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移动声源定位系统 专 业： 通 信 工 程 学 号： 06205040117 指导老师： 夏 巍 日 期： 姓 名： 祝 延 来 汇报内容目录 主要内容 方案确定 电路设计 软件设计 主要参考资料 [1] 雷思孝，李伯成，单片机原理及实用技术——凌阳16位单片机原理及应用，西安电子科技大学出版社，2003 [2] 卢胜利，基于凌阳SPCE061A设计试验平台的专业综合设计教程，机械工业出版社，2005 [3] 侯媛彬，袁益民，凌阳单片机原理及其毕业设计精选，科学出版社，2006 [4] 孟令军，夏善红，一种音频测距信号到达时刻估计方法[J]，中国科学院 电子研究所，2007 [5] 夏路易，石宗义，电路原理图与电路板设计教程，北京希望电子出版社，2001 [6] 李晓白，凌阳16位单片机C语言开发，北京航天航空大学出版社，2006 [7] 中国集成电路大全（集成运算放大器分册），国防工业出版社，1985 [8]凌阳科技编著，凌阳16位单片机开发实例，北京航天航空大学出版社，2006 课题主要内容介绍 本系统应用音频信号对移动声源进行定位并引导移动声源到达指定位置，即声音导引系统。 采用两片凌阳61单片机，双直流电机驱动小车。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。 图1：小车运行环境示意图 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2片高性能单片机来实现，一片用来处理音频信号的接收，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，我们采用凌阳61单片机，可实现高速运算，存储空间大，价格低廉，性价比极高。 电机选择 方案一： 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。 方案二： 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。 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。 电机控制系统选择 采用凌阳提供的电机控制芯片。 SPGT62C19B，利用该芯片产生两路PCM波，分别控制车载台的左右轮。 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nFR2401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nFR2401无线通信模块，确保通信的流畅性和准确性。 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。 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所需时间不等，进而可以判断出小车方位，引导小车前进。 由于接收站离主控单片机有1米距离，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： 音频处理方案：采用测时间差的方式。 主控制器：两片凌阳61单片机。 小车行驶方案：双直流电机驱动。 无线通信模块：nFR2401通信模块。 电机控制系统：凌阳电机控制芯片。 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： 电路设计： 系统组成原理 本系统由声源发射器，接收站A，接收站B，接收站C，主控单片机，无线传输模块，从控单片机，电机驱动模块，声光电路等组成。 从SPCE061A 主SPCE061A 声源 声光提示信号 接收A 接收B 接收C nRF2401 nRF2401 液晶显示 凌阳电机驱动芯片 电机 图2：系统组成 音频发射 通过单片机定时器产生一个4Khz的脉冲信号，控制三极管的通断，使蜂鸣器产生一个高频音频信号。 图3：音频发射 图4：主控制系统模块 音频接收 通过MIC接收，音频信号经放大和滤波后再整形成方波，测出响应时间。 具体工作原理：主控单片机通过无线给从机发送触发信息，并开始计时，当车载单片机接收到信号后发出4Khz音频信号。当MIC接收到小车上发来的音频信号，从而停止计时，再根据声速便可测出声源距3个接收点之间的距离，通过主控单片机计算，给小车发送指令，引导小车到