声音定位系统设计报告.pdf

一、课题任务…………………………………………………………………………………………………………3 二、总体设计与分析…………………………………………………………………………………………….3 三、方案比较与选择……………………………………………………………………………………………4 四、电路设计……………………………………………………………………………………………………….5 五、算法与程序设计……………………………………………………………………………………………7 六、测试方案……………………………………………………………………………………………………….9 七、系统调试……………………………………………………………………………………………………..10 八、数据测试与处理………………………………………………………………………………………….12 九、总结…………………………………………………………………………………………………………….13 十、参考文献…………………………………………………………………………………………………….13 附录…………………………………………………………………………………………………………………..13 一、 课题任务 1.1 任务 设计一套声音定位系统。在一块不大于1m2 的平板上贴一张500mm ×350mm 的坐标纸，在其四角外侧分别固定安装一个声音接收模块，声音接收模块通过导 线将声音信号传输到信息处理模块，声音定位系统根据声响模块通过空气传播到 各声音接收模块的声音信号，判定声响模块所在的位置坐标。系统结构示意图如 图1 所示。 图1 声音定位系统结构示意图 2.1 要求 (1) 设计制作一个声响模块，含信号产生电路、放大电路和微型扬声器等， 每按键一次发声一次，声音信号持续时间约为1s。要求声响模块采用5V 以下电 池供电，功耗不大于200mW 。 (2) 设计制作四路声音接收模块，由麦克风、放大电路等组成，并分别与信 息处理模块相连接，以便将声音信号传送至信息处理模块。 (3) 设计制作一个信息处理模块，要求该模块能根据从声音接收模块传来的 信号判断声响模块所在位置的x 、y 坐标，并以数字形式显示x 、y 坐标值，位置 坐标值误差的绝对值不大于30mm 。 3.1 说明 (1) 注意预留测量声响模块功耗的电流电压和信号放大电路输出信号的测试 点。 (2) 采用三个声音接收模块即可实现定位，第四个模块可对定位作进一步校 正。 (3) 不允许声响模块与其他电路有任何连接，并要求在声响模块上做出明显 标记，以便清晰判读模块所在坐标数值。 (4) 注意声音通过其它传播介质带来的影响。 二、总体设计与分析 为了实现本次设计的要求，系统必须具备以下功能：按键声源发声且持续时 间1s、接收声音、信号放大滤波、声源定位等功能。其系统主要可以划分为：声 响模块、声音接收模块、控制器和显示模块。 在整体的方案上，声响模块利用555 单稳态振荡电路来达到每按键一次发声一次 的功能。另外由于声响模块产生的声音信号传递到接收模块时是十分微弱的，所 以声音接收模块必须含有滤波，放大和比较等环节，以便触发控制器进行运算和 处理。本次设计采用了比较器 LM358 结合放大电路形成的声音接收模块。此系 统结构框图如下所示： 图2.1 系统结构框图 三、方案比较与选择 3.1 处理器 方案一：采用TI 公司生产的MSP430 单片机。MSP430 系列单片机含有一种 超高速、低功耗的同时具有精简指令集（RISC）的16 位处理器。该系列芯片片内 资源丰富，中断源的数量较多，足以满足本次设计对中断源的需求。同时MSP430 系列单片机运算速度快，片内硬件资源丰富，能够实现一些较为复杂的算法和数 据处理。但在短时间内掌握MSP430 的编程与开发具有一定的难度。 方案二：采用STC 公司生产的STC89C52RC 单片机。STC89C52RC 是STC 公司 生产的一种高性能CMOS、低功耗的8 位微控制器。其片内含有五个可屏蔽中断 源，且容易对其进行编程处理，基本可以满足本次设计要求。另外 STC89C52RC 单片机小系统的焊接较为简单，后期调试工作也更加方便。 综上所述，方案一成本较高，并且考虑到短时间内不易掌握，经过讨论采取方案 二。 3.2 声源装置 方案一：