声音导引系统,2011国赛培训报告（B题）

声音引导系统（问题B）

王聪、田波、李丽玲（中国地质大学）

摘要：该声音引导系统是控制核心，由声音检测系统（主机）和移动声源系统（从机）两个子系统组成。 主机部分包括声音接收模块、无线发射模块()和按钮模块，从机部分包括声音模块、无线接收模块()、电机驱动模块和声光报警模块。 主机采用驻极体麦克风接收从机传来的4KHz音频信号，并通过信号调理电路完成对声源的检测。 MCU对采集到的声音信号进行分析，得到两个接收模块接收声音信号的时间差。 根据这个时间差判断从机的动作，然后利用无线发射模块发送指令来控制从机。 从机接收主机的指令，利用PWM脉宽调制来控制电机，从而控制声源的运动状态。 该音响引导系统基本完成了设计要求。 从机平均预设位置误差小于1.17cm，完成了题目的全部基本要求和部分性能部分。 从机的移动速度可以达到18.42cm/s以上，超出题目要求。 。 关键词：声音制导；；；PWM；

1、系统解决方案

1.1 方案论证与比较

1.1.1 声音模组方案选择

方案一：驱动蜂鸣器发声，通过软件确定声音频率。 蜂鸣器结构简单，价格便宜，但声音小，软件定时消耗单片机定时器资源。

方案二：用555定时器驱动4Ω、2W的扬声器发出4KHz的音频信号，用LM386对音频信号的功率进行放大。 采用功放芯片驱动可以产生更大的声音强度，有利于接收模块的识别。 使用硬件电路代替软件定时可以节省微控制器资源。

方案对比：蜂鸣器声音小，工作频率低，易受周围噪音影响，接收者不易识别； 扬声器发出的声音更大，4KHz高频信号更容易接收和处理。 通过对比分析，选择方案2。

1.1.2 声音接收模块方案选择

选项 1：使用压电声学传感器。 压电声传感器是一种利用压电晶体压电​​效应的声电转换装置。 然而，压电声学传感器极易受温度和噪声的影响，相对较少，并且相对昂贵。

方案二：使用电容式驻极体麦克风（俗称麦克风）。 该元件可以将一般的声音信号转换为电信号，再加上后续的放大、滤波、检波、比较电路，就构成了声音接收模块。 具有灵敏度高、检测容易、实现简单、价格低廉等优点。

方案对比：通过对比分析，方案一电路参数难以控制，实施难度大； 方案二电路简单，易于实现，且性价比高，故选择方案二。 1.1.3 无线通信模块方案选择

方案一：采用分立元件、超外差接收电路和无线发射器组成的无线收发模块。 该模块的缺点是硬件电路复杂、成本高、数据传输速率低、可靠性差等。此外，由于外部杂散信号的干扰以及电路本身的不稳定，容易产生噪声。

选项2：使用无线通信模块。 该模块兼具发射和接收功能，工作在2.4-2.5GHz ISM频段，数据传输速率高达2Mb/s。 它具有功耗低、使用简单、