09年全国电子设计大赛声音引导系统报告

电子系统设计应用论文声音引导系统专业:电子信息工程班级:110404姓名:孙凯东学号:20111539全国电子设计大赛预赛设计报告第2页共21页目录摘要·····························································3Abstract························································3一、系统方案···················································41、整体方案的论证与比较·······································42、系统控制方案···············································4二、设计与论证·················································51、误差信号理论分析···········································52、理论分析···················································5三、单元电路的设计············································61、系统组成···················································62、声音发射模块的设计·········································63、声音接收模块的设计·········································74、无线收发模块的设计·········································95、电机驱动电路的设计·········································96、液晶显示模块的设计·········································10四、系统测试··················································111、使用的仪器和设备··········································112、测试的方法和步骤··········································11参考文献························································12附录(原件清单、电路图、程序)·····································13全国电子设计大赛预赛设计报告第3页共21页摘要本文采用基于STC89C52单片机的声音引导系统，由单片机产生周期性音频脉冲信号，通过LM386N功率放大器进行放大后驱动喇叭；声源接收模块采用驻极体话筒作为声电转换元件，将声音信号转化成电信号。通过单片机来判断声源的位置，由PT226编码芯片以及PT2272解码芯片组成的集成电路实现信号的无线传输，以实现控制小车的运动。由单片机来控制全桥驱动芯片L298N驱动直流减速电机的转速和转向。关键字：声音引导、功率放大器、声电转换、无线编码/解码、全桥驱动AbstractThispaperbasedonSTC89C52SCMvoiceguidesystem,thesingle-chipcomputerproduceperiodicaudiopulsesignal,throughtheLM386Npoweramplifieramplificationdrivespeakerafter;ReceivingmoduleUSESsoundinabodymicrophoneaselectricconversioncomponents,willsoundvoicesignalintoelectricalsignals.Throughthesingle-chipmicrocomputertojudgethepositionofthesoundsource,thePT226codinganddecodingchipschipPT2272composedofintegratedcircuitrealizesignalofwirelesstransmission,soastorealizethecontrolofthesportscar.Thesingle-chipcomputertocontrolthewholebridgeL298Ndriverdrivechipdcslowmotorspeedandsteering.Keyword:Voiceguide,Poweramplifiers,Soundelectricconversion,Wirelessencoding/decoding,Fullbridgedriver全国电子设计大赛预赛设计报告第4页共21页一、系统方案1、整体方案的论证与比较（1）超声波测距方案由于超声波指向性强，消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，经常用于距离的测量，且其测量精度高，不易受干扰。但此方案并不能满足设计要求，而且成本高、硬件电路较为复杂，故不采用此方案。（2）时间差测距方案单片机测量两个声音接收器接收到声波信号的时间差，由计算可得声源与两个声音接收器之间的距离差。通过要求中定位误差，可得到在该误差下的时间为t。通过单片机计算使得接收两时间差Tt时，可移动声源停止运动，从而达到定位的目的。因此，本文采用此方案。2、系统控制方案用两个最小系统板，作为可移动声源模块和主控模块。其控制方案如下：声源控制信号发射声音控制信号接收主单片机声源驱动按键2个声音接收器接收信号电机驱动喇叭显示从单片机电源电源图1控制方案的系统框图全国电子设计大赛预赛设计报告第5页共21页二、设计与论证1、误差信号理论分析本系统声源控制信号接收模块中的单片机采用的晶振为22.1184MHz,周期为122.1184120.54Ts。又由于声音的传播速度为340ms，因此声音距中点1cm所需要的时间为33400.0188.236ts，此时88.2361630.54tNT，即单片机可以执行163条指令，完全满足设计所要求的精度。2、理论分析如下图所示，单片机接收到A和B接收头的音频触发信号，控制小车向前运动，若二者接收到的信号时间差为零，则可移动声源必在Ox线上。同理，可以控制可移动声源运动到W点。BAOXE图2系统示意图全国电子设计大赛预赛设计报告第6页共21页三、单元电路设计1、系统组成系统包括含两片STC89C51单片机；声源控制信号发射接收采用超再生发射接收模块，通过PT2262和PT2272进行编码和解码；声源接收采用驻极体话筒，接收声音信号并转化成电信号，通过放大和比较器后转化为脉冲信号，再接收通过单稳态电路去除每个周期第一个以后的脉冲，然后再送入主单片机。实现方案的系统方框图如下所示。PT2262发射电路声源接收放大、比较器单稳态电路STC89C52单片机（主机）声源发射STC89C52单片机（从机）音频功率放大控制小车运动状态PT2272接收电路超再生接收模块2,、声音发射模块设计输入信号经过电位器分压后输入到LM386的第3脚，通过调节电容C8从而调节放大器的增益，组成音频功率放大电路。其电路的原理图如下，该电路具有功耗低、工作电压范围宽、所用外界元件少、调整简便等优点。输出的信号经过电解电容C9，再接发射头，进而产生放大的声源信号。图3系统方框图全国电子设计大赛预赛设计报告第7页共21页3、声音接收模块的设计（1）工作原理的分析声源接收模块的原理图如下所示，该电路采用驻极体话筒作为声电转换元件。驻极体话筒输出端是内部场效应管的漏极D和源极S，此电路采用漏极输出的连接方式，故在漏极D与电源正极之间须接入电阻R11。通过单电源供电的同向交流放大器电路，放大交流信号，再经过比较器输出矩形波信号。输出信号经过555触发的单稳态电路进行滤波。图4声音发射模块示意图全国电子设计大赛预赛设计报告第8页共21页图5声音接收模块示意图全国电子设计大赛预赛设计报告第9页共21页(2)参数计算机器件选择运放6脚输入信号的放大倍数取1317172119191120CRRUURXR，故取17200R，1910R。将3U电压定位在2Vcc左右，故取1412R，1810R和25PR的电位器达到控制灵敏度。NE555单稳态触发的刷新时间由15R和11C决定，暂稳态持续时间15111.1wtRC，刷新时间定为17ms左右，所以取1512R，11C为电解电容1.0F。4、无线收发模块的设计采用超再生发射接收模块，通过PT2262和PT2272进行编码和译码，实现无线传输。编码芯片PT2262的振荡电阻取1，解码芯片PT2272的振荡电阻取150。产生误差信号通过主机单片机进行处理后，将数据通过PT2262发送到射频发射模块的数据输入端发射出去。超再生接收模块接收后送到解码芯片PT2272，然后再送给从单片机，以此控制小车的运动。5、电机驱动电路的设计声源通过单片机控制并安装在车上。小车的两个后轮为直流减速电机受控于全桥驱动芯片L298N，L298N内部包含4通道逻辑驱动电路，可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4．5～7V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为＋2．5～46V。输出电流可达2．5A，可驱动电感性负载。L298N的OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动两台电动机，通过调节占空比控制电机转速。全国电子设计大赛预赛设计报告第10页共21页小车驱动电路的原理图如下。在L298N的4脚使能信号有效（逻辑电平1）时，当5脚和7脚的电平为10时，电机1B正转；当5脚和7脚的电平为01时，电机1B反转；当5脚和7脚的电平为00或11时，电机1B不工作。同理可得2B。6、其它模块的设计显示模块主要用于显示小车声源的响应时间、行驶路程、平均速度。采用的是LCD1602液晶，并行数据传输。速度检测部分采用霍尔传感器，采用的是开关型霍尔A3144E。图6电机驱动电路模块示意图全国电子设计大赛预赛设计报告第11页共21页四、系统测试1、使用仪器及设备序号名称数量1万用表12蓄电池13示波器14最小系统板22、测试的方法和步骤可移动声源转向0时，侧地垂直距离S、时间t、定位误差和任意时刻超过xO线左侧的最大距离，其平均速度为SVt。测试第11页共21页数据记录如下。次数垂直距离Scm响应时间ts平均速度1Vscm定位误差cm超过xO线的最大距离cm17249.12.1026451100.8370510.201.5全国电子设计大赛预赛设计报告第12页共21页参考文献[1]童诗白,华程英.模拟电子技术基础（第四版）[M].北京:高等教育出版社,2009.[2]阎石.数字电子技术基础（第五版）[M].北京:高等教育出版社,2009.[3]黄智伟,王彦,陈文光等.全国大学生电子设计竞赛训练教程[M].北京:电子工业出版社,2007.[4]高吉祥,唐朝京.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程（电子仪器仪表设计）[M].北京:电子工业出版社,2007.[5]张友德、赵志英、涂时亮.单片微型机原理、应用与实践（第五版）[M].上海：复旦大学出版社，2009.[6]郭天祥.新概念51单片机C语言教程.入门、提高、开发[M].北京：电子工业出版社，2009.[7]梁明理.电子线路（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2008.全国电子设计大赛预赛设计报告第13页共21页