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涤丝纺声音引导系统(完整版)

作者:高考题库网
来源:https://www.bjmy2z.cn/gaokao
2021-01-28 00:50
tags:

涤丝纺-诺比

2021年1月28日发(作者:firma)











2009


全国大学生电子设计竞赛



题目


B



< /p>


参赛学生:


指导教师:







校:







系:




《声音导引系统》











信息












学院












临沂师范学院













一、设计任务与要求



.


............................................. .................................................. ..................................................


1



二、系统整体设计方案比较与选择



.


....................................... .................................................. ................................


1



三、设计与论证



.

< br>............................................... .................................................. .................................................. ......


1



1


、电机运行速度设计



............................................. .................................................. .........................................


1



2


、误差信号的产生



.


.................................. .................................................. .................................................. .....


2



3


、控制理论简单计算



............................................. .................................................. .........................................


2



四、电路设计



.

................................................ .................................................. .................................................. .........


2



1


、系统整体设计框



.


.................................. .................................................. .................................................. .....


2



2


、单元电路设计


< br>.


................................... .................................................. .................................................. ........


3



1


)可移动声源及声音接收器



.......................................... .................................................. ........................


3



2


)电机驱动电路设计



............................................. .................................................. .................................


4



3


)无线收发模块


< br>............................................... .................................................. .......................................


5



3


、电源设计



.


..................................... .................................................. .................................................. ..............


5



五、软件设计



.

................................................ .................................................. .................................................. .........


6



六、运行情况测试



.


.............................................. .................................................. .................................................. ...


7



1


、声源速度测试


< br>.


................................... .................................................. .................................................. ........


7



2.


测试方法



.


..................................... .................................................. .................................................. ................


7



3.


测试数据



.


..................................... .................................................. .................................................. ................


7



4.


误差分析



.


..................................... .................................................. .................................................. ................


8



七.设计总结



.

................................................ .................................................. .................................................. .........


8



八.参考文献



.

................................................ .................................................. .................................................. .........


8




.


附录



.


........................... .................................................. .................................................. ......................................


8



十、结束语



.


................................................. .................................................. .................................................. ..........


1


3














声音导引系统设计与总结报告






摘要




本文 描述了声音导引系统的设计原理和实现方法。该系统由


AT89S52

< br>单片机控制,双直


流电机双轮驱动小车。通过


NEC


公司的


ASSP


电机控制芯片和单片机之间 的串行通信实现可


移动声源的运动。主控制器利用不同声音接收器间产生的误差信号,并 用无线通信方式将此


误差信号传输至可移动声源,引导其运动。到达目的地,发出声光信 号。系统最大特点在于


软件设计采用层次化、模块化的设计方法,使得复杂数学模型和控 制算法得以简化和快速开


发。经调试和测试,系统各项性能参数已基本达到设计指标。且 本系统在设计中注意低功耗


处理和力求高性价比等细节。



关键词




声音导引


89S52


单片机


ASSP


芯片



算法




Abstract


T


his


system


use


two


STC12C5A60S2


enhanced


51-series


microcomputer,


double


dc


motor


drive


car


outfit.


Through


different


voice


signal


method-the


peak-trough


received


from


various


terminal, the car of distance, through wireless transmission module control vehicle, and control chip


car movement, destination, a sound signal. This system in the design of low power consumption and


high performance to such details.





一、设计任务与要求



设计并制作一个 声音导引系统,可移动声源运动的起始点必须在


Ox


线右侧,位 置可以任


意指定。


利用声音接收器和可移动声源之间的不同距离 ,


产生可移动声源和目标线之间的误差


信号,并利用无线通信方 式将此误差信号传输至可移动声源,引导其运动。



二、系统整体设计方案比较与选择



根 据题目要求,


系统可以分为两个基本模块,


由两片八位单片机分 别实现,


本声音导引系


统的控制关键在于,精确检测误差信号, 使可移动声源按要求运动。系统示意图如下,初步分


析设计方案:




方案一、在可移动声源向


Ox< /p>


线逼近时,把接收器


A



B


接收到声源的声音的强弱分别转


换成它们与声源之间 的距离,从而判断声源是否到达目的地。



方案二、启用单片机 定时器,根据接收器


A



B

< p>
接收到声音的时间差来判断声源的位置,


进而调节电机运行的速度,直至声 源是否到达目的地。



方案分析:鉴于方案一中声音的强弱受外 界干扰太大,检测到的声音信号不定,而测量时


间差则相对精确,所以本系统采用方案二 。



三、设计与论证



1


、电机运行速度设计



1


根据题目要求,可移动声源发出声音后开始运动,到达


Ox


线并停止。要求平均速度大于



5cm/s


。如上图


1


所示,鉴于此要求,可以采用霍尔传感器直接测出电机的转速,并将此速度


反馈给辅控 制单片机,由此来调节占空比,进而调节电机的转速。但由于比赛时间有限,此方


案并未 落实。



2


、误差信号的产生




声源发出声音并移动,辅助控制器控制


A



B


接收器同时启动,利用


A



B


接收器 接收到声


音的时间差来判断声源与


Ox


线之间的误差,若时间差大于零则说明声源与


Ox


线之间有误差 ,


声源继续移动,直到时间差为零时停止。



3


、控制理论简单计算




由上图


1


所示




声源从右至左行驶时,


计声音接收器


A



B


接收到 声源的时间分别为


TAs



TBs


。其时间差为为


TAs-


TBs


,主控制器将此时间差通过无线通信方式传给辅控制单片机,进


而来调节


PWM


波的占空比。从而改变电机的转速。以达到由声音控制电 机转速的目的。直到


TAs- TBs=0


,声源停在


Ox


线。



四、电路设计



1


、系统整体设计框



如图


2


所示


:


本系统由两片单片机完成控制任务,电机控制


ASSP


芯片可以由硬件直接


产生


PWM


波,


因此主控制器单片机可以通过


ASSP

< p>
芯片产生的


PWM


波形来控制直流电机的运转,< /p>


省去了用单片机产生


PWM


波,提高了编 程效率。只需再接上


L298


驱动电路,就可以轻松的达


到控制直流电机的目的。声源是通过主控制单片机的


P3^7


脚输出一定频率的波形,再经过放


大电路放大,


最终产生声音。


声音接收器接收声音并传给辅助单片机,


辅控制 器和主控制器之


间无线传输信息。进而判断声源的前进方向,并通过液晶显示器显示系统 运行状态。



2




2


系统总体框图



2


、单元电路设计



1


)可移动声源及声音接收器




可移动声源的信号频率由单片机产生,经功率放大电路放大后 由喇叭输出音频信号。电路


图如下:





3


声音发生器电路



音频接收处理



方案一:由于声源离各 接收站距离不等,所以各接收站收到声音信号所需时


间不等,进而可以判断出小车方位, 引导小车前进。



方案二:


由于声源离 各接收站距离不等,


所以各接收站收到声音信号的强度


不等,通 过


AD


转换器测出电压大小,进而可以判断出小车大概方位,引 导小车


前进。




由于接收站离主控单片机有


1


米距离,传输距离比较远 ,需要导线比较长,


容易受分布电容等干扰,


直接传输电压信号 容易导致不精确,


所以我们采用测时


间差的方法。



3


通过


MIC


接收,音频信号经放大和滤波后再整形成方波,测出响应时间。



具体工作原理:


主控单片机通过无线给从机发送触发信息,

< p>
并开始计时,


当车载


单片机接收到信号后发出


4Khz


音频信号。


MIC


接收到小车上发来的音频信号,


从而停止计时,


再根据声速便可测出声源距


3


个接收点之间 的距离,


通过主控单


片机计算,给小车发送指令,引导小车到达 目的地。



1


2


3


4


D


Vout

5


103


104


VCC

< p>
VCC


10uF


+


6.6 K


8


503


6

< br>1


8


7


6


5


LM567


1


2

< br>223


MIC


3


LM386


4


2


3


4


10uF


5


+


0.05u


1.8K


22uF


+


103


C


10


VCC



4


音频接收原理图

< br>



2


)电机驱动电路设计



方案一、


在电动机前段加电位器使之分压减少以降低转速,

< br>同时在前端并联


B


一个电容可以使电动机缓慢加速,


从而避免突然加速对系统的冲击,


避免轮子打


滑。


这种方案的缺点是调节转速需要人工手动调节电位器,


非 常不方便,


小车刹


车时由于电容放电,刹车也很缓慢,不能及时 刹车。



方案二、


采用专用集成电机控 制芯片


L298


驱动电机,


通过单片机 调节


MMC-1


芯片产生


PWM


波的占空比,来控制


L298


的输入使之工作 在占空比可调的状态,


精确调整电动机转速。



A


综合以上两种方案,本系统采用方案二。



Title


Size


B


Number


MMC-1


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


固化专用程序实现,


通过


UART



SPI


串行接口,


为主控


MCU


扩展 专


1


2


3


4< /p>


5


Da


te:


F ile:


5-Se


p-2009


d:My Docume


nts


声导小 车


S


用电机控制功能,


可同时控制三路 步进电机或直流电机。


用于直流电机控制时,


通道输出频率固定 为


16KHZ


,通过设定给定寄存器选定不同占空比,进而调节


了两个直流电机的转速,直至达到设计要求,


ASSP


芯片通过


L298


驱动电路驱

< br>动两个直流电机运行。


由于


ASSP

芯片自身具有


PWM


输出,


所以两 台电机都采用


PWM


控制,通过调节占空比,实现电机的速度调 节。


L298


是双


H

< br>桥高电压大电


4


流功率集成电路,可以用来驱动


2


个直流电机或


1


个 步进电机等感性负载。采



L298


作 为电机驱动电路,可靠性高,可以方便的控制电机正反转。




单片机、


ASSP


芯片




L298


的连接电路图如 下:





5


单片机、


ASSP


芯片



< br>L298


的连接电路图



3


)无线收发模块


< br>方案一:红外通信,红外通信器件易得,价格低廉,但必须直线收发是其


致命弱点 。



方案二


:采用

nFR24L01


无线通信模块,此无线通信协议工作于


2 .4



2.5



GHz ISM


频段,数据传输率最快可达


2


Mb



s






方案分析:选用

< br>nFR24L01


无线通信模块,确保通信的流畅性和准确性。

< br>



方案三、采用


SUNRF- 2051


无线通信模块。



< /p>


方案四


、采用无线发射模块


PT2262


,接收模块采用


PT2272


超再生接 收板。




方案分析:超再生式接收板 具有电路简单、性能适中、成本低廉的优点,


接收电路自身辐射极小,

< br>加上电路模块背面网状接地铜箔的屏蔽作用,


可以减少


自 身振荡的泄漏和外界干扰信号的侵入。


内含放大整形及解码电路,


使用极为方


便。



因此本系统采用方案?。



3


、电源设计




方案一、所有器件采用单一电源。这样供电比较简单。但 是由于声源小车有


两台电机,


电动机起动瞬间电流很大,


而且


PWM


驱动的电机电流波动较大,


会造


成电压不稳、有毛刺等干扰,严重时可能造成单片机系统掉电,缺 点十分明显。



5

涤丝纺-诺比


涤丝纺-诺比


涤丝纺-诺比


涤丝纺-诺比


涤丝纺-诺比


涤丝纺-诺比


涤丝纺-诺比


涤丝纺-诺比



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