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声音引导系统设计-单片机设计21.doc
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2022-07-03
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【声音引导系统设计】本文介绍了一个声音引导系统的设计,该系统采用自制的电动小车作为移动声源的运动平台,核心控制器是AVRmega16单片机,它负责小车的检测和控制。电机由NEC公司的ASSP芯片MMC-1驱动,实现了对直流减速电机的有效控制。系统通过蜂鸣器产生周期性音频信号作为声源,麦克风作为声音接收器,通过无线模块传输误差信号,从而引导声源的运动。 在系统方案设计中,选择了AVRmega16作为控制核心,因为它具有高速度、低功耗以及丰富的内置功能,适合处理复杂的数字信号。相较于CPLD和AT89S52,AVRmega16在实用性和成本上更具优势。 电机的选择上,最终选取了直流减速电机,因为它们具有较大的转动力矩,体积小巧,重量轻,便于控制速度,并能满足时间上的要求。而步进电机虽然能准确定位,但速度慢,不适合本系统的需求。 电机驱动模块采用了MMC-1芯片,它支持UART或SPI接口,可以方便地控制三路电机,提供了良好的稳定性和性能,优于使用分立元件构建的驱动电路。 在声源模块,系统选择了蜂鸣器而非扬声器,因为蜂鸣器发出的固定频率音频信号易于捕捉和处理,可以提高声音定位的准确性。蜂鸣器的功率和频率也可以调整以适应不同的需求。 无线模块的选择未在提供的内容中详细说明,但通常会考虑传输距离、稳定性、功耗和成本等因素。一般会倾向于选择支持低功耗、高效数据传输和稳定连接的无线模块,如蓝牙或Wi-Fi模块。 这个声音引导系统结合了AVR单片机的控制能力、直流电机的灵活性、蜂鸣器的定位特性以及无线通信的实时性,构建了一个可靠的声音定位和引导系统。该系统在实际测试中达到了设计要求,展示了良好的运行效果。
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B 甲 141
摘要
本系统采用自制的电动小车,作为可移动声源的运动平台,以 AVRmega16
单片机作为小车的检测和控制核心,以 NEC 公司的电机控制 ASSP 芯片 MMC-1
驱动电机。通过蜂鸣器产生周期性音频信号,麦克作为声音接收器。误差信号由
无线模块传输至可移动声源,并引导其运动。整个系统结构清晰,经测试,完成
了题目所要求的各项指标且运行可靠。
关键字:AVRmega16;ASSP 芯片 MMC-1;声音定位;无线模块
Abstract
This system adopts dynamoelectric small car made by ourselves as a mobile sound
source moving platform and takes AVRmega16 as the control and center. The two
motors are driven by IC ASSP MMC-1 of NEC company .There is a buzzer to produce
the periodic signal and a MIC microphone is used as the sound receiver .The error
signal is translated through the wireless module to transportable acoustic source to guide
its movement. The whole system with cleat structure has been tested to complete all the
design of this topic requested by the various indicators and reliable operation.
Keyword: AVRmega16;ASSP MMC-1;buzzer; wireless module
1 系统方案
1.1 系统总体设计
根据题目要求,本系统主要由
AVRmega16 作为检测和控制核心,
直流减速电机驱动。蜂鸣器作为
发声声源,麦克接收。根据检测
声音到达 A、B、C 的时间差确定
声源的位置。产生的误差信号由
无线模块传输,并引导运动。系
统总体框架图见右图. 系统总体框图
1.2 方案论证与比较
1.2.1 核心控制模块选择
方案一:采用可编程逻辑器件 CPLD,可以实现各种复杂的逻辑功能,速度
快,控制能力强大、结构灵活,集成度高,易扩展各种功能,但价格较高,适合
作为大规模控制系统的控制核心。
方案二:采用 Atmel 公司的 AT89S52 单片机,AT89S52 低功耗,高性能,
但其本身功能少,速度较低,不适合本题目中对信号处理的要求。
方案三:采用 AVRmega16 单片机,AVR 单片机速度高,低功耗,内部集
成的功能多,不需要复杂的外围电路。其较高的速度可以使其能够快速处理较复
杂的数字信号,对可移动声源的控制可完全满足要求。
从实用度和价格两方面考虑,我们选用方案三。
1.2.2 电机的选择
方案一:采用步进电机。步进电机可以准确定位,单输出力矩低,速度慢,且
体积大,重量大,达不到题目对时间的要求。
方案二:选用直流减速电机。直流减速电机转动力矩大,体积小,重量轻,操
作简单,使用方便。可利用 PWM 控制转速,控制灵活。选用 150 转/min 减速
电机即可满足题目对时间上的要求。
1
控
制
器
模
块
电机驱动模块
无线模块
显示模块
接收模块
声源模块
基于上述理论分析,故选择方案二。
1.2.3 电机驱动模块选择
方案一:采用三极管等分立元件搭建直流电机的驱动电路。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。我们不采用此方案。
方案二:采用电机驱动芯片 MMC-1 。MMC-1是多通道两相四线式步进电
机直流电机控制芯片,可同时控制三路步进电机或直流电机,主控 MCU 通过
UART 或 SPI 串行接口控制。用该芯片作为电机驱动,操作方便,稳定性好,性
能优良。
基于上述理论分析,故选择方案二。
1.2.4 声源模块选择
方案一:采用扬声器发声。扬声器是一种常用的电能换声器件,其发声频率
较杂,不容易捕捉,且功率低。
方案二:采用蜂鸣器发声。蜂鸣器发出的声音是固定频率的音频信号,常用
的蜂鸣器频率为 2.7KHz 经过捕捉放大并滤波提取后容易处理,而且可以选择高
功率,高频率的蜂鸣器来提高准确度。
基于上述理论分析,故选择方案二。
1.2.5 无线模块选择
方案一: 采用无线收发模块 NRF2401.NFR2401 是体积小,功耗低,外围元
件少的射频级芯片,工作在 2.4GHz 自由频段。但 NRF2401 程序调试复杂,价格
高,不适合应用于本系统。
方案一: 采用 PT2262、PT2272 无线收发模块。PT2262 和 PT2272 是常用
的遥控解码芯片。此模块编码简单,控制灵活,价格低廉。通过实验发现,此无
线模块的速度可以很好地满足题目要求。
基于以上分析,故选择方案二。
2 理论分析与计算
2.1 设计、计算
在基础部分,通过计算接收器 A、B 接收到声音信号的时间差△t1 的大小得
出反馈给声源的误差信号。在可移动声源向OX运动过程中判断 t1 是否大于 t2,当
t1 大于 t2 时,则表明S未到达 OX,控制声源继续运动。首先计算并约定好设定
2
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