聲音導(dǎo)引智能系統(tǒng)

蔡衛(wèi)剛

（西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子工程學(xué)院，陜西 西安 710089）

人工智能目前在計算機(jī)領(lǐng)域內(nèi)，得到了愈加廣泛的重視。并在機(jī)器人，經(jīng)濟(jì)政治決策，控制系統(tǒng)，仿真系統(tǒng)中得到應(yīng)用。智能作為新時代的創(chuàng)新發(fā)明，是以后的發(fā)展方向，它可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個環(huán)境里自動的運(yùn)作，不需要人為的管理，可應(yīng)用于科學(xué)勘探等等的用途。智能電動車就是其中的一個體現(xiàn)。運(yùn)動智能控制是自動化技術(shù)的重要組成部分，是機(jī)器人，智能電動車等高技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)基礎(chǔ)，已取得了廣泛的工程應(yīng)用。運(yùn)動控制集成了模擬電子技術(shù)、自動化技術(shù)、計算機(jī)控制技術(shù)、無線傳感技術(shù)等內(nèi)容[1-3]。

而智能的應(yīng)用也逐漸普及開來，現(xiàn)代的人們對智能的利用也越來越廣泛了，不僅有智能交通，智能家居，智能機(jī)器人，智能家電，智能手機(jī)，智能車，還有智能建筑，智能電網(wǎng)等，這充分說明了智能對現(xiàn)代生活的重要性，因此掌握有關(guān)智能方面的知識有助于我們更好的了解智能，并且根據(jù)自己的需要發(fā)明創(chuàng)造出與智能相關(guān)的產(chǎn)品?，F(xiàn)在地球面臨著能源危機(jī)，解決能源危機(jī)是當(dāng)前的大事，各國都在發(fā)明創(chuàng)造節(jié)能的設(shè)備，智能就是其中的一種。其次，智能還可以代替人類進(jìn)行一定的作業(yè)，這樣可以代替大量的勞動力，節(jié)省大量資源，比如危險車間的作業(yè)可讓機(jī)器人代替人類去作業(yè)，不僅解決了難題而且效率高，因次智能設(shè)備在現(xiàn)代生活中發(fā)揮著越來越重要的作用[4]。該聲音引導(dǎo)系統(tǒng)，主要是用于汽車的智能控制，汽車可以在聲源的控制下，代替人對車進(jìn)行位置的控制，使其更人性化。

1 原理分析與硬件電路圖

1.1 移動聲源模塊

采用帶有發(fā)射聲波的智能小車作為移動的聲源S，使聲源在控制下準(zhǔn)確的移動。該智能小車選擇ASSP芯片MMC-1控制兩相四線的步進(jìn)電機(jī)，并且采用L298作為驅(qū)動器驅(qū)動小車輪子轉(zhuǎn)動。

ASSP芯片通過串行接口與單片機(jī)端口的發(fā)送接收相連接，由于一個L298只能驅(qū)動一個兩相四線的步進(jìn)電機(jī)，那么ASSP芯片輸出的2個通道（每個通道4個借口）接2個驅(qū)動芯片L298的4個輸入口，每個L298的輸出的4個管腳分別接電機(jī)的A+、A-、B+、B-四線。通過單片機(jī)的串行輸出控制ASSP芯片使L298驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動。 由于步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動精確，在一定功率下轉(zhuǎn)動速度達(dá)到所需要求，使小車在行走過程中不僅快而且準(zhǔn)確，提高了小車的運(yùn)動靈活性和準(zhǔn)確性[5]。

首先一片555定時器用作多諧振蕩器的電路，接通電源后通過對電容的充放電，使電路產(chǎn)生兩個暫態(tài)，并且電路在這兩個暫態(tài)之間來回翻轉(zhuǎn)，最終輸出的為矩形波[6-8]。前一級的555定時器產(chǎn)生一個頻率為60 HZ的方波信號，后一級555定時器產(chǎn)生的是一個頻率為3 kHz的正弦波信號。當(dāng)前一級的方波為低電平時才選通后一級555定時器產(chǎn)生正弦波。因此，在后一級555定時器的輸出就會產(chǎn)生一個有延遲的連續(xù)的正弦波。電路圖如圖1所示。

1.2 無線收發(fā)模塊

無線發(fā)射模塊的輸入來自單片機(jī)1（無線模塊單片機(jī)）輸出的六個狀態(tài)，進(jìn)行編碼，發(fā)送到無線接收模塊，無線接收模塊對接受到的6個狀態(tài)進(jìn)行解碼，解碼后輸入到單片機(jī)2（小車移動聲源單片機(jī)），單片機(jī)2得到6個狀態(tài)的解碼后控制小車的運(yùn)動。

閱讀器部分，如圖2所示，電能由振蕩電路產(chǎn)生經(jīng)后續(xù)多級放大電路放大，通過耦合線圈發(fā)送出去；閱讀器通過耦合線圈接收應(yīng)答器發(fā)送的信號，信號經(jīng)檢波電路檢波后送給PT2272串口接收，PT2272對編碼信號進(jìn)行解調(diào)后輸出識別結(jié)果[9]。震蕩電路與檢波電路是獨(dú)立周期工作的，周期由555產(chǎn)生，獨(dú)立工作由繼電器控制。

圖1 移動聲源發(fā)生模塊電路圖Fig.1 Mobile source producing module circuit diagram

圖2 閱讀器組成方框圖Fig.2 Reader block diagram

2 系統(tǒng)模型及算法流程

2.1 智能導(dǎo)引系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室的初成模型

如圖3所示，AB與AC垂直，Ox是AB的中垂線，O'y是AC的中垂線，W是Ox和Oy的交點(diǎn)。聲音導(dǎo)引系統(tǒng)有一個可移動聲源S，3個聲音接收器A、B和C，聲音接收器之間可以有線連接。聲音接收器能利用可移動聲源和接收器之間的不同距離，產(chǎn)生一個可移動聲源離Ox線（或O'y線）的誤差信號，并用無線方式將此誤差信號傳輸至可移動聲源，引導(dǎo)其運(yùn)動[10]。

該系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室模型已基本成立，并且各方面性能指標(biāo)穩(wěn)定，有待于繼續(xù)研究最終實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)生活的用途。

2.2 系統(tǒng)軟件部分

軟件程序流程圖如圖4所示。

3 系統(tǒng)測試與誤差分析

圖3 聲音導(dǎo)引系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室模型Fig.3 The model of intelligent system of voice guidance

小車上裝有產(chǎn)生周期性音頻脈沖信號的揚(yáng)聲器，3個收發(fā)器A、B、C分別在邊長為1m的三端，收到信號后對其進(jìn)行處理經(jīng)過單片機(jī)和無線的發(fā)射接收裝置。在接受端單片機(jī)的控制下，小車s首先朝著垂直ox的方向運(yùn)動，到ox附近時，調(diào)整車頭使小車向下運(yùn)動，到W點(diǎn)出小車停止并發(fā)出報警信號。通過改變小車的起始位置，測量小車走完全程所需的時間，計算出平均速度。測試結(jié)果如表1所示。小車有時并不能完全支線行走，稍微有些跑偏。首先由于小車是新的，齒輪磨合的情況不同，導(dǎo)致兩個輪子的速度不是完全一致。其次，由于小車上的裝置較多，導(dǎo)致重心偏移，兩個輪子收到的阻力不同，使小車跑偏。

4 結(jié) 論

圖4 軟件流程圖Fig.4 Software process

表1 測試結(jié)果Tab.1 Test results

本設(shè)計以兩片MSP430單片機(jī)作為核心部件，通過接收站接收到音頻信號的響應(yīng)時間不同，配合一套完整的程序，實(shí)現(xiàn)了小車的精確定位，這樣可以很好的利用到現(xiàn)實(shí)生活當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)車輛的準(zhǔn)確定位，又為車輛的出行方便提供了一個很好的平臺。在設(shè)計中，我盡量采用低功耗的器件，力求硬件電路的經(jīng)濟(jì)性和精簡性，充分發(fā)揮軟件控制靈活方便和低碳環(huán)保的特點(diǎn)，來滿足設(shè)計的要求。本設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，較容易實(shí)現(xiàn)，具有一定的智能化、人性化，在一定程度上體現(xiàn)了智能控制。

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