文 献 综 述

1．引言

近年来，随着科学技术的迅猛发展和生活水平的日益提高，物质方面享受提高也带来了人们对精神层面的追求，于是越来越多的人开始听音乐，大量的MP3出现在市场上。

懒惰是人类科技发展的最大的原因，当人类不想要走路时发明汽车，发明了飞机等交通工具；当人类厌倦了数学计算，于是发明了计算器；当人类抛弃了书信，于是出现了电话，传真网络聊天等。随着科技的发展，手机功能的多样化，按键控制、功能单一的MP3将一步一步被市场上其他琳琅满目功能齐全的电子产品所替代，因为当人们手头上有工作时，往往不会有空余的时间去操作需要按键的MP3，因此手势控制以及能够自动调节音量的音乐控制系统应运而生。

此系统拥有MP3的大部分功能，也可以通过按键去控制音乐，但在这个基础上增添了手势控制和自动调节等功能，诠释了科技为人服务的理念，使人们在繁忙的工作中能好好的享受音乐而又不受其打扰。本系统是基于单片机的音乐控制系统由超声波传感器和声音传感器接收信息，获得命令，控制音乐扩展模块。本系统操作简单，音量调节自动化，可以满足人们在科技生活中的音乐享受。

2.设计方案

本设计主要包含两部分功能，一是获取距离和音量信息功能，二是播放命令执行功能。对于第一部分的功能主要有：

1、测距功能，此处将测得的手势距离分为2-7cm、7-15cm和15-25cm三个阶段。

2、噪音测量功能，此处将获得的声音模拟信号转换为数字信号。

3、信息处理功能，此处以单片机为核心，针对获得的不同距离信号和音量信号发出不同的播放命令。

对于第二部分功能，主要是音乐扩展模块从单片机中获得命令，执行并进行功放功能。

3.方案实现

对于第一部分功能的实现，以单片机为核心处理器；以超声波测距测量到的距离为信息输入，获取手势的距离信息；噪音测量则菜用一个声音传感器，通过声音传感器的模拟信号来获得音量大小；单片机通过对不同距离和音量的划分来调用不同的命令函数，发送不同的命令。

对于第二部分功能的实现，要有单片机控制音乐扩展模块，结合相应的控制按键信息，输出播放命令。

1、关于核心处理器的选择

本设计是基于单片机的设计，将单片机作为核心的处理器。应用中的单片机种类繁多，包括51系列单片机、PIC系列单片机、AVR系列单片机等等。其中AVR单片机是 Atmel 公司 1997 年推出的 RISC 单片机。RISC（精简指令系统计算机）是相对于CISC（复杂指令系统计算机）而言的。RISC 并非只是简单地去减少指令，而是通过使计算机的结构更加简单合理而提高运算速度的。RISC 优先选取使用频率最高的简单指令，避免复杂指令：并固定指令宽度，减少指令格式和寻址方式的种类，从而缩短指令周期，提高运行速度。由于 AVR 采用了 RISC 的这种结构，使AVR系列单片机都具备了1MIPS/MHz（百万条指令每秒/兆赫兹）的高速处理能力。

Arduino单片机是AVR系列单片机的一种，具有如下特点：

（1）开放源代码的电路图设计，程序开发接口免费下载，也可依个人需求自己修改。

（2）使用低价格的微处理控制器(AVR系列控制器)，可以采用USB接口供电，不需外接电源，也可以使用外部9VDC输入。

（3）Arduino支持ISP在线烧，可以将新的bootloader固件烧入AVR芯片。有了bootloader之后，可以通过串口或者USB to Rs232线更新固件。

（4）可依据官方提供的Eagle格式PCB和SCH电路图简化Arduino模组，完成独立运作的微处理控制；可简单地与传感器，各式各样的电子元件连接(例如：红外线,超音波,热敏电阻,光敏电阻,伺服马达,等)。

（5）支持多种互动程序，如：Flash、Max/Msp、vvvv、PD、C、Processing等。

（6）应用方面，利用Arduino，突破以往只能使用鼠标、键盘、CCD等输入的装置的互动内容，可以更简单地达成单人或多人游戏互动。[

正是由于Arduino单片机具有以上优点，所以成为本次毕业设计所选用的处理器。

2、关于超声波测距模块的选择

方本系统所用的是HC-SR04超声波测距模块，控制口发一个10US 以上的高电平,就可以在接收口等待高电平输出。一有输出就可以开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读定时器的值,此时就为此次测距的时间,可以算出距离。

图1超声波时序图

模块内部将发出8个40kHZ周期电平并检测回拨。一旦检测到有回波信号则输出回响信号，回响的脉冲宽度与所测的距离成正比。由此通过发射信号到收到回响信号时间间隔可以计算得到距离。公式：us/58=厘米。

3、关于声音测量模块的选择

音量测量模块采集用的是麦克风，主要芯片是LM368，LM386是一种音频集成功率放大器，具有自身功耗低、更新内链增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点。主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少,电压增益内置为20。在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为200以内的任意值。

4、关于音乐扩展模块的选择

本系统的音乐扩展模块采用的是WT5001-48L语音芯片，它是一款功能强大的OTP语音单片机芯片。WT5001-48L让语音芯片不再为控制方式而寻找合适的外围单片机电路，高度集成的单片机技术足于取代复杂的外围控制电路。功能操作方式简洁易懂，大大减少了使用和二次开发的时间。WT5001-48L是一款OTP高音质的MP3语音芯片，8-BIT CISC; 支持MP3解码，支持WAV格式.;带有丰富的外设接口; 一个SPI,支持DMA; 驱动16 欧姆耳机; 带实时时钟及万年历时钟模块功能;标准的RS232串口控制。双通道LDO, 5.0V-3.3V; 3.3V-1.8V; 低功耗：待机电流为60uA；控制播放响应快速，优于同类产品；适合用于需要更换语音或者时间较长、音质要求较高的场合。其应用框图如下：

图2 WT5001-48L典型应用框图

如图所WT5001-48L可以从TF存储卡和usb设备中读取音乐，然后从Arduino单片机得到命令然后执行不同的播放命令。

5、显示模块的选择

LCD12864液晶显示器具有多种接口方式，它可以通过4 位/8 位并行连接也可以通过2 线或3 线串行连接。它的内部包含很多点阵图形包括国标一级、二级简体 中文字库。它具有功耗低、电源电压低、使用方便等优点。

4.结论

本设计以单片机为核心处理器，从超声波测距模块和声音传感器读取信息，获得距离信息和周围噪音音量，音乐扩展模块来执行相应的播放命令。超声波测距模块测量手势的距离，声音传感器则是测量噪声的大小，音乐扩展模块由相应的语音芯片组成。

5、参考文献

[1] 班兹 (Banzi, Massimo).爱上Arduino[M].北京：人民邮电出版社,2011.

[2] Simon Monk.基于Arduino的趣味电子制作 [M].北京：科学出版社，2011.

[3] 孙俊荣，吴明展，卢聪勇.Arduino一试就上手[M].北京：科学出版社，2012.

[4] 陈吕洲.Arduino程序设计基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2014.

[5] 海涛.ATmega系列单片机原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2005.

[6] Simon Monk. Arduino变成从零开始[M].北京：北京航空大学出版社，2004.

[7] 惠特.Arduino技术内幕[M]．北京：人民邮电出版社 ，2013.04．

[8] 程晨.Arduino开发实战指南[M].北京：机械工业出版社，2012.03.

[9] 宋楠，韩广义.Arduino开发从零开始学：学电子的都玩这个[M].北京：清华大学出版社，2014.09.

[10] 蔡睿妍.Arduino的原理及应用[J].电子设计工程，2012年16期.

[11]康凌.基于Arduino的超声测距系统的设计[J].电子世界，2013年20期.

[12]汪震，杨小兰.基于Android和Arduino的智能家居系统设计[J].软件导刊，2014年12期.

[13]苏琳.基于HC-SR04的超声波测距器的设计[J].科技信息，2012年09期.

[14]李杜.基于HC_SR04的超声波测距装置算法研究[J].科技世界，2012年28期.

[15]杨继志，杨宇环.基于Arduino的网络互动产品创新设计[J].机电产品开发与创新，2012年01期.

[16] JamesFloyd Kelly,Harold Timmis.Arduino adventures[M].California: Apress,2013.01.

[17] Michael Margolis. Arduino cookbook[M].beijing: O'ReillyMedia,2011.03