声音导引系统硬件设计论文

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1、淮阴工学院毕业设计说明书（论文）第33页共33页1引言随科学技术的进步，智能化和自动化技术越来越普及，各种高科技也广泛应用于机器人玩具制造领域，使智能机器人越来越多样化。智能机器人是一个多种高新技术的集成体，它融合了机械、电子、传感器、计算机硬件、软件、人工智能等许多学科的知识，涉及到当今许多前沿领域的技术。而声音导引系统正是智能机器人的一种。声音导引系统作为工科大学生毕业设计课题，具有不可估量的实际意义。本课题为具有较强动手能力与设计基础的大学毕业生准备。通过此课题使学生受到较全面的电子应用系统设计和应用研究的工程训练。进一步培养学生综合运用所学的基础理论、专业知

2、识和技能，提高分析与解决实际问题的能力和初步科学研究的能力。1．1研究的意义运动导引系统广泛存在于有确定性运动需要的系统当中。导引系统中常用的导向方式是机械导轨式，这种导向方式的优点是精度易于保证，并且随着导轨加工装配精度的不同，可以满足不同运动精度的需求；缺点是不宜挪动，并且加工装配成本随着运动范围的扩大而提高[1]。随着技术的不断发展，新的导向方式不断出现，如电磁感应导向、惯性导向、红外线导向、激光导向、光学导向、示教型导向等，这些导向方式的优点是可实现非接触自动导向功能，广泛应用于物流配送等行业的自动导向小车的导向系统中。此研究是为满足运动部件大长度直线运动的

3、需要而建立的一种新型导引系统，该系统以金属丝为材料建立导引系统的导引基准，利用光电传感器对该基准做非接触测量，并通过单片机进行数据处理，控制电机对二维工作台进行调整，以满足部件直线运动的需要。该系统对环境要求不高，安装调整方式简单，可实现自动导向功能，是一个在亚毫米级精度范围内实现长距离直线运动导向的可行性方案[2]。1．2历史背景及目前现状人类社会两次残酷的世界大战都发生在20世纪。一战期间各国海军为了对付德国人的潜艇攻击，思索了许多方法探测其水下潜艇，包括热、磁、电磁以及声的方法，但只有声探测方法有效。最早出现的声纳是达芬奇管式的被动式舰壳声纳和拖曳声纳，具有对

4、目标的测距能力。为了适应武器设计的高精度定位的需要，一战末期开发了主动回声测距声纳(淮阴工学院毕业设计说明书（论文）第33页共33页战后投入使用)，所用的电声换能器是朗之万式压电晶体换能器。包括主动辐射器和被动水听器在内的水下电声换能器技术取得长足的进步，大大促进了声纳装备的发展。研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境[3]。移动机器人是一个集环境感知、动

5、态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。移动机器人的导航就是按照预先给出的任务命令，根据已经知道的周围环境信息做出全局性路径规划，并在行进过程中，不断地感知周围的局部环境信息，自主地做出各种决策，并随时调整自身位姿，引导自身进行安全行驶或跟踪已知路径达到目标位置。移动机器人要实现导航涉及到的基本行为包括：自身位姿和周围环境的感知与识别、路径规划、路径跟踪、障碍回避等[4]。1．3本课题实现的目标本课题以小车为对象来研究声音导引系统，系统准备采用单片机为控制器核心，其集成度高、体积小、抗干扰能力强和价格低廉、具有独特的控制能力，单片机的应用正从根本上改

6、变着传统的控制系统设计思想和设计方法。采用无线通信技术，具有抗干扰能力强传输距离远、信号的穿透力强等优点。通过无线通信实现小车自主行驶轨迹，以此来控制小车声音导引的功能。2总体设计方案2．1设计方案总体框图图1系统框图本系统主要有由智能小车和上位机两部分组成，上位机部分包括：微控制器从淮阴工学院毕业设计说明书（论文）第33页共33页控模块、电源模块、声音接收模块、无线发射模块；智能小车部分包括：直流电机及其驱动模块、声光提示模块、声音发射模块、无线接收模块、电源模块、微控制器主控模块。系统框图如图1。声音发生模块与小车组成可移动的声源，通过声音接收模块与从单片机通信

7、，从单片机通过无线收发模块对小车发出指令，引导声源小车进行运动。2．1总体设计方案分析图2总体方案图如上图2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。本系统共用到三个声音接收器（A、B、C），这三个器件通过电线连接在接收端的单片机上。根据接收器原理电路分析可知，该电路在没有接收到声音信号时，输出高电平，在接收到声音信号时，输出低电平，非常稳定。接收器接收到声音信号，输出低电平用来触发单片机的外部中断，通过计数器计数，算出小车离接收器的距离。2．2系统控制的基本原理及误差信号的产生如图2所示，根据题意，以A点为坐标原点，