聲導(dǎo)航自行小車研究

t12為聲源到達(dá)端口1和2的時(shí)間差；t23為聲源達(dá)到端口2、3的時(shí)間差；陣元間距為d；聲速為c。在遠(yuǎn)場(chǎng)平面波近似條件下，由幾何關(guān)系得

利用角度估計(jì)的遠(yuǎn)場(chǎng)條件，但仍不放棄柱面波和球面波的假設(shè)，由余弦定理和泰勒展開得到目標(biāo)距離

2．2 FPGA算法設(shè)計(jì)
FPGA根據(jù)聲接收模塊的信號(hào)，進(jìn)行時(shí)間差計(jì)算。當(dāng)有一路信號(hào)有效時(shí)啟動(dòng)計(jì)數(shù)器開始計(jì)時(shí)，另外兩路信號(hào)同時(shí)有效時(shí)停止計(jì)數(shù)，且計(jì)數(shù)結(jié)果可以借助計(jì)數(shù)器的存儲(chǔ)功能得以存儲(chǔ)。所用FPGA主頻為50 MHz，時(shí)間差=計(jì)數(shù)值×0．02μs。根據(jù)兩次的時(shí)間差值，利用定位算法可以實(shí)現(xiàn)定位功能。此外還設(shè)置了各路鎖存信號(hào)，可以判別出聲源的左右位置。圖5為利用Quartus II所設(shè)計(jì)的FPGA簡(jiǎn)單計(jì)數(shù)的電路圖。

2．3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)算法設(shè)計(jì)
選用雙直流電機(jī)的小車模型進(jìn)行試驗(yàn)，兩個(gè)電機(jī)分別對(duì)小車左側(cè)的兩個(gè)車輪和右側(cè)的兩個(gè)車輪進(jìn)行控制。預(yù)設(shè)PWM波的頻率值為10kHz。在單片機(jī)MC9S12XS128芯片特定的應(yīng)用程序CodeWarrior IDE中進(jìn)行代碼編寫。針對(duì)不同的電機(jī)系統(tǒng)，需要進(jìn)行實(shí)測(cè)并判斷合適的轉(zhuǎn)向、延時(shí)時(shí)間。

3 結(jié)束語
采用40 kHz的信號(hào)有利于避免外界干擾，使信號(hào)的誤判率降低。系統(tǒng)采用FPGA與單片機(jī)結(jié)合的形式進(jìn)行聲導(dǎo)航，使小車能夠準(zhǔn)確到達(dá)聲源處。電機(jī)運(yùn)行環(huán)境和路面狀況不同時(shí)，由r和α產(chǎn)生合適的PWM比較困難，需要不斷調(diào)試，最終找到合適的PWM。該技術(shù)方案還可推廣，搭載家用小型餐桌、兒童搖籃、電腦桌和餐廳餐車等以實(shí)現(xiàn)智能行走功能，為生活提供方便。