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2009全国大学生电子设计竞赛 题目B：

《声音导引系统》

参赛学生：吴飞、王理、徐全 指导教师：王文杰、严石、李亚舟 学校：淮阴工学院

院系：电子与电气工程学院

目 录

1 方案设计与论证…………………………………………………………………………2

1.1主控系统选择…………………………………………………………………………3 1.2电机选择………………………………………………………………………………3 1.3电机控制系统选择……………………………………………………………………3 1.4无线数据通信模块选择………………………………………………………………3 1.5声音信号处理方案选择………………………………………………………………3 2 电路设计…………………………………………………………………………………3

2.1系统组成………………………………………………………………………………4 2.2音频发射………………………………………………………………………………4 2.3音频处理………………………………………………………………………………4 2.4电机控制系统…………………………………………………………………………5 3 软件设计…………………………………………………………………………………5 4 系统测试 …………………………………………………………………………………6

4.1 测试仪器………………………………………………………………………………6 4.2测试方法………………………………………………………………………………6 4.3测试数据………………………………………………………………………………7 4.4误差分析………………………………………………………………………………7 5 设计总结……………………………………………………………………………………7

6 参考文献…………………………………………………………………………………7 7 附录…………………………………………………………………………………………8 附1：部分元器件清单 ……………………………………………………………………8

附2：仪器设备清单……………………………………………………………………8 附3：部分程序清单

…………………………………………………………………8

声音导引系统设计与总结报告

淮阴工学院电子与电气工程学院 参赛队员：吴飞 王理 徐全

指导教师：王文杰 严石 文稿整理指导老师 李亚舟

摘要：本系统采用两片STC12C5A60S2增强型51单片机，双直流电机双轮驱动小车。通过接收点收到声音信号时间不同，判断小车离各个接收站的距离远近，通过无线传输模块控制车载单片机，进而控制小车运动，到达目的地，发出声光信号。本系统在设计中注意低功耗处理和力求高性价比等细节。

本设计主要特点：1.高效的L293电机驱动电路，提高电源利用率。

2．双电源设计，控制电路电源与电机电源隔离，信号通过光耦传输。 3．采用测时间差的方式，通过3点声音信号实现精确定位。

关键词:声音导引 可移动声源 声音接收器 单片机 智能车

Abstract

This system use two STC12C5A60S2 enhanced 51-series microcomputer, double dc

motor drive car outfit. Through different voice signal method-the peak-trough received from various terminal, the car of distance, through wireless transmission module control vehicle, and control chip car movement, destination, a sound signal. This system in the design of low power consumption and high performance to such details.

1．方案设计与论证

1.1主控系统选择

方案一：采用高性能嵌入式系统，比如ARM。如果采用此方案，可以很好的解决数据处理和控制功能，但是ARM价格昂贵且本科阶段很少接触，在短时间内完成困难比较大。

方案二：采用大规模可编程逻辑器件，如FPGA，CPLD但本题属于控制类，不适合采用此方案。

方案三：采用2片高性能单片机来实现，一片用来处理音频信号接收，同时控制车载单片机，担当主控单片机。另一块作为从单片机，用来控制小车运动。

考虑到方案的可实行性和性价比，我们采用STC12C5A60S2增强型51单片机，此款单片机内部不分频，采用RISC精简指令集，可实现高速运算，存储空间大，价格低廉，性价比极高。

1.2电机选择

本题是控制类题目，所以电机的选择尤为重要。

方案一：选择普通直流电机，通过减速齿轮增大扭力，提高带负责能力。直流电机的优点是价格便宜，控制容易，但难以精确控制是其一大弱点。 方案二：选择步进电机。步进电机的特点是可以精确控制电机选择步数和角度，缺点就是力矩比较小，容易失步，而且价格比较昂贵。

考虑到题目要求性价比高，所以我们选择普通直流电机，通过优良的控制算法，达到高精度定位。

1.3电机控制系统选择

方案一：通过晶体三极管等分立元件搭H桥。优点是价格便宜，结构简单，控制简单。但由于晶体三极管的承载电流比较小，驱动能力受到限制，因为是分立元件，稳定性不敢保证，且体积比较大。

方案二：采用集成芯片，如L293,L298等。其优点是集成度高，电路简单，控制方便可靠，体积小，效率高。

考虑到小车比较小，要安装的电子装置比较多，控制精度比较高，所以选用低电压驱动高效率的L293驱动芯片(L298需要的驱动电压高,效率低)。

1.4无线数据通信模块选择

方案一：红外通信，红外通信器件易得，价格低廉，但必须直线收发是其致命弱点。

方案二：采用nFR24L01无线通信模块，此无线通信协议工作于2.4～2.5 GHz ISM频段，数据传输率最快可达2 Mb／s。

我们选用nFR24L01无线通信模块，确保通信的流畅性和准确性。 1.5声音信号处理

方案一：由于声源离各接收站距离不等，所以各接收站收到声音信号所需时间不等，进而可以判断出小车方位，引导小车前进。

方案二：由于声源离各接收站距离不等，所以各接收站收到声音信号的强度不等，通过AD转换器测出电压大小，进而可以判断出小车大概方位，引导小车前进。 由于接收站离主控单片机有1M距离，传输距离比较远，需要导线比较长，容易受分布电容等干扰，直接传输电压信号容易导致不精确，所以我们采用测时间差的方法。

小结：

经过几番仔细的论证和比较，我们决定了本系统主要模块方案如下： 音频处理方案：采用测时间差的方式。