基于A(yíng)T89S52的聲音導引系統設計
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2009年全國大學(xué)生電子設計大賽的B題是“聲音導引系統”；題目要求設計并制作一聲音導引系統聲音導引系統有一個(gè)可移動(dòng)聲源S，三個(gè)聲音接收器A，B，C，聲音接收器之間可以有線(xiàn)連接。聲音接收器能利用可移動(dòng)聲源和接收器之間的不同距離，產(chǎn)生一個(gè)可移動(dòng)聲源離指定位置的誤差信號，并用無(wú)線(xiàn)方式將此誤差信號傳輸至可移動(dòng)聲源，引導其運動(dòng)。
1 系統的具體設計與實(shí)現
1．1 系統組成
系統組成如圖1所示，在系統設計中采用兩塊單片機(AT89S52)分別作為可移動(dòng)的聲源的檢測和控制核心。通過(guò)單片機(MCUl)對接收器接收到聲源信號的時(shí)間做處理，檢測出當前小車(chē)的位置，然后通過(guò)無(wú)線(xiàn)發(fā)送給MCU2。MCU2根據當前的位置控制電機的轉速及轉向，當停止下來(lái)時(shí)給出相應的聲光提示。
1．2 具體算法實(shí)現
1．2．1 設計與計算
該設計主要是根據接收器接收到聲源信號的時(shí)間間隔來(lái)確定當前小車(chē)的位置S，如圖2所示。設S點(diǎn)到C點(diǎn)的距離為a。S點(diǎn)到A點(diǎn)的距離為b；S點(diǎn)到B點(diǎn)的距離為c。設S點(diǎn)的坐標設為l，h)，假設由單片機測得接收器A、接收器B和接收器C接收到信號的時(shí)間間隔計算出b與a的距離差為c1；b與c的距離差為c2。由圖2中關(guān)系可得到如下方程：
則可根據測量的距離差△d=|c2-c1|求得相應的小車(chē)的位置(l，h)。
1．2．2 誤差信號產(chǎn)生
該設計的誤差信號產(chǎn)生主要有三個(gè)方面：
檢波誤差 由聲源信號產(chǎn)生的半波損失，其誤差的大小與聲源信號發(fā)射的頻率有關(guān)。當頻率越小時(shí)，△d=|c2-c1|則越小。如頻率為5 kHz的聲源信號，其周期為O．2 ms，則半波損失導致△d=0．1 ms×340 m／s=3．4 cm，所以頻率越大，半波損失越小。
單片機的測量時(shí)間產(chǎn)生的誤差 單片機晶振為24 MHz，內部時(shí)鐘經(jīng)12分頻后，時(shí)鐘周期為O．5μs，測量時(shí)間誤差為±0．5μs，則會(huì )產(chǎn)生一定的誤差信號。
計算誤差 在計算聲源位置的過(guò)程中，數據有一定的取舍，則會(huì )產(chǎn)生一定的誤差。
1．2．3 控制理論簡(jiǎn)單算法
該設計的控制理論簡(jiǎn)單算法主要考慮三種方案：
方案一：根據計算出的△d=|c2-c1|的值來(lái)確定小車(chē)是否移動(dòng)，當移動(dòng)到△d=O時(shí)，控制小車(chē)停止。
方案二：根據測得△d=|c2-c1|的具體值控制字PWM，PWM=K△d，其中k為比例調節，△d越大，K越大，從而控制小車(chē)的速度。
方案三：PID控制算法
在連續運動(dòng)控制系統中，將偏差的比例(P)，積分(I)和微分(D)通過(guò)線(xiàn)性組合構成控制量?？刂葡到y中以驅動(dòng)電機轉速采樣信息為反饋量，采用增量式數字PID控制算法，通過(guò)輸出PWM信號對電機實(shí)現閉環(huán)控制。計算公式為：
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