CN105467993A - 声音导引系统 - Google Patents

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CN105467993A CN201510817944.2A CN201510817944A CN105467993A CN 105467993 A CN105467993 A CN 105467993A CN 201510817944 A CN201510817944 A CN 201510817944A CN 105467993 A CN105467993 A CN 105467993A
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尚冬梅
安静宇
刘党军
白云
刘琳静
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Xian University of Science and Technology
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Xian University of Science and Technology
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0227—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using mechanical sensing means, e.g. for sensing treated area
    • G05D1/0229—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using mechanical sensing means, e.g. for sensing treated area in combination with fixed guiding means

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
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  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种声音导引系统，包括一个可移动声源S，三个声音接收器A、B和C，三个声音接收器有线连接，AB与AC垂直，声音接收器能利用可移动声源和接收器之间的不同距离，产生一个可移动声源离Ox线(或O′y线)的误差信号，并用无线方式将此误差信号传输至可移动声源，引导其运动，其中，Ox是AB的中垂线，O′y是AC的中垂线，可移动声源运动的起始点必须在Ox线右侧，位置可以任意指定。本发明实现了无线传感器网络在声源定位中的应用，利用声音传播不同的距离的时间差来测试距离，从而获得了声源所在的空间位置，应用范围广。

Description

声音导引系统
技术领域
本发明涉及引导定位技术领域，具体涉及一种声音导引系统。
背景技术
在我们日常的生活、工业生产中，声音导引有着重要的现实意义，例如，电子导盲犬，就可以利用我们系统的方案得以实现，用声音传感器接受某一特定频率的声音，通过对声音源的分析处理来得到其精确地理位置，配合GSP卫星定位技术或其他的网络(GSM等)来实现整个城市的导盲系统。由于声音传播不需要特定的介质(真空除外)，使得这一技术的应用的范围很广，在城市交通的立体车库中，公交车自动报站系统，生物研究方面，军事精确目标定位等方面都有着其重要的应用场合，而这一技术还会随着其他技术的发展(滤波算法)而加大应用场合。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种声音导引系统，实现了无线传感器网络在声源定位中的应用，利用声音传播不同的距离的时间差来测试距离，从而获得了声源所在的空间位置，应用范围广。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
声音导引系统，包括一个可移动声源S，三个声音接收器A、B和C，三个声音接收器有线连接，AB与AC垂直，声音接收器能利用可移动声源和接收器之间的不同距离，产生一个可移动声源离Ox线(或O′y线)的误差信号，并用无线方式将此误差信号传输至可移动声源，引导其运动，其中，Ox是AB的中垂线，O′y是AC的中垂线，可移动声源运动的起始点必须在Ox线右侧，位置可以任意指定；具体的，该系统包括
安装在液晶显示屏内的主控芯片，采用C8051F040单片机，用于接收声音接收模块采集到的信号，得出误差信号，从而对小车发出指令；
安装在声源小车中的主控芯片，采用C8051F040单片机，用于通过无线收发模块接收安装在液晶显示屏内的主控芯片的控制命令，引导声源小车进行运动；C8051F040是一个超低功耗，和标准8051F系列单片机相比较具有运算速度快，抗干扰能力强，支持ISP在线编程，电路设计简单、价格低廉，精确度和运算速度也都完全符合系统的要求；
声音发送模块，采用高音喇叭与小车组成可移动的声源，高音喇叭的中心频率选择为5kHz，用NE555产生音频信号；
电机驱动模块，采用L298N作为电机驱动芯片，L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它响应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端，通过调节PWM波的占空比来精确调节车速；用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良；
声光报警模块，由发光二极管和蜂鸣器构成，用来提示小车有没有到达预定的位置；
声音接收模块，采用驻极体式麦克风，用于接收声音发送模块发送的音频信号并对音频信号进行滤波，放大，整形后，产生方波信号，与安装在液晶显示屏内的主控芯片通信；其特点是耐用，灵敏度较高，在测试中完全可以达到要求，并且价格低；
还包括一显示模块，采用液晶显示屏，用于显示检测结果。
还包括一电源模块，用于为上述用电模块供电。
所述无线传输模块，采用nRF905单片无线收发器，可以自动完成处理字头和CRC(循环冗余码校验)的工作，可由片内硬件自动完成曼彻斯特编码/解码，使用SPI接口与微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低。
本发明具有以下有益效果：
实现了无线传感器网络在声源定位中的应用，利用声音传播不同的距离的时间差来测试距离，从而获得了声源所在的空间位置，应用范围广。
附图说明
图1为本发明实施例声音导引系统的系统示意图。
图2为本发明实施例声音导引系统中的信号波形示意图。
图3为本发明实施例声音导引系统的一个具体实施方式的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，AB与AC垂直，Ox是AB的中垂线，O′y是AC的中垂线，W是Ox和O′y的交点。声音导引系统有一个可移动声源S，三个声音接收器A、B和C，声音接收器之间可以有线连接，声音接收器能利用可移动声源和接收器之间的不同距离，产生一个可移动声源离Ox线(或O′y线)的误差信号，并用无线方式将此误差信号传输至可移动声源，引导其运动，可移动声源运动的起始点必须在Ox线右侧，位置可以任意指定。
可移动声源产生的信号为周期性音频脉冲信号，如图2所示，声音信号频率不限，脉冲周期不限。
如图3所示，具体的，该系统包括
安装在液晶显示屏内的主控芯片，采用C8051F040单片机，用于接收声音接收模块采集到的信号，得出误差信号，从而对小车发出指令；
安装在声源小车中的主控芯片，采用C8051F040单片机，用于通过无线收发模块接收安装在液晶显示屏内的主控芯片的控制命令，引导声源小车进行运动；C8051F040是一个超低功耗，和标准8051F系列单片机相比较具有运算速度快，抗干扰能力强，支持ISP在线编程，电路设计简单、价格低廉，精确度和运算速度也都完全符合系统的要求；
声音发送模块，采用高音喇叭与小车组成可移动的声源，高音喇叭的中心频率选择为5kHz，用NE555产生音频信号；
电机驱动模块，采用L298N作为电机驱动芯片，L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它响应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端，通过调节PWM波的占空比来精确调节车速；用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良；
声光报警模块，由发光二极管和蜂鸣器构成，用来提示小车有没有到达预定的位置；
声音接收模块，采用驻极体式麦克风，用于接收声音发送模块发送的音频信号并对音频信号进行滤波，放大，整形后，产生方波信号，与安装在液晶显示屏内的主控芯片通信；其特点是耐用，灵敏度较高，在测试中完全可以达到要求，并且价格低；
还包括一显示模块，采用液晶显示屏，用于显示检测结果
还包括一电源模块，用于为上述用电模块供电。
所述无线传输模块，采用nRF905单片无线收发器，可以自动完成处理字头和CRC(循环冗余码校验)的工作，可由片内硬件自动完成曼彻斯特编码/解码，使用SPI接口与微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.声音导引系统，其特征在于，包括一个可移动声源S，三个声音接收器A、B和C，三个声音接收器有线连接，AB与AC垂直，声音接收器能利用可移动声源和接收器之间的不同距离，产生一个可移动声源离Ox线(或O′y线)的误差信号，并用无线方式将此误差信号传输至可移动声源，引导其运动，其中，Ox是AB的中垂线，O′y是AC的中垂线，可移动声源运动的起始点必须在Ox线右侧，位置可以任意指定；具体的，该系统包括
安装在液晶显示屏内的主控芯片，采用C8051F040单片机，用于接收声音接收模块采集到的信号，得出误差信号，从而对小车发出指令；
安装在声源小车中的主控芯片，采用C8051F040单片机，用于通过无线收发模块接收安装在液晶显示屏内的主控芯片的控制命令，引导声源小车进行运动；
声音发送模块，采用高音喇叭与小车组成可移动的声源，高音喇叭的中心频率选择为5kHz，用NE555产生音频信号；
电机驱动模块，采用L298N作为电机驱动芯片，通过调节PWM波的占空比来精确调节车速；
声光报警模块，由发光二极管和蜂鸣器构成，用来提示小车有没有到达预定的位置；
声音接收模块，采用驻极体式麦克风，用于接收声音发送模块发送的音频信号并对音频信号进行滤波，放大，整形后，产生方波信号，与安装在液晶显示屏内的主控芯片通信。
2.根据权利要求1所述的声音导引系统，其特征在于，还包括一显示模块，采用液晶显示屏，用于显示检测结果。
3.根据权利要求1所述的声音导引系统，其特征在于，还包括一电源模块，用于为上述用电模块供电。
4.根据权利要求1所述的声音导引系统，其特征在于，所述无线传输模块，采用nRF905单片无线收发器，可以自动完成处理字头和CRC(循环冗余码校验)的工作，可由片内硬件自动完成曼彻斯特编码/解码，使用SPI接口与微控制器通信。
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