AT89S51单片机声音导引系统.docx

《AT89S51单片机声音导引系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《AT89S51单片机声音导引系统.docx（32页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、目录摘要:1Abstract:11系统方案21.1 系统总体设计21.2 方案论证与比较31.2.1 车体模块31.2.2 声源模块31.2.3 控制器选择41.2.4 电机选择41.2.5 电机驱动模块51.2.6 电源模块51.2.7 误差信号模块51.2.8 无线收发模块61.2.9 声音接收模块71.2.10 声光显示模块713系统实现方法72理论分析与计算82.1 系统理论分析82.2 计算92.2.1 时间测量92.2.2 平均速度的测量93电路与程序设计103.1 硬件电路设计103.1.1 移动声源主控芯片及MMC-I驱动直流电机硬件电路图103.1.2 声源电路设计113.1

2、.3 声音接收主控芯片及外围电路设计113.1.4 声光显示电路设计123.2 软件程序设计123.2.1 基本部分程序流程图133.2.2 发挥部分程序流程图134系统测试与结果分析134.1 测试仪器及设备134.2 系统调试144.2.1 MMC-I模块与AT89S51控制系统UART通讯调试144.2.2 声音接收发送模块调试144.3 测试内容151.1 .1基本部分测试151.2 发挥部分测试15433测试结果分析165结束语16【参考文献】16附录A-C18声音导引系统（B题）摘要：本系统采用成品电动小车车体，以一片Atme1公司的AT89S51单片机及一片NEC公司的ASSP（

3、MMC）作为可移动声源（小车）的控制核心，采用一个1298驱动模块驱动2个直流电机。以一片Atme1公司的AT89S51单片机作为3个接收器的共同控制核心。可移动声源通过声音模块发出周期性音频信号。3个接收器把通过声音接收模块接收到的音频信号送接收端的MCU进行判断，接收端的单片机再将判断后得到的对移动声源的控制动作命令通过无线传输模块传输至声源，并引导其运动。关键词：电动小车；AT89S51；ASSP；音频信号检测；无线收发Abstract:Basedonase1f-madee1ectriccar,thesystemusesanAT89S51microcontro11erandanASSP（

4、MMC_1）asthemobi1esoundsource（car）contro1core.A1298modu1eisusedtodrivetwodirectcurrentmotors.AndanAT89S51microcontro11erisa1sousedtocontro1thethreereceivers.Theremovab1esoundsourcesentperiodicaudiosigna1throughthesoundmodu1e.Threereceiverssentthreeaudiosigna1swhicharereceivedbythethreesoundreceivermo

5、du1estoreceive-sideAT89S51microcontro11er.Afterprocessingthesethreeaudiosigna1s,thereceive-sideAT89S51microcontro11ersendanactioninstructiontothemobi1esoundsourcethroughthewire1esstransmissionmodu1etoguideitsmovement.Keyword:e1ectriccar；AT89S51；ASSP；audiosigna1detection；wire1essreceiverandtransceive

6、r1系统方案1.1 系统总体设计根据题目要求（示意图见图1）,声音导引系统分为两大模块：移动声源控制系统和声音接收控制系统。移动声源控制系统由电源模块、车体模块、声源模块、AT89S51控制器模块、电机控制ASSP芯片（型号MMC_1）、1298电机驱动模块、电机模块、无线接收模块、声光显示模块等组成。声音接收控制系统由电源模块、无线声音接收模块、AT89S51控制器模块、无线发射模块等组成，具体的总框架图见图2o声光显示模块声音接收电源模块电源模块AT89S51及ASSP(MMC-I)声源模块无收模线发块接收端AT89S51声音接收模块B1298驱动模块直流电机声音接收模块A图2系统总体框架

7、图1.2 方案论证与比较1.2.1 车体模块方案一：自制小车。自制小车可以根据题目需要自由设计发挥，布线、各个模块和功能上有很大空间，缺点是制作车体要花费很多时间。方案二：采用成品车载体。成品车载体可直接使用，可以把主要精力用于控制等技术，减少车体制作时间。综合考虑我们选择方案二。1.2.2 声源模块方案一：采用蜂鸣器。蜂鸣器输出频率稳定，所需电压小，但输出频率单一,输出功率较小，不适合较远距离的信号接收。方案二：采用喇叭。喇叭输出功率较大，频率可调范围较大，适合较远距离的信号接收，但输出频率易于用MCU控制。综上考虑我们选择方案二。123控制器选择方案一：采用可编程逻辑器件CP1D。CP1D

8、可以实现各种复杂的逻辑功能、体积小、稳定性高，适合作为大规模控制系统的控制核心，但价格较高。方案二：采用Atme1公司的AT89S51单片机。AT89S51低功耗，高性能，编程简单，且容易购买，性价比高，虽然相比高级MCU功能略少，但完全能够满足该系统设计要求，利于减少系统成本。方案三：采用TI公司的MSP430系列单片机。MSP430系列单片机是一款16位超低功耗高性能产品。它具有处理能力强、运行速度快、可靠性高，资源丰富、开发方便等优点，但价格较昂贵，开发系统自制困难。由于本设计中只需要控制器完成单一的串行通信功能，因此，从性价比和实用操作的角度考虑，我们选择方案二。1.2.4 电机选择方

9、案一：采用步进电机。步进电机能够准确定位，但输出力矩低，体积较大,重量大，速度相对较小，且造价高。方案二：采用直流电机。直流电机转动力矩大，能获得较大的启动转矩，转动速度快，体积小，可直接使用单片机输出PWM控制转速，控制灵活，且性价比高。通过比较，我们选择方案二。1.2.5 电机驱动模块方案一：使用分立元件进行搭建。此方案价格低廉，但元件参数一致性不好,经测试效果不够理想。方案二：使用BY-2HB04M驱动模块驱动的步进电机。该驱动模块操作方便,稳定性好，但体积较大不利于小车组装。方案三：使用1298电机驱动芯片进行电机控制。1298是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片。它响应频率高，且还带

10、有控制使能端。用该芯片搭建电路作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。通过比较，我们选用方案三。1.2.6 电源模块方案一：所有器件采用单一电源（AA电池）。这样供电较简单，但电动机启动瞬间电流很大，会使电压不稳，有毛刺等干扰，严重时会造成系统掉电，且多个电源体积较大，不利于小车组装。方案二：采用16V可充式锂电池为系统供电。锂电池电流驱动能力较强，电压输出比较稳定，通过7805转换后得到5V电压给单片机和传感器供电，经测验性能稳定。通过比较，我们选择方案二。1.2.7 误差信号模块方案一：利用接收器A和接收器B分别接收到声音信号的时间差来实时计算声源的坐标S（X,y）o通过比较声源所在坐

11、标与目的地。X轴或W点的相对位置，计算得出小车下一步的运动方向。这样，可以得到精确的控制，但是，对于控制芯片AT89S51来说，运算复杂，延时较大。方案二：利用接收器A和接收器B分别接收到声音信号的时间差来进行定位。由于小车的起始位置是在OX线右侧，因此，可移动声源发出声音信号后，一定是接收器B先于接收器A检测到声音信号，接收器B检测到声音信号后立即启动接收端的AT89S51的定时器/计数器进行计时，当接收器A检测到声音信号后立即关闭AT89S51的定时器、计数器，从而得到声源S到达接收器A和接收器B的时间差。若此时间差大于一个很小的值，IO-6S1则表明小车还未到达ox轴，接收端的AT89S

12、51通过无线发送模块向小车端的AT89S51发送前进信号，小车继续朝OX轴前进；若此时间差等于10-6s,则表明小车已到达。X轴，接收端的AT89S51通过无线发送模块向小车端的AT89S51发送停止信号，小车停止。同理，通过判断S点到达接收器A和接收器C的时间差是否等于KTS,可控制小车到达W点。通过比较，我们选择方案二。1.2.8 无线收发模块方案一：采用无线遥控方式将误差信号反馈给小车。无线遥控方式稳定性好,一致性高，使用简单，反应迅速，电路简单，功耗低，性价比高，但传输信息单O方案二：采用无线数据传输方式将误差信号回传给终端。该方案具有抗杂波干扰强、保密性好、工作稳定可靠等优点，但编程

13、复杂，适用于远距离传输，价格也较高。经过比较，我们选用方案一。1.2.9 声音接收模块采用麦克接收音频信号，将音频信号转化为电信号后，再将电信号经放大电路放大，如果电压超过某一电压值，就认为已收到声源发出的信号。此时接收系统经过比较判断，立即以无线方式将误差信号传输给小车，以确定小车的运动状态。放大电路部分可考虑以下2种方案：方案一：采用三极管进行放大。为了提高放大倍数，还要用到2管复合，其优点是分析简单，便于测试，缺点是不能直观地确定放大电路的波形失真。方案二：采用集成运算放大器进行放大。其优点是工作性能高、耗电少。经过比较，我们选用方案二。1.2.10 声光显示模块采用蜂鸣器和1ED灯进行

14、声光提示，蜂鸣器和1ED灯均可以由AT89S51方便地进行控制，且蜂鸣器声音响亮，1ED灯亮度高，具有很高的性价比。1.3 系统实现方法自制声源车体以AT89S51和ASSP(MMC_1)为控制器，采用1298驱动步进电机实现声源的移动，声源发出音频信号后，接收器收到信号并通过接收系统计算比较，再将信号以无线方式传输至声源小车，引导其运动，以完成操作C最终方案为：(1)小车模块：采用自制长方体车体结构(2)声源模块：采用喇叭作为发声器(3)控制模块：采用Atme1公司AT89S51单片机和NEC公司的ASSP芯片(MMe-D(4)电机模块：采用直流电机，1298驱动(5)电源模块：16V可充式

15、锂电池(6)声音接收模块：麦克、OP07(7)无线收发模块：无线遥控(8)声光显示：蜂鸣器、1ED灯2理论分析与计算2.1 系统理论分析声源小车上装有喇叭，小车从起始点出发，向垂直于OX轴的方向前进，发出高频的音频信号，接收器B上的麦克收到信号后立即打开定时器并计时，当接收器A上的麦克收到信号后立即关闭定时器，取出所计时间并判断，如果时间大于IoYS,则小车还没有到达OX轴，接收系统以无线方式将信号传输给小车，执行前进，同时继续发出音频信号，如果时间小于等于o-6s,则小车已到达OX轴,接收系统将信号传输给小车并停止前进,此时小车在原地停留5-10So停留一段时间后，小车原地转90.向垂直于OY轴(沿OX轴)的方向前进，声源小车继续发出高频的声音信号，接收器C上的麦克收到信号后立即打开定时器并计时，当接收器A上的麦克收到信号后立即关闭定时器，取出所计时间并判断，如果时间大于IOyS,则小车还没有到达W点，接收系统以无线方式将信号传输给小车，执行前进，同时继续发出音频信号，如果时间小于等于i(Ts,则小车已到达W点并停止前进。2.2计算2.2.1时间测量表1响应时间1（基本部分）