專利名稱：一種模型車的聲源定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種模型車的聲源定位裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型屬于自動(dòng)化控制領(lǐng)域，具體涉及一種聲源定位的模型智能模型車。
技術(shù)背景[0002]智能控制是當(dāng)今自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域的前沿，它體現(xiàn)了信息工程，電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，機(jī)械工程等多個(gè)領(lǐng)域理論與實(shí)踐的交叉?；诼曇舻囊龑?dǎo)已是智能控制的一大研究熱題，當(dāng)音頻信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，它的能量在空氣中是沿球面徑向傳播的，在任何方向上的傳感器均能接收到聲波，且聲波具有繞過(guò)障礙物的特性，即便有障礙物也可以實(shí)現(xiàn)聲音的傳播。 但是，現(xiàn)階段存在的聽覺引導(dǎo)系統(tǒng)，大都是采用麥克風(fēng)陣列，存在定位方法復(fù)雜，定位精度不高和響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等缺點(diǎn)。因此，研究一種基于單片機(jī)的聲源定位智能控制方法是非常有必要的。發(fā)明內(nèi)容[0003]本實(shí)用新型的目的在于，提供一種基于片機(jī)的聲源定位的模型智能車。該系統(tǒng)由安裝在模型車上的拾音器對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行采集，能夠?qū)崟r(shí)采集聲源所發(fā)出的聲音，并以電信號(hào)的形式，傳送給自動(dòng)控制單元，自動(dòng)控制單元對(duì)該信號(hào)進(jìn)行處理，計(jì)算出聲源在平面內(nèi)相對(duì)模型車位置的坐標(biāo)，由自動(dòng)控制單元控制模型車上的轉(zhuǎn)向舵機(jī)，使車模朝聲源方向行駛，實(shí)現(xiàn)尋找聲源的行駛。[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)[0005]一種模型車的聲源定位裝置，包括電源單元，聲音采集單元，自動(dòng)控制單元，模型車單元和驅(qū)動(dòng)單元，所述聲音采集單元、模型車單元和驅(qū)動(dòng)單元分別與自動(dòng)控制單元相連接，其中模型車單元又與驅(qū)動(dòng)單元相連，所述電源單元分別與自動(dòng)控制單元、聲音采集單元、模型車單元和驅(qū)動(dòng)單元相連。[0006]所述的電源單元包括7. 2伏鎳鎘充電電池，所述7. 2伏鎳鎘充電電池連接穩(wěn)壓模和升壓模塊，所述穩(wěn)壓模塊輸出5伏電壓，所述升壓模塊輸出15伏電壓。[0007]所述的驅(qū)動(dòng)單元包括數(shù)字保護(hù)電路和兩個(gè)BTS7960半橋芯片組成的全橋驅(qū)動(dòng)電路。[0008]所述的聲音采集單元拾音器是由三個(gè)以NE5532為核心的LY-901且成等腰直角三角形分布的拾音器，其中所述的拾音器分別位于等腰直角三角形的三個(gè)端點(diǎn)。[0009]所述的自動(dòng)控制單元采用MC9S12XS128單片機(jī)。[0010]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)[0011]1、本系統(tǒng)采用以NE5532為核心的LY-901拾音器來(lái)對(duì)蜂鳴器產(chǎn)生的間斷聲音信號(hào)進(jìn)行采集。如圖6所示。該拾音器按AA類放大器原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，消除了拾音器與后級(jí)負(fù)載之間連線長(zhǎng)短、連線上分布電容大小、負(fù)載輸入阻抗對(duì)拾音質(zhì)量的影響。[0012]2、本系統(tǒng)的聲音采集單元由三個(gè)LY-901組成，根據(jù)到達(dá)每個(gè)聲音采集器的時(shí)差不同計(jì)算聲源的具體位置。[0013]3、驅(qū)動(dòng)單元具有自保護(hù)功能，當(dāng)驅(qū)動(dòng)芯片發(fā)生擊穿過(guò)載等情況時(shí)，控制單元和驅(qū)動(dòng)芯片之間的數(shù)字保護(hù)電路會(huì)阻斷信號(hào)由驅(qū)動(dòng)芯片向控制單元的輸入，不會(huì)影響控制單元，從而起到保護(hù)控制單元的作用。4、驅(qū)動(dòng)電路采用兩個(gè)BTN7960聯(lián)立構(gòu)成全橋，該電路體積小，發(fā)熱量小，控制性能優(yōu)越。驅(qū)動(dòng)電流能達(dá)到68A，內(nèi)阻只有7ΜΩ左右。5、電路設(shè)計(jì)節(jié)能性好，功率小，使用方便，可廣泛應(yīng)用于各種對(duì)聲音的尋找和定位，性價(jià)比高，容易大規(guī)模批量生產(chǎn)。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型的電源單元的原理圖，其中圖加為穩(wěn)壓模塊，圖2b為升壓模塊。圖3為本實(shí)用新型的聲音采集單元對(duì)聲音信號(hào)的方大圖。圖4為本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)單元原理圖，其中圖如為驅(qū)動(dòng)電路，圖4b為數(shù)字保護(hù)電路。圖5為本實(shí)用新型的三個(gè)拾音器的安裝位置示意圖.圖6為本實(shí)用新型的自動(dòng)控制單元的引腳接線原理圖。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步解釋說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1，本實(shí)用新型的一種模型車的聲源定位裝置，包括電源單元，聲音采集單元，自動(dòng)控制單元，模型車單元和驅(qū)動(dòng)單元，所述聲音采集單元、模型車單元和驅(qū)動(dòng)單元分別與自動(dòng)控制單元相連接，其中模型車單元又與驅(qū)動(dòng)單元相連，電源單元分別與自動(dòng)控制單元、聲音采集單元、模型車單元和驅(qū)動(dòng)單元相連實(shí)現(xiàn)為其它各個(gè)單元供電。參照?qǐng)D2電源單元包括7. 2伏鎳鎘充電電池，該7. 2伏鎳鎘充電電池分別連接穩(wěn)壓模塊和升壓模塊。參照?qǐng)D2(a)，穩(wěn)壓模塊采用四40-5穩(wěn)壓管，2940-5中間引腳接地，輸入端接7. 2伏電源正極，輸入端經(jīng)過(guò)330微法電容接地，輸出端經(jīng)過(guò)330微法電容接地，輸出端即為5伏，給自動(dòng)控制單元，模型車單元的方向舵機(jī)供電。參照?qǐng)D2 (b)，升壓模塊由LT1070，100微亨電感Li，二極管IN5819，穩(wěn)壓管7815構(gòu)成，LT1070的1腳經(jīng)過(guò)IK電阻連接1微法電容接地，LT1070的2腳經(jīng)過(guò)1. 24K電阻接地， 2腳經(jīng)過(guò)18. 7K電阻，連接330微法電容的正極，C6(330微法)電容負(fù)極接地，LT1070的3 腳懸空，LT1070的5腳經(jīng)過(guò)100微亨電感連接LT1070的4腳，4腳經(jīng)過(guò)二極管IN5819連接 C6 (330微法)電容的正極，C6 (330微法)電容的正極連接穩(wěn)壓芯片7815的輸入端，7815的輸出端連接C7 (330微法)電容的正極，C7 (330微法)負(fù)極接地，7815的輸出端輸出為+15 伏，為聲音采集單元的LY-901拾音器供電。參照?qǐng)D3為聲音采集單元對(duì)采集到聲音信號(hào)的局部放大圖。聲音采集單元采用以 NE5532為核心的LY-901拾音器來(lái)對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行采集。該拾音器按AA類放大器原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，消除了拾音器與后級(jí)負(fù)載之間連線長(zhǎng)短、連線上分布電容大小、負(fù)載輸入阻抗對(duì)拾音質(zhì)量的影響。其電器參數(shù)為工作電壓9-16VDC ；頻率響應(yīng)100-5500Hz輸出信號(hào)幅度2. 5Vpp/-25db ；輸出阻抗600歐姆。采集到的聲音信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，進(jìn)行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，以進(jìn)行后續(xù)的數(shù)字處理。該實(shí)用新型使用三個(gè)LY-901聲音采集器，采集器所輸出的信號(hào)分別連接自動(dòng)控制單元的AD00，ADO1, AD02管腳。[0027]參照?qǐng)D4，驅(qū)動(dòng)單元電路由全橋驅(qū)動(dòng)電路和數(shù)字保護(hù)電路組成。驅(qū)動(dòng)單元電路的輸出端連接模型車車模自帶的直流電機(jī)的兩端接口，通過(guò)自動(dòng)控制單元的信號(hào)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。參照?qǐng)D4(a)全橋電路采用由兩片BTS7960組成的全橋直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。在全橋電路圖中，Ul(第一片BTS7960)的1腳和U2(第二片BTS7960)的1腳接地，Ul 和U2的2腳各連接560K歐姆的電阻，電阻的另一端連接來(lái)自數(shù)字保護(hù)芯片的信號(hào)，Ul的3 腳經(jīng)過(guò)710K電阻連接+5伏電壓，U2的3腳經(jīng)過(guò)710K電阻連接+5伏電壓，Ul的4腳作為該驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接直流電機(jī)的一端，U2的4腳作為該驅(qū)動(dòng)電路的另一輸出端連接直流電機(jī)的另一端，Ul和U2的5腳分別經(jīng)過(guò)IK電阻接地，Ul和U2的6腳經(jīng)過(guò)2. 2K電阻接地，Ul和U2的7腳連接7. 2伏電池正極端。[0028]參照?qǐng)D4(b)在數(shù)字保護(hù)電路中采用74LSM4B芯片，該芯片的20腳接正5伏，1 腳，10腳和19腳接地，2腳和4腳連接自動(dòng)控制單元的脈寬調(diào)制模塊輸出的PWM波，6腳，8 腳，11腳，13腳，15腳，17腳，3腳，5腳，7腳，9腳，12腳14腳分別接地。18腳和16腳分別連接全橋驅(qū)動(dòng)電路的控制信號(hào)輸入端(Ul和U2的2腳)。[0029]參照?qǐng)D5為三個(gè)拾音器的安裝位置示意圖。三個(gè)拾音器成等腰直角三角形分布， 拾音器A位于直角處，此處為坐標(biāo)原點(diǎn)，同時(shí)此處也是車模的幾何中心，拾音器B和拾音器 C分別位于兩個(gè)直角端點(diǎn)，直角邊得長(zhǎng)度為0. lm，三個(gè)拾音器分別接受來(lái)自聲源的聲音，將采集到得聲音信號(hào)輸入自動(dòng)控制單元。[0030]模型車單元采用飛思卡爾杯智能汽車競(jìng)賽所使用的車模，該車模自帶方向控制舵機(jī)，車模行駛的直流電機(jī)。方向舵機(jī)為一種脈寬調(diào)節(jié)的伺服電機(jī)，它能接受不同周期不同脈寬的方波，來(lái)控制前輪向左，向右，居中的轉(zhuǎn)向。直流電機(jī)為一種永磁式直流電機(jī)，當(dāng)電機(jī)兩端有直流電流過(guò)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)通入電流方向相反時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向反向，來(lái)實(shí)現(xiàn)車模的前進(jìn)和后退。方向舵機(jī)連接自動(dòng)控制單元的PPO管腳，直流電機(jī)連接自動(dòng)控制單元的PP2和 PP3管腳。自動(dòng)控制單元采用Freescale公司生產(chǎn)的HCS12系列單片機(jī)中的MC9S12XS128， 其是一款高性能、低功耗的16位微處理器，內(nèi)部集成了多個(gè)通用IO接口，脈寬調(diào)制模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。使用時(shí)節(jié)省了外部電路設(shè)計(jì)和較為方便的軟件實(shí)現(xiàn)，使得對(duì)聲音信號(hào)的采集更為準(zhǔn)確。該款單片機(jī)具有8路10位的ADC，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換聲音采集單元所輸入的模擬信號(hào)，同時(shí)，能夠準(zhǔn)確識(shí)別三路聲音信號(hào)到達(dá)自動(dòng)控制單元時(shí)間的不同，用來(lái)計(jì)算三個(gè)聲音采集器距離聲源的距離。該自動(dòng)控制單元所具有的脈寬調(diào)制模塊能夠輸出占空比可調(diào)的PWM波，用來(lái)控制車模自帶的方向舵機(jī)和直流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)車模的轉(zhuǎn)向，車模的行駛。[0031]三個(gè)成等腰直角三角形排布的間隔為0. 1米的高精度LY-901拾音器實(shí)時(shí)地對(duì)聲源所發(fā)出的音頻信號(hào)進(jìn)行采集，并將采集到的音頻信號(hào)送入自動(dòng)控制單元的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。自動(dòng)控制單元對(duì)這些音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字化處理后，運(yùn)算處理得到音頻信號(hào)到達(dá)A，B，C，3路拾音器的時(shí)間差A(yù)tiffi和AtAC，然后建立曲線方程，計(jì)算得到聲源S的位置坐標(biāo)0(s，Ys)，根據(jù)聲源的位置坐標(biāo)，自動(dòng)控制單元計(jì)算出車模需要的轉(zhuǎn)向角，然后車模勻速朝聲源方向移動(dòng)，并且實(shí)時(shí)修正轉(zhuǎn)向角。[0032]自動(dòng)控制單元根據(jù)數(shù)字化后的Α，B, C，3路音頻信號(hào)中各自聲波的起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間，計(jì)算出音頻信號(hào)到達(dá)3路拾音器的時(shí)間差A(yù)tAB和AtA。，然后根據(jù)時(shí)間差A(yù)tAB和 AtAC，可以建立聲源所在的位置的方程(聲音在空氣中的傳播速度為340m/s)
權(quán)利要求1.一種模型車的聲源定位裝置，包括電源單元，聲音采集單元，自動(dòng)控制單元，模型車單元和驅(qū)動(dòng)單元，其特征在于；所述聲音采集單元、模型車單元和驅(qū)動(dòng)單元分別與自動(dòng)控制單元相連接，其中模型車單元又與驅(qū)動(dòng)單元相連，所述電源單元分別與自動(dòng)控制單元、聲音采集單元、模型車單元和驅(qū)動(dòng)單元相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模型車的聲源定位裝置，，其特征在于，所述電源單元包括 7. 2伏鎳鎘充電電池，所述7. 2伏鎳鎘充電電池連接穩(wěn)壓模和升壓模塊，所述穩(wěn)壓模塊輸出 5伏電壓，所述升壓模塊輸出15伏電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模型車的聲源定位裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)單元包括數(shù)字保護(hù)電路和兩個(gè)BTS7960半橋芯片組成的全橋驅(qū)動(dòng)電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模型車的聲源定位裝置，其特征在于，所述聲音采集單元拾音器是由三個(gè)以NE5532為核心的LY-901且成等腰直角三角形分布的拾音器，其中所述的拾音器分別位于等腰直角三角形的三個(gè)端點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模型車的聲源定位裝置，其特征在于，所述自動(dòng)控制單元采用MC9S12XSU8單片機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種模型車的聲源定位裝置，括電源單元，聲音采集單元，自動(dòng)控制單元，模型車單元和驅(qū)動(dòng)單元，所述聲音采集單元、模型車單元和驅(qū)動(dòng)單元分別與自動(dòng)控制單元相連接，該系統(tǒng)由安裝在模型車上的拾音器對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行采集，能夠?qū)崟r(shí)采集聲源所發(fā)出的聲音，并以電信號(hào)的形式，傳送給自動(dòng)控制單元，自動(dòng)控制單元對(duì)該信號(hào)進(jìn)行處理，計(jì)算出聲源在平面內(nèi)相對(duì)模型車位置的坐標(biāo)，由自動(dòng)控制單元控制模型車上的轉(zhuǎn)向舵機(jī)，使車模朝聲源方向行駛，實(shí)現(xiàn)尋找聲源的行駛。
文檔編號(hào)G05D1/02GK202306324SQ201120341739
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者沈小燕, 謝培, 謝陳江 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)