遥控启停电动车-哈尔滨工程大学.doc

黑龙江省大学生电子设计竞赛设计报告密号：（密号由组委会填写）（以下内容由参赛队自行填写，注意自己工整）黑龙江省大学生电子设计竞赛设计报告题 目： 遥控启停电动车 学 校： 哈尔滨工程大学 参赛队员姓名：徐铭泽 ，武明西 ，范展 有效联系方式： 13946134770 目录摘要和关键词（中文）.1第一部分 设计任务及要求一、任务2二、要求2第二部分 方案分析与论证一、主控系统分析与论证2二、机械系统分析与论证4三、电机驱动模块分析与论证5四、遥控系统分析与论证5五、传感器系统分析与论证7六、里程检测模块分析与论证10第三部分 系统原理框图.11第四部分 系统硬件设计一、前轮电机驱动模块设计.12二、后轮电机驱动模块设计.13三、红外遥控模块.14四、避障模块. 16第五部分 系统软件设计一、程序总体流程图19二、各个功能模块流程图20第六部分 系统组装、调试与测试 第七部分 附加功能一、语音控制.23二、运动轨迹显示.25附录附录A 电原理图附录B PCB板图附录C 程序清单参考文献.30摘 要本次设计的遥控启停电动车，采用AT89C52作为小车的检测和控制核心。根据题目设定的行进轨迹及具体要求，采用红外传感器进行里程统计，超声波及红外传感器进行目标识别与避障；采用步进电机对车的转向进行控制，实现精准定位；此外，由发光管给出指示信号。最后，车行驶中的各种功能控制由软件实现，同时采用红外遥控方式控制小车的启动、停止及状态转换，其中红外发射部分加入凌阳声控系统，实现语音控制。本次设计基于完备的软硬件系统，很好的实现了小车语音遥控、自动行驶、自动避障，里程统计并发出指示信息等功能。关键词： AT89C52 红外传感器 超声波传感器 语音遥控 凌阳61板声控系统Abstract With the development of the science, auto-control has won the majority of the market, moreover, it is said that the auto-machine will take the place of the human being to fulfill the dangerous mission in the specified circumstance. So it will play an important role in the future of the world.For this system, we select the MCU and the varieties of sensors, which include infrared sensor, light sensor, are used to control the small car to realize the auto-adaptation 、searching 、and counting. At the same time , we use the 16-bit sound controller of SPCE061A as an input of our remote controller to fulfill the function of voice auto-control. Keywords: MCU sensor SPCE061A第一部分 设计任务与要求：一、任务：设计并制作一个遥控启停电动车，可按规定线路和要求行驶。二、 要求：1）电动车的启停为遥控方式，声、光、电磁波等不限，遥控电路不得采用成品。2）电动车一旦启动后，由程序完成多种行走方式。例如前进、后退、正8字行走、反8字行走等为基本类型，其他行走方式自定。3）其他功能。如前方有障碍物的避让、后退时有障碍物的识别，自行决定增加与否。4）车体尺寸以一般玩具车为限。第二部分 方案的分析与论证：一、主控系统分析与论证：根据设计要求，我们认为此设计属于多输入量的复杂程序控制问题。据此，我们拟定了以下三种方案并进行了综合的比较论证，具体如下：方案一：仅采用CPLD作为核心部件的方案如图2.1.1所示：选用一片CPLD（如EPM7128LC84-15）作为系统的核心部件，实现控制与处理的功能。CPLD具有速度快、编程容易、资源丰富、开发周期短等优点，可利用VHDL语言进行编写开发。但CPLD在控制上较单片机有较大的劣势。同时，CPLD的处理速度非常快，而小车的行进速度不可能太高，那么对系统处理信息的要求也就不会太高，在这一点上，MCU就已经可以胜任了。若采用该方案，必将在控制上遇到许许多多不必要增加的难题。为此，我们不采用该种方案，进而提出了第二种设想。里程检测红外遥控障碍检测CPLD避开障碍显示行驶里程、时间等指示灯显示行驶路线图2.1.1 仅以CPLD为核心部件的原理图方案二、仅采用单片机作为核心部件的方案图2.1.2 仅以单片机为核心部件的原理图单片机里程检测红外遥控障碍检测避开障碍显示行驶里程、时间等指示灯显示行驶路线如图2.1.2所示：我们采用单片机作为整个系统的核心，用其控制行进中的小车，以实现其既定的性能指标。充分分析我们的系统，其关键在于实现小车的自动控制，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势控制简单、方便、快捷。这样一来，单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。因此，这种方案是一种较为理想的方案，但是在实际应用中，由于该系统所需用到的传感器数目较多，需要处理的敏感量较多，很有可能会引来单片机资源不足的问题，于是，我们又提出了第三种解决问题的方案。方案三、采用单片机与CPLD联合控制的方案 如图2.1.3所示：利用CPLD的高速精准的计数特点进行计数以向单片机给出信号以得出准确的里程、时间数值，大大节省了单片机的资源以做控制之用，同时可以在很大程度上减小MCU的程序量。该系统综合了MCU及CPLD的优势，是三个方案中效果最好的一个方案。但是此系统有结构复杂，成本较高，且开发周期较长的缺点，在充分考虑到系统的需要及开发周期的情况下，我们决定选用第二种方案，即“仅采用单片机作为核心部件的方案”。图2.1.3 单片机与CPLD联合控制的原理图单片机里程检测红外遥控障碍检测避开障碍显示行驶里程、时间等指示灯显示行驶路线CPLD针对本设计特点多开关量输入的复杂程序控制系统，我们需要擅长处理多开关量的标准单片机，而不能用精简I/O口和程序存储器的小体积单片机，D/A、A/D功能也不必选用。根据这些分析我们选定了AT89C52单片机作为本设计的主控装置，52单片机具有功能强大的位操作指令，I/O口均可按位寻址，程序空间多达4K，对于本设计也绰绰有余，更可贵的是52单片机价格非常低廉。在综合考虑了传感器、两部电机（用于步进电机控制、一部用于直流电机控制）的驱动、显示和遥控接收等诸多因素后，我们决定采用一片单片机，充分利用AT89C52单片机的资源。二、机械系统分析与论证：本题目要求小车的机械系统稳定、简单，而四轮运动系统具备以上特点。因此我们选用市售玩具汽车的运动系统并进行了改装：1、驱动部分：由于玩具汽车的直流电机功率较小，而小车上装有电池、电机、电子器件等，使得电机负担较重。为使小车能够顺利启动，且运动平稳，在直流电机和后轮车轴之间加装了三级减速齿轮。电机2、转向部分：由于市售玩具车前轮转向是使用玩具电机摩擦离合来完成的，不能精细调整转弯角度，故要对其进行改造。首先将直流电机改为步进电机，其特点是可以精确控制转向角度。由于市场上所见的步进电机大都体积较大，驱动部分复杂，不适合本车使用。而软驱的来寻道电机具有体积小，有专门驱动芯片的特点，适合本系统。原理如图2.2.1：左前轮右前轮连杆 图2.2.1 转向机械原理3、车体：由于小车底盘为塑料材质，装上各种部件后会出现塌肚现象，所以在小车底面用两根铝条固定。将电池放置在后轮的正上方，以避免车体中部承受过多压力，同时可增加驱动轮的抓地力，减小轮子空转所引起的误差。三、电机驱动模块分析与论证：1、后轮电机驱动模块方案一：使用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。线性型驱动的电路结构和原理简单，成本低，加速能力强，但功率损耗大，特别是低速大转距运行时，通过电阻R的电流大，发热厉害，损耗大。方案二：采用继电器对电动机的开或关进行控制,通过开关的切换对小车的速度进行调整.此方案的优点是电路较为简单,缺点是继电器的响应时间慢,易损坏,寿命较短,可靠性不高。方案三：通过PWM脉宽调制的方法,实现对小车速度的控制。这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，能承受频繁的负载冲击，还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转等优点。因此决定采用PWM脉宽调制的方法控制直流电机。2、转向控制模块方案一：采用普通电机控制电动机的转向,虽然此种电机的控制很简单,但是其不能实现精确的转向,不能达到本系统的要求。方案二：用步进电机来控制电动车的转向,此方法的优点是转向算法易实现且能实现具体角度的转向,可靠性较高。四、遥控系统分析与论证：遥控电路有多种方式，例如 超声波、红外、无线电等。因小车的避障系统要用到超声波，所以初步计划选用红外或者无线电。下表是两种方式的特点对比： 表一 红外线与无线电的比较红外遥控无线电遥控遥控距离2米10米几十米十几公里遥控条件指向性较强，受障碍物阻的影响较大指向性较差，受地形或障碍物阻挡的影响较小干扰及抗干扰对其它设备干扰小，本身抗干扰能力较强对其它电子设备干扰大，本身抗干扰能力差保密性较强较差工作频率低，基带信号传送或低载频调制传送高，射频载波传送，适于多种调制方式无线电管理利用红外光传送，无须申请频点利用电磁波传送，必须利用业余频段，占用一定的频率资源，应遵守无线电管理规定制作难度难度低，调整容易难度高，特别是高频电路制作与调试困难成本低高综合考虑各种因素，我们决定采用红外的方式：方案一：采用单用户、单通道遥控方式，原理如图2.4.1：信号处理电路发射头接收头信号处理电路 图2.4.1 单用户、单通道方式此种方式电路结构简单，是点对点控制。但有较大局限性，尤其是难以实现多功能遥控。由于本题要求遥控小车启停，而且我们计划增加许多控制功能，单用户、单通道遥控方式难以实现。所以我们提出第二种方案：方案二：采用多用户、多通道遥控方式，原理如图2.4.2：编 码 器发射头接收头解码器键盘或控制信号单片机 图2.4.2 多用户、多通道方式 其中编码器选择编码专用芯片MC145026，解码器选择解码专用芯片MC145027。系统工作原理如下：解码芯片振荡器输出经4分频电路送至并/串转换电路作为时钟，将输入代码移至三态编码器，对输入信号进行编码。编码器的输入为逻辑“0”时，输出为两个窄脉冲；输入为逻辑“1” 时，输出为两个宽脉冲；当输入为开路时，输出为一个宽脉冲和一个窄脉冲。为了红外接收机能可靠的接收信息，每个数据字至少应发送两次。红外接收管将光信号到电信号后，送至解码芯片。串行数据经数据提取电路判别后与序列发生器产生的本地地址码进行校验，相符则将紧接着收到的码加以比较，若相同则将数据码转移到锁存器保留，直到新的数据代替它。为了提高传输信号的抗干扰能力，还需将编码信号调制在较高频率的载波上发射。接收部分在收到信号送至解码芯片解码前必须解调。这里计划采用1838红外集成接收头（将38KHz信号直接解调并放大输出）。综上：遥控系统总原理图如图2.4.3：编码器键盘或控制信号调制发射头接收头解调解码器单片机 图2.4.3 遥控总原理图五、传感器系统分析与论证：分析题目可知，该系统要求运用多种传感器，那么，传感器的选取与应用便成了系统功能实现与否的关键之所在。根据题目的具体要求，我们将所需的传感器分为以下几个类别：红外传感器；超声波传感器根据题目需采用不同的传感器来实现各要求功能，在应用传感器时应尽量减少数量，以在实现车各项功能基础上，减少单片机的信息处理量。1、前轮转向中点校准模块：电机欲使小车走出精确的直线，连杆必须在小车启动前及转向后回到两轮之间的中点，为此我们提出以下两种方案：图2.5.1 程序自主校准方案方案一：转向时由程序控制角度并记录，欲回到中点时只需转回相应角度即可。缺点：初始中点无法控制，必须手动调到中点；若电机出现失步等现象，无法自动校正，由此引起的误差很难消除。图2.5.2 遮挡校准方案方案二：在中点处设一透射遮挡型红外探测器（见图2.5.2），当连杆回到中点处时，将红外光遮挡，探测器输出低电平；转向时，连杆偏离，探测器输出高电平。由此可精确定位。此种方法定位精确，可自动纠正步进电机失步及小车长时间运行的积累误差，比之方案一有较大的优越性。因此我们选择此方案。2、障碍检测模块传感器的选择：方案一:反射式红外发射接收装置，只有物体反射红外光时才有信号输入，其信号强度与小车距障碍物的距离成正比。因此可利用信号强度作为避障依据。红外探测器驱动方式的选取：主动式红外探测器常用的驱动方式可分为直流直接驱动方式和交流调制方式，直流直接驱动方式装置简单但检测距离和抗干扰能力都比较差；交流调制方式由于可以采用交流耦合方式解决了放大器的直流漂移问题从而可以大大提高检测的距离，同时由于环境光产生的干扰多数情况是信号的直流或低频分量可以由滤波器加以隔绝，因此交流调试方式抗干扰能力也比较强，缺点是系统相对复杂。为使小车能够在一般光照条件下能够有效避障，我们计划选用抗干扰能力较强的交流调制工作方式。方案二：采用反射式超声波换能器，只有物体反射超声波时才有信号输入，测量发射接收信号间的时间差T2-T1，利用L=0.5V(T2-T1)得到障碍物的距离，将该信息送给单片机，单片机发出控制信号改变小车的转向，使小车不与障碍物发生接触。该方法适合较远距离障碍物检测。因此我们选用超声波传感器作为障碍物检测系统。超声波探测器的选型：超声波探测技术主要用于中程测距、结构探伤等领域，超声波换能器是其核心部件，换能器按其工作介质可分为气相、液相和固相换能器；按其发射波束宽度可分为宽波束和窄波束换能器；按其工作频率又可分为38KHz、40KHz等不同等级。按题目要求我们选用气相、窄波束、40KHz的超声波换能器。用超声波探测器测距的工作方式的选取：直接耦合信号被测物反射信号图2.5.3 强度法示意图当利用超声波探测器测距时常用二种方法强度法和反射时间法，强度法是利用声波在空气中的传输损耗值来测量被测物的距离，被测物越远其反射信号越弱，根据反射信号的强弱就可以知道被测物的远近，但在使用这种方法时由于换能器之间的直接耦合信号很难消除，在放大器增益较高时这一直接耦合信号就可使放大器饱和从而使整套系统失效。其原理如图2.5.3所示，由于直接耦合信号的影响，强度法测距只适合较短距离且精度要求不高的场合。反射时间法是利用检测声波发出到接收到被测物反射回波的时间来测量距离其原理如图2.5.4所示，对于距离较短和要求不高的场合我们可认为空气中的声速为常数，我们通过测量回波时间T利用公式其中，S为被测距离、V为空气中声速、T为回波时间（），可以计算出路程，这种方法不受声波强度的影响，直接耦合信号的影响也可以通过设置“时间门”来加以克服，因此这种方法非常适合较远距离的测距，如果对声速进行温度修订，其精度还可进一步提高。图2.5.4反射时间法示意图T1T2虽然反射时间法比强度法有较大的优越性，但因为小车避障时不须在很远处发现障碍物，且强度法较易实现，故这里采用强度法避障。由于只要求小车能够避正面的障碍物，我们决定采用以下布局：超声波系统测量距离较远，且环境适应力强，因此我们将超声波传感器布置在车体前部，用于规避正前方障碍物，为电动小汽车躲避障碍物提供安全规避参数。 图2.5.5 传感器总布局图六、里程检测模块：方案一：由发光二极管和光敏二极管组成发射接收装置，将一带四个孔的遮光塑料板贴于车轮，将此装置固定车轮一侧，车轮每转动一圈，发射接收正对四次，通过对接受脉冲计数从而得到车的里程。方案二：采用霍尔集成片，将磁铁安装于车轮上，霍尔集成片安装在固定位置，当磁铁与霍尔集成片正对时，由于霍尔效应，对产生脉冲计数从而得到车轮转数。但霍尔集成片相对车轮较大，安装困难。经分析，拟选用方案一。第三部分 系统原理框图经过方案论证的过程之后，我们选定了仅采用单片机作为核心部件的方案，其系统总方框图如图3.0.0所示。具体的功能设置已通过该图做了直观的说明。图3.0.0系统总原理框AT89C52超声波发射电路超声波接受与整形电路车体左前红外传感器车体右前红外传感器轨迹显示模块方向控制步进电机驱动器 主轴电机驱动器路程传感器遥控接收模块LED显示模块（时间、里程）遥控发射模块语音控制模块中点校准模块第四部分 硬件电路设计与参数计算一、前轮电动机驱动模块的设计：本次设计采用的是从废旧软驱上拆下的步进电机及驱动芯片，体积小、性能好，使用方便。其原理如下：AEA-CH inE-CH in两路输入信号的频率皆为40Hz，占空比50%，相差90，此时电机处于最佳状态。二、后轮电机驱动模块的设计：100nF100nF后轮采用普通直流电机，通过控制脉冲占空比算法,实现对小车速度的控制。这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、带载能力大，能承受频繁的负载冲击，还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转等优点。驱动部分选择了电机专用驱动芯片L298。L298 是为控制和驱动电机设计的推挽式功率放大专用集成电路器件，将分立电路集成在单片IC之中，使外围器件成本降低，整机可靠性提高。该芯片有两个TTL/CMOS 兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性能；四个输出端具有较大的电流驱动能力，每通道峰值电流能力可达2A 。原理如下：图4.2.1 L298的应用电路由于在直流电机和后轮车轴之间加装了三级减速齿轮，小车速度已经降至较低水平，无需减速，所以前进时5脚输入方波占空比为100%（即持续高电平），7脚为低电平；后退时5脚为低电平，7脚输入方波占空比为100%。波形如下：IN1IN2三、红外遥控模块的设计与参数计算： 红外遥控发射模块的设计：电路原理见下图：如图，输入端由四个按键及凌阳语音模块（详见第七部分）组成，MC145026的振荡器的频率为：f=1/（2.3RTCCTC） ,输出的三态编码波形为：Dout编码器振荡器编码器“1”编码器“0”编码器“开” 为了提高传输信号的抗干扰能力，还需将编码信号调制在较高频率的载波上发射。由于接收部分采用的1838红外集成接收头要求载波频率为38kHz，故采用CMOS门电路构成的脉冲调制振荡电路，振荡频率：f=1/（2.2RTCT）。发射部分采用中功率三级管8550，利用其开关特性驱动红外发光二极管发射红外光。红外遥控接收模块的设计：红外接收头有较强的指向性，使用时稍有不便。所以我们采用两个接收头的背向放置的方式，增大了接收范围。红外接收头放置方式接收解调部分：采用1838红外集成接收头。它将红外接收管与放大电路集成在一体，体积小（大小与一只中功率三极管相当），密封性好，灵敏度高，并且价格低廉。它仅有三条管脚，分别是电源正极、电源负极以及信号输出端，其工作电压在5V左右.只要给它接上电源即是一个完整的红外接收放大器，使用十分方便。其主要功能有放大,选频和解调,要求输入信号需是已经被调制的信号。经过它的接收放大和解调会在输出端直接输出原始的信号，而且灵敏度和抗干扰性都非常好。解码部分：采用与MC145026配对使用的通用接受解码器MC145027，将解调后的串行数据进行解码，使其成为BCD控制代码，并使控制代码并行输出。其外围电路中的R1、C1组成的电路用来判定接收到的脉冲是窄脉冲还是宽脉冲，时间常数R1C1应调整为1.72编码器时钟周期，即R1C1=3.95RTCCTC。R2、C2组成的电路用来检测接收到的末位信号，时间常数R2C2应等于33.5编码器时钟周期，即R2C2=77RTCCTC。这个时间常数用来判定输入Din保留电平的时间是否已达到4个数据周期，达到了则数据提取电路将提取到的低电平信号送到控制逻辑电路，控制逻辑电路是有效传输输出端VT为低电平，此时传输终止。综上，接收部分总电路图为：四、避障电路的设计1、超声测距模块的设计与参数计算超声波发射模块的设计：经测试，我们选用的超声波发射器谐振频率为40.35kHz，谐振阻抗为125。为提高发射功率，我们用CD4069的放大推动超声波换能器发声。振荡信号由单片机给出。原理图如下：超声波接收模块的设计：如下图所示，如图3.3.2示，超声波换能器SPEAKER接收到的微弱信号，经过交流耦合到IC1 LM358放大，其放大倍数为：放大的信号在经过交流耦合到IC1 LM358的另一运放，其放大倍数为：总增益为： 经过放大的信号再由比较器LM393整形，输出标注TTL电平信号以被单片机接收。五、前轮转向中点校准模块的设计与参数计算：180R3 62使用TP805红外对管，直接从发射部分引出电压，作为比较器的阈值电压，简化了电路，具体电路如下：六、车轮转数及里程检测模块的设计与参数计算：在车轮转轴上固定一塑料圆盘，将其挖出四道缝隙，夹角为90。将红外对管固定在正对前轮位置，因为后轮在刹车时容易打滑，故安装在正对前轮位置才能准确测的车的里程。车轮转动时，接收头不断接收到红外光信号，得到的信号通过比较器产生脉冲，再发送至单片机，以实现车里程的检测。具体电路如下在电路的制作与调试过程中，我们发现利用红外对管抗干扰能力强，于是我们就选用了该方案。具体设计过程如下：转盘的制作：（图形如下）其工作原理为：当遇到挡板时，光线无法透过，接收管截止，输出为高电压，该电压通过比较器后转换为高电平（单片机的有效电平）；当遇到缝时，光线透过，接受管导通，输出为低电压，该电压通过比较器后转换为高电平（单片机的有效电平），这样轮盘每转动一周便输出4个脉冲，单片机实时对脉冲计数，脉冲数设为 n,通过对脉冲数的处理S=车轮周长n到车的里程，单片机中实时存储车的里程。第五部分 系统软件设计：一、主流程图：状态转换反8字正8字倒8字设置外部中断检测到信号走8字返回自动等待状态NY指示灯闪烁是否有转换状态信号返回自动等待状态进入手动模式进入自动等待状态Y开 始单片机初始化LED初始化前轮是否居中前轮自动校准N 二、走8字程序流程图：LED熄灭YYN开 始启动定时器与计数器小车开始运行打开写字开关是否停止运行LED显示时间关闭写字开关NLED闪烁3秒接收到返回信号LED由显示时间转而显示路程是否停止显示Y返回自动等待状态前轮是否居中前轮自动回位NNY执行转向操作直流电机是否正在运行返回前进状态返回自动等待状态YN转换状态转向转向关闭外部中断指示灯亮进入手动等待状态接收到信号启动定时器与计数器LED显示时间接收到信号返回手动等待状态是否已转至极点指示灯闪烁返回自动等待状态三、手动控制流程图：四、超声波避障流程图：YN开 始关闭总中断控制源等待25uS发射超声波是否有 障碍物开中断源作避障动作返回第六部分 系统测试：测量仪器：卷尺、秒表、COS5040ch型双踪示波器、WYK-302B2型直流稳压电源、SG1640B多功能函数信号发生器一、走8字测试，1正8字次数1234时间38373836 2反8字次数1234时间45454446二、红外遥控测试：遥控距离：0-3m测试成功三、遥控语音模块测试：共四条语音命令：1、 前进测试成功2、 正八字测试成功3、 反八字测试成功4、 停止测试成功四、遥控按键复用功能测试：遥控发射器部分共四个按键，可实现三种状态转换。A 自动模式：按键1避障功能测试成功按键2正8字测试成功按键3反8字测试成功按键4停止测试成功先按“键4”、再按“键2” 后退 测试成功B手动模式：按键1前进测试成功按键2左转测试成功按键3右转测试成功按键4停止测试成功先按“键4”、再按“键2” 后退 测试成功C 走数字模式：按键1“10”字测试成功按键2“3”字测试成功按键3“4”字测试成功按键4停止测试成功D 状态切换：系统默认为自动模式。在非自动模式下，先按“键4”再按“键1”，回到自动模式。欲切换到其他状态必须先转换到自动模式。先按“键4”、再按“键1” 自动模式切换到手动模式测试成功先按“键4”、再按“键3” 自动模式切换到走数字模式测试成功五、轨迹显示功能测试：走正8字、反8字、数字“3”、“4”、“10”时，显示行走轨迹，经测试工作正常。六、运行时间显示功能测试：小车启动后，单片机开始计时，由数码管即时显示。实验结果表明：功能实现。测试序号123正8字行驶时间（s）363737秒表计时（s）373737测试序号123反8字行驶时间（s）454345秒表计时（s）464544测试序号123数字“3”行驶时间（s）585959秒表计时（s）606062测试序号123数字“4”行驶时间（s）424141秒表计时（s）424141七、里程统计功能测试：测试序号123显示里程cm476468470实际里程cm450447457经测试，系统正常工作第七部分 附加功能一、 语音控制语音控制采用了凌阳61板的语音控制模块,配合红外线遥控器实现对小车的实时控制。我们设置了四种语音命令：前进“正8字”、“反8字” 、 “前进” 、“停止” 。在打开小车电源的前提下,向遥控器输入语音命令前进小车就会一直向前行走，直到有停止语音命令输入小车的控制系统-AT89C52单片机。输入正8字语音命令，小车就会沿着预先设定好的正8字轨迹前进，在行进过程中如果没有停止命令输入，小车就不会停下来，直到它完成正8字路径。输入反8字语音命令，小车就会沿着预先设定好的反8字轨迹行进，在行进过程中如果没有停止命令输入，小车就不会停下来，直到它完成整套动作。在所有的路径行进过程中，停止命令都是有效的。也就是说，在任何情况下只要有停止命令输入，小车就会停止。原理如下：1、麦克风录入及AGC电路麦克风电路如图4所示。凌阳的SPCE061A是16位单片机，具有DSP功能，有很强的信息处理能力，最高时钟可达到49M，具备运算速度高的优势等等，这为语音的播放、录放、合成及辨识提供了条件。本系统接入MIC电路如图所示，MIC为录制语音辨识命令服务。下图是简化的语音识别原理图，其中实线部分成为训练模块，虚线部分为识别模块。辨认特定的使用者即特定语者(Speaker Dependent，SD)模式，使用者可针对特定语者辨认词汇(可由使用者自行定义，如人名声控拨号)，即在启动小车前，系统将会提示输入语音命令作简单快速的训练纪录，在这里输入“前进”“停止”“正8字”和“反8字”四个语音命令，通过使用者的声音特性来加以辨认。随着技术的成熟，进入语音适应阶段SA(speaker adaptation),使用者只要对于语音辨识核心，经过一段时间的口音训练后，即可拥有不错的辨识率。2、语音播报电路音频部分的原理图如下所示，凌阳音频压缩算法根据不同的压缩比分为以下几种： SACM-A2000：压缩比为8:，8:1.25，8:1.5 SACM-S480： 压缩比为80:3，80:4.5 SACM-S240： 压缩比为80:1.5 按音质排序：A2000S480S240 这里采用的是A2000压缩算法。用凌阳Compress Tool事先把所需要的语音信号录制好，SPCE061A单片机具有32k闪存，使用内部flash即可满足要求。DAC输出为电流型输出，所以DAC输出经过SPY0030音频放大，以驱动喇叭放音。在它们后面接一个简单的音频放大电路和喇叭即可实现语音播报功能，音频的具体功能主要通过程序来实现（见附录）。二、轨迹显示为了能够显示小车的行进轨迹，我们设计了这一功能。方案一：在小车上方一个小盒子里面装一些粉末，在盒子底下装一个可以来回抽动的挡板，该挡板用一个直流电机控制，控制信号由单片机输入。当小车行进时就控制电机把挡板打开，这样一来粉末就能从盒子底部漏出来，显示小车的行进轨迹。但在实施的过程中发现要做一个这样的盒子和挡板是很难的，而且电机的体积比较大，因此占用的空间也比较大，于是我们提出以下方案：方案二：由于粉末不会因为轻微的震荡就从盒子里漏出来，可以用以下方法：在盒子的外面固定一个带有偏心轮的微型电机，通过控制小电机的转与不转来实现粉末的漏与不漏。当电机转动时就会产生剧烈的震荡，从而带动盒子震动，粉末就能从盒子底部的孔隙中露出来，在地面上留下清晰的痕迹。如果不需要留下痕迹，就不让小电机转动。电机的转动通过单片机控制。经测试，该系统可在地上留下清晰的轨迹。附录：附录A 电原理图附录B PCB板图附录C 程序清单 HAL BIT P1.4 TR BIT P1.6 TL BIT P1.5 GO BIT P1.7 Z0 BIT P0.3 Z1 BIT P0.4 Z2 BIT P0.5 JJ BIT P0.6 ;光电校准开关 L_DATA BIT P0.0 ;LED控制位 CLK_4 BIT P0.1 CLK_3 BIT P0.2 B0 BIT P1.3 B1 BIT P1.2 B2 BIT P1.1 L6 BIT P1.0 ;红灯 L7 BIT P3.0 ;绿灯 SF BIT P3.4 ;写字开关 CSB BIT P0.7 ;超声波 Z_D BIT P3.3;中断口1;*;* ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP INT0 ORG 0013H LJMP INT1 ;* ;主函数部分, ;P1.4,P1.5,P1.6,P1.7为遥控信号输入端, ;* ORG 0030H MAIN:ORL P1,#0FH CLR SF MOV INT1ZD,#0AH LCALL DELAY5 ;* M_AIN:CLR Z0 ;等待外部信号循环 SETB B0 ;红灯会闪烁 SETB B1 SETB B2 SETB Z1 SETB Z2 MOV R2,#0FFH MAIN_1:MOV R3,#0C8H MAIN_2:JB GO,MAIN_11 NOP NOP DJNZ R3,MAIN_2 DJNZ R2,MAIN_1 NOP CPL L6 SJMP M_AIN ;* MAIN_11:MOV R7,#01H MAIN00:SETB Z_D LCALL DELAY5 ;0.3S CLR Z0 SETB B0 SETB Z1 SETB Z2 SETB B1 SETB B2 SETB L6 MAIN_0:CJNE R7,#01H,MAIN1111 JB JJ,MAIN_JAOJUN1 MAIN0: CLR SF CLR Z0 SETB B0 SETB Z1 SETB Z2 SETB B1 SETB B2 SETB L6 CJNE R7,#01H,MAIN1111 ACALL DELAY5 MAIN001:JNB HAL,HALT12_04 JNB TR,GO80 JNB TL,GO81 JNB GO,GOLINE_1 SJMP MAIN001 ;* MAIN_JAOJUN1: LJMP JAOJUN10 ;中转站 GOLINE_1: LJMP GOLINE MAIN1111: LJMP MAIN1 HALT12_04:LJMP HALT ;* GO80: LCALL GO_ALONE ;11111直行2S ;反8字 SETB SF LCALL TURNL1 ;222222222222 MOV R6,#12H LCALL GO_ALONE11_23 ;33333333333 LCALL TURNR1 ;4444444444 LCALL TURNR1 ;66666666666 MOV R6,#0FH LCALL GO_ALONE11_23;777777777777 CLR Z0 LCALL TURNL11_30 ;66666666666 MOV TH1,#03H MOV TL1,#0A6H CLR SF LJMP HALT_1 ;$ ;*;* GO81:SETB Z0 ; 倒8字 CLR Z1 SETB Z2 LCALL GO_ALONE11_30 ;11111111111 SETB SF CLR Z0 SETB Z1 SETB Z2 LCALL TURNR11_30 ;222222222222 MOV R6,#15H SETB Z0 SETB Z2 CLR Z1 LCALL GO_G_OALNE11_23 ;33333333333 CLR Z0 SETB Z1 SETB Z2 LCALL TURNL11_30 ;4444444444 CLR Z0 SETB Z1 SETB Z2 LCALL TURNL11_30 ;66666666666 MOV R6,#17H SETB Z0 CLR Z1 SETB Z2 LCALL GO_G_OALNE11_23;777777777777 CLR Z0 LCALL TURNR11_30 ;8888888888888 MOV TH1,#04H MOV TL1,#0DEH CLR SF LJMP HALT_1 ;$;*;* HALT:SETB B0 ;转移状态 R2 3 4 CLR Z0 ;红灯闪烁 CLR SF CLR TR0 CLR TR1 SETB L7 SETB Z1 SETB Z2 SETB B1 SETB B2L1_P0: CLR EACLR EX0MOV R2,#04HMOV A,#0FFHMOV R1,#2AHMOV P2,R0SETB CLK_3CLR CLK_3SETB CL1_P1:PUSH AMOV A,R1ADD A,#20HMOV R0,AMOV P2,R0SETB CLK_3CLR CLK_3INC R1POP ARLC AMOV L_DATA,CCLR CLK_4SETB CLK_4DJNZ R2,L1_P1 CJNE R7,#01H,MAIN1203_1 CLR L6 MOV R4,#06H ;3S HAL1:MOV R3,#0FAH HAL2:MOV R2,#0FAH HAL3:JNB GO,MAIN30 JNB TR,MAIN12_02 JNB TL,MAIN_12021 DJNZ R2,HAL3 DJNZ R3,HAL2 CPL L6 DJNZ R4,HAL1 SETB L6 AJMP MAIN0 MAIN30:LJMP MAIN3;$ MAIN12_02:LJMP GODOWN MAIN_12021:LJMP ZHOUSHU MAIN1203_1:LJMP MAIN1;*HALT_1:CLR EA ; 显示时间 ，计算路程并显示 R0 1 2 3 4 SETB L7 ;$ CLR Z0 SETB B0 CLR SF SETB Z1 SETB Z2 SETB B1 SETB B2 CLR TR0 CLR TR1MOV R6,#03H ;闪烁3次LPPPP: MOV R5,#0FFHL_P0:MOV R2,#04HMOV A,#0EFHMOV R1,#2AHMOV P2,R0SETB CLK_3CLR CLK_3SETB CL_P1:PUSH AMOV A,R1ADD A,#20HMOV R0,AMOV P2,R0SETB CLK_3CLR CLK_3INC R1POP ADELAYB_1:MOV R3,#0AHDELAYB_2:MOV R4,#0F