声音定位系统

2014年“TI”杯重庆市电子设计竞赛声音定位系统竞赛选题：声音定位系统学校：重庆大学城市科技学院参赛队员：孙绍丹徐敏程莉摘要本设计采用TI公司生产的超低功耗单片机MSP430F149作为定位系统的声源产生模块和信息处理模块，实现了声音信号的发生、信号收集处理和屏幕显示以及语音提示等功能。声源接收单元信号反应灵敏，能较准确的得到信号并及时传送到信号处理单元。可以实现信号的运算处理以及控制LCD液晶屏幕显示测试数据。在定位算法上采用的是一般数学算法。通过调试修正以后，能实现基本的声源定位并显示。关键词：声音定位低功耗MSP430目录TOC\o"1-3"\h\u引言 ；上式总共两个未知数四个等式，可以根据任意三个式子解出一组解，总共会有两组解。由于测出的结果会有误差，所以将所得的两组解进行平均值求解，则结果误差会减小，准确度会进一步提高。2.2.2、定位算法二：∆L1=x2+∆L2=f1x,y=xf2x,y=x然后对（3）（4）分别对x,y求一介微分：f1xx,yf1yx,yf2xx,yf2yx,y然后将f1(x,y)，f2(x,y)进行泰勒级数展开，则可得出递推公式：Xk+1=Xk+Yk+1=Yk+f2yxk,yk经过递推后可得出比较准确的O（x,y）的坐标，程序比较大，适合在PC机上运行，准确度比较高。两种算法比较第一种算法程序比较简短，适合用单片机处理。故这里选择第一种算法。2.3、硬件系统细节框图方案确定后的系统框图细节如下：图3硬件系统细节框图三、单元模块设计本次设计主要由声响模块、声音接受模块、信号处理模块这三个模块组成。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3.1声响模块：由单片机最小系统产生频率为500HZ左右的方波信号从引脚P2.0输出，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。如图6是声响模块电路图。单片机最小系统采用的是TI公司生产的超低功耗的MSP430F149单片机为核心，，实际电路中需和声源模块相连接的端口为P2.0，由它产生方波。。图6发送系统模块电路图7声响模块电路图3.2声音接收模块：用四个咪头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，以便将频率为500Hz左右的信号传送至信息处理模块。3.3信息处理模块：3.3.1、放大电路图9放大电路图NE5532是典型的双极型输入运算放大器，用单个NE5532组成的小功率电路有很多版本，放大倍数是由R3和R2来控制的，理论上说如果R3为1kΩ，R52为100kΩ，则其放大倍数为100倍，但对于耳放来说，这会引起自激，再说就算真的能达到100倍，效果也不可能好，所以这个电路用于前级时也最好别调成100倍。当然，对于耳放定2～3倍可以让负反馈适量、音质柔和、清晰更通透，但放大倍数也不能太小，否则也会影响音质，可以通过反复调试，达到自己满意的效果。3.3.2、滤波电路图9滤波电路图本次设计用NE5532来做滤波器中的运放，NE5532是高性能低噪声双运算放大器（双运放）集成电路。对高于经过放大电路放大后输入的频率值进行滤波。将滤波后的值再送入二级放大电路，进行二次放大后，继续由NE5532做运放的滤波电路中进行滤波。将滤波后的值送入由LM311做运放的单限电压比较电路。3.3.3、单限电压比较电路和555整形电路图10单限电压比较电路和555整形电路单限电压比较器也是由单个集成运放构成，作用是将经过运算电路放大的两路不同频率值的信号波进行比较，转换为高低电平两状态的变化，促发MSP430F149设定的引脚高低电平变化。555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的反相输入端的电压为2VCC/3，A2的同相输入端的电压为VCC/3。若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器A2的输出为1，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则A1的输出为1，A2的输出为0，可将RS触发器置0，使输出为0电平。这里经过555定时器整形后的方波信号送入到芯片中进行计算。四、软件设计4.1软件流程图设计采用MSP430F149为核心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：中断函数：五、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2