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2009全国大学生电子设计竞赛论文（）题目:声音导引系统论文编号：参赛学校：参赛学生：指导教师：二○○九年九月五日 论文题目(五号字)目录1作品简介32系统方案论证及设计52.1可移动光源控制模块：52.2语音收发模块:72.3无线收发模块：92.4LED显示及语音提示模块：103原理分析与硬件电路图103.1驱动电路完整电路11传感部分完整电路114软件设计与流程124.1系统软件介绍124.2软件流程图举例125系统测试与误差分析145.1测试环境145.2测试仪器145.3测试方法145.4测试图表145.5误差分析146总结14参考文献15附录116附录217附录31819 论文题目(五号字)摘要本文根据试题要求，自主选用电动小车做为移动声源的平台，小车动力输出采用直流电机，采用单片机(AT89S52)构成最小系统进行控制，并采用组委会提供的电机控制ASSP芯片（型号MMC-1）进行驱动，利用L298N直流电机驱动电路实现双H桥电路以控制小车两主轮能够独立实现正转、正转制动、反转、反转制动。车载可移动声源采用HXD电磁式无源蜂鸣器(型号YMD-12095-B),利用单片机编程实现周期性音频脉冲的输出。A，B，C三点采用电容式咪头（型号XF-18D，又称传声器）连接自制声音传感器电路和滤波电路接受移动声源发出的周期性音频脉冲信号。利用小车离A，B，C三点的距离的不同,导致3个咪头接受到周期性音频脉冲的时间不同而存在时间差,利用单片机编程控制小车在存在时间差的时候运动直至时间差为零停止运动。关键词：电动小车单片机ASSP芯片双H桥电路声音传感器19 论文题目(五号字)1作品简介设计并制作一声音导引系统，示意图如图1所示。图中A,B,C三个接收器之间是有线连接。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，引导其运动。可移动声源运动的起始点必须在Ox线右侧，位置可以任意指定。基本要求：（1）1要求移动光源能够到达OX线并停止。（2）平均速度大于5cm/s。（3）定位误差小于3cm。（4）可移动声源在运动过程中任意时刻超过Ox线左侧的距离小于5cm。（5）可移动声源到达Ox线后，必须有明显的光和声指示。（6）功耗低，性价比高。发挥部分：（1）将可移动声源转向180度，能够重复基本要求。19 论文题目(五号字)（2）平均速度大于10cm/s。（3）定位误差小于1cm。（4）可移动声源在运动过程中任意时刻超过Ox线左侧距离小于2cm。（5）在完成基本要求部分移动到Ox线上后，可移动声源在原地停止5s～10s，然后利用接收器A和C，使可移动声源运动到W点，到达W点以后，必须有明显的光和声指示并停止，此时声源距离W的直线距离小于1cm。整个运动过程的平均速度大于10cm/s。（6）其它。1系统方案论证及设计根据设计任务要求，该系统的电源电压应选择5V，现将9V电池通过接7805电路转化成5V电源。电路图如下所示：电源电压总体设计框图可分为几个基本模块。框图如下图所示：语音收发模块AT89S52可移动声源模块无线收发模块LED显示及语音提示模块（框图中AT89S52为单片机）1.1可移动光源控制模块：控制电路的选择：19 论文题目(五号字)方案1：使用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。线性型驱动的电路结构和原理简单，成本低，加速能力强，但功率损耗大，特别是低速大转距运行时，通过电阻R的电流大，发热厉害，损耗大，对于小车的长时间运行不利。方案2：采用继电器对电动机的开或关进行控制,通过开关的切换对小车的速度进行调整.此方案的优点是电路较为简单,缺点是继电器的响应时间慢,易损坏,寿命较短,可靠性不高。方案3：采用双H桥电路。用单片机控制晶体管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；双H桥电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也很高，是一种广泛采用的调速技术。综合3种方案的优缺点，决定选择方案3，其电路原理图如下图所示：L298N引脚与输出引脚的关系如下表所示：19 论文题目(五号字)电机选择：方案一：采用ULN2003驱动步进电机。ULN2003的驱动直接用单片机系统的5V电压，力矩可能不是很大，需要加大驱动电压到12V，步进电机具有控制简单、定位精确、无积累误差等优点。但它在运行时噪音大、高速扭矩小、启动频率低、价格较高。方案二：采用L298驱动直流电机。直流电机具有最优越的调速性能，主要表现在调速方便（可无级调速）、调速范围宽、低速性能好（起动转矩大、起动电流小）、运行平稳、噪音低、效率高等方面。基于上述对两种电机的优缺点的论述，结合题目的需要，为了方便对电机进行无级调速，和需要电机带负载能力强的特点，我们选用直流变速电机。直流电机基本输出时序如下图所示:19 论文题目(五号字)1.1语音收发模块:方案一：采用一个超声波发生器电路和三个超声波传感器电路组成整体模块。超声波由于频率高、波长短，因而传播的方向性好、穿透能力强。但考虑到小车运行过程中方位不定，三个超声波传感器也在不同的方位，超声波的方向性就决定了三个传感器所接受的脉冲信号的强弱不定，难以控制。所以超声波这种方向性好的优点在本方案中就反而成了缺点。方案二：采用一个蜂鸣器电路和三个声音传感器电路以及三个滤波电路组成。声波的传播方向是发散式的，它单位时间向四周发射的脉冲信号可以认为是一致的。正好符合本实验的声源要求。综上所述，选择方案二。方案二的发送部分，蜂鸣器通过单片机控制，并自制驱动电路进行驱动，最终输出符合实验要求的周期性音频脉冲信号。接收部分，A,B,C三点精确固定三个MICPHONE接受声源发出的周期性音频脉冲信号,并通过声音传感器电路控制，同时在每个声音传感器电路后加上一个带通滤波电路，以滤除掉大部分生活中的声音干扰信号，从而减少实误差。以下是该语音收发模块的模块图：蜂鸣器电路带通滤波电路声音传感器电路发送周期性音频脉冲滤波电路的设计要求是通带频率范围是2KHZ--5KHZ。因此可选择一个二阶低通滤波电路的截至频率.一个二阶高通滤波电路的截至频率,有源器件采用LM324.将这两个滤波电路串联构成所要求的带通滤波电路如下19 论文题目(五号字)取,.由表差得即高通滤波器由上述计算确定出该带通滤波电路中各电阻的阻值，得出完整的电路图。1.1无线收发模块：该模块我们采用SC2262和SC2272配对使用。sc2262是cmos工艺制造的低功耗通用编码电路,外部应用线路元器件少。它和sc2272使用，最多有12位三态编码。电路具有省电模式，可用于无线电和红外线遥控发射等应用。SC2262完成发射，送出SC2262当前的地址编码和数据位数据。当SC227219 论文题目(五号字)的当前地址与SC2262地址一致时，并接收到2帧以上SC2262发出的串行码，SC2272才开始接收SC2262送来的数据。为保证SC2272接收到SC2262两帧以上的串行码，SC2272的振荡频率要与SC2262的振荡频率匹配。最佳的匹配振荡频率是SC2272是SC2262的2倍。振荡频率可以通过电阻Rocs的调整作出改变。SC2262和SC2272配对工作方式简单，如下图所示：SC2272SC2262发送信号SC2272内部电1.1LED显示及语音提示模块：利用单片机控制LED小灯和小喇叭，编程实现车在行驶过程中小灯熄灭，喇叭不响，一旦停止运动小灯亮，喇叭发出提示音。2原理分析与硬件电路图根据题目的要求，该声音导引系统由两大部分组成：驱动电路部分和传感部分。以下分别对其原理分析及电路设计。驱动电路部分，每一路直流电机需要CHnDCPWM和CHnDCDIR两个引脚(n=1~3)，19 论文题目(五号字)CHnDCPWM用于PWM输出，CHnDCDIR用于指定电机转向，外接一个全桥驱动芯片就可以控制直流电机工作。输出频率固定16KHz，通过调节占空比控制电机转速。UART模式下与主控MCU连接：1.1驱动电路完整电路19 论文题目(五号字)传感部分完整电路（声音收发模块完整电路）（无线收发模块完整电路）19 论文题目(五号字)1软件设计与流程1.1系统软件介绍软件部分采用模块化程序设计的方法，有主控制器、小车驱动子程序、MIC驱动子程序、声光提示部分子程序等。我们选用AT89S52，8位单片机控制器，它具有8K存储的Flash，利用本身的硬件除法和单周期乘法，可以轻松完成程序。在其编程环境下可以嵌套C高级语言，C函数与会变函数可以方便的相互调用，所以编程效率高而且可靠。1.2软件流程图举例（1）利用时间差，小车走中线：初始化定时器启动接收ABC值AB读定时器值是否相等向前行走判定N小车停声光指示Y19 论文题目(五号字)（2）利用时间差，小车走中点初始化定时器起动接收ABC值向前行走NAC是否到中线Y判定AC1系统测试与误差分析1.1测试环境时间：夜间22：58温度：室内20摄氏度1.2测试仪器GDS-2104型双踪示波器EE1642B型信号发生器/计数器3M标准卷尺1.3测试方法将2个声音传感器精确定位在A，B两点，将移动声源放置在不用方位，多次观测双踪示波器的上下两列波形的相位差。19 论文题目(五号字)1.1测试图表(A)相位差(B)1.2误差分析由于该系统采用声音传感器，所以外界声音的干扰是肯定存在的。所以输出的波形并不是标准的方波，这就给观察和测量带来了不便和误差。经过实验研究和精确计算，我们加入了一个滤波电路，从来减少大部分频率的干扰音频。但是误差的存在是避免不了的，这必须在测试过程中加以重视。2总结通过这次声音引导系统的设计与调试，我们对单片机最小系统控制电路，L298N驱动器,声音传感器电路等有了全面的了解。并自己设计整合，然后通过C语言程序写入，进行不断的调试最终能够基本实现功能。由于时间仓促和本身专业水平有限，系统的精度和完成情况不是非常理想。但回想起来，三天三休的比赛过程异常的充实，收获很大。通过这次比赛，我们也认识到了我们自身某些专业知识方面的不足，在以后的学习生活中，一定注意补充。参考文献[1]何希才.传感器及其应用北京：国防工业出版社，2001[2]马西秦.自动检测技术北京：机械工业出版社，2003[3]高有堂.电子设计实战指导北京：电子工业出版社，2007[4]李全利.单片机原理及应用技术北京：高等教育出版社，2001[5]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛制作实训北京：北京航空航天大学出版社，200719 论文题目(五号字)附录1元器件清单19 论文题目(五号字)附录219 论文题目(五号字)（ASSP芯片的系统框图）（ASSP芯片的引脚配置图）附录3蜂鸣器驱动电路参考程序：ORG8000HJMPMAINORG800BHJMPINTTOORG8100H19 论文题目(五号字)MAIN:MOVSP,#60HMOVTMOD,#01HSETBETOSETBEASETBTROSTARTO:SETBP1.3MOV30H,#00HNEXT:MOVA,30HMOVDPTR,#TABLEMOVCA,@A+DPTRMOVR2,AJZENDDANLA,#0FHMOVR5,AMOVA,R2SWAPAANLA,#0FHJNZSINGCLRTROJMPD1SING:DECAMOVDPTR,#TABLE1MOVCA,@A+DPTRMOVTH0,AMOVA,22HRLAINCAMOVCA,@A+DPTRMOVTL0,AMOV20H,A19 论文题目(五号字)SETBTR0D1:CALLDELAYINC30HJMPNEXTENDD:CLRTR0JMPSTETOINTTO:PUSHPSWPUSHACCMOVTL0,20HMOVTH0,21HCPLP1.3POPACCPOPPSWRRT1DELAY:MOVR7,#02DELAY0:MOVR4,#187DELAY1:MOVR3,#248DJNZR3,$DJNZR4,DELAY1DJNZR7,DELAY0DJNZR5,DELAYRETTABLE:DB82H,01H,81H,94H,84H,0B4H,0A4H,04HDB82H,01H,81H,94H,84H,0C4H,0B4H,04HDB82H,01H,81H,0F4H,0D4H,0A4H,94HDB0E2H,01H,0E1H,0D4H,0B4H,OC4H,OB4H,04HDB82H,01H,81H,94H,84H,0B4H,0A4H,04H19 论文题目(五号字)DB82H,01H,81H,94H,84H,0C4H,0B4H,04HDB82H,01H,81H,0F4H,0D4H,0B4H,0A4H,94HDB0E2H,01H,0E1H,0D4H,0B4H,0C4H,0B4H,04H,00HTABLE1:DW64260,64400,64524,64580,64684,64777,64820,64898DW64968,65030,65058,65110,65157,65178,65217;END19
