声音导引系统(采用两片凌阳16位单片机SPCE061A构成主从机系统）.docx

《声音导引系统(采用两片凌阳16位单片机SPCE061A构成主从机系统）.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《声音导引系统(采用两片凌阳16位单片机SPCE061A构成主从机系统）.docx（9页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、声音导引系统（B题）摘要：本设计采用两片凌阳16位单片机SPCEO61A构成主从机系统。主机作为系统的中央控制单元，实现声源的检测和数据的处理；从机接收主机的命令，控制载有声源的小车由起始位置到达指定位置，并保持定位精度小于Icm0Mic作为声音信号接收器，ASSP芯片实现可移动声源的运动控制，1298芯片驱动直流电机，信号接收器接收声音的时间差决定小车的行进方向及行进速度。该系统还具有到达指定目标后语音提示的功能。关键词：声音信号，导引，电机控制ASSP芯片，SPCE061AAbstract:Thisdesignusestwo16-bitMCUSPCE061AtomakeupMaster-s

2、1avecomputersystem.Thehostasasystemofcentra1contro1unit,toachievesoundsourcedetectionanddataprocessing;thes1avemachinereceivesthecommandandcontro1sthecarwiththesoundsourcefromthestartpositiontothespecified1ocation,andtomaintainpositioningaccuracyof1essthan1cm.Micactsasasoundsigna1receiver,ASSPcontro

3、1smovementofthecar,1298DCmotordriverchip.Accordingtothetimedifferenceofthesound,thesigna1receiverschangethedirectionandspeedofthecar.Thesystema1sohasvoicepromptswhenreachingthetarget.Keywords:Soundsigna1,guidance,motorcontro1ASSPchip,SPCE061A一.方案设计和论证声音导引系统利用三个空间位置不同的声音接收器，对同一声音信号响应时间的不同作为误差信号，并用无线方

4、式将此误差信号传输至可移动声源，引导其运动。因此，声音信号的快速检测和处理，数据无线传输，电机的控制是设计的重点和难点。下面将对这几个重要环节的设计方案作论证和比较。（一） .主控制器方案选择：方案一：采用两片8位的89C52单片机作为系统主从控制机。51系列单片机价格便宜但单片机处理速度慢，不适用于对快速性和实时性要求高的控制系统。方案二：采用凌阳16位SPCEO61A单片机作为主机，89C52单片机作为系统从机。61单片机CUP时钟可达49.152MHZ,处理速度较快，满足系统实时性和快速性的要求，但作为从机的52单片机中断源较少，不适宜实现小车载体的复杂控制。方案三：采用两片16位的SP

5、CE061A单片机作为系统主从控制机。凌阳16位SPCEO61A单片机以unSPtm为内核，支持3.3V低压供电，具有睡眠功能，功耗低，内置2KSRAM和32KFA1SH,14个中断源，32位通用可编程输入/输出端口，具备语音功能和WatChDog功能，既能满足主机数据实时处理要求和从机多中断的要求，又具有较高的性价比。综上分析，方案一不能满足声音信号的快速检测；方案二不利于小车的复杂控制，方案三不仅满足以上要求，而且由于SPCEo61A强大语音功能和低电压低功耗的特色，使控制器工作更加可靠，人机界面更加友好。因此，主控制器选择方案三。（二） .声音信号产生和接收模块方案一:购买完整的发声器和

6、声音检测设备。这样做可以使产品的集成度比较高，信号更加稳定，但花费大。方案二：用mic制作声音检测模块。61板上集成有Inic,可以对照61板的声音模块自己动手制作，不仅减少硬件设备还可以减少花费，并且可以运用功率放大器将mic接收到的声音信号进行放大，成为幅值足够大的信号，进而用此信号对小车行为进行控制。综合考虑到性价比，灵活度等因素，我们选择了方案二。（三） .电机及其驱动模块的选择方案一：步进电机步进电机转矩大，控制精确，转速低，价格高。方案二：直流减速电机电机转速适中，转矩大，价格相对较高。方案三：直流电机配合齿轮传动通过对齿轮的配合，模拟直流减速电机的功能，不仅满足转速不能太低和转矩

7、大的要求,而且价格便宜。综上分析，根据题目中对小车行驶时间要求，可知小车的行驶速度不能太慢，所以不能选用方案一中的步进电机，直流减速电机在转速和转矩方面都满足要求，但考虑到方案三能模拟方案二，而且方案三价格具有明显优势，同时该系统是负反馈系统，可以到达较高的控制精度，故我们选用方案三。在选用驱动模块方面由以下两种方案：采用专用驱动芯片1298。该芯片集成度高，占用空间小，主要应用于电机调速场合。采用分立三极管驱动电路。经分析1298与大赛所要求的电机控制ASSP芯片兼容性较好，故我们最后决定用ASSP芯片控制1298驱动电机。（四） .无线通信模块方案一：使用FSIOOOA发送模块和CDTJS

8、-3J接收模块该收发模块控制简单，价格低，传输距离短，信号容易受干扰,不具备自动编码解码功能，误码率高。方案二：使用RF905该模块工作电压19-3.6V,传输距离远，抗干扰能力强，能自动编码和解码，带校验功能，收发模式切换时间短，价格较高。根据系统对传输距离和抗干扰能力的要求，我们采用方案二。（五） .电源模块方案一：使用KA7805作为电源芯片该芯片为线性电源，外围电路简单，功耗大。方案二：使用1M2576作为电源芯片该芯片为开关电源，低功耗，高效率，使用外部器件较少，输出电压可调。综上分析：1M2576具有明显的优势，我们选用低功耗的方案二。二.系统硬件电路设计（-）系统设计框图图2.1

9、系统总体框图(-)单元模块设计1 .电源模块7-Vto40VUnregu1atedDCInput图2.2输出+5V和可调电压的原理图可调电压计算公式：Vout=Vree(1R2R1)Rz=Ri(VouMVrefT)1m2576能提供降压开关稳压器的各种功能，能驱动3A的负载，有优异的线性和负载调整能力。1m2576的效率比流行的三段线性稳压器要高的多，2 .控制器模块该模块主要由凌阳16位SPCEo61A单片机组成，硬件电路扩展方便，软件编程简单，器件资源完全能够满足作品设计。3 .声音接收模块本模块使用IniC作为声音接收头，经过一级三极管滤波放大，在经过一级1M386进行功率放大，之后在经

10、过1M393电压比较器进行整形。由1M567完成信号选频工作，用来识别小车载体的声音信号。4 .电机控制和驱动模块主投(O1HMC-I匚力流电机1二直流电机2匚二:直通电机3*推存双H桥驱动IC：1298*R=10K,C=0.47uf图4129凝动电路图单片机向MMCT写入命令控制字，用来选通通道1和通道2,同时改变占空比状态，1298接收MMCT的占空比信号，控制电机的转速。5 语音模块U由于本设计采用的控制芯片是凌阳SPCEO61A单片机，该芯片本身具有语音功能，所以本系统只需要利用SPCEO61A为核心的精简开发板，就可以实现语音功能，不需要做专门的语音模块。6.发声器模块系统采用NE5

11、55组成自激多谐振荡器(如图2.3),用于产生连续的脉冲信号，驱动扬声器发出声音信号。电路采用电阻、电容组成RC定时电路，用于设定脉冲的周期和宽度。调节RW或电容C,可得到不同的时间常数；还可产生周期和脉宽可变的方波输出，从而改变声音的频率和振幅。脉冲宽度计算公式：Tw0.7(RiRw+R2)C振荡周期计算公式：FM).7(R1+RW+2R2)CVCC图2.4自激多谐振荡器电路和波形图三.系统软件设计及流程图软件部分由主机数据处理模块、主机无线发送子程序序模块、主机中断处理子程序、从机无线接收子程序模块、从机数据处理模块，从机中断子程序模块，外部中断服务子程序模块等组成。程序都由C语言编写。系

12、统主程序流程图从机程序四.系统的测试与调试（一） .测试仪器：秒表、两米卷尺、示波器、万用表。（二） .测试方法：1 .将声源小车放在测试区域的任意位置，并间断发出特定频率的声音信号。2 .小车向着OX轴线前进，当到达轴线时停车8秒，并声光指示。3 .用秒表记录整个过程的时间，并用卷尺测得起点和终点的距离，求出平均速度。4 .小车原地等待5s后，左转90,继续前进，秒表记录时间，到达终点后，测得行进距离，计算平均速度。五.设计总结主要参考文献：1罗亚飞等编著2王济浩主编.3姚福安主编.4李正军主编.经过4天3夜的辛勤工作，我们终于完成了系统的基本要求，小车可以按指定的要求到达设定位置，但行驶的偏移误差不容易控制，系统还加了语音功能，整个系统设计时均考虑到环保和低功耗的要求，单片机采用3.3V电压，所用电源为开关电源。我们采用了模块化设计，使得系统留有很大的扩展和升级空间。凌阳16位单片机应用基础北京航空航天大学出版社模拟电子技术基础（第二版）.济南：山东科学技术出版社电子电路设计与实践.济南：山东科学技术出版社计算机控制系统.北京：机械工业出版社