2012“TI”杯电子设计竞赛D题声音定位系统设计报告(2)

图6 归一化正方形

归一化正方形算法

如图，传感器阵列采用正方形，传感器的位置坐标为（L，L），（-L，L），（-L，-L），（L，-L）。则声源位置（x，y）可由下式算出（式中2L为正方阵的边长，Δt1，Δt2，Δt3分别为传感器2，3，4相对于1的时差，c是传播速度）：

三．硬件电路设计

3.1 系统框图

图7 系统总框图

系统主要由三大模块组成：声响模块、声音接收模块、信号处理模块。声响模块产生声音信号，由声音接收模块接收信号并产生电流脉冲，经总线系统传送到信号处理模块进行运算处理，将测试数据显示在LCD显示屏上。

系统总电路图见附录二。

3.2 声响模块

图8 声响模块电路图

通过单片机产生500Hz的方波信号，利用单管放大后给喇叭发声。其中电位器可对音量进行调节。

3.3 从单片机最小系统

图9 从单片机最小系统

单片机最小系统采用的是TI公司生产的超低功耗的MSP430G2452单片机为核心，其中9号端口为P2.1，实际电路中需和声源模块相连接。

3.4声音接收模块

图10 接收系统模块电路

3.5信号处理模块

信号处理模块由总线控制单元，MSP430G2553为核的Launchpad以及LCD显示屏共同组成。单片机内部运算处理后将结果送入LCD显示。

图11 主单片机及显示

3.6 语音模块

采用ISD4004语音录放芯片制作成语音播报模块。利用lm386语音功放芯片放大。

四. 软件设计

4.1 软件流程图

设计采用MSP430G2553为核心的Launchpad负责信号的处理并控制LCD显示

屏显示相应数据。

主程序流程图如下：

中断流程图：

中断程序开始后，系统首先对声音接收模块采集到的信息进行判断，找到距离声源最近的接收器，再按时间差分别得出其它3个接收器的距离差，再通过单片机就可以计算出声源所在位置，发出屏幕显示数据后退出中断。

额外加入了语音播报装置，在每次采集测试数据开始和结束都会进行一次自动语音播报。

五． 测试结果与分析

5.1 测试方法与仪器

先测试4个定点（分别为（10，10）（45，10）（10，25）（45，25））来

标定4个声音接收模块的精度等级，然后采取随机取点方式得到测试数据。

测试中主要用到的仪器有直流稳压电源，示波器等。

5.2 测试数据

测试数据

5.3 测试结果分析

测试平均误差在5cm以内，部分坐标点能达到3cm标准，符合设计要求。

5.4 测试结果

本设计制作完成了题目要求的基本部分的全部要求和发挥部分的大部分要求，达到设计要求。个别指标由于时间有限只完成相应的软件和硬件设计，整体调试还未能全部完成。

参考文献

[1] 范红刚，魏学海，陈和.51单片机自学笔记；北京，北京航空航天大学出版社2010年1月第1版

[2] 王宜怀，曹金华.嵌入式系统设计实战；北京，北京航空航天大学出版社2011年5月第1版

[3] 闻怡洋.无线设备编程指南；北京，北京大学出版社2004年7月第1版 [4] 李玉柏.最小系统设计与应用；四川，电子科技大学出版社2012年4月第1版 [5] 钟洪声.电子电路设计技术基础；四川，电子科技大学出版社2012年4月第1版 [6] 王昊，李昕.集成运放应用电路设计360例；北京，电子工业出版社2007年1月 [7] 喻金钱，喻斌.短距离无线通信详解—基于单片机控制；北京，北京航空航天大学出版社2009年4月

附录一： 元器件清单

附录二：