编号：01
2009全国大学生电子设计竞赛 题目B：
参赛学生：指导教师：学 校：院 系：
1.无线发射与接受 2.电源（各部分） 3. 时钟电路 4. 复位电路
《声音导引系统》
信息 学院
临沂师范学院 目 录
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 .......................................................................................................................................................... 2
1、电机运行速度设计 ........................................................................................................................................ 2 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 ................................................................................................................................................ 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 ........................................................................................................................................ 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 ................................................................................................................................................ 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 九. 附录 ...................................................................................................................................................................... 8 十、结束语 ................................................................................................................................................................ 13
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
This 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线逼近时，把接收器A和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和B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。
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三、设计与论证
1、电机运行速度设计
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芯片产生的PWM波形来控制直流电机的运转，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。
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