声音定位系统设计报告_声音定位引导系统设计

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参赛学生：王学庆 宋辉指导教师：段英宏 学校： 天津科技大学 院系： 电信学院

尚翰

声音定位系统设计与总结报告

摘要：

本文描述了声音定位系统的设计原理和实现方法。该系统由XS128单片机控制，利用555电路产生500HZ电平信号。主控制器利用不同声音接收器间产生的误差信号，并通过合适的算法定位其运动。系统最大特点在于软件设计采用层次化、模块化的设计方法，使得复杂数学模型和控制算法得以简化和快速开发。经调试和测试，系统各项性能参数已基本达到设计指标。且本系统在设计中注意低功耗处理和力求高性价比等细节。关键词：

声音定位 SX128单片机 555电路 算法

Abstract

This paper describes the sound positioning system design principle and method of the system XS128 single-chip microcomputer control, use 555 HZ level signal circuitry 500 main controller using different voices in the generation between receiver the error signals, and through the appropriate algorithm positioning their movement system lies with the software design by the greatest feature hierarchical modular design method, make complex mathematical model and control algorithm to simplify and rapid development by commiioning and testing, the system has basically achieve their performance parameters and the system design index in the design proce and low power consumption attention to details such as high performance.

一、系统方案

1．方案比较与论证（1）处理器的选择

方案一：采用51 单片机控制。其优点是价格便宜，应用广泛，资料比较容易搜集。但是功能较弱，不适于复杂的系统控制。方案二：采用飞思卡尔公司的XS128 单片机。XS128是高性能、低功耗的16 位微处理器，功能强大，IO 端口数量多，有丰富的定时器计数器以及中断接口，集成有可工作于主机/从机模式的SPI 串行接口，并且支持JTAG 在线调试，使用方便。

考虑到XS128单片机功能强大和使用熟练程度比较高，并且数据计算要求较高，所以选用方案二，（2）声源以及声音检测器的选择

方案一： 采用蜂鸣器等发声器件作为声源，使用放大电路连接LM567 集成音频选频芯片所组成的具有选频功能的声音开关电路检测出蜂鸣器的固有频率信号。由于加入了音频选频，抗干扰能力强，能很轻松地滤除杂声干扰，检测到给定频率的声音信号。

方案二：采用蜂鸣器等发声器件作为声源，用MIC、三极管放大电路和比较器等器件组成的简单声音开关电路检测声源的音频信号，由于比较器的滤除一大部分杂音干扰，可在环境干扰较少的情况下使用。优点：设计原理简单，可360°多方位检测。缺点：受环境杂声干扰较大，需要环境较为安静。若加入选频和滤波电路，会增加系统的复

二、理论设计与论证

1．设计任务

本声音定位系统要求设计并制作一声音定位系统，示意图如图1 所示。

图中，声音定位系统有一个可移动声源S，三个声音接收器A、B 和C，声音接收

器之间可以有线连接。声音接收器能利用可移动声源和接收器之间的不同距离，产生一个可移动声源离各个接收器的误差信号。

可移动声源运动的起始点必须在坐标纸内，位置可以任意指定。

555延时电路

555信号发生电路

2．声音接收放大器电路设计

声音接收模块采用驻极体话筒作为声电转换原件。驻极体话筒输出端是内部场效应管的漏极D和源极S，此电路采用漏极输出的连接方式，故在漏极D与电源正极之间须接入电阻R3。通过单电源供电的同向

以A为原点，则声源S坐标为(xs，ys)，利用式(1)如何求出xs、ys的值呢?这里根据各点位置关系列出方程，以mm为单位：（ZB + △A)=xs2+ ys2 ZB2=(xs-1000)2+ys2

(ZB+△C)2=xs2+(ys-1000)2(2)式(2)中，△A和△C为已知，ZB、xs和 ys为未知 数，解此方程组，得到以ZB为变量的一元二次方程： a*ZB + b*ZB + c=0(3)式中：

a=4*(△A2+(△A-△C)2-106)b=4*[△A2+(△A —△C)*(△A2 一△C2 +106)一△A×106 ] c=(△A2+ 106)2 +(△A2 一△C2 + 106)2 一4*△A2 *106 则ZB =(-b-sqrt(b2-4*a*c))/(2*a)(4)代人式(2)，则

Xs=(2*△A *ZB + △A2 + 106)/2000 Ys =((2×△A一2*△C)*ZB+△A2-△C2+106)/2000(5)这样就可根据接收器A和c的接收时间差，计算 出声源位置坐标(xs，ys)．当移动声源移动到位于AF 线以上位置时，计算时把上式中ZB作为ZC即可，求 出3：

5、ys值后，则声源位置坐标为(ys，)．

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四、测试方案与测试结果

赛场建立坐标系，A点作为坐标原点，AB为X轴、AC为Y轴，米为坐标单位。以随机的方式放置声源的初始位置。分别将基本部分和发挥部分的测试结果记录在表1和表2中。

表1 基本要求部分测试结果

次数

放置位置

测量位置

（126，175）

（131，166）

（256，132）

（251，115）

（326，89）

（306，55）

五、参考文献

[1]全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编[M] ．北京理 工大学出版社,2007 [2]黄开胜.学做智能车——挑战“飞思卡尔”杯[M] ．北京航天航空大学出版社,2007 [3]万福君，潘松峰．单片微机原理系统设计及应用[M] ．合肥：中国科学技术大学出版社，2001 [4](日)森政弘，(日)铃木泰博．机器人竞赛指南[M] ．北京：科学出版社，2002 [5] 王灏，毛宗源．机器人的智能控制方法[M] ．北京：国际工业出版社，2002