单片机AT89S52为核心声音导引系统.docx

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1、声音导引系统摘要：本系统以高性能单片机AT89S52为核心，通过电机控制ASSP芯片NIMC-I同时对两个直流电机进行控制，实现可移动声源的精确定位控制。用单片机控制蜂鸣器产生一定频率的声源信号，三个声音接收器根据可移动声源和接收器之间的不同距离，接收到信号有一定的时间差，控制系统再根据三个接收器接收到信号的先后顺序产生相应的控制命令信号，该信号通过无线收发模块传输至可移动声源，引导其运动。关键字：AT89S51MMC-I蜂鸣器话筒PWM调速一、方案论证与比较1 .声源产生模块方案分析与比较方案一：使用扬声器产生固定频率的声音由于扬声器对不同方向上的辐射，其声压频率特性是不同的，这种特性称为扬

2、声器的指向性。它与扬声器的口径以及频率有关。根据题目要求，声源要对三个接收器的指向性相同，鉴于此，故放弃该方案。方案二：使用蜂鸣器产生固定频率的声音蜂鸣器作为音频信号发生器有着广泛的用途，因为它功耗低，声音清晰而有穿透力、体积小（直径只有I1mm）,重量轻、价格低、结构牢靠，广泛地应用在各种需要发声的电器设备、电子制作和单片机等电路中。题目要求可移动声源产生的信号为周期性音频脉冲信号，声音信号频率不限，脉冲周期不限。用一个蜂鸣器便可以完成此部分的要求。经比较分析，选择方案二。2 .接收器模块方案分析与比较方案一：动圈式话筒作为接收器动圈式话筒是由磁场中运动的导体产生电信号的话筒。是由振膜带动线

3、圈振动，从而使在磁场中的线圈感应出电压。特点：结构牢固，性能稳定，经久耐用，价格较低；频率特性良好，50-15000Hz频率范围内幅频特性曲线平坦；指向性好；无需直流工作电压，使用简便，噪声小。方案二：驻极体话筒作为接收器这类话筒的振膜是电容器的一个电极，当振膜振动，振膜和固定的后极板间的距离跟着变化，就产生了可变电容量，这个可变电容量和话筒本身所带的前置放大器一起产生了信号电压。特点：频率特性好，在音频范围内幅频特性曲线平坦，这一点优于动圈话筒；无方向性；输出信号电平比较大，失真小，瞬态响应性能好，这是动圈话筒所达不到的优点。通过比较两个方案，我们最终决定采用方案二。3 .驱动电机模块方案分

4、析与比较方案一:用单片机控制步进电机步进电机可以通过改变送控制字符快慢实现精确的控制，但是在我们使用步进电机的时候发现，在步进电机转速较快的时候其扭力很小，根本无法驱动小车前进，有的时候甚至无法正常转动，需要人为的动它一下它才会运动，若想让步进电机输出较大的扭力来驱动步进电机来驱动小车，那么只有降低其转速，由于本题目中有速度要求，故不能太慢，所以放弃采用步进电机来驱动的方式。方案二:采用单片机PWM波控制直流电机直流电机的速度比较快，并且其输出的扭力也比较大，在直流电机的前面配置减速器可以让电机减速并且输出更大的扭力，用它来驱动电机绰绰有余并且其可以在速度和位置的控制之间找到一个相对的平衡点，

5、可以较容易的控制小车的位置，并且能输出较大的扭力来驱动小车。特别适合用于点位和速度控制。为了实现直流电机的正反转运行，只需要改变电机电源电压的极性即可。可以采应经典的“H”桥式驱动，这样可以实现电机的正反转，通过改变输送到“H”桥的PWM波的占空比可以改变电压的有效值，以此实现直流电动机的均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。根据题目要求，本题需要通过MMCT芯片同时控制两个直流电机，便可以改变声源小车的前进、后退、左转和右转。故我们用单片机控制MMC-1芯片，再通过MMC-I芯片控制1298电机驱动芯片来控制电机。二、硬件设计1 .总体设计1.1设计模块图如图1所示：地面控制系统移动声源1

6、.2系统工作过程：将小车按题目要求放在起始位置，启动，发出一定频率的声音，首先在地面上的控制系统中某一特定的声音接收器接收到声音后，根据事先设定好的频率来判断接收到的声音是否是小车上的声源发出的，如果是，那么通过无线发射模块发送给小车信息，如果不是小车发出的声音，那么继续判断，直到找到小车发出的声音信号。在找到小车发出的信号后，地面控制系统发出信号让小车停止发声，等待一段时间后再发出声音，在发射该信号的时候，地面控制系统开始计时，由于无线传输的速度为光速，因此可以实现地面控制系统与移动声源的同步，之所以发出命令让小车停止发声后又等待了一段时间，是因为要排除小车此前发出的声音的干扰。小车接收到了

7、信号后停止发声，等待一段时间后继续发声，则地面控制系统的三个声音接收器可以测得接收到声音信号的时间，由于声速是一定的，故小车距离三个声音接收器之间的距离是确定的，经过计算以后，地面控制系统发出误差信号，即声源离目标位置的距离，小车接收到信号后开始调整自己的运动状态。基本的控制概念是当小车离目标位置较远的时候，控制小车的运行速度高，当小车接近目标的时候，降低小车的速度。具体的距离远近与小车运动速度的关系需要编写一个数组，让其经过查表来改变自己的运动状态。小车在接受到控制命令并对自身运动状态作出调整后，小车继续发声，地面控制系统接收到信号以后重复以上动作。2 .原理分析和说明2.1单片机最小系统的

8、确定因为T89S52有较多的输出口线、8K的存储程序空间以及256字节的RAM空间、三个定时器，完全能满足本系统的要求，所以本系统决定以AT89S52为核心系统。2.2无线数据接收模块我们的无线收发模块是直接拆取了一个遥控车上无线收发模块，包括遥控器上的发射模块和车体上的接收模块。但是由于遥控器的控制方式是按键控制，在本题目中显然不是用按键，为了控制该模块，测量按键接通与断开时其端口的电压，得到了如下结果，在按键按下后电压值为OV,即接到了地，在未按下的时候其电压值为3.5V0根据这个结果，设计了如下电路：接单片机I/O口该电路实现了用单片机的I/O口控制遥控器。由于该遥控器只有两路信号，我们

9、决定采用串行通信的方式与单片机进行通信，决定采用这样的通信协议：当第一路信号为高的时候，第二路信号发送8次数据，接收端接收到以后进行解码，获得控制命令，当第一路信号为低的时候，第二路信号不发送数据，接收端也不进行解码处理。通过这种方式来实现地面控制系统与移动声源之间的无线电通信。2.3声频接收模块我们采用话筒来接收由蜂鸣器发出的声音信号，由于话筒直接输出的电压变化很小，故要进行放大，这里我们采用了MC34119音频功率放大芯片，是摩托罗拉公司生产的，一种低电源、低功耗、外接元件小的音频功率放大芯片，被广泛应用于电话机的免提功率放大。其放大电路如下：话筒检测到的信号在经过该电路放大以后，我们又将

10、其接入了一级比较电路，使得在放大后的信号大于2.5V的时候输出高电平，低于2.5V的时候输出低电平。输出端与单片机相连，便于检测。电路图如下：接单片机I/O口2.4直流电机驱动模块:驱动电路的必要性：单片机的I/O口的驱动能力低（IOmA）左右，无法与大负载接口.加之电机为感性负载，而且启动电流很大，所以必须在单片机和电机之间加上功率驱动电路.保证有足够的电流驱动电机转动。我们采用了1298作为电机的驱动，其电路图如下：由于本题目要求使用NEC的芯片作为驱动芯片，不需要用单片机产生PWM波，只需要控制MMC-1芯片就可以了。故我们将原来的两条控制线接入7404非门，以此节省了一条控制线，并且容

11、易与MMCT芯片相连接。关于MMCT芯片，我们采用了SP1的通信方式对其进行控制，其接线方式如下:c-1CH1DCPVMCHIDCD1RCH2DCPVMCH2DCDIR三、软件设计1、流程图1.1地面接收系统流程图：开始发出命令让小车停止发声延时发出命令让小车开始发声地面控制系统开始计时否_-接蝉更直计算三个接收器接收到的时间地面控制系统发出误差信号开始2.2、 主程序分段许多软件大多的运行控制都是有一个主程序的循环进行的，但本软件在主程序上采用了分段的方式。在主程序间根据不同的功能区间来进行跳转，很明显很直观地将主程序进行了功能分段，为子程序的设计、程序的控制提供了很大的方便,同时也增强了程

12、序的可读性。四、测试数据1、 平均速度VI、V2(cm/s)次数V1V216.712.126.012.836.211.62、 定位误差SI、S2(cm)次数S1S215.62.024.51.534.21.6(VI是小车从起始位置到OX轴的平均速度,V2是可移动声源在OX线上重新启动位置到移动停止点的直线距离.)Abstract:High-perfbrmancemicrocontro11erAT89S52thissystemasthecore,throughthemotorcontro1ASSPchipMMC-Ithesametime,twoDCmotorcontro1,mobi1esounds

13、ourcetoachieveprecisepositioningcontro1.BuzzerwiththeSCMcontro1produceacertainfrequencysoundsourcesigna1,thesoundreceiveraccordingtothreemobi1esoundsourceandreceiveratdifferentdistancesbetweenthereceivedsigna1hasacertaintime1ag,thecontro1systemandthenunderthethreereceiversdevicereceivesthesigna1sequencetoproducethecontro1commandsigna1,thesigna1transmittedthroughawire1esstransceivermodu1etothemobi1esoundsource,andguideitsmotion.Keywords:AT89S51MMC-IbuzzermicrophonePWMspeedcontro1参考文献：1阎石数字电子技术基础（第四版）W.高等教育出版社，19972王守中51单片机开发入门与典型实例M.人民邮电出版社，20073康华光电子技术基础模拟部分（第五版M.高等教育出版社，2005