2009全国大学生电子设计竞赛论文
题目: 声音导引系统
二○○九 年 九 月五日
目录
引言.................................................................................................................... 1 1
方案论证与设计............................................................................................ 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 4
控制器模块..........................................................错误！未定义书签。 音频发生模块........................................................................................ 2 音频接收模块........................................................................................ 2 无线收发模块........................................................................................ 4 电机驱动模块........................................................................................ 4 控制器模块设计.................................................................................... 5 音频发生模块设计................................................................................ 6 音频接收模块设计................................................................................ 6 电机驱动模块设计................................................................................ 6 电源输出模块设计................................................................................ 7 系统软件介绍........................................................................................ 8 主程序流程图........................................................................................ 8 定时器中断流程图................................................................................ 9 边沿触发中断流程图............................................................................ 9 软件设计特色说明..............................................错误！未定义书签。
硬件电路设计................................................................................................ 4
软件设计与流程............................................................................................ 8
系统测试与误差分析 ................................................................................. 10 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5
测试环境.............................................................................................. 10 测试仪器.............................................................................................. 10 测试方法.............................................................................................. 10 测试数据.............................................................................................. 10 误差分析.............................................................................................. 11
5 总 结............................................................................................................ 11 5.1 5.2
设计小结.............................................................................................. 11 设计收获.............................................................................................. 11
参考文献................................................................................................................ 1 附录........................................................................................................................ 1
声音导引系统
摘要：本系统是基于AduC841为主控制器的声音导引系统。该系统主要由可移动声源控制模块、音频收发模块、无线收发模块、电源模块组成。系统通过音频发送模块发出一定周期性的音频信号，由三个音频接收器（超声波头）实现可移动声源的检测，运用三个接收器端接收到的音频信号的时间差由接收端的单片机运算后输出电压信号，并通过无线收发模块对检测的电压信号传输到声源端的单片机，声源端的单片机通过串口输出控制信号对多通道直流电机控制芯片ASSP芯片（型号MMC-1）编程，由电机控制芯片来控制直流电机，以致实现对可移动声源的运动控制。另外应用单片机AduC841的高性价比、高性能实现了可移动音频发生源的精确控制。
关键词：ADuC841、ASSP芯片（型号MMC-1）、无线收发模块。
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引言
通过声音的特性来实现系统的控制在工程中已取得了广泛的应用。而运用声音的特性可以实现运动物体的精确定位，此种方法可以运用在一些特殊的环境中。本声音导引系统设计示意图如图1所示。
接收器 CxDS可移动声源 1 m中点 O’Wy 接收器 A 中点 O1 m图1 系统示意图 接收器 B
图中，AB与AC垂直，Ox是AB的中垂线，O'y是AC的中垂线，W是Ox和O'y的交点。
声音导引系统有一个可移动声源S，三个声音接收器A、B和C，声音接收器之间可以有线连接。声音接收器能利用可移动声源和接收器之间的不同距离，产生一个可移动声源离Ox线（或O'y线）的误差信号，并用无线方式将此误差信号传输至可移动声源，引导其以不小于5cm/s的速度运动至Ox轴，要求与Ox轴的误差不超过3cm。
1 方案论证与设计
本系统总体框图如图2所示：
接收器 A单片机（ADuC841）接收器 B接收器 C电源模块无线模块电机驱动模块单片机（ADuC841）声源直流电机
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图2 声音导引系统总体框图
1.1 控制器的选择
方案一：采用MCS-51系列单片机。传统的51 单片机具有价格低廉,使用简单等特点，但是本系统程序量比较大，而51单片机的运算速度慢，功能单一，内存空间小，端口资源和功能相对不够丰富，难以满足我们的设计要求。
方案二： 采用美国ADI(AnalogDeviceInc.)公司推出的ADuC841单片机作为控制模块。 ADuC841是一款高性能数据采集与处理系统器件具有丰富的资源：RAM，ROM空间大、指令周期短、低功耗、低电压、易于编写和调试等优点。功能强大ADuC841单片机可极大的简化硬件电路设计、提高稳定性、缩短开发时间、提高性价比、从而使系统具有操作方便、成本低、体积小、输出波形稳定性好、质量高的特点。
方案三：采用高速的ARM芯片作为控制系统，与单片机相比的的处理速度比ADuC841要快，但是ARM芯片价格太贵，系统复杂度过高，从性价比考虑不符合实际的要求。
综合上述三种两方案，我们选择方案二。利用Aduc841单片机更能高要求的完成题目要求。同时也大大降低了复杂度，整个系统的性价比也很高。
1.2 音频发生模块
方案一：采用蜂鸣器作为声源，由于蜂鸣器的声音由方波发出来，人耳听起来就比较刺耳。蜂鸣器音质单一，并且可调频率范围较窄。
方案二：小喇叭是以弦波推动,相较于蜂鸣器人耳听起来会舒服许多。并且喇叭的声音频率可调范围大，发出的声音响度大的优点。
方案三：利用超声波模块作为信号源，超声波具有周期性和抗干扰强的频率特性，而一般超声波模块发出的信号频率在40KHZ左右，本设计题目的要求为可移动信号源为周期性的音频脉冲信号。超声波模块不符合设计题目的要求。
基于上述三种方案的比较，我们选择方案二。
1.3 音频接收模块
方案一：时间差值法
采用麦克风作为声波接收头，让声源发出一定周期性的音频信号，音频信号通过空气介质以340m/s的速度传播，到达接收器A、B、C三处的时间不同，从而三个接收器接收到音频信号的时间差作为变量，可以推算出可移动声源的具体位置，从而实现了移动声源的精确定位。
由于每一个麦克风在接收音频信号的机械特性不一样，对于同一种音频信号的响应时间不同，还有麦克风响应音频信号存在一定的延时。
超声波接收头来接收音频信号时就克服了麦克风在接收音频信号时间差的不确定性，通过喇叭发出6 KHz -15KHz的高频声波，用超声波接收头来接收此信号，可以避免了一般的声音信号的干扰。
方案二：幅度差值法
音频信号在空气中传播时，声波的振幅与声源的距离成反比，可移动声源产
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