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发生器接收器89S52单片机L298N芯片移动声源
Abstract
Thesystembasedonaccurate,reliableandcost-effectivehighprinciples,usefromtransmittoreceive,hierarchicaldesign,matchingthebasicideaofinterconnection.Throughthevoicemoduleandreceivermodulecomparethevariousarguments,drawnwiththemostsimplesquarewaveoscillatorcircuit555asagenerator(soundmodule)toMICplusop-ampcircuitasareceiver(receivermodule),andwiththe89S51microcontrollerandmotorcontrolASSPchip,NECElectronicsMMC-1andthemotordrivecircuitboardandusingL298Nchip-drivenmotorcontrolcarspeedanddirectionofrotation,thustoachievethedesignrequirements.
Keywords:
Generatorreceiver89S52MicrocontrollerL298Nchipmobilesoundsource
本系统要求设计并制作一声音导引系统,其具体示意图如图1-1所示:
图1-1系统示意图
图中,AB与AC垂直,Ox是AB的中垂线,O'
y是AC的中垂线,W是Ox和O'
y的交点。
一设计方案包括基本要求,发挥部分及其它创新部分
系统总框图如图2所示:
图二系统总框图
1.1基本要求
(1)制作可移动的声源。
可移动声源产生的信号为周期性音频脉冲信号。
(2)可移动声源发出声音后开始运动,到达Ox线并停止,这段运动时间为响应时间,测量响应时间,用下列公式计算出响应的平均速度,要求平均速度大于5cm/s。
(3)可移动声源停止后的位置与Ox线之间的距离为定位误差,定位误差小于3cm,并且在运动过程中任意时刻超过Ox线左侧的距离小于5cm。
(4)可移动声源到达Ox线后,必须有明显的光和声指示。
(5)功耗低,性价比高。
二系统方案设计与论证
根据题目的基本要求,确定如下方案:
在现有玩具电动车的基础上,加装发生器(声源)、无线接收器,实现对声音接收器能利用可移动声源和接收器之间的不同距离,产生一个可移动声源离Ox线(或O'
y线)的误差信号并将测量数据传送至单片机进行处理,然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。
为完成相应功能,系统可以划分为以下几个基本模块:
发声模块、声音接收模块、声音信号处理模块、电机驱动模块、电机模块。
2.1发声模块
方案一:
采用555方波振荡电路。
它的振荡频率范围大致在零点几赫到几兆赫之间。
频率范围广而且稳定,制作简单,比较适用。
方案二:
采用蜂鸣器。
虽然蜂鸣器内部有振荡、驱动电路,加电源就可以响,用起来方便,但是频率固定了,就只一个单音,失去了比赛的意义。
方案三:
电子音乐发生器。
虽然电子音乐发生器悦耳、价格便宜、使用方便,但是声音较小,调值低且不稳定。
方案选定:
基于以上综合分析,故采用方案一。
2.2电机驱动模块
采用脉冲宽度调节(PulseWidthModulation,PWM)方式来控制电机,通过H桥驱动电路来驱动电机,达到电机改变方向及改变速度的控制,满足小车调速变向的需要。
采用继电器对电动机的开关控制,通过控制开关的切换速度实现对小车的速度进行调整。
方案三:
使用L298N芯片驱动电机,L298N芯片可以驱动两个二相电机也可以驱动一个四相电机,输出电压最高可达50V,可以直接通过电源来调节输出电压;
可以直接用单片机的IO口提供信号;
而且电路简单,使用比较方便。
以上三种方案中,方案一通过调节PWM的占空比即可精确调节电机转速,由于采用了H桥式电路,斩波频率较高,提高了电源的利用率,但是由于开关管具有一定的压降,功率损耗较大,控制不好,易导致开关管烧坏,给调试带来不便,而方案二用继电器来控制直流电机,虽然这个电路的优点是电路较为简单,但是典型的弱点控制强电的方法,继电器的响应时间长,易于损坏,寿命较短、可靠性较低、效率低。
而方案三能稳定地驱动直流电机,可以直接用单片机模拟出PWM信号,而且具有外围元件少、电路简单、控制方便且性价较高等优点,故选用L298N驱动电机。
2.3电机模块
采用步进电机。
步进电动机的一个显著的特点就是具有快速启动和停止能力,能够达到我们所要求的标准。
其转换灵敏度比较高。
正转、反转控制灵活。
但是步进电机的驱动能力较差、速度较低、对于方案要求相差较大。
采用减速电机,其最大的优点是转矩较大,驱动能力较强,但是减速电机的速度也较低,对于实现控制指标不能很好的满足要求。
方案三:
采用普通的直流电机。
直流电机具有优良的调速特性,调速平滑、方便。
调整范围广;
过载能力强,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无极快速启动、制动和反转,能满足各种不容的特殊运行要求。
由于普通直流电机价格适宜,更易于购买,并且电路相对简单,因此本方案采用直流电机作为动力源。
三系统电路设计与实现
3.1系统总电路流程图
图3-1系统总流程图
3.2发声模块电路设计与实现
(1)发声模块电路原理如附录图3-2
3.3声音接收模块电路设计与实现
(1)声音接收模块原理框图
图3-3声音接收模块原理框图
(2)声音接收模块电路原理图如附录3-3
3.4电动机驱动模块电路设计与实现
(1)电机驱动控制电路原理图
采用NEC电子电机控制ASSP芯片MMC-1的电机控制功能,配合一个电机驱动电路版,控制两个电机的转动方向及转动速度。
电路原理如图3-所示
图3-4电机驱动控制电路原理图
3.5MMC-1芯片模块
(1)MMC-1芯片系统框图见附录图3-5
四系统软件设计
4.1系统软件结构
图4-1总系统软件流程图
4.2系统软件原理
(1)系统软件设计说明
本设计软件部分是以A接收器和B接收器根据接收到的信号的强弱相比较来判断可移动声源在OX线的左侧还是右侧,通过电机驱动电路板并以NEC电子电机控制ASSP芯片MMC-1来控制电机转向及转速。
如果判断出A接收器信号比B接收器信号强,L298N单片机将立即给出命令,可移动声源将立即向B接收器转向;
如果B接收器信号比A接收器信号强,L298N单片机将立即给出命令,可移动声源将立即向A接收器转转向;
如此反复执行此程序,可以移动声源最终到达目标。
并到达目标后立即报警、灯光显示。
(2)程序源代码见附录B
五测试数据、测试结果分析及结论
5.1测试数据、测试结果分析
(1)测试方法见附录C。
(2)测试使用的仪器见附录C。
(3)测试结果分析见附录C。
5.2结论
经过紧张的四天三夜的奋力拼搏,与小组其他成员的通力协作,团结互助,终于完成了本设计的基本任务。
在几天的努力实践过程中,我们遇到许许多多问题,对待问题要多角度思考,多方法处理。
通过不断的测试,不断的改进电路和程序,我们不仅仅使自身水平得到了检验,更重要的是学到很多宝贵的实践经验,使自己得到了进一步的提高,这对我们以后的学习和工作不无裨益。
当然,我们的设计还存在着一些缺陷,有待于在将来设计中进一步提高,在此恳请各位专家批评指正。
参考文献
[1]李广弟,单片机基础,北京:
北京航空航天大学出版社,2001,56~64
[2]全国大学生电子设计竞赛组委会编《全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编》北京理工大学出版社
[3]周航慈,《单片机应用程序设计》北京:
北京航空航天大学出版社
[4]童诗白.模拟电子技术基础第三版.北京:
高等教育出版社,2001.1
[5]孙肖子.实用电子电路手册(模拟分册).北京:
高等教育出版社,1992
[6]谭浩强.C语言程序设计(第二版).北京:
清华大学出版社,2000
黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程.北京:
电子工业出版社,2005
附录A硬件原理图
图3-5MMC-1芯片系统框图
图3-2发声模块电路原理如
图3-3声音接收模块电路原理图
附录B程序清单
(1)控制驱动电路板主程序
#include"
reg52.h"
sbitsound=P0^0;
sbitbeep=P0^4;
voidstop(intn);
voidgo(intn);
voidback(intn);
voidleft(intn);
voidright(intn);
voiduart(unsignedcharcommand);
voidplay(void);
voidDelay_ms(unsignedintDelay)//**11.0592mor12mdelaytime1ms
{
unsignedchari;
for(;
Delay>
0;
Delay--)
for(i=0;
i<
124;
i++)
{;
}
}
main()
{unsignedcharpt62;
//charcommand;
TMOD=0x20;
SCON=0xD0;
//11010000
TH1=0xFD;
TL1=0xFD;
TR1=1;
P1=0xff;
Delay_ms(1000);
//*********************************
//1.开始发声
play();
while
(1)
sound=1;
while((pt62=P3&
0xf0)==0);
sound=0;
if(pt62==0x10)
go(500);
//2.前进
elseif(pt62==0x20)
{play();
break;
}//3.到达目的地
//go(10000);
/*
stop(2000);
go(5000);
back(5000);
left(2000);
right(2000);
{pt62=P3&
0xf0;
switch(pt62)
{case0x10:
case0x20:
case0x40:
left(5000);
case0x80:
right(5000);
default:
stop(100);
}*/
voiduart(unsignedcharcommand)
ACC=command;
TB8=!
P;
//奇校验
SBUF=command;
while(!
TI);
TI=0;
voidstop(intn)//**停车
uart(0x50);
//通道一模式
Delay_ms(10);
uart(0x40);
//40停
uart(0x54);
//通道二模式
Delay_ms(n);
voidgo(intn)//************前进
uart(0x53);
//通道一占空比//qian
uart(0x0f);
uart(0x57);
//通道二占空比
uart(0xc0);
//qian
stop(10);
voidback(intn)//****************后退
//通道一占空比/hou
uart(0xf0);
uart(0xe0);
//hou
//
voidleft(intn)
voidright(intn)
voidplay(void)
unsignedcharn,i;
P1=0x00;
for(i=1;
i<
=6;
i++)
P1=8;
for(n=1;
n<
5;
n++)
beep=0;
P1=P1>
>
1;
Delay_ms(100);
beep=1;
Delay_ms(1500);
(2)声音信号处理程序
reg51.h"
//P1012有无信号1有0无
//P1强弱1强0弱
sbitxway=P0^0;
sbitbsingal=P0^7;
//P3>
2262
P1=0;
while(bsingal==0);
Delay_ms(200);
if(bsingal!
=0)
{if(xway==1)
{P3=1;
//0001
P3=0x0f;
P3=0;
elseif(xway==0)
{P3=0x02;
附录C测试数据、测试结果分析
测试方法与仪器:
1、测试仪器
测试仪器包括秒表、数字万用表、秒表、信号发生器、示波器、米尺、直流稳压电源等。
2、测试方法
数字万用表主要用来测试分立元件的电阻、压降、漏电流、截止/导通状态等参数;
信号发生器与示波器用于测试各声音信号的接收与传输;
直流稳压电源在测试期间为各待测系统供电;
秒表用于产品测试,按照任务书的基本要求对制成的移动声源(小车)进行产品测试。
测试数据及测试结果分析:
(1)发生信号频率精度可移动声源产生的信号为周期性音频脉冲信号,测量平均值为315MKz。
(2)计时精度分析计时系统采用了秒表多次测量。
理论上的误差不到1秒/年。
(3)速度精确分析按照设计要求的速度计算公式,理论上平均速度大于5cm/s。
(4)定位精度分析本设计采用实际测量与软件补偿技术,理论上可使定位精度提高到误差<
3cm。
由于本设计的信号发生器部份不是很强,接收器部分不是很灵敏,再加上在空气中传输过程中信号衰减,有可能使可移动声源不能在规定速度到达预定位置,但是在测试过程中几乎能完成本题目的基本要求。
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- 关 键 词:
- 声音 导引 系统