【正文】 本設(shè)計采用的是 868MHZ 頻段。 ?寫數(shù)據(jù)幀命令字字節(jié)高 4 位為寫命令字，固定為十六進(jìn)制 5；低四位為寄存器地址（十六進(jìn)制 0～ C） 。如圖 ，電容 C4 是引腳 1 和 8 在交流通路中短路，使 Au≈ 200； C3 為旁路電容 ； C C2 為去耦電容，濾掉高頻交流成分。 [2] 使用 、 、 三個 I/O 端口同 NEC 電機控制 ASSP 芯片 MMC1 進(jìn)行 3 線方式 SPI 通信，單片機通過這 3 個 I/O 端口， 將控制信號傳輸給 MMC1， 從而控制小車電機的轉(zhuǎn)動 、 行進(jìn)方向 。 A 組單獨為兩個直流電機供電， B 組為電動小車其余的整個系統(tǒng)供電。 優(yōu)點：實現(xiàn)方便有效，可靠性高。 缺點：價格高，性價比低，攻好高，需另加步進(jìn)電機驅(qū)動電路，體積較大。 而方案二選擇增強型單片機速度基本能滿足實現(xiàn) 題目要求精度。 由脈沖 波形 可知，脈沖時間差越來越小 ， 通 過計算 B、 C 之間的時間差來 判定小車在場地中的位置，引導(dǎo)小車向 W 點運動。 聲波定位電動車設(shè)計 8 圖 系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模示意圖 起點為 S 點，電動小車沿著 S 至 S’ 方向直線運動，到達(dá) OX 軸之后，電動小車轉(zhuǎn)向 90 度，沿著 OX 軸方向，向 W 點運動，最終停在 W 點。 小結(jié) 由此可見， 電動車是將學(xué)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(xué)生電子設(shè)計競賽將電動小車各部分功能充分 挖掘的基礎(chǔ)上，此次將聲波定位技術(shù)作為控制電動小車的關(guān)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(biāo)準(zhǔn)，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(shè)計生產(chǎn)應(yīng)用中，可以將此項技術(shù)作為參考標(biāo)準(zhǔn)，從一個新的角度來實現(xiàn)電動車的控制。 D～ E 間為寧波大學(xué) 信息科學(xué)與工程 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)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。 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(jìn)行各種復(fù)雜的控制設(shè)計，應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)自動化的過程中，提供了準(zhǔn)確高效的技術(shù)保障。 在電動小車控制方法中，國內(nèi)外高校基本基本通過程控、尋軌、光源引導(dǎo)方法，如自動尋跡小車：能夠沿著路面貼好的黑色軌道行進(jìn)，可以應(yīng)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(jìn)方向，自動駛向光源，可以應(yīng)用于設(shè)定光源位置來進(jìn)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(fù)雜的技術(shù)指標(biāo)，但通過聲源定位，來引導(dǎo)電動小車行進(jìn)，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。 .......................... 44 當(dāng)電動小車正向放置于起點時，喇叭正對 A 點駐極體話筒， A 點接收到的信號強，駐極體話筒采集到的電壓信號能夠通過信號預(yù)處理電路的閾值電壓，從而輸出大量的脈沖信號。 聲控技術(shù)、電動小車控制的發(fā)應(yīng)用 各類傳感器的介紹 隨著科 學(xué)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(jìn)，在大學(xué)生電子設(shè)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(jìn)行尋跡檢測，光敏電阻進(jìn)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。 在歷屆大學(xué)生電子設(shè)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(xué)生電子設(shè)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(shè)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(dá)終點線后停留 10 秒，然后自動返回起跑線（允許倒車返回）。 在不加配重的情況下，電動車完成以下運動：電動車從起始端 A 出發(fā)，在 30 秒鐘內(nèi)行駛到中心點 C 附近； 60 秒鐘之內(nèi)，電動車在中心點 C 附近使蹺蹺板處于平衡狀態(tài)，保持平衡 5 秒鐘，并給出 明顯的平衡指示；電動車從中的平衡點出發(fā)， 30 秒鐘內(nèi)行駛到蹺蹺板末端 B 處（車頭距蹺蹺板末端 B 不大于 50mm）；電動車在 B 點停止 5 秒后， 1 分鐘內(nèi)倒退回起始端 A，完成整個行程；在整個行駛過程中，電動車始終在蹺蹺板上，并分階段實時顯示電動車行駛所用的時間。 電動小車開始運行的方向和 OX 軸保持垂直，并且將電動小車轉(zhuǎn)向 180 度，電動小車能夠自動識別起始運動狀態(tài) 信息，自行調(diào)整運動方向完成行駛路線要求。 聲波定位電動車設(shè)計 10 圖 S’ 點 轉(zhuǎn)向 90度 實物圖 ⒌ 小車在 S’ 點完成轉(zhuǎn)向 圖 S’ 點完成轉(zhuǎn)向?qū)嵨飯D 圖 B、 C接收點脈沖時間差 小車在 S’ 點向 W 點 運動過程中， 聲波信號不斷被接收點 B、 C 收到， 小車到達(dá) W 點之前， 總是C 點先接收到聲波， B 點晚接收到聲波 。 能夠滿足 本系統(tǒng)有較高的處理速度要求， 但是由于同步性難以實現(xiàn)，所以不能使用。 功放電路 單片機 喇叭 555 方波產(chǎn)生電路 單片機 喇叭 聲波定位電動車設(shè)計 14 綜上所述，擬選用方案二。 缺點： 電動小車需要和接收端做到時鐘同步，易產(chǎn)生誤差。 電動小車電源 設(shè)計 圖 電動車電源 電源選擇： 考慮到電動小車為一個獨立的整體運動系統(tǒng)， 故 選擇干電池作為其電源。 端口 ，輸出聲波信號 : 使用 C8051F330 的 口輸出頻率為 2kHz，幅值為 的方波信號。 本設(shè)計采用音頻信號專用放大芯片 LM386， LM386 是專為低損耗電源所設(shè)計的功率放大器，它內(nèi)建增益為 20，通過 PIN1 和 PIN8 腳位間電容的搭配，增益最 高可達(dá) 200。 ?SCK 頻率： 500Hz～ 100KHz。同聲波信號處理電路的無線發(fā)射模塊，構(gòu) 成一個完整的收發(fā)系統(tǒng) 。 通過管腳 nIRQ 與單片機 C8051F330 的 管腳相連，采用電平邊沿觸發(fā)方式，一旦管腳 nIRQ產(chǎn)生負(fù)跳變，單片機 C8051F330 即進(jìn)入優(yōu)先級最高的中斷，處理 RFM12 無線模塊接收到的信號。 MMC1 進(jìn)入睡眠模式時， SLEEP 引腳輸入邏輯高電平，可解除睡眠模式，進(jìn)入正常工作模式。 圖 MMC1芯片結(jié)構(gòu)框圖 寧波大學(xué) 信息科學(xué)與工程 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 MMC1 控制電路 中使用到的引腳說明： 管腳 2 29CH1SEN、 CH2SEN、 CH3SEN： 電機通道 3 過流檢測，輸入電壓超過 1/8Vdd 時 ，通道 3 輸出停止，若不使用 此功能， 可通過電阻（ 10K）接地 ； 管腳 18CH3STB2/CH3DCDIR： 輸出 管腳，控制直流電機 3， 直流電機 3 的方向給定 ； 管腳 19CH3STA2/CH3DCPWM： 輸出管腳，控制 直流電機 3，直流 電機 3 的 PWM 波 輸出 ； 管腳 22CH1STB2/CH1DCDIR： 輸出 管腳，控制直流電機 1， 直流電機 1 的方向給定 ； 管腳 23CH1STA2/CH1DCPWM： 輸出管腳，控制 直流電機 1，直流 電機 1 的 PWM 波 輸出 ； 直流電機控制寄存器： MMC1 內(nèi)部共有 13 個寄存器， 用于設(shè)定， 控制三通道電機工作。 端口 、 /RST,JTAG 下載、調(diào)試程序： 單片機 C8051F330 使用 、 /RST 兩個 I/O 口，通過 JTAG 下載器，同計算機進(jìn)行 連接，進(jìn)行程序的下載通信，并 實現(xiàn)在線 調(diào)試 ，為后期獨立 調(diào)試 、聯(lián)機調(diào)試 做好硬件上的 準(zhǔn)備 。 C8051F330 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 圖 C8051F330 最小系統(tǒng)原理圖 聲波定位電動車設(shè)計 20 電動小車以增強型單片機 C8051F020 最小系統(tǒng)為控制核心，集中處理移動聲波發(fā)生端（電動小車）的所有輸入、輸出信號，實現(xiàn)聲波電動車的精確定位空能。 綜上所述，擬選用方案二。 缺點：相較步進(jìn)電機控制精度低。 聲波產(chǎn)生方式的選擇 方案一： 圖 方案一示意圖 由 555 電路產(chǎn)生一定頻率的波形。 聲波定位電動車系統(tǒng)各方案設(shè)計論證 接收端主控處理芯片工作方式的論證 方案一： 圖 方案一示意圖 采用單片機 做為主控芯片， 分別 在 A、 B、 C 三個接收點放置 3 個單片機， 在每個聲波信號接收點就近 對 采樣 聲波信號進(jìn)行采樣分析 。 通過聲波為載體，將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號，從而得到時間差這一時間信號。兩個模塊之間的通信通過無線信號進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互，實現(xiàn)聲波定位控制。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。 聲波信號的檢測技術(shù)的分類很廣，研究深度各有不同。聲波定位電動車，聲源設(shè)在電動車上，接收電路設(shè)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(shè)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(jìn)到指定位置的要求。接收端使用麥克風(fēng)接收聲音信號，信號經(jīng)比例放大、濾波、 電壓 比較后送入 f020 單片機。 通過對 歷年 以來的全國大學(xué)生電子設(shè)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(yīng)用、 SPI 通信、無線通信、復(fù)雜控制算法軟件編程等各類工科學(xué)科綜合起來， 實現(xiàn)各種復(fù)雜的功能控制 。越來越多的研究方向已經(jīng)向著微電子控制領(lǐng)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(xué)與學(xué)習(xí)。配重的位置可以在從始端開始的 200mm～ 600mm 范圍內(nèi)調(diào)整，調(diào)整步長不大于 50mm；配重可拆卸。y 線）的誤差信號，并用無線方式將此誤差信號傳輸至聲源電動車，引導(dǎo)其運動。 通過小車的直線運動和時間差的判 斷使小車從起點 S 運動到指定點S’ 。 優(yōu)點：處理速度快 ，時效性好 。 方案二更適合系統(tǒng)高精度的要求，并且更加適宜于系統(tǒng)的控制。 圖 方案論證示意圖 綜合考慮，在滿足發(fā)聲波和接收處理聲波信號以及控制電動小車運動的前提下，結(jié)合性價比、低功耗的要求，本設(shè)計采用 接收端 C8051F020 單片機作為主控芯片 ，在聲 波發(fā)生端采用 C8051F330單片機，這樣的配置 是可行有效的，能滿足本系統(tǒng)的各種要求。 ⑷ 、 ⑸ 通過 NEC 電機控制 ASSP 專用芯片 MMC1 控制左右 A、 B兩路電機，將芯片 MMC1的控制信號通過 LB1836 直流電機驅(qū)動電路驅(qū)動左右 A、 B 兩路電機的運轉(zhuǎn)。 同時， C8051F330 允許大量的模擬和數(shù)字外設(shè)中斷微控制器。 buf_data[2]=FIFO_data[2]。 直流電機控制功能 ： 本設(shè)計中，電動小車的 直流電機 A（ B） 需要 CH1DCPW、 CH1DCDIR（ CH3DCPW、 CH3DCDIR） 兩個引腳， CH1DCPWM （ CH3DCPWM） 用于 PWM 輸出， CH1DCDIR（ CH3DCDIR） 用于指定電機轉(zhuǎn)向， 后級接入 LB1836 直流電機驅(qū)動電路 ，驅(qū)動電機 A、 B 轉(zhuǎn)動 。 圖 左右輪碼盤脈沖檢測 單片機C8051F330 反饋碼盤檢測信號 輸出控制信號 電動機 車輪 聲波定位電動車設(shè)計 30 傳感器紅外對管的使用，提高了系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性，也為電動小車檢測自身運動轉(zhuǎn)臺提供了一個可靠有效的渠道。 聲波定位電動車設(shè)計 32 ⑶ RFM12 無線信號發(fā)射電路，接收主控芯片 C8051F020 控制 ， 向電動車發(fā)送無線信號， 實現(xiàn) 了對電動小車的控制。 LM339 車輪碼盤檢測電路 圖 LM339 車輪碼盤檢測電路原理圖 為了提高電動小車運動的準(zhǔn)確性，需要引入反饋量，故通過對電動小車的執(zhí)行機構(gòu)車輪轉(zhuǎn)動的圈數(shù)進(jìn) 行計數(shù)，通過對車輪碼盤的計數(shù)，實時監(jiān)測電動車的車輪實際轉(zhuǎn)動情況，將檢測信息送入單片機進(jìn)行處理，構(gòu)成電動小車的閉環(huán)控制系統(tǒng) [5]。 通過串行接口訪問。 當(dāng)單片機 引腳的電平由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r， 單片機即判斷檢測到無線模塊 RFM12 信號， 開始進(jìn)行 SPI 通信，讀如信息。 FLASH 存儲器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲，并允許現(xiàn)場更新 8051 固件。 通 過方案論證，初步確定了各方案： ?論證了 接收端主控處理芯片 工作方式， 用一個單片機集中處理三個接收點的聲波信號； ?論證了聲波產(chǎn)生方式， 單片機輸出方波， 經(jīng) 功放電路驅(qū)動喇叭產(chǎn)生 2KHz 的聲波； ?論證了使用兩個直流電機驅(qū)動電動小車的運動； ?計算論證了了聲波發(fā)生端、接收端單片機晶振頻率的時效性； ?論證了通過 使用 聲波信號 一種參考量， 來檢測時間差；