辑器CP1D作为控制器。CP1D可以实现各种复杂的逻辑功能、体积小、稳定性高、易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。但本系统对数据的处理速度的要求也不高，且由于CP1D的价格相对较贵，从实用及经济的角度考虑我们放弃了此方案。方案2：采用C8051F020单片机控制器。C8051F020单片机支

5、持双时钟，其工作电压范围为2.73.6V（端口I/O,RST和JTAG引脚的耐压为5V）o与以前的51系列单片机相比，C8051F020增添了许多功能，同时其可靠性和速度也有了很大提高。在我们的设计中用到了4个中断，而以前的51系列单片机只有两个外部中断，远不能满足我们的需求。综上考虑，为了节约时间和节省资金，又能使设计较好的完成，选择方案2。二、发生和接收电路方案设计方案1：使用普通蜂鸣器作为声源发生装置，它体积小巧，使用方便且声音洪亮。使用驻极体话筒作为接收装置，放大驻极体话筒得到的声音信号，当检测到声强达到一定得强度后认为是声源发出的声音。但这种方法极易收到外界噪音的干扰，声音接收装置难

6、以区分外界比较大的声音是否有蜂鸣器产生，容易造成测量距离失误。方案2使用扬声器作为声源发生装置,使用单片机产生PWM波然后经过1M386放大后驱动扬声器发声，接收装置采用驻极体话筒经过1M386放大后通过锁相环电路1M567选频，只有特定频率的波形才能产生电路触发，避免了噪音的干扰。经过比较，我们最终采用了方案2.主要电路图如下：C4HHIOuF1I1C21FH1-220UFO图2.1声源发生电路小1OnF图2-2声源接收电路Cjivcc1S0374C3TI_c2oH22OF三.测速模块方案1:利用超声波测距具有方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，应用较广泛，但超声波的波长很短，衍射本

7、领很差，而且外界声音和小车行走所发出的声音干扰性大而导致接收器收到的声音不够精确，从而造成小车行走出现误差。方案2：利用红外对管测距，在电动车的前端安装了两对红外对管，可以稳定地工作经实验证明这种方法可以很好地完成任务。综合稳定性和方便性考虑，我们选择了方案2。电路图如图31：图3-1四.电机驱动模块方案1：采用专用芯片1298N作为电机驱动芯片。1298N响应频率高，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，操作方便，稳定性好。方案2:使用NEC公司赞助的MMC-I模块，它是为多通道两相四线式步进电机/直流电机控制芯片，基于NEC电子16位通用MCU(PD78F1203)固化

8、专用程序实现。通过UART或SP1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。根据大赛组委会的要求，我们使用方案2结合H桥电路实现电机驱动。五.电机模块方案1：采用步进电机作为该系统的驱动电机。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。但是步进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，不适用于小车等有一定速度要求的系统，更重要的是步进电机价格高。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，带动变速齿轮组，可以产生大扭力。能够较好地满足系统的要求

9、，因此选择该方案。六.车体设计方案1：自己制作电动车。自制电动车不易实现电动车的原地旋转，所以不易实现小车坐标不变的90度和180度的转弯。自制电动车没有安装芯片的专门位置，这样安装芯片极不方便，而且不美观。方案2：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、电机及其驱动电路。而且这种电路车在内部专门留有安放芯片的位置和空间，使其结构紧凑外型美观。更重要的是使各个芯片板能够完全分开，避免一些不确定因素的的干扰。综上考虑，我们选择了方案2。第二部分:具体实施方案经过反复论证和试验,我们最终确定了如下方案：1.采用C8051F020单片机作为主控器。2采用扬声器做声源发生器，用麦克风做

10、为接收器。3 .专用芯片1298N作为电机驱动芯片。4 .车体用玩具电动车，并用直流电机驱动电动车。一、定位方案按设计要求方案比较，系统共使用三个麦克风作为接收器，扬声器做为声源发生器，用小车做发生器的移动平台。接收器利用可移动声源和接收器之间的不同距离，产生一个可移动声源离OX线（或0y线）的误差信号，并用无线方式将此误差信号传输至可移动声源，引导其运动。我们使用下面的方法获得移动声源相对于接收器ABC的绝对坐标，相当于A为原点，AC、AB分别为坐标轴的Y和X轴。首先我们由接收器B发送一个信号给A,测得信号传输时间八然后由声源B发送信号给声源C,测得时间1。分析可知，测得的时间。/2由实际信

11、号传输时间和系统响应时间构成，亦即%=+%（Dt2=ter+ttr2（2）其中1为系统响应误差时间，%j为B到A,B到C的真实传输时间。由图中的几何关系可知，BA距离为BC距离的J倍，所以M=g(3)联立上述公式(1)(2)(3)可以解得当前环境下的系统响应误差又知AB实际距离为1m,所以可解得当前环境下声音传输Im所需要的时间To以上述理论为基础，我们的移动声源在移动过程中分别测得与ABC三点之间通信所需要的时间(、T小7；，分别减掉系统响应误差时间1可得到真实传输时间兀、E八T1e,分别除以T可得到移动声源距离ABC三点的绝对距离。Tut=To（4）ib=2-tertc=3-ter；（6）

12、移动声源距离ABC三点的据对距离分别为：S.=%.SN.SJyr./假设移动声源的坐标为(X,y)o根据如图三角几何关系可得到：V+)1=Sa(7)U-D2=(8)联立(7)(8)两式可解得X、y+1)Z二、电路与程序设计总体电路图见附录1。本系统采用c8051F020单片机作控制器。使用定时器T1对直流电机进行调速，使用PWM方法对直流电机调速，可以进行五级调速。To定时了6000s1每隔1000s进入TO中断，同时定义了两个变量a和c,C为进入中断的次数，a为一个小于6的数，在ax1s的时间里电机通电，其余的时间里电机断电。在中断程序里，主要对定时器寄存器TH0、T1O赋初值，并使C加1。

13、中断结束后判断C是否等于a,若等于a,电机断电，继续中断，若a等于6,则C赋0,重复上面的步骤。单片机采用查询的方式对光电对管的状态进行检测，从而判断车的行走方向。第三部分：测试及结果分析本系统测试所用的仪器：秒表、游标高度尺、两米卷尺。-基本功能测试制作并检测可移动的声源。可移动声源可产生频率为4K的周期性音频脉冲信号,在可移动声源移动之前先发出声音，其中两个接收器B和C利用可移动声源和两接收器之间的不同距离，产生一个可移动声源离OX线的误差信号，并用无线方式将此误差信号传输至可移动声源，引导其运动。大约3S后可移动声源到达OX线允许误差范围内的附近，停留同时做出声光指示。二.发挥部分测试可

14、移动声源自动调转180度，与基本功能一样，由于本系统对方位无严格要求，可移动声源调转180度后测试数据和基本功能测试部分相同。三.结果分析本系统因经过多个方案的相互尝试比较，能较好地完成题目中的要求。本系统定位迅速、准确，全过程自动完成，且可移动声源运动速度平稳，反应灵敏，并通过声光显示指示到指定位置，形象、直观，较好地完成任务。第四部分：结束语在整个设计中我们在调试硬件和软件的过程中遇到了不少错误，我们认真检查硬件电路连线，调试整体程序以及分步运行可能出现的问题程序段直到找出错误并修改，最终交出了一份完满的答卷。此外，我们在完成基本任务的功能后，又向发挥部分进攻，不断地使系统得到升级和完善，

15、并加进了我们自己的创新元素，由于时间紧迫，加上某些专业知识的欠缺，所做的设计不够完美，但我们也在遗憾中感到幸庆，因为如有机会，相信下次我们会做得更好。在这次比赛中，经过了几天的努力拼搏，我们顺利的完成了任务，在整个过程中我们受益匪浅，对设计的理解将是终生难忘。我们深刻的体会到我们完成的不仅仅是一件作品，更多的是磨练了我们的意志和提高了我们的创新精神，坚定了我们敢于挑战与坚持到底的毅力，同时也培养了团队协作与竞争意识，这些东西在我们今后的人生道路上将是一笔宝贵的财富，对我们的将来将会起到至关重要的作用。经历了才知道，参加这次电子竞赛，不仅是对我们专业知识的充分利用，更是对我们综合素质的提高，对我们人生价值的考验，对于这次比赛，我们会说：我们拥有过，我们努力过,所以我们不会放弃。第五部分：参考文献马场清太郎.运算放大器应用电路设计.科学出版社，2007.04.2泰龙.MSP430实例精讲.电子工业出版社，2007.073孙同景.Freesca1e9s12十六位单片机原理及嵌入技术.机械工业出版社，2008.07第六部分：附录附录1总体电路图