ASSP芯片,,测试,声音声音测试

1 简介

2009年全国大学生电子设计竞赛B题为“声音引导系统”； 这个问题需要设计和生产一个完善的制导系统。 声音引导系统具有可移动的声源S和三个声音接收器A、B、C。声音接收器可以通过导线连接。 声音接收器可以利用可移动声源与接收器之间的不同距离来产生从可移动声源到指定位置的误差信号，并将该误差信号无线传输至可移动声源以引导其运动。

2.系统的具体设计与实现

2.1 系统组成

系统组成如图1所示。在系统设计中，采用两个微控制器()作为可移动声源的检测和控制核心。 接收器接收到声源信号的时间经过微控制器（MCU1）的处理，检测出小车当前的位置，然后通过无线发送给MCU2。 MCU2根据当前位置控制电机的速度和转向，停止时给出相应的声光提示。

2.2 具体算法实现

2.2.1 设计与计算

本设计主要根据接收器接收到声源信号的时间间隔来确定小车当前的位置S，如图2所示。设S点到C点的距离为a。 S点到A点的距离为b； S点到B点的距离为c。 假设S点坐标为l，h)，假设单片机测量接收器A、接收器B和接收器C接收信号的时间间隔，计算b和a之间的距离差为c1； b 和 c 之间的距离差为 c2。 根据图2的关系，可以得到以下方程：

然后根据测得的距离差Δd=|c2-c1|即可得到对应的轿厢位置(l,h)。

2.2.2 误差信号的产生

本设计中误差信号生成主要包括三个方面：

检测误差是声源信号引起的半波损耗，误差的大小与声源信号发射的频率有关。 当频率较小时，△d=|c2-c1| 较小。 例如，频率为5 kHz的声源信号，周期为O. 2 ms，半波损耗导致△d=0.1 ms×340 m/s=3.4 cm，因此频率越大，半波损耗更小。

单片机测量时间造成的误差。 微控制器的晶振频率为24 MHz。 内部时钟12分频后，时钟周期为O．5μs，测量时间误差为±0.5μs，会产生一定的误差信号。

计算误差 在计算声源位置的过程中，由于数据的某些权衡，会出现一定的误差。

2.2.3 控制理论的简单算法

本设计的简单控制理论算法主要考虑三个选项：

方案一：根据计算出的△d=|c2-c1|的值判断小车是否在移动。 当运动到△d=O时，控制小车停止。

方案二：控制字PWM根据测量的具体值△d=|c2-c1|，PWM=K△d，其中k为比例调节。 △d越大，K也越大，从而控制小车的速度。

方案3：PID控制算法

在连续运动控制系统中，偏差的比例（P）、积分​​（I）和微分（D）线性组合形成控制变量。 控制系统以驱动电机转速采样信息作为反馈量，采用增量式数字PID控制算法，通过输出PWM信号实现电机的闭环控制。 计算公式为：

式中：△un为第n个输出增量； en 为第 n 个偏差； en-1 是第 n-1 个偏差； en-2 是第 n-2 个偏差。 增量式PID控制系统中的KP、KI、KD参数一般要经过反复测试和分析，最终确定理想值。 考虑到算法的简单性、可行性和实际应用性，方案一最简单，可以控制小车的速度。

3单元硬件电路设计

根据系统框图，系统仅由以下电路组成。 对于各个电路的设计和实现，有以下不同的设计方案。

3.1 可移动声源调制电路设计

可移动声源产生的信号是周期性音频脉冲信号。 RC振荡电路用于产生可调的周期性音频脉冲信号，经放大后由扬声器发出。 该方案产生的音频信号的高次谐波信号较大。 电路改进后，高次谐波大大降低。 ，能够满足设计要求。 电路图如图3所示。

3.2 接收电路设计

接收电路主要用于接收可移动声源发出的音频脉冲信号，然后传输给单片机(MCUl)。 单片机1(MCU1)对接收器接收到声源信号的时间进行处理，检测出小车的当前位置。 ，然后通过无线发送至微控制器2（MCU2）。 因此，能否很好地接收音频信号是整个设计的关键。 设计认为接收器的信号采集传感器利用MIC对采集到的信号进行放大、滤波、整形，生成方波信号传输给单片机。 由于MIC灵敏度较高，受外界噪声影响较大，因此中间增加了高通滤波电路，以实现声源信号的接收。 电路图如图4所示。