将整个系统设计分为场地系统与车载系统通过单片机控制并且这两大系统通过无线模块建立联系.docx

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1、摘要系统设计主要有车载系统与场地系统两大部分组成。车载系统包含了电源，电机适配器，无线发射等模块。如何按照大赛要求，实现其控制部分(电机)的适配，成为设计的关键。而声音采集与处理，无线接收等则构成了场地系统。在场地系统的设计过程中，我们将重心放在如何将声音信号转化为距离差，从而确定声源的位置，再由单片机实现对其运动状态的控制，最终实现声音引导。关键词：单片机；电机适配器；声音采集处理；声音导引Abstract：Thedesignofthesystemarecomposedofthemain-boardsystemandsitesystem.Carsysteminc1udesapowersupp

2、1y,motoradapter,wire1esstransmittersandothermodu1es.Howtorea1izethecompetitionsrequirementstoachieveitscontro1parts(motor)andadaptationhasbecomethekeytothedesign.Theaudioacquisitionandprocessingpart,wire1essreceiverpartandotherpartsconsistthesitesystem.Intheprocessofspacesystemdesign,wefocusedonchan

3、gingthesoundsigna1intothedistanceinordertodeterminethe1ocationofthesoundsource.Eventua11y,weuseMCUtocontro1itsmotionstatetorea1izethefina1foundation-voiceguidance.KeyWords：SCM；MotorAdapter；SoundAcquisitionandProcessing；Voiceguidance1系统方案31.1 整体方案比较31.2 运动控制方案42设计与论证42.1 算法方案设计42.2 误差的产生与消除52.3 声音发生模

4、块的设计52.4 声音接收模块的设计52.5 电机模块的设计62.6 无线模块的设计62.7 扩展模块的设计72.8 统设计73.1 控制流程图73.2 场地系统83.3 车载系统94系统调试104.1 测试数据104.2 测试结果分析10参考文献11附录131系统方案11整体方案比较方案一：将整个系统设计分为场地系统与车载系统，通过单片机控制，并且这两大系统通过无线模块建立联系。具体工作过程为：声源发出指令通过无线模块传给MUC使其控制声源发生，发出的声音再经过无线模块到达声音接收装置（人帮工三部分），形成单片机可读的高低电平，进一步控制小车的运动。根据小车距OX的距离相应调节步进电机的步幅

5、，距离较大时，增大步幅，从而达到节约时间的目的。在声源（小车）行进过程中，不断发出声音信号进行位置变动，直到达到要求位置，时间差为零，调整完毕，小车停止运动，运动过程完成。其结构如图1所示：图I系统整体结构图（方案一）方案二：同样将系统分为场地系统与车载系统，区别在于将车载系统的处理核心换成FPGA,信息经其处理后再交给单片机执行，使小车完成相应动作。如图2图2方案二图示本设计成本也偏高，同时,芯片的引脚很多，实物硬件电路板布线复杂。加重了电路设计和焊接的工作。因此排除此方案。选用方案一12运动控制方案根据本题要求采用MMC-I实现声源的运动控制,MMCT通过UART或SPI串行接口，为控制M

6、CU扩展专用电机控制功能,可以设定电机运行的速度以及总步数。经过小组讨论，决定用1M298作为电机驱动电路，与MMCT形成的控制部分组成电机适配器，配合完成声源的各项要求。2设计与论证A0B图3题目几何模型1.1 算法方案设计C0，题目抽象为图3所示几何模型，题目要求声源S最终的位置离OX的垂直距离小于3cm,于是如何控制小车的运动使之在正确的位置停止，成为设计的关键。把这个问题抽象为数学模型，也就是确定声源S的位置。用测得的时间差乘以声速340ms,便是距离差。转化为几何题目，已知a-b=c,a-c=f,0A=1,AO1,0,(T分别为AB,AC的中点,求S点坐标即m,n.由余弦定理：cos

7、A=(a*a+b*b-c*c)2ab,又cosA=na;故(a*a+b*b-c*c)2ab=na,故有n=(a*a+b*b-c*c)2b.1.2 误差的产生与消除指令时，会有一定的时延，使测得的时间有出入，造成测量结果误差，此种误差可以通过软件的方式改善，甚至消除。此外由于在不同的温度下，声音传播的速度会有所差异，因此而会造成测量结果的误差。此中误差可以通过温度补偿的方法使之减小。此外为了尽量减小噪声可以限制一下环境，如提醒观众不要大声喧哗。2 .3声音发生模块的设计此模块主要运用NE555定时器产生矩形波。产生的矩形波中除基波外还还有丰富的高次谐波。将它用作脉冲信号源，滤波是我们不得不考虑的

8、一个问题。电路谐振周期为：T=0.7(R1+2R2)C荡频率为:f=1T=1.43(R1+2R2)C,详见原理图3 .4声音接收模块的设计该模块设计中，考虑到接受的信号频率为2840Hz较微弱，我们决定采用适用于低频放大且自身功耗低的音频集成功放1M386o为了将信号转化为MCU可读的高低电平，我们选用了通用音调译码器1M567,其工作状态犹如一个低压电源开关，当其接收到一个位于所选定的窄频带内的输入音调时，开关就接通。并且可用做波形发生器，产生较为精密的方波。其原理图如图41.2 5电机模块的设计按照设计要求必须采用MMeT实现电机的控制，其有三个电机控制单元，通过设置寄存器使其工作在步进电

9、机模式。外接两个全桥驱动芯片就可以控制两相四线式步进电机的工作。可以通过两个参数控制步进电机的运转：速度和增量。同时还可以设定电机的速度和总步数。另外，我们选用1298作为驱动器使其与步进电机以及控制器构成一个完整的步进电机控制系统。2.6 无线模块的设计在本模块的设计中，我们采用SRWF-108无线数传模块，SRWF-108模块提供1200240048009600bps等接口波特率，波特率的设定可以通过改变模块上面得焊盘跳线(J2-J4)状态来确定。采用FAK调制方式，工作频率为429.00433.30MHz.低功耗,其可靠传输距离为2000m.2.7 扩展模块的设计在扩展模块部分，我们利用

10、改进型温度智能传感器DS18b20制作了测温模块，同时起到补偿的作用，利用PH111PS公司生产的低功耗，多功能时钟芯片设计了时钟模块，除此之外，我们还制作了128*64点阵1CD液晶显示。该液晶显示抗干扰能力强，调用方便，并且节省了软件中断资源。3总系统设计3.1控制流程图主机流程图从机流程图3.2场地系统3.3车载系统11I1-11iJ11山I,F11WIi11p11111111i1i11i1ii=QmIiiiiiiiiiiiiiiiT-图6车载系统原理图3m4系统调试4.1测试数据测试时间：2009年9月5日星期六18:00-20:00测试地点：安静环境测试仪器：秒表，丁字尺，函数信号发

11、生器，HH1735C005A双路直流稳压电源,M9803台式数字万用表，20MHZ双路示波器，室内温度计组别声源离OX距离(Cm)响应时间(S)OX线左侧最大距离(Cm)定位误差(Cm)平均速度(cms)环境温度(C0)测量温度(C。)基本部分1201.71.10.711.124.524.12403.81.50.910.324.323.83604.61.80.712.923.924.548018.93.22.84.124.223.7510010.11.40.69.925.125.6发挥部分1201.81.10.510.72406.42.52.45.93605.01.60.611.94806.6

12、1.30.312.151008.50.90.611.74.2测试结果分析经过测试，系统的各项性能指标基本能满足大赛的题目要求，但由于试验仪器设备，实验环境等的限制，在某些细节问题上还存在不完善的地方。为了减小这些因素,就需要提高软件来实现。参考文献1丁元杰单片机原理及应用机械工业出版社20012华成英童诗白模拟电子技术基础（第四版）高等教育出版社20063谭浩强C程序设计（第三版）清华大学出版社20054梅丽凤等单片机原理及接口技术（修订本）20065方佩敏新编传感器原理应用电路详解北京电子工业出版社，1994附录MMC引脚配置及说明STA1STA2-DCPWMSTB1STB2/DCDIRSENSTA1STA2/DCPWMSTB1STB2DCDIRSENSTA1STA)DePWMSTB1STB2,DCD1RSEN