本系统由移动声源、声音接收器与无线收发模块三部分组成用压电式蜂鸣器产生声音信号以8位单片机AT89S52与MMC-1芯片结合控制小车移动组成移动声源.docx

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1、B甲039声音导引系统摘要：本系统由移动声源、声音接收器与无线收发模块三部分组成。用压电式蜂鸣器产生声音信号，以8位单片机AT89S52与MMC-I芯片结合控制小车移动，组成移动声源。用三个驻极体A、B、C与8位单片机AT89C2051组成声音接收器。通过无线收发模块PT2272传递信息。通过声音接收器两驻极体接受声音的时间差为误差信号，引导小车移动。本系统成本低，性价比高；通过多次试验能够较好的完成声音引导任务。关键词：声音导引；编码控制；无线收发模块；AT89S52AbstractiThissystemconsistsofmovingsoundsource,soundreceiverand

2、wire1esstransceivermodu1e.Piezobuzzersoundsoundsigna1s,8-bitmicrocontro11erAT89S52chipwiththeMMC-1contro1smovementofcar,composedofmovingsoundsource.Threee1ectretsand8-bitmicrocontro11erAT89C2051composeofthesoundreceiver.PT2272wire1esstransceivermodu1etransmitinformation.Twoe1ectretsofsoundreceiverto

3、acceptthesound,thetimedifferenceisusedoferrorsigna1toguidecarmoving.Throughnumerousexperiments,thischeapsystemcancomp1etethetaskofguidingsound.Keywords：guidingsound；codecontro1；wire1esstransceivermodu1e；AT89S521 .总体方案设计声音导引具有创新意义，在现实应用中常常被忽视，但在一些的情况下，声音可能是行之有效的信号传播媒介。在现实中声音导引（尤其是频率为20HZ20kHZ的音频）应用不是

4、很广泛的情况下，对其研究是非常有必要的。本设计中的声音导引控制定位于简单的辅助物体线性移动。1.1 设计思想声音导引系统 应充分利用声源发出的声波信号，及时、准确的捕捉处理。 控制因素在获取后能让其参与到物体的移动方面上。 应符合性价比高，能耗低，简单可靠运作等要求。12总体设计方案选择方案一：设想类似于燃放的烟花或雷雨时的闪电，可以利用由光和声传播速度的不同得到的时间差计算出烟花或雷电的距离。（过程如图1所示）1无线电图1方案一示意图外围单片机向移动声源发出一无线电信号并开始计时，移动声源接到无线电信号后发出声音，由于声源与接收器A、B、C距离不同，就会得到声波传递到相应接受器三个不同时间，

5、进而推导出相应的距离(忽略无线电传播时间)。最后发现该方案有严重缺陷：它的控制复杂以致程序非常冗杂，且要求单片机运行非常快，这样在硬件和软件方面都难以实现。所以放弃方案一。方案二：使用超声波测距得到控制因子，超声波测距适用于高精度的中长距离测量且使用简单。能量消耗缓慢，在介质中传播距离远，且测量精度理论上可以达到毫米(ms)级。但是超声波方向性单一，在声源移动时必须考虑到超声波接收发射的方向问题，这就使问题复杂化，造成系统的不稳定。所以放弃方案二。方案三：在放弃超声波后，声源频率降到音频的狭义定义的20HZ20KHZ,在这一频率范围内，该声波具有发散性，接受器可以由驻极体、运放电路、滤波电路和

6、选通电路组成，该方案控制过程类似方案一，但是需要捕捉控制因子,但是于方案一比较，该方案硬件和软件都大大简化，于是抛弃了获取距离因素,直接捕捉时间差因素，从而加入到控制声源的算法中。方案四：在实施方案三过程中，时间因素是可以放弃的，或者说是可以被代替。将控制过程中的各种控制量、输出量、反馈量进行编码，通过这些编码控制整个系统，这其中就包括与时间等价的编码，而且编码后的程序大大缩减而且更加系统，也就是说它降低了软件对硬件的要求，于是该方案可以选用性能较好，而价格低、能耗低的单片机，同时也降低了整个的能耗。该方案示意图如图2所示。编码控制图2方案四示意图综上所述：，随着研究的深入，发现在方案一中忽略

7、了许多影响因素，以致方案一无法完成。在方案二中，考虑到了几乎所有的影响因素，但在权衡的实施难度和是否符合规定要求后，于是放弃方案二。方案三其实是方案一的延续,但是该方案比方案一的控制大大简化和优化。在之后的实施中我们发现编码控制的优点，从而确定了方案四为最终方案。1 .3系统设计方案可移动声源MMCI和1298N驱动AT89S52语音模块显示模块无线收发模块光电提示AT89C2051音频接收器图3系统整体框图本设计以单片机AT89S52为控制核心，多单片机联系建立起系统主体，外围硬件辅助完成任务。该系统的总体框图如图3所示。2 .理论分析与参数计算2.1 基本部分题目基本要求部分，声源通过系统

8、引导垂直于。X轴移动。系统分析示意图如图4所示。图4系统分析示意图基本部分我们只使用接收器A和接收器B,由于系统采用编码制，定义辅助参量i=1表示接收器A先于接收器B接收的声波，反之i=0,于是参量i与a是否为O和c-d是否为O就分别建立起了对应关系。基本要求中有计算平均速度，单片机的计时器1捕获声音源由运动开始到i由O变为1时刻的时间乙。由于选用的电机为直流低速电机，电源有可靠的稳压芯片供电，声源速度是可测的定值让单片机的计时器2捕获电机运行时间2。设小车的平均速度为互可由公式S=”计算出平均速度与题目要求的公式本质一致。2.2 发挥部分在完成基本部分后由单片机控制电机运动转90度（向左或向

9、右），继续以基本部分时的控制方法控制直至到达Ty点。将声源固定在自由转动的轴上实现手动转向180度。程序控制ASSP产生90%以上的PWM波，使电机以全速或接近全速运动，在保证基本部分的基础上，完成发挥部分要求的大于10cms的速度。通过连续的修正误差确保小车按要求的路线运动,控制停车误差在Icm以内。在完成基本要求部分移动到OX线上后,可移动声源在原地停止5sIOs,然后利用接收器A和接收器C,使可移动声源运动到W点，到达W点以后，该过程与基本部分一致，最后也有明显的光和声指示并停止。3 .电路与软件设计3.1 供电部分常用的电源有串联型线性稳压电源（1M2940、7805等）和开关型稳压电

10、源（1M2596、1M2575等）两大类。各电源的连接电路如附图3所示。前者具有纹波小、电路结构简单的优点，但是效率较低，功耗大；后者功耗小，效率高,但电路却比较复杂，电路的纹波大。由于1M2940的稳压的线性度非常好，所以除驱动供电外，其他供电需要提供稳定的5V电源，所以选用1M2940-5对其进行供电；而驱动模块则需要通过较大的电流，而1M2596-12,转换效率高，带载能力大，缺点是其纹波电压大，不适合做驱动电源，所以选用简单的7812对其供电。利用1M2940-5和7812对控制系统和驱动部分别供电，可以有效地防止各器件之间发生干扰，以及电流不足的问题，使得系统能够稳定地工作。3.2

11、单片机由于本系统采用了编码控制方式，降低了硬件的要求，单片机选用廉价、稳定的8位51单片机，抛弃原来设想的AVR、凌阳及飞思卡尔单片机。3. 3无线传输模块原本采用挪威NordiCV1S1公司的nRF905单片射频收发器，可后来发现,用这么大的传输量的收发器，nRF905就大材小用了，所以选用普通的4位无线收发器PT2272和PT2262作为无线传输模块。3.4 电机及输出显示在解决题目基本任务上，采用广茂达低速电机驱动小车实现移动声源，光电显示采用普通发光二极管、ISD4004、12864屏幕等硬件。3.5 声音的捕获、处理与控制声音的捕获只需要一个感知声音的开关量，为此经过大量的实验与论证

12、采用的声音捕获电路如图5所示。图5声音捕获电路该电路在安静环境下输出4.2V左右的高电平，有声音情况下输出O.6V左右的低电平（已经将硬件调整到最佳状态）。对声音的降噪处理是通过软件来实现的。如在程序控制上，单独开辟出一段声音使能段，在声音使能段内，声音捕捉有效，以外无效。3 .6NEC驱动芯片NEC公司的ASSPMMC-I电机驱动芯片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。由于采用的是直流电机，研究的重点放在了直流电机的控制上。根据直流电机基本输出时序与引脚功能介绍设计出合理且符合该系统的驱

13、动程序，输出时序如附图4所示。在比较了UART和SPI串行接口与MCU的通信方案后,本系统选用SPI串口通信。该方式使用I/O口较少，可以节省出稀少的I/O资源，供其他功能使用。ASSPMMCT供电方式如附图5所示，可防止电源接反和焊接短路。4 .系统测试4.1 测试仪器设备表2系统测试设备仪器名称型号用途数量计算机海信PC调试程序1数字万用表MASTECHmy-65测量各电路参数是否满足要求1示波器TDS2012测量时间14.2 测试过程及结果表3测试记录次数时间(S)S-OX线停留时间（S）OX线一W总时间（S）14.2283.888.1023.8983.767.6533.9583.927

14、.8744.0883.807.8853.9984.028.0163.8083.997.7973.9283.927.8484.1083.857.95由测试结果可知，整个运动过程的平均速度约为12.5cms,远大于规定速度，且行进迅速准确。鉴于它完成了基本功能，因此该方案可以作为切实可行的声音导引系统。5 .总结本系统以AT89S52单片机为控制核心，通过反复测试，最终实现了发出声音并运动，且沿指定方向到达预定位置，完成既定的声音导引任务。四天三夜的时间，我们激动而紧张并在途中遇到意想不到的困难，但是在我们团结协作的基础上，最终战胜了困难，成功完成任务。参考文献：1谭浩强C程序设计（第三版）M.北

15、京：清华大学出版社，2005.2黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程M.北京：电子工业出版社,2005.3何希才.常用传感器应用电路的设计与实践M.北京：科学出版社，2007.4唐介.电机与拖动M.北京：高等教育出版社，2007.5戴梅萼,史嘉权.微型计算机技术及应用M1北京：清华大学出版社，2008.6高峰.单片微型计算机原理与接口技术阳.北京：科学出版社，2003.7李正军.计算机控制系统M.北京：机械工业出版社，2005.8黄正瑾.电子设计竞赛赛体解析M.南京：东南大学出版社，.【9】何立民.单片机应用程序设计技术M北京：北京航空航天大学出版社，.10童诗白、华成英.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社2000年.11李朝青.单片机原理及接口技术M.北京航空航天大学出版社.，2005年.附图：-j图2AT89S52最