摘要：設計了一個基于STM32控制的聲音導引系統(tǒng)。該系統(tǒng)由1個可移動聲源S和3個聲音接收器A、B、C構成。由一片從控STM32單片機控制無線發(fā)送模塊，實現聲音導引信號的發(fā)送。主控單片機根據無線接收模塊所接收到的信息來判斷可移動聲源運動的啟停。
關鍵詞：無線收發(fā)模塊；STM32單片機；聲音導引；移動聲源

引言
    聲音導引系統(tǒng)，主要是靠聲音來完成對機器的智能控制，既方便又快捷。尤其是環(huán)境比較惡劣、不適合人類停留的地方，可以依靠聲音來控制機器的正常運行。聲音導引系統(tǒng)也是智能化控制的一個方面，對未來的智能化發(fā)展有較大的促進作用，對未來智能機器人的研究也大有幫助。

1 系統(tǒng)總體方案
    如圖1所示，聲音導引系統(tǒng)由1個可移動聲源S，聲音接收器A、B和C構成。其中，可移動聲源由發(fā)聲模塊和無線接收模塊組成；A、B、C三處各放置一個聲音接收器。

    針對系統(tǒng)設計要求，可以采用以下實現方案：在O點設置一個STM32單片機控制器，作為A、B、C三個聲音接收器的公共控制器，并通過一個公共無線發(fā)送模塊向可移動聲源發(fā)送反饋信號?？梢苿勇曉撮_始運動并發(fā)出聲音后，聲音接收器A、B和C收到聲音，將聲音信號分別傳送給STM32單片機，由STM32單片機判別A、B和C哪個聲音接收器先接收到該聲音信號。
    若聲音接收器B先收到，則不發(fā)送反饋信號給可移動聲源。一旦聲音接收器A先收到聲音信號，表明可移動聲源已經在定位誤差的范圍內到達Ox線，無線發(fā)送模塊立即向可移動聲源發(fā)送反饋信號，可移動聲源接收到該信號后，立即停止運動。該方案電路簡單，只需要一套無線收發(fā)系統(tǒng)，因此也節(jié)約了成本。

2 系統(tǒng)硬件設計
    本系統(tǒng)中，可移動聲源由EDC-CarX V1．0-2007．06四驅版DIY競賽小車、日本NEC電機控制ASSP芯片MMC-1、STM32 Cortex-M3系列單片機、無線接收模塊、天線、蜂鳴器組成；音頻接收模塊、無線發(fā)送模塊、天線組成聲音接收器。

    如圖2所示，本系統(tǒng)主要靠無線模塊實現主從控制器之間的通信，進而通過MCU-1來控制電機的運行狀態(tài)。由于該系統(tǒng)要求系統(tǒng)的響應速度快、功耗低、穩(wěn)定性高等，一般的C51單片機不能滿足要求，綜合考慮選擇ST公司Cortex-M3系列的STM32F1103VE作為主控芯片。該芯片基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用設計的ARM Cortex-M3內核。其特點如下：工作時鐘頻率最高達到72 MHz；單周期乘法和硬件除法；256～512KB的Flash，高達64 KB的SRAM；睡眠、停機和待機3種低功耗模式；2通道12位D／A轉換器；多達13個通信接口；11個定時器，可以進行輸入捕捉／輸出比較／PWM信號通道和增量編碼輸入。
    可移動聲源電機部分由STM32-F103VE、MMC-1和L293芯片驅動，其控制、驅動電路如圖3所示。MMC-1和L293都是直流電機的控制芯片，這種組合更有利于精確控制。

    無線接收模塊電路如圖4所示。SCDRX2DS為無線接收模塊的控制芯片。301是電路的穩(wěn)壓芯片，起到電壓保護的作用。

3 軟件設計
    本系統(tǒng)的軟件部分主要分為移動聲音模塊和聲音接收模塊。采用ST公司提供的函數庫進行開發(fā)。該函數庫是一個固件函數包，它由程序、數據結構和宏組成，包括了微控制器所有外設的性能特征，以及每一個外設的驅動描述和應用實例。通過使用函數庫，無需深入掌握細節(jié)，用戶就可以輕松地應用外設，從而大大縮短了用戶的編程時間，進而降低了開發(fā)成本。為了減小開發(fā)難度，本設計以引用函數庫為主，添加自己的用戶程序完成整個系統(tǒng)的軟件部分。
3．1 移動聲音模塊
    本模塊主要實現移動聲音控制器的功能。利用延時的方法產生高低電平來驅動蜂鳴器產生聲源。通過SPI串口和NEC的從控芯片進行通信，發(fā)送命令進而來控制電機的運行狀態(tài)。通過無線模塊接收的信息先暫存在SPI的緩沖區(qū)中，以備控制命令及時發(fā)送。發(fā)送的控制命令有前進、后退、左轉、右轉和停止信號。移動聲音模塊控制流程如圖5所示。

3．2 聲音接收模塊
    本模塊的功能主要是循環(huán)接收傳感器的信息，根據3個接收器傳回聲音的順序不同，來判斷移動聲音的位置和運行狀態(tài)，進而將前進、后退、左轉和右轉控制命令發(fā)送給移動聲源。由于該控制器的采樣頻率要高，因此把主控制器的時鐘頻率通過PLL調到最大72 MHz。聲音接收模塊控制流程如圖6所示。

4 系統(tǒng)測試
    測試儀器包括：100 MHz數字示波器，數字萬用表(型號VICTOR-VC890D)，STM32單片機開發(fā)板，秒表，卷尺。
    用示波器觀測單片機、MMC-1芯片的輸入／輸出引腳信號波形，用數字萬用表檢查元件有無虛焊，從而確定對電機的驅動情況。
    用秒表、卷尺測試小車運動的平均速度，并量取定位誤差。假設小車初始位置為S0，小車停止位置為S且SS0與間夾角為α，全程運動時間為t，S與0x線間距離為d，則小車平均速度為SS0·tan(α／t)。
    測試數據如表1所列。

結語
    可移動聲源開始運動并發(fā)出聲音，3個聲音接收器收到來自可移動聲源的聲音信號后，立即發(fā)出各自載波頻率的反饋信號給可移動聲源。可移動聲源根據接收到的不同信號頻率判斷反饋信號的源頭，從而由MCU發(fā)出相應控制信號(前進、倒退和轉彎)，導引可移動聲源在定位誤差的范圍內。