【正文】 寧波大學 信息科學與工程 學院本科畢業(yè)設計（論文） 31 聲波接收處理端硬件電路設計 總體設計 聲波接收處理端硬件電路總體共分為 3 大部分，分別為： ⑴ C8051F020 單片機最小系統 ⑵ A、 B、 C 接收點聲波接 收預處理 （放大、濾波、電壓比較） 電路 ⑶ RFM12 無線信號發(fā)送電路 圖 A、 C 接收點實物圖 圖 C8051F020 最小系統、 B 接收點、無線發(fā)射電路實物圖 ⑴聲波接收端以增強型單片機 C8051F020 最小系統為控制核心，集中處理 A、 B、 C 三個聲波接收點將聲波預處理后的電信號，并且對其進行實時高速運算， 判斷電動小車在場地中的實際位置，并通過控制無線發(fā)射信號，控制電動小車移動到場地指定位置，是整個聲波定位系統真正的運算、控制核心 。 電路外加 一個晶振 ,一個旁路電容和一個外置天線 ， 組成 了 帶有 PLL 技術的高可靠性的收發(fā)系統 ,應用在電動小車上的無線模塊 做為接收端。返回進入睡眠模式前的狀態(tài)。 MMC1 芯片 輸出 控制電機 時序： ?正向輸出時序： 圖 正向輸出時序 ?反向輸出時序： 圖 反向輸出時序 MMC1 與 C8051F330主控芯片的 SPI 通訊： ① 基本時序： ?SCK 由 C8051F330D的 引腳給出，在 SCK 的下降沿時改變 S0 狀態(tài)， SCK 的上升沿時讀入 SI 端口數據，高位在先。 本設計用到了其中的 5 個。需要將單片機 I/O 端口寧波大學 信息科學與工程 學院本科畢業(yè)設計（論文） 23 接到功率放大電路。 端口 、 ～ ，接收無線模塊 RFM12信號： 圖 C8051F330 和 RFM12 芯片 SPI通信方式示意圖 單片機 C8051F330 使 用 、 ～ ， 5個 I/O 端口同 RFM12 無線模塊進行通信， 通信方式為 SPI 通信， 讀取無線模塊接收到的無線信號。 實現了電動小車的多任務，高精度的實時控制要求。 單片機 C8051F330 芯片是完全集成的混合信號片上系統型 MCU。 ⑺ 通過 RFM12 接收聲波信號處理端發(fā)送的無線信號，實現了電動小車和聲波接收處理端的通信功能，將接收到的無線信號送入電動小車單片機 C8051F330，再經過單片機處理，控制小車的運動。 小結 從分析 設計任務 性能指標要求入手 ， 加以 數學建模的輔助，使聲波定位 的整個 過程模型化、數字化， 掌握了聲波定位的詳細具體過程 。 優(yōu)點：由于電磁波比聲波的傳播速度遠快，聲源距離接收器的距離可以輕松求得。 論證： 直流電機在 本設計中完全能夠達到設計精度要求，并且電動小車體積有限，考慮到電路簡易程度、性價比、低功耗多方面的問題，直流電機應用的優(yōu)勢要大于步進電機。 方案一的這種方產生方式，造成了波頻率誤差范圍較大，無法滿足聲波定位電動車高精度、復雜控制的要求， 而方波的頻率和周期 精度 對系統 相當大的 影響。 優(yōu)點： 產生的波形干凈，沒有毛刺，可以不用功率放大電路直接驅動喇叭。 A接收點 FPGA B B接收點 C接收點 聲 波 信 號 A接收點 單片機 B B接收點 C接收點 聲 波 信 號 寧波大學 信息科學與工程 學院本科畢業(yè)設計（論文） 13 論證： 方案一有多個單片機并行工作，速度很快。 優(yōu)點：接受點位置自由， 每個接收端有獨立的數據處理芯片， 每個工作點擴展功能強大，單獨每個點的信號處理能力強，單獨時效性高，相互獨立，不易受干擾而產生誤差 ，并且三個單片機能夠獨立編程調試 。 此時，對接收點 B、 C 接收到的電平脈沖進行時間差判斷，當 B、 C 接收點的脈沖時間差為零時，即可判斷小車到達指定點： W 點。最終將小車的實際位置，模型化為時間間隔，完成了整體的數學建模。通過聲波引導，聲源電動車最終在 W 點處停車。 系統要求： 設計并制作一聲音 導引 系統 ，示意圖如圖所示。電動車蹺蹺板起始狀態(tài)和平衡狀態(tài)示意圖分別如圖 所示 。 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）。 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已經比較成熟，并且易于入手，是初學者學習的理想平臺。 目前在國內比較先進的是 泛華測控推出的噪聲源定位分析系統 (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。 為了實現聲波定位的高精度要求，減小各類誤差也是一個技術難點，通過多次的實物實際測試，可以對誤差的產生及變化進行分析，從而反過來對設計制作過程中干的思路、技術方法提出改進，進一步提高對聲波定位電動車整個系統的掌握和理解，通過實際問題來反思理論知識的學習。 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整，可以靈活的實現任意位置定位移動要求。 【 關鍵 詞 】 聲音引導 ， 單片機 ， 時間 ， 偏差 聲波定位電動車設計 II 目 錄 摘 要 ............................................................................................................................................ I 目 錄 ........................................................................................................................................... II 1 引言 .............................................................................................................................................1 選題的意義和背景 ......................................................................................................1 選題的背景 .........................................................................................................1 選題的意義 .........................................................................................................2 聲控技術、電動小車控制的發(fā)應用 .............................................................................2 各類傳感器的介紹 ...............................................................................................2 聲音定位技術的發(fā)展 ...........................................................................................3 智能電動小車的發(fā)展歷程 ....................................................................................4 小結 ...........................................................................................................................6 2 聲波定位電動車控制系統設計 ..................................................................................................7 數學建模分析 .............................................................................................................7 動態(tài)過程分析 .............................................................................................................8 聲波定位電動車系統各方案設計論證 ........................................................................ 11 接收端主控處理芯片工作方式的論證 ................................................................. 11 聲波產生方式的選擇 ......................................................................................... 13 電動小車電機的選擇 ......................................................................................... 14 聲波發(fā)生端、聲波接收端的單片機時效性的論證 ............................................... 14 實現時間差檢測功能的方案論證與分析 ............................................................. 15 小結 ......................................................................................................................... 16 3 聲波定位電動車硬件電路設計 ................................................................................................ 17 系統整體實現方框圖 ................................................................................................ 17 移動聲波發(fā)生端（電動小車）硬件電路設計 ............................................................. 18 總體設計 ........................................................................................................... 18 電動小車電源設計 ............................................................................................. 19 C8051F330 單片機最小系統設計 ......................................................................... 19 LM386 聲波功率放大電路 ................................................................................... 22 NEC 電機控制 ASSP 芯片 MMC1 處理電路、 LB1836 直流電機驅動電路 .................. 24 LM339 車輪碼盤檢測電路 ................................................................................. 28 RFM12 無線信號接收電路 ...............................................