2009年全国电子设计大赛奖声音引导系统技术国赛优秀甲

1、B 甲 075声音导引系统摘要本系统采用两片 89S52 单片机系统作为器件。三个位置固定的声音接收可移动生源发出的周期性脉冲音频信号，三个声音接收器能根据可移动声源和之间的距离不同使得接收到的信号时间不同，单片机时间处理信号并采用无线收发方式将处理后的信号传输至可移动声源，通过另一片单片机控制引导其运动。关键字: ASSP(MMC-1), 单片机 89S52 ， 无线收 TX-2B/RX-2B ，可移动声源 电机驱动L298目录系统方案1电机驱动模块的论证与选择1无线收发模块的论证与选择1电源模块的论证与选择1总体控制方案2系统的硬件设计与实现22.12.2系统框图2硬件部分22.2.12.

2、2.22.2.32.2.4可移动声源模块2声音接收模块2无线收发模块3电机驱动模块32.2.5 显示模块4部分4流程4误差信号产生与分析算法42.3测试方法与仪表5测试仪表5测试方法5速度测试5定位误差53.2.3 可移动声源在运动过程中超过 Ox 线左侧的最大距离53.3 误差分析6_Toc239306452声音导引系统（B 题）【本科组】系统方案本系统主要由电机驱动模块、无线收发模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。电机驱动模块的论证与选择方案一：采用电阻网络或数字电位器调整电机的分压，从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有极调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要在于

3、一般电实现很的电阻很小，但电流很大，分压不仅会降低效率，而且方案二：采用继电器对电的开或关进行控制，通过开关的切换对校车的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢，机械结构易损坏，较短，可靠性不高。方案三：采用由 L298N作为电机驱动的电路。用单片机控制L298N的电路使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电转速。此电路保证了可以简单的实现转速和方向的控制，具有较大的驱动能力，稳定性也很强。基于上述理论分析，拟选择方案三，由根据（型号 MMC-1）与 L298N 连接。12 无线收发模块的论证与选择方案一：采用TX-2B/ RX-2B，TX-2B/ RX-2B是

4、要求，必须用电机控制 ASSP公司生产的配对使用的红，采用CMOS工艺外线发射和接收，是一款于玩具小车的成对制造，功耗小，工作电压1.5-5V。TX-2B/RX-2B路，无需在后续的电路中对接收到的信号进行己含有编码电路和电编程，因此硬件电路简单。方案二：采用PT2262/PT2272 编码。PT2262/2272是一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编电路，工作电压范围宽：2.6-15v， 数据最多可达6 位，地址码最多可达531441 种。基于上述理论，两种方案均可实现无线收发的功能，考虑到方案一硬件电路较为简单，功耗更低，13 电源模块采用方案一。方案一：所有器件采用单一电源。这样供电

5、比较简单，但是由于电机启动时瞬间电流很大，而且驱动的电电流波动较大，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。方案二：双电源供电。将电驱动电源与单片机及其周边电路电源完全。这样做虽然不如单电源方便灵活，但可以将电机驱动所造成的干扰彻底清除，提高了系统稳定性。设计的稳定可靠性更重要，因此单片机与MMC-1 工作电压： 5V无线收发模块： 3V拟用方案二。3 电机驱动电压： 8V1.4 总体控制方案采用两片 89S52 单片机作为控制，一片单片机负责接收 A、B、C 三点发送的信号并将处理后的信号传送给无线发射模块，经天线传给无线接收模块，再采用另一片单片机处理无线

6、接收模块接收的信号，来控制电机的状态。系统的硬件设计与实现系统框图22 硬件部分2.2.1 可移动声源模块采用扩音器作为声源，以小车为载体实现可移动功能。并用两个 555 定时器分别产生高频和低频声音信号，由扩音器发出，高频信号频率为 16kHz,占空比为 1：5 该高频信号作为 ABC 接收端判断可移动声源位置的信号，低频信号控制高频信号的通断，在接收端被滤波电路滤掉，通过的只有较纯净的高频脉冲信号，电路图如下两图：R1=4,7K 欧 R2=47K 欧，C=102高频信号发射2.2.2 声音接收模块R1=5.1 欧，R2=5.1 欧，C=105低频信号发射发射电路和接收电路如上两图所示22.

7、4 电机驱动模块要求采用电机控制 ASSP（型号 MMC-1），MMC-1根据大赛共有 13 个寄存器，用于设定，控制三通道电机工作，包括电机的正反转、停止前进及转速。单片机通过串口通信的方式将信号输出给电机控制 ASSP（型号 MMC-1），改变寄存器中的数值， 从而能控制电机驱动L298N 管口状态。根据 L298N驱动工作原理，当 ENA(ENB)为，IN1(IN3)为，IN2(IN4)为低电平，电机正转。当 ENA(ENB)为，IN1(IN3)为低电平，IN2(IN4)为高电平，电机反转。当 ENA(ENB),IN1(IN3),IN2(IN4)均为时是，电机刹停。在实验中，给电机供电电

8、压为+9V,基于 ENA(ENB),IN1(IN3),IN2(IN4)电平高低控制电机的正反转和停止。电路图如下：2.3.1流程AB 同时 接AC 同时接收2.3.2 误差信号产生与分析计算A、B、C 三处接收声音信号，将声音信号输送给单片机处理，根据 A、B、C 三点距离声援不同而导致三点接收到的信号时间不同，根据这个时间差采用相应的算法来计算声源的位置，为了降低误差，单片机放在w 点，保证 A、B、C 与单片机距离相等，减小了由 A、B、C 三处信号输送给单片机产生的时间误差。A、开定时器开始计时，单片机不断接收到声源发出B、C 接收到声音所用的时间，声音在空气中地信号，分别速率为 340

9、m/s，而电流在电路中的传输速率接近光速，远远大于声音在空气中的速率，因此可以假的时间。则可以定单片机定时器的时间即为声音由声源到声音得到声源与A、B、C 三点的距离SA,SB,SC。可移动声源开始运行的方向和Ox 线保持垂直，可移动声源，比较A、B两点接收到声波的时间t1，t2，当 t1t2 时，可移动声源在ox 线左侧，小车继续前进，不断比较两个时间，直到t1=t2 时，可移动声源移动到ox 线，根据三角函数的定理可以计算出小车距ox 线的垂直距离 S=(SA*SA+1-SB*SB)/2-0.5。可移动声源声源移动到ox 线时，比较 A、C 两点接收到声波的时间t1，t3，当 t1t3 时

10、，可移动声源在oy 上侧，小车前进，当t1t3 时，可移动声源在oy 下侧，小车后退，不断比较两个时间，知道t1=t3，小车到达w 点。声光提示结束刹车刹车YYNN电机起动AC 开始不断接收声音信号起动A、B 开始不断地接收声音信号转 90 度开中断计时停止 10s初始化3 测试方法与仪表可移动声源的起始位置到 Ox 线的垂平均速度响应时间31 测试仪表模拟跑道：1 平方米的的区域卷尺：精度 0.001 米秒表：精度 0.01 秒3.23.2.1 速度测试 在ox 左侧选一位置作为可移动声源的起始位置，测出小车到 ox的垂直距离，小车到达 0 x 的时间，通过将最合适的速度保存并显示。测试：(m/s)数据3.2.2 定位误差 测量可移动声源停止后的位置与Ox 线之间的距离3.2.3 可移动声源在运动过程中超过 Ox 线左侧的最大距离3.3 误差分析假定单片机定时器的时间即为声音由声源到声音的时间，但电流在导线中传输也需要一定的时间，因此会产生一定的误差。并且由于可移动声源发出的是周期性脉冲音频信号，因此声音接收到信号是不连续的，则在间断的时间小车可能移动到 ox 线，而单片机还没受到相应的信号，从而产生一定的误差。参考文献：C 语言程序设计（第二版）新概念 51 单片机 C 语言电子工业电子线路实验模拟电路实验出版社Mu