【正文】 輸出大量的脈沖信號。 .. 44 當電動小車反向放置于起點時，喇叭背對 A 點駐極體話筒， A 點接收到的信號弱，駐極體話筒采集到的電壓信號有一部分不能夠通過信號預處理電路的閾值電壓比較，導致輸出的脈沖信號減少。 ..................................................................................................................... 44 處理 A、 B、 C 三個接收點的脈沖信號，判斷電動小車位置 ............................... 46 控制無線模塊發(fā)送無線信號，指引小車運動 ...................................................... 50 小結(jié) ......................................................................................................................... 51 5 系統(tǒng)測試及誤差分析 .............................................................................................................. 52 測量儀器 .................................................................................................................. 52 測試方法 .................................................................................................................. 52 數(shù)據(jù)測量分析 ........................................................................................................... 52 總結(jié) ......................................................................................................................... 52 參考文獻 ....................................................................................................................................... 53 致謝 .............................................................................................................................................. 53 1 引言 選題的意義和背景 選題的 背景 目前，國內(nèi)外高?？刂祁惖碾娮赢a(chǎn)品制作一直是一項熱點，其中大多數(shù)以電動小車為載體，通過控制其行進方向或其他動作來實現(xiàn)相應的功能，將這些電子制作加以適當?shù)母?進即可成為產(chǎn)品，以滿足人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)、生活中的各類需求，此類電子產(chǎn)品應用性強，擁有廣闊的市場前景。 在電動小車控制方法中，國內(nèi)外高?；净就ㄟ^程控、尋軌、光源引導方法，如自動尋跡小車：能夠沿著路面貼好的黑色軌道行進，可以應用于需要按照規(guī)定路線行駛的場合；自動尋光小車：能夠判別光源發(fā)出光線的強弱調(diào)整行進方向，自動駛向光源，可以應用于設定光源位置來進行定位的場合，上述兩種技術(shù)方法較為成熟，電路結(jié)構(gòu)、控制程序已經(jīng)模式化，可實現(xiàn)復雜的技術(shù)指標，但通過聲源定位，來引導電動小車行進，國內(nèi)外高校對于此類定位技術(shù)的研究尚屬 空白，尚無可以參考借鑒的技術(shù)資料，現(xiàn)實生產(chǎn)生活中，對于聲音定位的要求存在需求。 聲波定位電動車作為一個控制類的電子作品，對聲波的發(fā)生裝置、接收裝置均有較高的技術(shù)指標要求，通過聲波信號的變化進行定位信號的控制，較以往電動小車類作品提出了更高的信號分析、處理技術(shù)指標要求。 以往控制信號的檢測，通過各類傳感器實現(xiàn)：如尋跡小車通過紅外對管對黑線檢測輸出高低電平信號加以區(qū)分，通過對數(shù)字量信號的比較處理執(zhí)行行駛轉(zhuǎn)向操作；尋光小車通過光敏電阻對光線強弱的變化輸出連續(xù)的不同電壓值信號，通過 A/D 轉(zhuǎn)換得到不同的數(shù)字量信號，從 而控制行駛方向。聲波定位電動車，聲源設在電動車上，接收電路設置在場地的三個角落，采用喇叭產(chǎn)生聲波、駐極體話筒接收聲波信號，此兩部分制作產(chǎn)品技術(shù)成熟，本設計難點是將聲波信號的變化轉(zhuǎn)換、分析成控制信號輸出給電動車驅(qū)動器，最終實現(xiàn)聲波定位電動車，控制其行進到指定位置的要求。 此作品在實際應用當中可用于聲波定位場所，通過接收端的靈活定位設置，以及電動車程控的調(diào)整，可以靈活的實現(xiàn)任意位置定位移動要求。 通過對全國大學生電子設計競賽歷屆競賽題目的分析，控制類的命題方向絕大部分都是通過智能電動車為載體，從最早的自動尋跡電 動車，經(jīng)過逐年的發(fā)展與延伸，技術(shù) 指標要求越來越高，已經(jīng)不再僅僅 是簡單的尋跡轉(zhuǎn)向，已經(jīng)將更多的檢測技術(shù)與更復雜的控制算法結(jié)合起來，如尋光避障，金屬探測，語音控制等，所涉及的應用性學科越來越廣，并且在實際生產(chǎn)生活中也存在這廣泛的應用空間，可以通過 電動小車來實現(xiàn)一些特定功能，并在一些工作環(huán)境比較惡劣或苛刻的條件下代替人們進行各種作業(yè)，如火災現(xiàn)場探測車，搜救車，各種有污染、有危險的化工廠生產(chǎn)環(huán)境。從實際聲波定位電動車設計 2 出發(fā)考慮，可以將歷次電子設計競賽的電動智能車的應用擴展出來，稍加改動，即可應用于各類實際應用場合。 結(jié)合大學生實際 的知識水平與現(xiàn)有資源，電動車也是將學校里理論知識與實際動手操作集合起來的理想平臺，在歷屆大學生電子設計競賽將電動小車各部分功能充分挖掘的基礎上，此次將聲波定位技術(shù)作為控制電動小車的關鍵核心部分，首次將聲音信號作為電動小車控制轉(zhuǎn)向的主要參考標準，首先將聲波信號轉(zhuǎn)換成電信號即為一項新的技術(shù)難點，在設計生產(chǎn)應用中，可以將此項技術(shù)作為參考標準，從一個新的角度來實現(xiàn)電動車的控制。將聲波信號轉(zhuǎn)換為電信號后，根據(jù)場地的實際要求，如何建立準確高效的數(shù)學模型也是一個技術(shù)難點，聲波定位電動車不僅僅需要將自動化專業(yè)課程，更需要數(shù) 學建模等各學科的綜合考慮，其綜合性強，應用廣泛。 選題的 意義 在當今高校電子信息類的控制類電子制作中，電動小車的應用已經(jīng)相當普遍，由于其應用性強，擴展性高，易于高校師生學習研究，也歷年被全國大學生電子設計競賽采用為控制類題目的必選器件。 通過對 歷年 以來的全國大學生電子設計競賽的題目和一些作品的分析，發(fā)現(xiàn)越來越多的 控制類題目 將小車的作為載體，通過移動方向定位等要求，將 單片機控制、電機控制、聲光提示、各類傳感器的應用、 SPI 通信、無線通信、復雜控制算法軟件編程等各類工科學科綜合起來， 實現(xiàn)各種復雜的功能控制 。 在聲 波定位電動車的設計中，建立精確簡潔的數(shù)學模型也是一個重要環(huán)節(jié)，一個簡潔的數(shù)學模型可以簡化數(shù)據(jù)算法的處理，為軟件編程提供便利，以及進一步減小誤差的產(chǎn)生，這也需要扎實的高等數(shù)學知識基礎，及良好的應用能力。 為了實現(xiàn)聲波定位的高精度要求，減小各類誤差也是一個技術(shù)難點，通過多次的實物實際測試，可以對誤差的產(chǎn)生及變化進行分析，從而反過來對設計制作過程中干的思路、技術(shù)方法提出改進，進一步提高對聲波定位電動車整個系統(tǒng)的掌握和理解，通過實際問題來反思理論知識的學習。 聲控技術(shù)、電動小車控制的發(fā)應用 各類傳感器的介紹 隨著科 學技術(shù)的不斷發(fā)展，各種檢測技術(shù)都在不斷的創(chuàng)新和改進，在大學生電子設計競賽中，傳感器一直以來都是控制類題目的熱點，從最早的紅外對管進行尋跡檢測，光敏電阻進行尋光檢測，一直到現(xiàn)在的超聲波探頭測距，金屬傳感器探測鐵片等等。以上均是將各種不同種類的其他信號轉(zhuǎn)換為電信號。 寧波大學 信息科學與工程 學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 圖 紅外對管、光敏電阻、超聲波探頭、金屬探測傳感器實物 如紅外對管利用了黑白軌道對光的反射不同，從而使紅外對管輸出不同的高低電壓；光敏電阻利用了對光源照射方向不同的強弱，改變其電阻值，進而通過電壓取樣，將光照的強弱 轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱母叩?；超聲波利用了高頻段的聲音傳播速度非?？斓奶匦裕瑢l(fā)射和反射時間進行計算而得出距 離；金屬探測傳感器通過檢測鐵片的有無而輸出高低電平信號。 這些傳感器將各類信號有效的轉(zhuǎn)換為電信號，為各種檢測控制技術(shù) 提供了高效的檢測手段，從而能夠幫助我們進行各種復雜的控制設計，應用在工業(yè)生產(chǎn)自動化的過程中，提供了準確高效的技術(shù)保障。 傳感器的應用，對我們在校大學生也是非常重要的，通過對一種傳感器的學習、調(diào)試、使用，可以將理論知識與實際的生產(chǎn)有效的結(jié)合起來，將所學的專業(yè)信息有機的結(jié)合起來，通過傳感器這一橋梁，有效的將理論知識綜合應用，組合到一起，加上所學純理論的控制算法，初步構(gòu)成自動控制系統(tǒng)。 聲音定位 技術(shù)的發(fā)展 目前聲波檢測技術(shù)在國內(nèi)外也一直是一個比較熱門的學科，由于聲音信號的傳播，可以通過各種介質(zhì)，這就決定了聲波檢測定位技術(shù)非常廣泛的應用領域 。 聲波信號的檢測技術(shù)的分類很廣，研究深度各有不同。 目前在國內(nèi)比較先進的是 泛華測控推出的噪聲源定位分析系統(tǒng) (Sound Source Localization System， SSLS)[1]，綜合了聲源定位、聲源識別、聲源信號分離、頻譜分析和聯(lián)合時頻分析等功能， 將成為輔助設備降噪設計 (如汽車、飛機等降噪設計 )、噪聲泄漏測試和機器故障定位的理想工具。 號稱“ 聲音照相機”的 SSLS，操作方式十分簡便：只需將麥克風陣列置于設備前方一定位置并運行系統(tǒng)軟件，即可對設備噪聲進行采集與分析。其中，麥克風陣列進行聲場信號捕捉， PXI 平臺實行多通道同步采集信號，系統(tǒng)軟件負責聲信號的分析、顯示與保存等。 泛華測控的 SSLS 獨特之處在于：在允許的分辨率范圍內(nèi)能同時對多個聲源進行精確定位；無需貼近被測對象表面 (dδ )，在增大“視野”的同時，擺脫傳統(tǒng)“近場聲全息方法”對陣列位置的約束 ；陣型的靈活配置，適應不同的聲場狀況；通過聲場能量分布圖片的直觀顯示，可快速找到被測對象上噪聲源的所在位置。 聲波定位電動車設計 4 智能 電動小車 的 發(fā)展歷程 目前在全國大學生電子設計競賽中，控制類題目基本是通過電動小車這一載體實現(xiàn)的，通過競賽放眼校園外，隨著現(xiàn)代交通的飛速發(fā)展，汽車這已經(jīng)是工業(yè)自動化的熱門領域，汽車的智能化控制已經(jīng)成為汽車工業(yè)所關注的焦點，也是未來發(fā)展的新趨勢。 利用高科技手段，將電子化和智能化用于汽車控制室對汽車工業(yè)的一次變革。越來越多的研究方向已經(jīng)向著微電子控制領域深入，這種發(fā)展趨勢，也深深的影 響著各高校電子信息類的專業(yè) 教學與學習。 通過歷年電子設計競賽的總結(jié)，要對電動小車實施控制并不是一個簡單的電子控制問題，只有將機械學、理學、光學等各方面的知識與只能電子控制（單片機、 FPGA、 ARM 等）應用技術(shù)完美的結(jié)合，電動小車的自動控制才能得心應手。 圖 各類電動小車模板 目前比較流行的是尋跡小車，自動尋跡電動小車技術(shù)已經(jīng)比較成熟，并且易于入手，是初學者學習的理想平臺。 在歷屆大學生電子設計競賽中，對電動小車的技術(shù)要求越來越高，我們做如下總結(jié)： ⑴ 20xx 年第五屆全國 大學生電子設計競賽 C 題《自動往返電動小汽車》 圖 自動往返小汽車示意圖 要求設計制作一個能自動往返與起跑線與重點的小汽車， 車輛從起跑線出發(fā)（出發(fā)前，車體不得超出起跑線），到達終點線后停留 10 秒，然后自動返回起跑線（允許倒車返回）。往返一次的時間應力求最短（從合上汽車電源開關開始計時）。到達終點線和返回起跑線時，停車位置離起跑線和終點線偏差應最?。ㄒ攒囕v中心點與終點線或起跑線中心線之間距離作為偏差的測量值）。 D～ E 間為寧波大學 信息科學與工程 學院本科畢業(yè)設計（論文） 5 限速區(qū)，車輛往返均要求以低速通過，通過時間不得少于 8 秒，但不允許在限速 區(qū)內(nèi)停車。 ⑵ 20xx 年第 六 屆全國大學生電子設計競賽 E 題《 簡易智能電動車 》 圖 簡易智能電動車示意圖 設計并制作一個簡易智能電動車，按圖路線行駛， 從起 點 出發(fā)，沿引導線到達 B 點。在“直道區(qū)”鋪設的白紙下沿引導線埋有 1~3 塊寬度為 15cm、長度不等的薄鐵片。電動車檢測到薄鐵片時需立即發(fā)出聲光指示信息，并實時存儲、顯示 在“直道區(qū)”檢測到的薄鐵片數(shù)目。 電動車到達 B 點以后進入“彎道區(qū)”，沿圓弧引導線到達 C 點（也可脫離圓弧引導線到達 C 點）。C 點下埋有邊長為 15cm 的正方形薄鐵片，要求電動車到達 C 點檢測到薄鐵片后在 C 點處停車 5 秒，停車期間發(fā)出斷續(xù)的聲光信息。 電動車在光源的引導下，通過障礙區(qū)進入停車區(qū)并到達車庫。電動車必須在兩個障礙物之間通過且不得與其接觸。 電動車完成上述任務后應立即停車，但全程行駛時間不能大于 90 秒，行駛時間達到 90 秒時必須立即自動停車。