1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 2009全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽 題目B：聲音導(dǎo)引系統(tǒng)參賽學(xué)生： 指導(dǎo)教師： 學(xué) 校： 臨沂師范學(xué)院院 系： 信息 學(xué)院目 錄 TOC o 1-3 h z u 聲音導(dǎo)引系統(tǒng)設(shè)計與總結(jié)報告摘要：本文描述了聲音導(dǎo)引系統(tǒng)的設(shè)計原理和實現(xiàn)方法。該系統(tǒng)由AT89S52單片機(jī)控制，雙直流電機(jī)雙輪驅(qū)動小車。通過NEC公司的ASSP電機(jī)控制芯片和單片機(jī)之間的串行通信實現(xiàn)可移動聲源的運動。主控制器利用不同聲音接收器間產(chǎn)生的誤差信號，并用無線通信方式將此誤差信號傳輸至可移動聲源，引導(dǎo)其運動

2、。到達(dá)目的地，發(fā)出聲光信號。系統(tǒng)最大特點在于軟件設(shè)計采用層次化、模塊化的設(shè)計方法，使得復(fù)雜數(shù)學(xué)模型和控制算法得以簡化和快速開發(fā)。經(jīng)調(diào)試和測試，系統(tǒng)各項性能參數(shù)已基本達(dá)到設(shè)計指標(biāo)。且本系統(tǒng)在設(shè)計中注意低功耗處理和力求高性價比等細(xì)節(jié)。關(guān)鍵詞：聲音導(dǎo)引 89S52單片機(jī) ASSP芯片 算法AbstractThis system use two STC12C5A60S2 enhanced 51-series microcomputer, double dc motor drive car outfit. Through different voice signal method-the peak-tr

3、ough 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、設(shè)計任務(wù)與要求設(shè)計并制作一個聲音導(dǎo)引系統(tǒng)，可移動聲源運動的起始點必須在Ox線

4、右側(cè)，位置可以任意指定。利用聲音接收器和可移動聲源之間的不同距離，產(chǎn)生可移動聲源和目標(biāo)線之間的誤差信號，并利用無線通信方式將此誤差信號傳輸至可移動聲源，引導(dǎo)其運動。二、系統(tǒng)整體設(shè)計方案比較與選擇根據(jù)題目要求，系統(tǒng)可以分為兩個基本模塊，由兩片八位單片機(jī)分別實現(xiàn)，本聲音導(dǎo)引系統(tǒng)的控制關(guān)鍵在于，精確檢測誤差信號，使可移動聲源按要求運動。系統(tǒng)示意圖如下，初步分析設(shè)計方案：方案一、在可移動聲源向Ox線逼近時，把接收器A和B接收到聲源的聲音的強(qiáng)弱分別轉(zhuǎn)換成它們與聲源之間的距離，從而判斷聲源是否到達(dá)目的地。方案二、啟用單片機(jī)定時器，根據(jù)接收器A和B接收到聲音的時間差來判斷聲源的位置，進(jìn)而調(diào)節(jié)電機(jī)運行的速度，

5、直至聲源是否到達(dá)目的地。方案分析：鑒于方案一中聲音的強(qiáng)弱受外界干擾太大，檢測到的聲音信號不定，而測量時間差則相對精確，所以本系統(tǒng)采用方案二。三、設(shè)計與論證1、電機(jī)運行速度設(shè)計根據(jù)題目要求，可移動聲源發(fā)出聲音后開始運動，到達(dá)Ox線并停止。要求平均速度大于 5cm/s。如上圖1所示，鑒于此要求，可以采用霍爾傳感器直接測出電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將此速度反饋給輔控制單片機(jī)，由此來調(diào)節(jié)占空比，進(jìn)而調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。但由于比賽時間有限，此方案并未落實。2、誤差信號的產(chǎn)生 聲源發(fā)出聲音并移動，輔助控制器控制A、B接收器同時啟動，利用A、B接收器接收到聲音的時間差來判斷聲源與Ox線之間的誤差，若時間差大于零則說明聲源與

6、Ox線之間有誤差，聲源繼續(xù)移動，直到時間差為零時停止。3、控制理論簡單計算 由上圖1所示 ，聲源從右至左行駛時，計聲音接收器A、B接收到聲源的時間分別為TAs、TBs。其時間差為為TAs- TBs，主控制器將此時間差通過無線通信方式傳給輔控制單片機(jī)，進(jìn)而來調(diào)節(jié)PWM波的占空比。從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。以達(dá)到由聲音控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。直到TAs- TBs=0，聲源停在Ox線。四、電路設(shè)計1、系統(tǒng)整體設(shè)計框如圖2所示: 本系統(tǒng)由兩片單片機(jī)完成控制任務(wù)，電機(jī)控制ASSP芯片可以由硬件直接產(chǎn)生PWM波，因此主控制器單片機(jī)可以通過ASSP芯片產(chǎn)生的PWM波形來控制直流電機(jī)的運轉(zhuǎn)，省去了用單片機(jī)產(chǎn)生PWM波，

7、提高了編程效率。只需再接上L298驅(qū)動電路，就可以輕松的達(dá)到控制直流電機(jī)的目的。聲源是通過主控制單片機(jī)的P37腳輸出一定頻率的波形，再經(jīng)過放大電路放大，最終產(chǎn)生聲音。聲音接收器接收聲音并傳給輔助單片機(jī)，輔控制器和主控制器之間無線傳輸信息。進(jìn)而判斷聲源的前進(jìn)方向，并通過液晶顯示器顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)。 圖2 系統(tǒng)總體框圖2、單元電路設(shè)計1）可移動聲源及聲音接收器可移動聲源的信號頻率由單片機(jī)產(chǎn)生，經(jīng)功率放大電路放大后由喇叭輸出音頻信號。電路圖如下：圖3 聲音發(fā)生器電路音頻接收處理方案一：由于聲源離各接收站距離不等，所以各接收站收到聲音信號所需時間不等，進(jìn)而可以判斷出小車方位，引導(dǎo)小車前進(jìn)。方案二：由于

8、聲源離各接收站距離不等，所以各接收站收到聲音信號的強(qiáng)度不等，通過AD轉(zhuǎn)換器測出電壓大小，進(jìn)而可以判斷出小車大概方位，引導(dǎo)小車前進(jìn)。 由于接收站離主控單片機(jī)有1米距離，傳輸距離比較遠(yuǎn)，需要導(dǎo)線比較長，容易受分布電容等干擾，直接傳輸電壓信號容易導(dǎo)致不精確，所以我們采用測時間差的方法。通過MIC接收，音頻信號經(jīng)放大和濾波后再整形成方波，測出響應(yīng)時間。具體工作原理：主控單片機(jī)通過無線給從機(jī)發(fā)送觸發(fā)信息，并開始計時，當(dāng)車載單片機(jī)接收到信號后發(fā)出4Khz音頻信號。當(dāng)MIC接收到小車上發(fā)來的音頻信號，從而停止計時，再根據(jù)聲速便可測出聲源距3個接收點之間的距離，通過主控單片機(jī)計算，給小車發(fā)送指令，引導(dǎo)小車到達(dá)

9、目的地。圖4音頻接收原理圖2）電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計方案一、在電動機(jī)前段加電位器使之分壓減少以降低轉(zhuǎn)速，同時在前端并聯(lián)一個電容可以使電動機(jī)緩慢加速，從而避免突然加速對系統(tǒng)的沖擊，避免輪子打滑。這種方案的缺點是調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速需要人工手動調(diào)節(jié)電位器，非常不方便，小車剎車時由于電容放電，剎車也很緩慢，不能及時剎車。方案二、采用專用集成電機(jī)控制芯片L298驅(qū)動電機(jī)，通過單片機(jī)調(diào)節(jié)MMC-1芯片產(chǎn)生PWM波的占空比，來控制L298的輸入使之工作在占空比可調(diào)的狀態(tài)，精確調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速。綜合以上兩種方案，本系統(tǒng)采用方案二。 MMC-1為多通道兩相四線式步進(jìn)電機(jī)/直流電機(jī)控制芯片，基于NEC電子16位通用MCU固化專用程

10、序?qū)崿F(xiàn)，通過UART或SPI串行接口，為主控MCU擴(kuò)展專用電機(jī)控制功能，可同時控制三路步進(jìn)電機(jī)或直流電機(jī)。用于直流電機(jī)控制時，通道輸出頻率固定為16KHZ，通過設(shè)定給定寄存器選定不同占空比，進(jìn)而調(diào)節(jié)了兩個直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，直至達(dá)到設(shè)計要求，ASSP芯片通過L298驅(qū)動電路驅(qū)動兩個直流電機(jī)運行。由于ASSP芯片自身具有PWM輸出，所以兩臺電機(jī)都采用PWM控制，通過調(diào)節(jié)占空比，實現(xiàn)電機(jī)的速度調(diào)節(jié)。L298是雙H橋高電壓大電流功率集成電路，可以用來驅(qū)動2個直流電機(jī)或1個步進(jìn)電機(jī)等感性負(fù)載。采用L298作為電機(jī)驅(qū)動電路，可靠性高，可以方便的控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)。 單片機(jī)、ASSP芯片 和L298的連接電路圖如

11、下： 圖5 單片機(jī)、ASSP芯片 和L298的連接電路圖3）無線收發(fā)模塊方案一：紅外通信，紅外通信器件易得，價格低廉，但必須直線收發(fā)是其致命弱點。方案二：采用nFR24L01無線通信模塊，此無線通信協(xié)議工作于2.42.5 GHz ISM頻段，數(shù)據(jù)傳輸率最快可達(dá)2 Mbs。 ？方案分析：選用nFR24L01無線通信模塊，確保通信的流暢性和準(zhǔn)確性。方案三、采用SUNRF-2051無線通信模塊。 方案四、采用無線發(fā)射模塊PT2262，接收模塊采用PT2272超再生接收板。？方案分析：超再生式接收板具有電路簡單、性能適中、成本低廉的優(yōu)點，接收電路自身輻射極小，加上電路模塊背面網(wǎng)狀接地銅箔的屏蔽作用，可

12、以減少自身振蕩的泄漏和外界干擾信號的侵入。內(nèi)含放大整形及解碼電路，使用極為方便。因此本系統(tǒng)采用方案？。3、電源設(shè)計 方案一、所有器件采用單一電源。這樣供電比較簡單。但是由于聲源小車有兩臺電機(jī)，電動機(jī)起動瞬間電流很大，而且PWM驅(qū)動的電機(jī)電流波動較大，會造成電壓不穩(wěn)、有毛刺等干擾，嚴(yán)重時可能造成單片機(jī)系統(tǒng)掉電，缺點十分明顯。 方案二、雙電源供電。將電機(jī)驅(qū)動電源與單片機(jī)以及其周邊電路完全隔離，各自分別供電。這樣做雖然不如單電源方便靈活，但是可以將電機(jī)所造成的干擾徹底消除，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。故本系統(tǒng)采用方案二。 五、軟件設(shè)計設(shè)可移動聲源為S點，如果AS距離大于BS距離，則車向9點鐘方向前進(jìn)，如果AS

13、距離小于BS距離，則車向3點鐘方向倒車，如果AS等于BS，則說明小車在AB的中垂線上。如果AS距離大于CS距離，則車向6點方向前進(jìn)，如果AS距離小于CS距離，則小車向12點鐘方向倒車，如果AS等于CS，則小車到達(dá)W點。圖6 小車行駛示意圖圖7系統(tǒng)整體流程圖六、運行情況測試1、聲源速度測試 測試工具：秒表（精確度：0.01S）、2米卷尺（精確度：0.1mm）2.測試方法將聲源置于圖1所示OX 線右側(cè)任意位置，啟動聲源小車，聲源發(fā)出聲音，在該場地外用接收器接收聲音信號。通過改變小車的起始位置，測量小車走完全程所需時間，計算出平均速度?？梢苿勇曉吹钠鹗嘉恢玫絆x線的垂直距離響應(yīng)時間平均速度1可移動聲

14、源在Ox線上重新啟動位置到移動停止點的直線距離再次運動時間平均速度23.測試數(shù)據(jù)設(shè)小車離W點水平線的垂直距離為H，單位厘米。測試結(jié)果如下：次數(shù)H(cm)時間1/s平均速度1/ (cm/s)時間2/s平均速度2(cm/s)誤差(cm)第一次04.710.63000第二次104.511.110.812.52.1第三次204.910.201.811.11.9由測試結(jié)果可見，本小車基本達(dá)到題目的基本要求和發(fā)揮部分要求。4.誤差分析小車有時并不能完全直線行走，略微有點跑偏，經(jīng)分析原因有兩個：1）小車是新買的，齒輪磨合情況不同，導(dǎo)致兩個輪子速度不一致。2）因為小車上裝置比較多，導(dǎo)致重心偏移，輪子受到的阻力

15、不同，導(dǎo)致小車跑偏。七設(shè)計總結(jié)本作品以兩片STC 12C5A60S2增強(qiáng)型51單片機(jī)為核心部件，通過個接收站收到音頻信號的響應(yīng)時間不同，配合一套完整的程序，實現(xiàn)了小車的精確定位。在設(shè)計中，我們盡量采用低功耗器件，力求硬件電路的經(jīng)濟(jì)性和精簡性，充分發(fā)揮軟件控制靈活方便的特點，來滿足設(shè)計要求。八參考文獻(xiàn)1全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽組委會. 全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽獲獎作品選編M 北京理工大學(xué)出版社,20072黃開勝. 學(xué)做智能車挑戰(zhàn)“飛思卡爾”杯M 北京航天航空大學(xué)出版社,20073萬福君， 潘松峰單片微機(jī)原理系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用M 合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，20014 (日)森政弘，(日)鈴木泰博機(jī)器人

16、競賽指南 M 北京：科學(xué)出版社，20025 王灝，毛宗源機(jī)器人的智能控制方法M 北京：國際工業(yè)出版社，20026 張培仁，張志堅基于16/32位DSP機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)M 北京：清華大學(xué)出版社九. 附錄附1：部分元器件清單芯片：STC 12C5A60S2*2 NEC_MMC*1 L293*1 74LHC04*1， LM386*3 LM567*3 TP521*1 nFR24L01無線通信模塊*2MIC*3 喇叭*1 電阻電容若干 導(dǎo)線若干單片機(jī)最小系統(tǒng)附2：儀器設(shè)備清單 秒表 米尺 萬用表 函數(shù)信號發(fā)生器 示波器附3.：程序清單/* FileName：carmotorSPI.C (be i

17、ncluded in project fts-89c52.Uv2)* Brief Introduction：2009年全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽 本科組 題目B 中需要用到的對電機(jī)控制芯片（C公司的MMC-1）的單片機(jī)控制程序。單片機(jī)采用STC 12C5A60S2芯片，接PWM或步進(jìn)電機(jī)波形產(chǎn)生芯片MMC-1，通過L293驅(qū)動芯片驅(qū)動直流電機(jī)。* Author：吳 飛 * * Date：2009.9.22009.5* Edition：* note:STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令

18、代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S),針對電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合。所以本系統(tǒng)中的延時程序 delay_10us(uchar n); delay_ms(uint n);延時時間只有設(shè)定值的1/10左右!*/#include /* special function register declarations / for the intended 8051 derivative */#include /* special function register declarations / for the in

19、tended STC12C5A60S2 derivative */#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/=/定義空指令#define _Nop() _nop_() /=/端口定義/uchar temp1,temp2;sbit SPISO=P13;sbit MOSI=P14; sbit SPICLK=P15;/變量定義uchar motor;/常量定義#define motorL 0 x50 /小車左輪直流電機(jī)受MMC電機(jī)通道0（CH1DCPWM及CH1DCDIR） /0 x50為該通道命令寄存器地址#defin

20、e motorR 0 x54 /小車右輪直流電機(jī)受MMC電機(jī)通道1（CH2DCPWM及CH2DCDIR） /0 x50為該通道命令寄存器地址#define dirfront 1#define dirback 0/=/函數(shù)聲明void WT_BYT_SPI(unsigned char cByte);void drivemotor(uchar motor,uchar speed,bit dir);void stopmotor(uchar motor);void delay_10us(uchar n);void delay_ms(uint n);/void SPI_Write(char dat);/

21、unsigned char RD_BYT_SPI(void);/void WT_WORD_SPI(unsigned int cWord);void main()EA=0; /關(guān)中斷delay_ms(10); /等待系統(tǒng)及MMC-1初始化while(1)drivemotor(motorL,0 x1F,dirfront); /for testing delay_ms(30000);stopmotor(motorL); /for testing delay_ms(30000);drivemotor(motorL,0 x1F,dirback); /for testing delay_ms(30000)

22、;stopmotor(motorL); /for testing delay_ms(30000);/*Function Name: drivemotor *Function description: 驅(qū)動電機(jī)運轉(zhuǎn).可控制且必須依次正確填寫以下輸入?yún)?shù)。*Parameter: IN: motor:電機(jī)編號，取值范圍-motorL、motorR; speed:電機(jī)轉(zhuǎn)速等級，取值范圍從慢到快為-0 xff至0 x0，注意順序; dir：電機(jī)轉(zhuǎn)動方向，取值范圍-dirfront、dirback. OUT: void*/void drivemotor(uchar motor,uchar speed,bi

23、t dir)uchar command;if (dir=dirfront) command=0 xc0; else command=0 xe0;WT_BYT_SPI(motor+3);WT_BYT_SPI(speed);WT_BYT_SPI(motor);WT_BYT_SPI(command);/*Function Name: stopmotor *Function description: 停止電機(jī)運轉(zhuǎn).可控制且必須依次正確填寫要停止的電機(jī)編號。*Parameter: IN: motor:電機(jī)編號，取值范圍-motorL、motorR; OUT: void*/void stopmotor(uchar motor)WT_BYT_SPI(motor);WT_BYT_SPI(0 x40);/*Function Name: WT_BYT_SPI *Function description: 向SPI總線寫出一個字節(jié)。*Parameter: IN: cByte:寫出的內(nèi)容，取值范圍-0 x0至0 xff; OUT: void*/void WT_BYT