电子竞赛声音引导系统设计报告.doc

声音引导系统设计论文 作者：陈有生 汪国强 孙越（西北师范大学） 赛前辅导老师： 摆玉龙 邵宇 文稿整理辅导老师：摆玉龙 邵宇 摘要 本系统采用飞思卡尔单片机MC9XS128作为核心处理芯片，用NE555产生特定频率的音频信号，用LM386对接受的音频信号进行放大处理，用音调译码芯片LM567对放大的音频信号进行鉴频处理，提取出所需音频信号。MC9XS128对音频信号进行综合分析和判断，再利用无线传输模块GW200KB发送控制信号引导载有声源的小车运动。通过控制电机的正反方向调速，最终到达要求的位置。 一 、系统实现方框图、方案论证与比较 １.系统总体框架图 整个系统分为电源模块、单片机系统模块、音频信号产生模块、电机驱动模块、无线传输模块等。各模块的构成系统图如下： ２.系统方案论证与选择 该系统是一个典型的控制系统。对于控制系统而言，合适的控制算法、反馈信号的精度、系统模型的精确度等对系统的稳定性及控制精度其重要的作用。 （1）单片机的选择 单片机主要用于数据信息的运算处理、音频信号的采集，电机的控制，无线传输的控制等。传统的51单片机使用简单，价格便宜，但器运算能力较低，速度较慢，功能相对单一，难以实现较复杂的任务要求。MC9XS128单片机稳定性高，可靠性高，控制能力强，运算速度快，开发、应用简单，具有很高的性价比。 本系统选择MC9XS128单片机。 （2）控制算法的选择 在自动控制系统中，系统性能的优劣性很大程度上取决于控制的策略，即控制算法的实现。控制算法的选择很大程度上直接关系到该系统的稳定性、控制的准确性以及响应时间。可以说控制算法是影响系统优劣的关键因素。 方案一：比较音频信号的幅值。 距离声源越远，接收到的音频信号的强度越弱；距离声源越近，接收到的音频信号强度越大。通过比较音频信号幅值的强弱，来判断小车是否到达要求位置。声波在空气中传播时存在衰减，很难通过音频信号的幅值强度的比较判断小车的位置，测量的精度也不高。 方案二：通过测定距离确定小车的位置 通过测定音频信号传播的时间，由公式S=V*T计算出载有声源小车距离音频接受器的距离，再计算出小车的具体位置，从而控制小车的运动状态。因为是对声音的鉴频所以能够很好的滤除其它噪音，去除干扰！ 最终选择方案二。 （3）电机驱动电路 方案一：采用MOS管构成的H桥。 采用MOS管搭建的H桥电路，可以提高效率，功耗较低，但MOS管构成的H桥实现起来比较的复杂，由于管子的参数不一样，很容易发生MOS管发热问题甚至烧掉。 方案二：采用L298驱动模块。 L298内含4个驱动通道，输出电流可达4A。且此芯片专门为电机驱动设计用，工作性能稳定。通过L298控制电机的正反转，实现履带小车的速度与转向，可以达到较好的控制效果；而且其成本低，使用简单。 综上本系统采用L298电机驱动芯片。 （4）电源模块 本系统采用L7812、L7805 、LM7908分别为系统的各个模块提供电压。 （5）音频信号的提取方案 方案一：采用带通滤波器 带通滤波器能较好的滤波，电路、相应的参数值也比较的成熟，但模拟电路的调试很麻烦，很难取得理想的参数值，最终滤波效果不理想。 方案二：采用LM567音调译码芯片。 LM567语音鉴频芯片有良好的鉴频能力，通过外围带南路的简单来连接来控制567的鉴频带宽和中心频率，很容易实现；而且经567处理输出的信号是数字信号，不需AD转换，可以直接接入单片机，提高了效率。 综上所述最终的LM567音调译码芯片。 （6）音频信号放大电路 方案一：采用LM324 LM324是四运放集成电路，内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。LM386是一种音频集成功放，功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和谐波失真小等优点 ｘｓ１２主要功能： １）．对音频信号的数据处理。 ２）．控制无线模块发送命令，来控制载有声源小车的运动状态。 （２）音频信号放大处理电路的设计 通过接在1脚、８脚间的电容（１脚接电容＋极）来改变增益，断开时增益为20dB.用不到大的增益时，电容就不用接了，节约了成本，还会减少噪音。7脚的旁路电容很重要，起滤波作用，增大这个电容的值，缓解直流基准电压的上升、下降速度，有效抑制噪声，在器件上电、掉电时的噪声就是由该偏置电压的瞬间跳变所致。电路图如下： LM386的主要功能： 对接收到的音频信号进过ＬＭ３８６放大处理（放大处理后音频信号的电压可达到４.５ｖ。） （３）ＬＭ５６７鉴波电路的设计 响应频率可以通过５、６脚的电阻、电容调整。一定的音频信号加到ＬＭ５６７的３脚，经内部电路的放大处理与选频，其8脚输出低电平，无信号输入时输出高点平。LM567输出信号经7414整形后加到xs12单片机。电