1、B甲050摘要 系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要有車載系統(tǒng)與場(chǎng)地系統(tǒng)兩大部分組成。車載系統(tǒng)包含了電源，電機(jī)適配器，無(wú)線發(fā)射等模塊。如何按照大賽要求，實(shí)現(xiàn)其控制部分（電機(jī)）的適配，成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。而聲音采集與處理，無(wú)線接收等則構(gòu)成了場(chǎng)地系統(tǒng)。在場(chǎng)地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們將重心放在如何將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為距離差，從而確定聲源的位置，再由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的控制，最終實(shí)現(xiàn)聲音引導(dǎo)。關(guān)鍵詞: 單片機(jī)；電機(jī)適配器；聲音采集處理；聲音導(dǎo)引Abstract： The design of the system are composed of the main-board system and site system . Car

2、system includes a power supply, motor adapter, wireless transmitters and other modules. How to realize the competitions requirements to achieve its control parts (motor) and adaptation has become the key to the design. The audio acquisition and processing part, wireless receiver part and other parts

3、 consist the site system . In the process of space system design , we focused on changing the sound signal into the distance in order to determine the location of the sound source. Eventually, we use MCU to control its motion state to realize the final foundation- voice guidance .Key Words: SCM；Moto

4、r Adapter；Sound Acquisition and Processing；Voice guidance1系統(tǒng)方案51.1整體方案比較51.2運(yùn)動(dòng)控制方案62設(shè)計(jì)與論證62.1算法方案設(shè)計(jì)62.2誤差的產(chǎn)生與消除72.3聲音發(fā)生模塊的設(shè)計(jì)72.4聲音接收模塊的設(shè)計(jì)72.5電機(jī)模塊的設(shè)計(jì)72.6無(wú)線模塊的設(shè)計(jì)72.7擴(kuò)展模塊的設(shè)計(jì)83總系統(tǒng)設(shè)計(jì)83.1控制流程圖83.2場(chǎng)地系統(tǒng)103.3車載系統(tǒng)104系統(tǒng)調(diào)試114.1測(cè)試數(shù)據(jù)114.2測(cè)試結(jié)果分析11參考文獻(xiàn)12附錄131系統(tǒng)方案1.1整體方案比較方案一：將整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為場(chǎng)地系統(tǒng)與車載系統(tǒng)，通過(guò)單片機(jī)控制，并且這兩大系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線模塊

5、建立聯(lián)系。具體工作過(guò)程為：聲源發(fā)出指令通過(guò)無(wú)線模塊傳給MUC使其控制聲源發(fā)生，發(fā)出的聲音再經(jīng)過(guò)無(wú)線模塊到達(dá)聲音接收裝置（A,B,C三部分），形成單片機(jī)可讀的高低電平，進(jìn)一步控制小車的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)小車距OX的距離相應(yīng)調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的步幅，距離較大時(shí)，增大步幅，從而達(dá)到節(jié)約時(shí)間的目的。在聲源（小車）行進(jìn)過(guò)程中，不斷發(fā)出聲音信號(hào)進(jìn)行位置變動(dòng)，直到達(dá)到要求位置，時(shí)間差為零，調(diào)整完畢，小車停止運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程完成。其結(jié)構(gòu)如圖1所示：發(fā)聲模塊單片機(jī)無(wú)線模塊電源模塊控制電機(jī)模塊電源模塊單片機(jī)聲音接收模塊圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖（方案一）方案二：同樣將系統(tǒng)分為場(chǎng)地系統(tǒng)與車載系統(tǒng)，區(qū)別在于將車載系統(tǒng)的處理核心換成FPGA

6、,信息經(jīng)其處理后再交給單片機(jī)執(zhí)行，使小車完成相應(yīng)動(dòng)作。如圖2： FPGA單片機(jī)溫度測(cè)量時(shí)鐘顯示液晶顯示圖2 方案二圖示本設(shè)計(jì)成本也偏高，同時(shí)，芯片的引腳很多，實(shí)物硬件電路板布線復(fù)雜。加重了電路設(shè)計(jì)和焊接的工作。因此排除此方案。選用方案一1.2運(yùn)動(dòng)控制方案根據(jù)本題要求采用MMC-1實(shí)現(xiàn)聲源的運(yùn)動(dòng)控制，MMC-1通過(guò)UART或SPI串行接口，為控制MCU擴(kuò)展專用電機(jī)控制功能,可以設(shè)定電機(jī)運(yùn)行的速度以及總步數(shù)。經(jīng)過(guò)小組討論，決定用LM298作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，與MMC-1形成的控制部分組成電機(jī)適配器，配合完成聲源的各項(xiàng)要求。2設(shè)計(jì)與論證2.1算法方案設(shè)計(jì) 圖3 題目幾何模型 題目抽象為圖3所示幾何模型

7、，題目要求聲源S最終的位置離OX的垂直距離小于3cm,于是如何控制小車的運(yùn)動(dòng)使之在正確的位置停止，成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。把這個(gè)問(wèn)題抽象為數(shù)學(xué)模型，也就是確定聲源S的位置。用測(cè)得的時(shí)間差乘以聲速340m/s,便是距離差。轉(zhuǎn)化為幾何題目，已知a-b=e,a-c=f,OA=1,AC=1,O,O分別為AB,AC的中點(diǎn)，求S點(diǎn)坐標(biāo)即m,n. 由余弦定理:cosA=(a*a+b*b-c*c)/2ab,又cosA=n/a;故(a*a+b*b-c*c)/2ab=n/a,故有n=(a*a+b*b-c*c)/2b.2.2誤差的產(chǎn)生與消除 指令時(shí)，會(huì)有一定的時(shí)延，使測(cè)得的時(shí)間有出入，造成測(cè)量結(jié)果誤差，此種誤差可以通過(guò)軟件

8、的方式改善，甚至消除。此外由于在不同的溫度下，聲音傳播的速度會(huì)有所差異，因此而會(huì)造成測(cè)量結(jié)果的誤差。此中誤差可以通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ怪疁p小。此外為了盡量減小噪聲可以限制一下環(huán)境，如提醒觀眾不要大聲喧嘩。2.3聲音發(fā)生模塊的設(shè)計(jì)此模塊主要運(yùn)用NE555定時(shí)器產(chǎn)生矩形波。產(chǎn)生的矩形波中除基波外還還有豐富的高次諧波。將它用作脈沖信號(hào)源，濾波是我們不得不考慮的一個(gè)問(wèn)題。電路諧振周期為：T=0.7（R1+2R2）C蕩頻率為:f=1/T=1.43/(R1+2R2)C，詳見(jiàn)原理圖2.4聲音接收模塊的設(shè)計(jì)該模塊設(shè)計(jì)中，考慮到接受的信號(hào)頻率為2840Hz較微弱，我們決定采用適用于低頻放大且自身功耗低的音頻集成功

9、放LM386。為了將信號(hào)轉(zhuǎn)化為MCU可讀的高低電平，我們選用了通用音調(diào)譯碼器LM567，其工作狀態(tài)猶如一個(gè)低壓電源開關(guān)，當(dāng)其接收到一個(gè)位于所選定的窄頻帶內(nèi)的輸入音調(diào)時(shí)，開關(guān)就接通。并且可用做波形發(fā)生器，產(chǎn)生較為精密的方波。其原理圖如圖4 圖4聲音接收與處理模塊原理圖2.5電機(jī)模塊的設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)要求必須采用MMC-1實(shí)現(xiàn)電機(jī)的控制，其有三個(gè)電機(jī)控制單元，通過(guò)設(shè)置寄存器使其工作在步進(jìn)電機(jī)模式。外接兩個(gè)全橋驅(qū)動(dòng)芯片就可以控制兩相四線式步進(jìn)電機(jī)的工作?？梢酝ㄟ^(guò)兩個(gè)參數(shù)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)：速度和增量。同時(shí)還可以設(shè)定電機(jī)的速度和總步數(shù)。另外，我們選用L298作為驅(qū)動(dòng)器使其與步進(jìn)電機(jī)以及控制器構(gòu)成一個(gè)完整的

10、步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。2.6無(wú)線模塊的設(shè)計(jì)在本模塊的設(shè)計(jì)中，我們采用SRWF-108無(wú)線數(shù)傳模塊，SRWF-108模塊提供1200/2400/4800/9600bps等接口波特率，波特率的設(shè)定可以通過(guò)改變模塊上面得焊盤跳線（J2-J4）狀態(tài)來(lái)確定。采用FAK調(diào)制方式，工作頻率為429.00433.30MHz.低功耗，其可靠傳輸距離為2000m.2.7擴(kuò)展模塊的設(shè)計(jì)在擴(kuò)展模塊部分，我們利用改進(jìn)型溫度智能傳感器DS18b20制作了測(cè)溫模塊，同時(shí)起到補(bǔ)償?shù)淖饔?，利用PHILIPS公司生產(chǎn)的低功耗，多功能時(shí)鐘芯片設(shè)計(jì)了時(shí)鐘模塊，除此之外，我們還制作了128*64點(diǎn)陣LCD液晶顯示。該液晶顯示抗干擾能力強(qiáng)，

11、調(diào)用方便，并且節(jié)省了軟件中斷資源。3總系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1控制流程圖開始開機(jī)顯示啟動(dòng)啟動(dòng)小車指令收測(cè)距指令測(cè)距發(fā)距離信息給車運(yùn)行結(jié)束顯示用時(shí)結(jié)束YNYNYN開始收到啟動(dòng)信號(hào)發(fā)測(cè)距公布收到距離信息YNNY距OX距離合適發(fā) 信號(hào)快行遠(yuǎn)慢行報(bào)警結(jié)束NYYN主機(jī)流程圖 從機(jī)流程圖3.2場(chǎng)地系統(tǒng) 圖5場(chǎng)地系統(tǒng)原理圖3.3車載系統(tǒng) 圖6車載系統(tǒng)原理圖4系統(tǒng)調(diào)試4.1測(cè)試數(shù)據(jù)測(cè)試時(shí)間：2009年9月5日星期六 18:00-20:00 測(cè)試地點(diǎn)：安靜環(huán)境 測(cè)試儀器：秒表，丁字尺，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，HH1735C0 05A雙路直流穩(wěn)壓電源，M9803臺(tái)式數(shù)字萬(wàn)用表，20MHz雙路示波器，室內(nèi)溫度計(jì)組別聲源離OX距離(c

12、m)響應(yīng)時(shí)間(s)OX線左側(cè)最大距離（cm）定位誤差(cm)平均速度（cm/s）環(huán)境溫度（）測(cè)量溫度（）基本部分1201.71.10.711.124.524.12403.81.50.910.324.323.83604.61.80.712.923.924.548018.93.22.84.124.2237510010.11.40.69.925.125.6發(fā)揮部分1201.81.10.510.72406.42.52.45.93605.01.60.611.94806.61.30.312.151008.50.90.611.74.2測(cè)試結(jié)果分析 經(jīng)過(guò)測(cè)試，系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)基本能滿足大賽的題目要求，但由于試驗(yàn)儀器設(shè)備，實(shí)驗(yàn)環(huán)境等的限制，在某些細(xì)節(jié)問(wèn)題上還存在不完善的地方。為了減小這些因素，就