声音导引系统(本系统采用直流电机控制的小车作为移动声源).docx
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1、摘要11 系统方案22 设计与论证53 电路设计84 系统测试85 总结9参考文献9附录9声音导引系统摘要本系统采用直流电机控制的小车作为移动声源,整合MMC-I芯片、喇叭、麦克及无线模块,通过EasyARM1138来调控可移动声源达到目的地。在可移动声源行进过程中,声源发出一定频率的周期音频脉冲信号,EaSyARMI138根据各接收器接收声音的时间差可计算出移动声源的具体位置,然后通过无线模块把具体的坐标传送到主控制器,主控制器利用双闭环控制原理和PID算法分别对线速度和方向进行实时调整,从而使可移动声源成功达到目的地。本设计采用32位单片机做CPU,运算速度快,结构简单,电机控制快速准确。
2、该系统经过多次实验验证平均速度达到I1Cms,误差在ICm以内,超调小于ICm,达到了设计的要求。并且本系统增加了显示小车行驶时间和平均速度等特色功能。1系统方案1.1 整体方案比较为了更好的实现该系统要求的任务,对以下几种方案进行具体的分析和论证。方案一:从处理器把声音接收器接收到的声音信号通过A/D转换,转换成数字信号,然后把数字信号进行分析处理,根据声音的强弱计算出可移动声源与接收器之间的距离,把距离信息通过无线装置发给主控制器,通过主控制器进行PID运算,计算出角速度控制系数KW和速度控制系数Kv,根据这两个控制系数控制左右轮的转速和方向。方案二:从处理器把声音接收器接收到声音信号的时
3、间差进行处理,计算出可移动声源的具体位置(x,y),把此定位信息通过无线收发装置发给主控制器进行PID运算,用逐次逼近的方式进行双闭环控制,使可移动声源移动的方向与可移动声源和目标位置之间连线的夹角趋于零,以此减小超调量,降低误差,另外使可移动声源与目标位置之间的距离/s趋近于零,完成任务要求。方案一与方案二对比,可以看出方案一采用的D/A转换方式处理声音信号难以实现,因为距离较短,并且还要放大滤波,较为麻烦,此外方案一中对小车速度和方向采用的是开环控制,误差大,并且不稳定,而方案二中对可移动声源的定位则利用不同接收器接收声音信号的时间差,由数学运算得到的,这种方法简单,可靠性高,另外方案二中
4、对小车的控制采用的是双闭环控制,可以使可移动声源高速稳定的达到目的地。所以本系统采用的是方案二。1.1.1 主控制器模块选择方案一:采用89C51单片机实现。单片机软件编程自由度大,可用编程实现各种控制算法和逻辑控制,并且晶振频率相对较低,处理复杂算法耗时较长,另外51单片机需要仿真器来实现软硬件调试,较为繁琐。方案二:采用32位的EasyARM1138单片机实现。此单片机可以工作在50MHz的频率下,处理速度快,有三个完全可编程的串口,并且8个通用计时器可以实现定时计数和PWM输出,另外本处理器具有64K单周期F1aSh,多路中断,同时这款单片机的低功耗、低成本,性价比高。结合题目的要求以及
5、EaSyARMI138处理器的特点,本系统选择方案二。1.1.2 小车电机控制方案方案一:玩具小车上的两个电机均为一般的玩具直流电动机,前轮用一个电机来控制方向,后轮用另一电机控制速度。方案二:采用一般的直流电动机,但是采用的是左右轮分开控制的策略,左右轮分别用一个电机控制。以上两种方案中,方案一是传统的控制小车方向的方式。但是由于转向太过灵敏,转向时容易卡死,造成电机烧毁,在方向控制时摆动过大不易精确控制。另外,在直道区直线行驶时,由于本身结构上的因素,其运动轨迹是个曲线运动。而方案二种只要送给两个电机的电压相等即可基本上实现直线运动。同时由于此方案中结构的因素,使得小车校正方向的灵敏度高,
6、适合本题运行稳定、高效和安全的要求,可以实现方向的精确控制,因此选用方案二。1.1.3 速度控制模块方案一:使用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。线性型驱动的电路结构和原理简单,成本低,加速能力强,但功率损耗大,特别是低速大转矩运行时,通过电阻R的电流大,发热厉害,损耗大,对于小车的长时间运行不利。方案二:采用继电器对电机的开或关进行控制,通过开关的切换对小车的速度进行调整,此方案的优点是电路较为简单,缺点是继电器的响应时间慢,易损坏,寿命较短,可靠性不高。方案三:采用由双极性管组成的H桥电路。用单片机控制晶体管使之工作在占空比可调的开关状态,精确调整电机转速。这种电路由于工作在管子
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- 声音 导引 系统 采用 直流电机 控制 小车 作为 移动 声源