AT89C52单片机声音导引系统.docx

《AT89C52单片机声音导引系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《AT89C52单片机声音导引系统.docx（13页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、声音导引系统摘要：本系统以AT89C52单片机为主控制器、MMC-I为从控制器，由直流减速电机驱动模块，电源模块，无线收发装置，发声模块，音频转换模块等构成。利用音频转换电路将可移动声源发出的音频信号转换为数字脉冲信号，通过无线收发模块反馈给可移动声源；利用反馈时间差检测出三个声音接收器与可移动声源的位置关系，从而实现声音导引功能，完成了设计要求。关键词：AT89C52；MMC-I；无线收发模块；音频转换电路Abstract:ThissystemAT89C52microcontro11er-basedcontro11er,MMC-Ifromthecontro11er,byaDCgearmoto

2、rdrivemodu1es,powermodu1es,wire1esstransmittersandreceivers,soundmodu1es,sounddetectionmodu1ecomposition.Theuseofthevoicedetectioncircuitwi11beissuedbythemobi1esoundsourceaudiosigna1intodigita1pu1sesigna1,throughthewire1esstransceivermodu1escanbemovedbacktothesoundsource;theuseoffeedbackfromthetimed

3、ifferencedetectedinthreeaudioreceiverwithremovab1esoundsource1ocationre1ations,therebytoachievethesoundguidancefunctions,thecomp1etionofthedesignrequirements.Keywords:AT89C52;MMC-1;wire1esstransceivermodu1e;sounddetectioncircuit1方案比较与总体设计根据题目的基本要求，本系统主要由移动声源载体，主控制器模块，电机驱动模块，电机控制模块，无线收发模块，音频转换模块，发声模块

4、，显示模块等组成，为较好的实现各模块的功能和彼此间的配合衔接，我们对声音导引系统的各部分做了几种方案选择并分别进行设计论证如下。1.1 移动声源载体选择方案一：购置成品玩具电动小车进行改装方案二：自制车体购置成品玩具电动小车进行改装，缺点是不可能完全符合要求，需要做大量的修改。而自制车体采用直流减速电机驱动，克服掉了玩具车的缺点，并且自制车体在布线，模块拼装和功能改进上都有很大空间，能更好的满足题目的要求。经过比较，我们采用方案二。1.2 主控制器模块选择方案一：采用可编程逻辑器件CP1D方案二：采用Atme1公司的AT89C52单片机CP1D可以实现各种复杂的逻辑功能，体积小，稳定性高，但价

5、格较高，适合作为大规模控制系统的控制核心，而AT89C52功耗低，性能高，结构简单，易扩展，从适用和价格两方面考虑，我们决定采用AT89S52作为主控制器。1 .3电机驱动模块选择方案一：三极管等分立元件搭建直流电机的驱动电路方案二：采用专用芯片1293搭建驱动电路分立元件价格低廉，但此方案搭建的驱动电路结构复杂，总体性能不够稳定。专用驱动芯片1293是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它响应频率高，一片可控制两个直流电机，操作方便，稳定性好，性能优良。因此，我们选用1293作为电机驱动。1.4电机选择方案一：采用步进电机方案二：采用直流电机方案三：采用直流减速电机步进电机具有快速启停能力，

6、转换精度高，正反控制灵活，可以轻松达到调速目的，但步进电机以及其适配驱动器体积较大，重量较大，驱动能力弱，考虑到车身大小的要求及硬件改造的困难程度，不采用此方案。直流电机具有相应快速，较大的启动转矩，但直流电机的转速不易控制，驱动能力与机械性都比较差，所以不采用此方案。而直流减速电机转动力矩大，速度大，体积小，重量轻，同时它便于进行转速控制，驱动能力强，机械性能好，性价比较高，因此，我们选用方案三。1. 5电机控制模块本系统以MMC-1为电机控制装置，MMC-I为多通道两相四线式直流电机控制芯片，基于NEC电子16位通用MCU(PD78F1203)固化专用程序实现。通过UART或SPI串行接口

7、，为主控MCU扩展专用电机控制功能，可同时控制三路直流电机,并且能控制直流电机的正反，还有过电流检测功能，两通道、三通道同步功能以及睡眠模式。1.6 无线收发模块本系统选用nRF2401无线收发模块，它是单片机射频收发芯片，芯片内置频率合成器、功率放大器、体振荡器和调制等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置，芯片能耗低，低功率工作模式更加节能。1.7 显示模块方案一：1CD串行模式方案二：1ED灯1ED灯可以结合控制系统显示状态，并且其亮度高，界面清晰，功耗低，价廉物美，因此选用方案二作为显示模块。1. 8音频转换模块为完成声音导引功能，须将可移动声源发出的音频信号转换为数字脉冲信号

8、反馈给声源以实现可移动声源的控制。为此我们采用音频信号放大电路、功率放大电路、音频转换电路等构成音频转换模块。19发声模块选用蜂鸣器作为发声模块，经济实惠，作用明显。1.10电源模块9伏（6节1.5伏干电池）作为移动声源载体供电系统，采用自制5v电源为音频转换电路（音频转换模块）供电，电流驱动能力强，电压输出比较稳定，轻巧方便。11I总体设计方案经过仔细分析和论证，我们确定声音导引系统方案总框图如图1-1所示。电机驱动模块显示模块主控制器模块无线收发模块M助控制模块音频转换模块电源1图1-1系统方案总框图移动声源载体采用自制小车，扩展性强，移动灵敏；2）采用AT89C52作为主控制单片机，MM

9、G1作辅控制器件控制移动发声装置的行进;3）电机部分采用减速直流电机；4）采用干电池作为供电系统；5）采用1293搭建电路作为减速直流电机的驱动电路；6）无线收发模块采用RF2401控制主控制器；7）音频转换模块把接收声波转换为脉冲再控制移动发生载体的移动；8）发声模块采用蜂鸣器向接收装置发送信号；9）显示模块采用1ED灯显示发生载体的行进状态。2硬件电路设计与实现根据总体框图的设置，我们知道本系统主要由5部分组成，以下将具体阐述。2.1单片机最小系统控制模块采用AT89C52,其功耗低，性能高，结构简单，易扩展。其电路图如图2-1所示。1OO123457rrp1p1p1p1p1p1p1p1N

10、anWO1、3SSS7O13,，gpomPQpopopogp:p:ppp;p:p&图2-1最小系统电路板AT89C52接口丰富，结构简单，利用它作为主控制系统可接收无线收发模块的脉冲信号,从而驱动电机，使显示模式显示，蜂鸣器发声，实现串行通信等。2. 2发声载体装置主板发声载体（小车）是系统的重要组成部分之一，其装置主板图如图2-2所示。图2-2发声载体装置主板电路此部分驱动模块为1239F,具有电机驱动的功能，它可控制两个直流电机或一个步进电机，我们用PWM输出来控制车速。2. 3无线收发模块设计nRF240业界体积最小，功耗最少，外围元件最少的无线单片收发芯片，编程方便，实际传输距离在50

11、-80米左右，完全符合系统要求，其电路图如图2.3所示。nRF2401在系统中实现可移动声源与音频转换电路的数据传递，能完成声音导引功能。2.4辅助控制器模块设计MMC-I在系统中起到电机控制的作用，其原理图如图2-4所示。MMC-I通过UART或SP1串行接口，为主控MCU扩展专用电机控制功能，可同时控制三路直流电机,并且能控制直流电机的正反转，在系统中起到关键作用。2 .5音频转换模块设计此部分为音频转换模块，其原理图如2-5所示。图2-5音频转换模块音频转换模块在本系统中起着显著的功能，此电路具有音频信号放大功能、功率放大功能、音频转换等功能，是核心所在，其作用是把接收到的音频转换为数字

12、脉冲反馈到发声载体来控制小车的运动。3 .软件设计本系统功能的实现不仅需要硬件，软件也起着重要的地位，软硬件的良好搭配才能很好的完成系统功能。3.1 软件流程图因为本系统中要求小车运动，发声，接收器接收音频信号，发射数字脉冲，显示灯发光等一系列活动，所以对程序的安排结构要求严谨。在此我们采用模块化设计方法，将整个程序分为以下两个模块：基础部分模块，发挥部分模块。其程序流程图如图3/所示。4 图3-1软件流程图5 .调试与指标测试5.1 模拟量分析当发声装载S发出声波，接收器A,B分别运用音频转换模块将声波转换为脉冲，并同时发出脉冲传给S1S接收并分析，通过控制模块，控制小车的行进与停止。如果设

13、从S发射声波到A,B再到S接到脉冲的时间分别为Ta,Tb,由S=V1V为声速340ms定值,则T越小,S离该点越近，T越大，S离该点越远，即Ta.Tb的大小反映A,B离S的距离。若T的最大值与T得最小值的差值为延迟时间，我们可以根据延迟时间的大小，推测S的大概位置位置。当延迟时间大于。时，小车运动，并朝着延迟时间为O的方向运动。如图25所示，当只有A.B接收机时，S在S点有延迟时间，当运动到S1时，仍有延迟时间，继续运动，当运动到S2时,S2距A,B距离相等,延迟时间为0一刚好到达OX线附近，小车轨迹S-SI-S2。同理,当发挥部分打开接收器C时，A,B延迟时间为0,与C产生延迟，小车沿OX线

14、向W运动，当所有延迟时间为0,小车到达W并停止。其运动轨迹为S2-S3。基础部分发挥部分图2-5S与A.B,C发收信号图图2-6S运行轨迹分析图按照前面做的工作，软硬件设计对系统功能的实现需调试如下。4 .2测试和结果根据题目要求，我们对系统进行了测试，主要测试仪器见表1,测试过程及结果如下。表1测试仪器仪器名称用途数量数字万用表测试电路工作情况1示波器显示信号波形1秒表记录时间1直尺测量距离1D测试方法及结果将调好的移动声源载体（主体为小车）放置到测试板OX右半部任意位置，令接收器A,B工作，用直尺测量小车到OX的距离11,打开开关，同时按下秒表，待小车运动停止后，再同时按下秒表，测出时间T

15、1,再用直尺测出小车与OX线的距离12,算出定位误差M=12及平均速度V=111,此为基础部分，发挥部分为在基础部分的基础上，再令接收器C工作,再次按下开关同时按表，待小车停止的同时按表，测出时间T2,并测出小车与启动时小车的距离13,则定位误差为最终小车与OX距离14,平均速度为13/T2,测试结果见表2。2）测试结果分析在软件调试过程中,如何根据A、B、C三个接收装置接到声音信号后反馈回的时间差从而确定小车的位置是本系统设计的难点和重点。由于发出信号与收到反馈信号之间存在一定的时间差，而本程序将此信号忽略不计，同时存在路面不平、自身摩擦等因素导致小车行走的轨迹与设定的路线存在一定的误差，为提高实验的精度，修正这一因素带来的偏差，我们采用精确延时、定时器精确控制等方式，每隔一定的时间通过中断服务程序检测三个信号的时间差4,及时修正小车的运行姿态，将误差控制在一定的范围之内，取得了较好的效果。我们在软件上精心调试多次，硬件上注意每一个小细节，最终使得小车能够基本准确的到达指定位置，同时扩展功能我们也可以部分实现，效果良好。表2基础部分测试数据次数起始位置到OX垂直距离(m)响应时间(s)平均速度(cms)终止位