声音导引系统（MSP430单片机）.docx

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1、目录摘要21 .系统方案31.1 结构框图31.2 方案论证31.2.1 控制器模块31.2.2 电机模块31.2.3 电机驱动模块41.2.4 无线收发模块41.2.5 显示模块41.2.6 移动声源控制模块41.2.7 小车电源模块41.2.8 系统总体设计52 .理论分析与计算53 .电路与程序设计63.1 检测与驱动电路设计63.2 总体电路图见附录63.3 软件设计与工作流程图63.3.1 软件设计63.3.2 工作流程图64 .结果分析74.1 测试仪表74.2 可移动声源平均速度-74.3 定位误差（可移动声源停止后位置与OX线之间的距离）84.4 可移动声源任意时刻超过OX线左

2、侧的最大距离95 .设计总结9参考文献9附录，10附录1：元器件明细表10附录2：仪器设备清单10附录3：电路图10附录4:主要程序11声音导引系统摘要：为了实现声音引导系统的设计要求，对各种测距及运动控制方案进行了论证。该系统主要由可移动声源控制模块、液晶显示模块、语音收发模块、无线收发模块等组成。采用MSP430单片机对显示模块、语音收发、无线收发模块进行控制，应用多通道两相四线式步进电机/直流电机控制芯片ASSP芯片(型号MMC-D实现对可移动声源的运动控制。系统通过音频脉冲信号实现可移动声源的定位，并通过无线方式发送指令，控制可移动声源的运动。实验表明，定位精度2cm,平均速度为10.

3、62cms,系统完全达到了设计要求，不但完成了所有基本和发挥部分的要求，还增加了方位和全程时间显示功能。关键词：音频定位，运动控制，无线收发，MSP430Abstract:Inordertoachievethedesignrequirementsofthevoiceguidancesystem,avarietyofdistancemeasurementandmotioncontro1programwasargued.Thesystemmain1ycomposeofamovab1esoundsourcecontro11edmodu1es,1CDmodu1es,voicetransceivermo

4、du1es,wire1esstransceivermodu1esandsoon.MSP430MCUisusedtocontro1thedisp1aymodu1e,voicetransceivers,wire1esstransceivermodu1es,mu1ti-channe1two-phasefour-wireStepperMotor/DCmotorcontro1chipASSPchip(Mode1MMC-1)isapp1icatedtorea1izemovementcontro1ofmovab1esoundsource,throughtheaudiopu1sesigna1,systemac

5、hievesthepositionofmobi1esoundsource,andsendcommandswire1ess1ytocontro1themobi1esoundsourcemovement.Experimentsshowthatthepositionaccuracyis2cm,andaveragespeedis10.62cm/s.Thesystemfu11ymetthedesignrequirements,whichnoton1ycomp1etesa11thebasicandadvancedfunctions,buta1soaddsthefunctionsofpositionandf

6、u11timedisp1ay.Keywords:audiopositioning,motioncontro1,wire1esstransceiver,MSP4301 .系统方案1.1 结构框图图1(a)音频接收器系统框图图1(b)可移动声源系统框图为了实现本题要求功能，用直流电机控制小车运行，利用音频定位实现小车移动，用显示模块以及声音模块等作为人机界面，实现显示及声音提示等功能。上述各模块的方案论证如下。1. 2方案论证1.1.1 控制器模块方案一：采用ATME1公司的AT89C51。51单片机价格便宜，应用广泛，但是功能单另外51单片机需要仿真器来实现软硬件调试，较为烦琐。方案二：采用T1

7、公司的MSP430单片机作为控制器。该单片机I/O资源丰富，功耗极低，性价比高。芯片内置JTAG电路，可在线仿真调试，大大简化了系统开发调试的复杂度。根据本题的要求，我们选择第二种方案。1.1.2 电机模块方案一：采用直流减速电机控制小车的运动，直流减速电机控制精度较低,虽不能准确控制转速，但可控制电机正转、反转、停转等动作，速度均匀性好，控制简单，电源要求低，易于实现。方案二：采用专用步进电机控制小车的运动，能实现小车的精确控制，但价格过高、重量大、控制复杂并且对电源要求也高。经过反复的比较论证，我们最终选用了方案一。1.1.3 电机驱动模块方案一：采用专用的芯片1298N作为电机驱动芯片。

8、1298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，响应频率高，一片1298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。方案二：对于直流电机，我们可以采用分立元件驱动电路。由分立元件构成电机驱动电路，结构简单，价格低廉，应用广泛，但是这种电路工作性能不是很稳定。由于比赛要求，我们选择应用电机控制ASSP芯片（型号MMC-D控制1298N,进而驱动直流电机的方案。1.2.4无线收发模块方案一：采用自制的无线电路发射和接收电路进行无线收发。这个方案虽然思路简单,但是硬件电路的连接与调试十分复杂，装置工作时的稳定性难以保证。方案二：采用集成的无线收

9、发编解码芯片。这种芯片功耗低，外围电路简单,工作电压范围宽，完全可以达到设计的要求。经综合考虑分析，我们选择方案二。1.2.5显示模块方案一：用1ED显示，优点亮度高、成本低。但不能显示汉字，显示内容较少。方案二：采用宇飞达的点阵式液晶FYDI2864-0402B。串并行接口，自带中文字库，控制简单。考虑到本题的要求，只需要一片1CD就可以实现，故我们选择方案二。1.2.6移动声源控制模块方案一：直接用单片机控制蜂鸣器发出声音，MIC接收声音。电路简单但灵敏度略低，抗干扰能力稍差。方案二：直接用单片机控制蜂鸣器发出声音，MIC接收声音。依据通信理论中的判决准则，滤除无用信号，虽然灵敏度、抗干扰

10、能力较高，但是功能实现电路过于复杂。经过仔细推敲，我们选择性价比高，并且易于实现的方案一。1.2.7小车电源模块方案一：铅酸电池供电，优点电流大，缺点是重量太大，增大小车负担。方案二：可充电电池供电，可提供较大电流，重量很轻，小车运行灵活。经比较，我们选择方案二，用可充电电池串联给直流电机供电，在实现所要求功能的基础上，提高了能源利用率。1 .2.8系统总体设计根据上述方案论证，设计采用MSP430单片机作为核心器件实现对电机控制ASSP芯片（型号MMeT）以及显示模块、语音收发、无线收发模块的控制，还选用了宇飞达的点阵式液晶FYD12864-0402B来实时显示小车运行时间、方位等，最终还实

11、现了小车到达时有声音和光的提示。2 .理论分析与计算测距的方法：对目标距离的确定采用TDOA的射频+音频信号”的测量方式，如图3所示。即目标在发送射频信号后，立即发送音频信号，通过测量接收节点上的一个接收器（可任选3个接收器中的一个）得到的音频信号和射频模块接收到的射频信号到达的时间差来估计目标的距离，而此时接收器与接收节点中心位置的距离d/2相对于接收节点与远场处目标之间的间距可以忽略不计。图3基于TDOA机理的节点声测距原理3 .电路与程序设计3.1 检测与驱动电路设计匚二）直流电机1匚二）直流电机23.3软件设计与工作流程图3. 3.1软件设计程序实现的功能如下：声音的收发；给电机提供脉

12、冲；声音和光提示：时间、方位显示；4. 3.2工作流程图系统的主程序流程图如图5所示:图5系统主程序流程图5. 结果分析5.1 测试仪表4位半数字万用表(MASTEeHMY-65),双踪示波器(YB4325),游标卡尺，秒表，计算器,直尺。4 .2可移动声源平均速度表1平均速度实验次数起始点距OX距离(CIn)响应时间(S)平均速度(Cms)150（D点）4.211.92403.710.83202.67.64605.211.55807.111.314平均速度(Cms)图6可移动声源平均速度实验数据统计图根据上述实验数据，我们可以得到可移动声源平均速度大约为10.62cmso4.3 定位误差(可

13、移动声源停止后位置与OX线之间的距离)表2定位误差实验次数起始点距OX距离(cm)与OX线相差距离(mm)150+10.3240+9.5320-6.1460+11.8580+14.9图7可移动声源停止后位置与OX线之间的距离实验数据统计图4.4 可移动声源任意时刻超过OX线左侧的最大距离表3最大距离实验次数起始点距OX距离(cm)与OX线左侧的最大距离(mm)15010.22408.432011.046014.458017.3与OX线左侧的最大距离(mm)图8可移动声源任意时刻超过OX线左侧的最大距离实验数据统计图根据上述实验数据，我们可以得到可移动声源任意时刻超过OX线左侧的最大距离大约为1

14、2.26mmO5 .设计总结本设计采用MSP430单片机作为核心器件实现了对电机控制ASSP芯片(型号MMCT)以及显示模块、语音收发、无线收发模块的控制，还选用了宇飞达的点阵式液晶FYDI2864-0402B来实时显示小车运行时间、方位等，最终还实现了小车到达时有声音和光的提示。6 .参考文献1魏小龙.MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例.北京航空航天大学出版社，20022童诗白.模拟电子技术基础第三版.北京：高等教育出版社，2001.13孙肖子.实用电子电路手册(模拟分册).北京：高等教育出版社，19924谭浩强.C语言程序设计(第二版).北京：清华大学出版社，20005黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程.北京：电子工业出版社，2005附录1主要元器件明细表主要元0件明细，器件名规格（型号）数量备注ASSP芯片MMC-I1单片机MSP4302小车1接收器3IC1M38611M3931M3931小车驱动器12981无线收发模块C25001麦克风MIC1蜂鸣器1附录2主要仪器设备清单双踪示波器，直尺，信号发生器，4位半数字万用表，游标卡尺，秒表,计算器。附录3电路图1 .电机驱动模块:89101112131415JIOOK；WK