声音导引系统
摘要：声音导引系统由不同方位的三个声音接收器和可移动生源组成，可以接收可移动声源平台发出的音频信号并引导其按指定路线自动移动。本系统包括声音接收器和可移动声源两个单元，各以一块低功耗单片机C8051F330为控制中心。声音接收器由3个音频信号采集处理电路、无线收发模块、键盘和LCD显示电路组成， 可移动声源以小车为平台，由音频功放、发光指示电路、电机控制和驱动电路等组成。系统采用自适应模糊控制算法，不同声音接收器通过检测声源发出的音频信号传输时间差实现对声源的运动控制，确保可移动声源快速准确到达目标点。声音接收器人机交互界面友好，系统功耗低，性价比高。 关键词：音频引导；时间差检测； C8051F330单片机；直流电机驱动
The Sound-guided System
Abstract: The sound-guided system，composed of 3 sound receivers located in 3 different directions，is designed to receive audio signal transmitted from a mobile sound source and to make it automatically move on the designated route. A sound receiver and a mobile soun
d transmitter are its 2 units, each having a low consumption MCU C8051F330 as its central controller. The sound receiver unit includes 3 audio signal acquisition and processing circuits, 1 wireless transceiver module, a keyboard, and a LCD display circuit. The mobile sound transmitter, with a smart car as its platform, consists of an audio amplifier, a light-directed circuit, and a group of motor control and drive circuits, etc.. With the system adopting an adaptive fuzzy control algorithm, different sound receivers, by detecting the transmission time difference of the audio signal transmitted from the sound source，can achieve the right sound source motion control, thus ensuring that the mobile sound source can arrive at the target quickly and accurately. The system is characterized by a high user-friendliness of the sound receiver human-computer interaction, a low power consumption, and a high cost-effective ratio.
Keywords: audio guidance; time difference detection; MCU C8051F330; DC motor driver
一、系统方案
根据题目给定的条件，考虑到声音信号容易受环境噪声干扰的特点，对可移动声源运动速
度和超出0X线位移有很高的要求。
根据以上分析，实现系统要求的关键技术主要有，对音频信号的处理，声源接收信号时间差检测和可移动声源的运动控制三个方面。根据制作调试过程的实际情况，系统对音频信号的抗干扰性要求高，可移动声源运动速度不宜过快，对相位差测量精度要求高，为此，分别作了几种不同的设计方案，并进行论证。
1.单片机最小系统选择
方案一：51单片机。优点是学习型单片机，控制简单。缺点是处理速度慢。
方案 二：C8051F330。C8051F330是完全集成的混合信号片上系统MCU，其控制器内核与MCS-51指令完全兼容。C8051F330采用流水线结构，特别适合用于对实时性要求极高的控制系统。共17个I/O女体解剖图，适合本系统设计。
综合考虑，我们采用了方案二。
2.可移动声源平台的选择
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方案一：改装玩具电动车。实现简单，控制方便。但是成本较高，车体型不够理想。
方案二：自制电动小车。成本低，小巧，方向控制方便灵活，但是制作费时。
综合考虑g20能源部长会议,我们采用方案二。
3.电机类型选择
方案一：步进电机。步进电机的特点就是具有快速启动和停止功能。输出力矩大、控制精度高，并且能实现正、反控制；但它的缺点是转速低、控制复杂、步进距离不够精细。
方案二：直流电机。具有速度高，调速
平滑方便，调整范围广性价比高等优点。
电机。
4.音频信号处理和声源运动定位方案
各个接收器距离可移动声源距离的不同，可以转换为接收器接收到的信号强弱和相位差值。经过放大以后的音频信号幅值差不明显却与位移无法形成线性关系。观察发现340M/S的音频在不同位移上传播时间不同，在不同接收器上产生稳定的相位差。故采用测相位差的处理方式。来处理音频信号。
方案一：根据题意，设接收器A为坐标原点，AC为Y轴，AB为X轴建立坐标，如图-B-1-1所示。根据相位差转换为到两接收器的距离差值，设L1=L_AS-LBS;L2=L_CS-L_AS;勾股定理，有：
由相位差可得出，h5n9L1和L2的值，进而可求出X,Y的坐标值。该方案可求出可移动声源当前所在位置，进而可优化路径，响应速度快。但是实现难度大，误差大，受方向影响。
方案二：根据两个声源接收器接收信号的相位差，可判移动声源是否需要移动，实现对可移动声源的导引，通过一定抗干扰处理，接收信号相位差较稳定。
综合考虑，我们选择方案二。
二、设计与论证
1 误差信号的产生
为了使可移动声源能判断是否到达OX线，我们采用测量接收器A和接收器B接收到音频信号经放大滤波处理整形后的相位差，如图B-2-1所示。根据音频在空气中的传播速度。我们可知：340*T=SA-SB，如图B-2-2所示。当移动声源运动当T=0时，小车到达OX线。实现发挥部分的要求采用同样的原理。
图B-2-1音频接收器相位差示意图
图B-2-2 可移动声源示意图
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2 周期性音频脉冲信号周期分析
题中发挥部分要求平均速度大于10cm/s.定位误差小于1cm.系统采用的是测相位差的方案来实现可移动声源的引导运动。若是以王虹虹10Cm/s的速度运动，要实现定位误差小于1cm.必须在1S内实现10定位监测。故我们选择周期性的音频脉冲信号周期为0.05ms。
3 控制理论
在起始位置，通过舵机控制扬声器转90°让其与AC平行，测量A和C得相位差，由此判断出移动声源起始停放区域。
根据音频接收单元捕获的相位差，通过无线模块发送给可移动声源，来引导可移动声源朝0X运动，当到达中心线时刻，相位差为0.发送指令让可移动声源停止，根据判断出的起始位置，向左或者向右转90°，根据相位差原理到达M点。完成可移动声源的运动。
三、系统硬件设计
1系统原理框图
本系统由可移动声源和音频接收单元构成。可移动声源以小车为平台，由音频功放、发光指示电路、电机控制和驱动等电路组成；声音接收器由3个音频信号采集处理电路、无线收发模块、键盘和LCD显示电路组成。各部分框图如下所示：
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