NEC电机控制ASSP芯片（型号MMC-1）驱动小车实现可移动声源的移动辅以电源、扬声器、无线传输、声音接收器和语音等模块实现可移动声源的按声音.docx

声音导引系统摘要：本系统以凌阳SPCEO61A单片机为可移动声源的主控制器，通过声音导引可移动声源的的运动，并最终实现准确定位。以NEC电机控制ASSP芯片(型号MMC-I)驱动小车，实现可移动声源的移动，辅以电源、扬声器、无线传输、声音接收器和语音等模块实现可移动声源的按声音导引运动。接收器由以ARM单片机为从控制器来控制，主控制器与从控制器之间以NRF2401无线模块进行数据传输通信，通过收集并处理信息，主控制器控制可移动声源实现本系统的基本要求和发挥部分功能。关键词：SPCEO61A、ASSP、ARM、无线传输Abstract:Thissystemwithsunp1usSPCE061Amicroprocessorforthemaincontro11erisguidedbysoundofmobi1esourcetomove,andachieveprecisepositioning.TheNECmotorcontro1ASSPchip(MMC-I)todrivemode1car,thatrea1izingthemobi1esourcemovement.Power,speedmeasurement,thespeaker,wire1esstransmission,soundreceiverandvoicemodu1ehe1pmobi1esourcetomove.TheARMsing1e-chipmicrocomputercontro1thesoundreceiver,NRF2401wire1essdatatransmissioncommunicationmodu1etransportsbetweenthemaincontro11erandthereceivercontro11er.Themaincontro11ercontro1movab1esourcetocomp1etethetaskbyco11ectingandprocessinginformation.Keyword:SPCE061A>ASSP>ARMwire1esstransmission1 .系统方案根据题目要求，本系统主要由电源模块，可移动声源控制器模块，声音接收控制器模块，电机驱动模块，发声模块，计时模块，声光报警模块，无线传输模块等构成,下面分别论证几个模块的选择。1.1 主处理器部分方案论证与选择单片机控制模块在本系统中处于核心地位，进行数据处理，并控制执行机构的运行。对单片机控制模块的基本要求是具有较高的速度、资源配置满足要求。方案一：采用传统的8位89C51单片机作为运动物体的控制核心。经典51单片机具有价格低廉，使用简单等特点，但其存在运算速度低，功能单一，RAM、RoM空间小、不稳定等缺点。本题目要求有较大的RAM,由于小车的颠簸需要比较稳定的系统，若采用89C51需要做RAM、RoM来扩展其内存空间，其硬件工作量必然大大增加。方案二：采用16位单片机SPCE061A作为小车运动的控制中心。SPCE061A具有丰富的硬件资源：RAM,ROM空间大、指令周期短、运算速度快、低功耗、低电压、可编程音频处理，单片机SPCEO61A的晶振频率为32.768KHz,最高运算速度可达49MHz。SPCEO61A体积小，易扩展，结构简单，易实现无线传输和语音报警。有32K的F1ASH,3.3V供电，两个16位可编程定时/计数器，可以自动设置预设处置，具有运行/睡眠方式，并且芯片自带看门狗维护功能。而且本实验再扫描过程中需要进行大量的运算，而16位的单片机更容易快速的实现计算，所以使用16位的单片机更容易顺畅的实现功能。而且程序具有易于编写和调试等优点。综合考虑题目要求，以及系统稳定性以及资源利用等方面考虑，故选择方案O1.2 2电源模块方案论证与选择：方案一：使用两节3.6v的锂电池作做电源，其中可以输出3.6V、7.2V的电压，通过7805还可以输出5V的电压，而且电池方便轻巧，可以随车移动，可活动性强。方案二：使用外接电源线，通过外部电源和导线给小车供电，但是其活动性差，不能随意移动，而且导线容易绕乱，影响小车的正常行走。小车为活动性机器，故最好采用电池供电。电机工作需要7.2电压，且要求较大的电流，其它模块需5V供电，电流要求不高。综合考虑你两种方案，体积小，容量大，重量轻的锂电池结合便成为最佳选择。1.3 发声模块方案论证与选择：方案一：采用蜂鸣器方案二：采用凌阳自带的喇叭凌阳自带的喇叭易操作，而且通过凌阳编程即可实现要求，无需外接电路，且音强较大。蜂鸣器发出声音的频率虽然稳定，但是音强较小，综上所述，采用凌阳自带的喇叭效果较好。1. 4电机选择：方案一：采用直流电机方案二：采用步进电机直流减速电机转动力矩大，速度大，体积小，重量轻，但不易控制，直流电机噪声大，考虑到要防止小车冲出OX线超过要求，直流电机不适合使用。步进电机虽输出力矩低，速度慢，且体积大，重量大，但可以准确定位，容易控制，且噪声较小，充分满足本系统的要求，所以选择步进电机。1.5 电机驱动模块方案论证与选择：方案一：单片机直接驱动。方案二：采用ASSP芯片配合芯片1298驱动。单片机直接驱动虽外围电路比较简单，但控制起来比较复杂且不准确，不能很好的实现速度脉冲数的控制，会使算法变得特别复杂。采用ASSP芯片配合芯片1298驱动外围电路简单极易实现步进电机的控制，且能够节省单片机接口资源。1.6 声光报警模块方案论证与选择：方案一：采用单片机产生不同频率信号，得到不同声调的报警信号，以完成报警功能，此方案能完成声音提示功能，但可读性差。方案二：采用凌阳61板自身携带的语音模块，在报警，播报时间，完成任务等动作作出的同时调用不同的语音程序模块进行语音播报，这些工作都是直接在软件中完成的，61单片机具有丰富的语音资源库，只需要录制所要的语音放在F1ASH存储器里进行调用，或者直接调用其音乐函数库里的声音就能完成任务。通过比较论证，选择更直观的语音报警，故选择了方案二配合发光二极管闪烁报警。1.7 无线模块方案论证与选择：方案一:利用红外方式进行信号传输。红外线是波长在750nm至Imm之间的电磁波，其频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼眼看不到的光线。但由于红外线的波长较短，对障碍物的衍射能力差，所以更适合应用在需要无线通信场合点对点的直接数据传输。由于本次竞赛中小车是不停运动的且有三个接收端，因此对此方案予以否定。方案二：利用无线方式进行信号传输。无线方式可进行一点对多点的信号传输，本次竞赛我们选用NRF2401芯片进行数据传输，RF2401是单片射频收发芯片，工作于2.42.5GHzISM频段。芯片能耗非常低工作电流只有10.5mA,接收时工作电流只有18mA,多种低功率工作模式当数据丢失、错误时，系统可自动重发数据包，保证可靠性。而且它体积小、外围元件少，有助于减轻小车重量。1.8 接收器控制器选择方案论证与选择：方案一：采用可编程逻辑器件CP1D方案二：采用ARM单片机CP1D可以实现各种复杂的逻辑功能、体积小、稳定性高,而价格也较高，适合作为大规模控制系统的控制核心。SPCE061A体积小，易扩展，结构简单，但接收部分对时间和运算速度的要求特别高，SPCE061A不适用。ARM单片机性能优良，有三个外部中断，而且计算速度快，性价比很高，本系统对从控制器的计算速度要求很高。从适用度和价格两方面考虑，我们决定采用ARM作为从控制器。2系统理论分析1.1 信号接收时间测量本系统中对于时间的计量是通过开2HZ中断的形式实现的，不需要任何硬件设施。其具体实现方法就是每进入一次中断，则计数值加一即每秒钟会进两次中断，计数器增量位2,这样所得的数是时间的二倍，时间单位是秒。通过该计数值，我们就可方便的计算出时间。根据三个接收器接收声音的先后确定小车的方向，由上述计算过程可知，接收器的接收时间先后可以确定，根据此位置控制声源移动方向，在移动过程中，为保证其准确性，每隔一段时间都要检测声源位置，当声源距A接收器和B接收器接收的时间差为零时，即到达OX线，声源停止移动并进行声光报警。5s后声源原地转90度，检测A接收器及C接收器的接收信号的先后，并控制声源移动,直到声源距A接收器及C接收器的接收时间差为零，即到达Ox与Oy交点W。1.2 信号接收时间计算在到达OX线之前，检测接收器A、B的是否接收到信号，如B点先接受到信号，则在B接收到信号的时刻开始计时，直到A点接收到信号计时时间为J,然后进入下一次检测，若还是B点先接受到信号，则在B接收到信号的时刻开始计时，直到A点接收到信号计时时间为J，直到J=O证明该点己经到OX线上。这个计时计算过程是由单片机的中断实现的。3 .电路与程序设计3.1 电路的设计3.1.1 系统总体框图本系统分两部分，可移动声源部分和接受器部分，可移动声源部分由主控制声音接收器部分由从控制器ARM控制，从控制涔的系统结构框图如图2所示:图2.从控制器系统的结构框图3.1.2 电源单元模块电路设计小车的电源部分是由两节电池提供的，经过1M7805可以产生5V的电压，提供给主控制器单片机和电机驱动芯片1298等需要5V的电路，两节电池串联的电压时7.2V,引出其中一节电池是3.6V的电压,可以为MMC-I芯片和NRF2401提供工作电压。其电路设计见附图13.1.3 电机驱动模块电机的驱动是由NEC提供的芯片MMC-I来实现的，其实际上是一个16位的MCU,只是内部程序已经固化。提供了电机的自由跑模式、细分步跑模式、睡眠模式等工作模式。还能实现电流检测功能，例如电机通道1的过流检测，输入电压超过18Vdd,通道1输出停止，若不使用可通过电阻(IOK)接地。该芯片通过UART或者SPI与主控制器通信，主控制器通过RXD向从控制器传输控制信号，当送高电平信号时选通的的对应的通道的两相四线产生互补的脉冲信号，器信号波形如图所示，然后通过外接双H桥电机驱动芯片1298就可以驱动步进电机。主控制器与从控制器之间的连接见附图2所示。其中，双H桥驱动IC选择1298,R=10K,C=0.47uf0MMC-I和1298连接示意，对于步进电机如下所述连接：(MMC-I)CHnSTA1>(1298)in1;(NfMC-I)CHnSTA2>(1298)in2;(MMC-I)CHnSTB1>(1298)in3;(MMC-1)CHnSTB2>(1298)in4;(NfMC-I)CHnSEN<(1298)SENSEAfeSENSEBo3.1.4 声光报警模块小车在到达要求的地点后，会通过1ED灯和语音模块提示已经完成规定的任务，其电路图见附图3所示。3.1.5 无线收发模块在进行小车的引导和控制时，通过NRF2401把单片机处理后的信号通过无线方式反馈给小车上的另外一片NRF2401芯片上，然后通过小车上的单片机对小车的移动进行控制。NRF2401芯片的内部电路图见附图图4所示。3.1.6 音频放大电路模块麦克风采得声源S发出的声音信号，然后经过低频放大电路，将声音信号进行放大，再经过一级放大电路进一步放大，最后经比较器比较，变成单片机可以识别的数字信号，进行处理。其电路设计如附图5图所示。3.2 程序设计3.2.1 程序设计思路可移动声源上的主控制器控制小车的转向和移动，从控制器通过检测计时判断小车应进行的动作，主控制器和从控制器共同完成要求，两者之间通过无线通信传输数据和指令，从而共同完成系统目标。3.2.2 程序流程图系统是由主控制器和从控制器两部分来实现的，主控制器程序主要通过无线接收从控制器的命令信号，根据接收到的命令进行一系列小车的转向和移动等动作。从控制器主要是进