基于麦克风阵列的二维声音定位系统

摘要本课题设计并构建了一个二维声脉冲标记系统，能够检测其附近任何地方的尖锐声音，并使用基于伺服的指针精确标记其源向量。本系统具有完整的360度范围，非常有效地将尖锐声音源标记在0.03度精度范围内。并能够使用3麦克风阵列和51单片机微控制器实现这一目标，该微控制器可检测麦克风之间的声学​​延迟并计算声音的源向量。麦克风信号通过声音采集系统，以便将它们转换为二进制信号，指示它们中的每一个是否被声音触发。分析这3个二进制信号的时间延迟，微控制器选择最好的2个麦克风来计算声音产生的确切角度。然后控制伺服电机，使其完全沿该方向转动指针。根据时间延迟探测麦克风之间的时间差。空中声音的速度大约为340m/s，这足以测量使用51单片机微控制器的偏移麦克风之间的时间延迟。测量了3个麦克风的时间延迟，并使用基本的三角学来计算声音产生的角度。为了在视觉上标记声音源，系统控制一个中央安装的伺服电机，该电机旋转指向声源的指针。关键词：麦克风阵列；步进电机；51单片机

AbstractAtwo-dimensionalacousticpulsemarkingsystemisdesignedandconstructed,whichcandetectsharpsoundsanywherenearit,andaccuratelymarkitssourcevectorusingaservo-basedpointer.Oursystemhasafull360-degreerangeandisveryeffectiveatmarkingsharpsoundsourcestowithin0.03degreeaccuracy.Wewereabletoachievethisusinga3-microphonearrayanda51microcontrollermicrocontrollerwhichdetectstheacousticdelaybetweenthemicrophonesandcalculatesthesourcevectorofthesound.Themicrophonesignalspassthroughan8-levelanalogsystemtoconvertthemintobinarysignals,indicatingwhethereachofthemistriggeredbysound.Analyzingthetimedelayofthese3binarysignals,themicrocontrollerselectsthebest2microphonestocalculatetheexactangleofthesoundproduced.Thencontroltheservomotortoturnthepointercompletelyinthatdirection.Thetimedifferencebetweenthemicrophonesisdetectedbasedonthetimedelay.Thespeedofairbornesoundisapproximately340m/s,whichissufficienttomeasurethetimedelaybetweentheoffsetmicrophonesusinga51microcontrollermicrocontroller.Thesetimedelaysweremeasuredfor3microphones,andbasictrigonometrywasusedtocalculatetheangleofsoundproduction.Tovisuallymarkthesoundsource,thesystemcontrolsacentrallymountedservomotorthatrotatesapointertothesoundsource.Keywords：microphonearray;steppermotor;51single-chipmicrocomputer目录第一章绪论 第一章绪论1.1研究背景噪声源识别是指在同时有许多噪声源或包含许多振动发生部件的复杂声源情况下，为了确定各个声源或振动部件的声辐射的性能，区分噪声源，并根据他们对于生产的作用加以分等而进行的测量与分析。人们的听觉器官就是非常好的识别噪声源的分析器，配合头部扭动运动就相当于一个搭配了运动机构的双麦克风阵列，具有方向性辨别、频率分析等能力。声音定位原理分类从大类原理上分，噪声源定位系统可分为基于声强声功率测试的定位系统，以及基于麦克风阵列的定位系[1]。1.2国内外研究进展该领域有许多专利。大多数专利设计和算法远比该设计的系统先进，并且有两个特别值得注意的专利：（US4581758A）1983年贝尔实验室的CecilH.Coker和DavidR.Fischell首先发明了一个非常类似于该系统。工作项目。是第一个通过使用一对麦克风来识别尖锐声源方向的过程，并对其脉冲到达时间进行计时的专利。其次，（US5778082A）1996年turetel公司的PeterL.Chu和HongWang申请了一项方法和设备，该项目比较来自不同麦克风的样本序列以确定两者之间的时序偏差。然后，这个定时延迟用于计算源方向，就像在项目中所做的那样。由于他们的系统使用信号匹配，因此专门用于语音检测，其应用被称为视频会议。由于这些已建立的专利，目前本设计专利机会很少。但是，仍然希望寻求出版机会，以便分享本设计的工作内容。相信它作为未来系统的一个组成部分仍然非常有用，因为它与行业标准相比，在设计和建造时只需很少的资金和开发时间[2]。1.3选题方向和研究内容本课题设计并构建了一个二维声脉冲标记系统，能够检测其附近任何地方的尖锐声音，并使用基于伺服的指针精确标记其源向量。该系统具有完整的360度范围，非常有效地将尖锐声音源标记在0.03度精度范围内。并且能够使用3麦克风阵列和单片机微控制器实现这一目标，该微控制器可检测麦克风之间的声学​​延迟并计算声音的源向量。麦克风信号通过8级模拟系统，以便将它们转换为二进制信号，指示它们中的每一个是否被声音触发。分析这3个二进制信号的时间延迟，微控制器选择最好的2个麦克风来计算声音产生的确切角度。然后控制伺服电机，使其完全沿该方向转动指针。根据时间延迟推算麦克风之间的时间之差。空气中声音的速度V大约是340m/s，这足以测量使用微控制器的偏移麦克风之间的时间延迟。测量了3个麦克风的时间延迟，并使用基本的三角学来计算声音产生的角度。为了在视觉上标记声音源，系统控制一个中央安装的伺服电机，该电机旋转指向声源的指针。1.4论文的结构安排第一章为绪论，介绍了声音定位种类以及后面可选且可行的实际方案，同时还对现有的国内外有关声音定位相关研究进展作了简要的分析。第二章为捕捉声音角度的计算，在构思紧密的数学模型进行演绎推论和验证，得到可以计算定位声音的相关函数，和适用的范围阈值。第三章为单片机最小系统，主要介绍所用及的单片机和相应的配套电路的基本特性和功能。第四章为外部电路的设计，介绍了外部采集声音电路的构成以及所接收到的采集电路的信号之后，外部中断系统处理信号，中断系统计算时间的功能。第五章为舵机程序设计以及软件控制，介绍了舵机的控制原理以及舵机的转动精度的代码设计。第六章为串口助手，介绍了该项目通过串口形式传输数据，进而显示在电脑端口实时更新接收数据。第七章为机械与算法，介绍了本项目所用到的主要逻辑思想以及相应的算法，和传动机械的设计。第二章捕捉角度的计算2.1数学背景所有计算都使用米，秒和摄氏度的SI单位。但是，所有角度都以度为单位[3]。空气中的声速：

V=331.3+（0.606*T）空气中声音的速度由该线性公式近似，与环境空气温度成正比。角度计算：

Theta=（180/pi）*arcsin（（delay*speed_sound）/mic_distance）使用“speed_sound”和“mic_distance”的固定值，我们可以使用此公式中的声音延迟时间来计算两个特定麦克风的相对角度，该值介于0和90之间。2.2俩个麦克风的角度模型图2-2-1两个麦克风角度模型角度计算：

Theta=（180/pi）*arcsin（（delay*speed_sound）/mic_distance）[4]使用“servo_max”和“servo_min”的校准脉冲宽度，我们可以在0和180之间输入任何所需的度数，以产生定时器比较匹配寄存器的相应值，该寄存器将设置伺服控制脉冲的持续时间。2.3逻辑结构每个麦克风都通过精确的模拟电路进行处理，将其转换为。该二进制信号表示每个麦克风的状态，或者由声音脉冲触发[5]。一旦麦克风被转化为二进制状态，微控制器就会将这些值读作输入。这些输入控制一个状态机，它要求所有3个麦克风在OFF状态下启动，然后在适当的时间内连续触发，将其作为有效脉冲接受。当获得有效的声音脉冲时，所有定时值都存储为变量，可变标志设置为高，以指示应处理数据以计算源角度。在计算期间，系统确定哪一对麦克风最垂直于声源。这为我们提供了最准确的计算方法。然后，使用这些麦克风之间的时间延迟来计算相对于那两个麦克风的声源角度[6]。最后，相对角度被转换为整个系统周围0到360度之间的绝对角度。该绝对角度被转换为校准的PWM信号，该信号作为输出直接传递给伺服电机。伺服电动机移动到与其信号相对应的角度，从而指向声音脉冲源自的确切方向。2.4本章小结本章节主要介绍捕捉声音角度的计算，在构思紧密的数学模型进行演绎推论和验证，得到可以计算定位声音的相关函数，和适用的范围阈值。第三章单片机最小系统3.1单片机编程第一、对单片机编程来说，首先要考虑的是单片机的程序空间和数据空间都是有限的，所以要让程序尽量短小精悍，以节省程序占用的存储空间。第二、单片机编程的一个主要对象是对单片机的端口和内部寄存器的操作和配置，这个需要比较精确的时序控制。第三、单片机算法运算中，尽量使用加法、减法、移位运算，因为乘法和除法运算会非常费时间，尤其是除法，会耗费很多时间，这对于速度本身就有限制的单片机来说，是一个很大的负担。其中，STC15F2K60S2单片机是对8051单片机的改进。其丰富的接口和协议都极大满足本实验的需求。图3-1-1内部结构图3.2单片机应用系统图3-2-1最小系统端口P0可以重新用作地址/数据总线，而不用于模数转换。模数转换通道位于端口P1上。高可靠性的内部复位可以节省外部复位电路[7]。该系统可以非常准确地实时执行。通过在单片机中执行所有状态计算和数据采集，能确保关键时间测量和采集在系统中具有最高优先级，以确保软件计算中的最高精度。当系统没有采集关键数据时，中断允许我们在主函数之外执行所有耗时的数学分析和矢量计算，并且我们发现这些计算仍然发生得足够快，以至于声音冲动之间绝对没有明显的延迟并且舵机指向源。伺服舵机在保持设定位置时会产生一些抖动，但是我们的分析得出结论，抖动源在伺服本身内，而单片机本身能提供所需的晶振脉冲。并且内置精度较高的时钟晶振，外设搭建简单使用，有多种通讯接口以及外部时钟中断。3.3本章小结本章节主要介绍所用及的单片机和相应的配套电路的基本特性和功能，和具体的电路参数，执行速率等等。

第四章外部电路的设计4.1声音采集模块4.1.1放大器LM386LM386是半导体生产常用的一类声功率放大器，面对的使用对象都是小型的电子设备。为了最大程度地减少外部组件，内置了20个电压增益。但是，通过在引脚1和8之间添加一个外部电阻器和电容器，可以将电压增益调节至200以下的任何值。输入接地，输出的一端自动偏置为电源电压（Vss）的一半。电源Vss为6V，静态的功耗只有24mW，这一特性让LM386的使用场景多数应用与电池电路。图4-1-1内部结构图4.1.2施密特触发器这些阶段用于将麦克风信号转换为微控制器的数字信号。麦克风采用2kΩ电阻偏置至5V线。然后，该麦克风信号通过低通和高通滤波器以产生无源带通。该带通允许100Hz和500Hz之间的信号，这是人类语音的主要频率。该滤波后的信号通过增益为100的带通，将其放大到合理的范围。然后再次放大，但增益小得多。第二个增益阶段有两个目的。首先，它允许在不接近LM386运算放大器带宽的情况下获得大增益。其次，它允许调整系统的最终放大。这在尝试保持三个麦克风系统相同时非常重要。由于所有的电阻器仅在的容差范围内精确，并且没有使用极高质量的运算放大器，因此即使给定相同的麦克风信号，具有相同设计的不同电路也会有不同的响应。使用差分运算放大器电路调整了这些增益级。一对电路将连接到同一麦克风。然后将两个增益级的输出通过差分运算放大器。通过调节电位器，能够使差分输出尽可能接近零。然后，更换了使用的麦克风，将第三个麦克风调到与前两个麦克风相同。使用差分运算放大器电路调整了这些增益级。一对电路将连接到同一麦克风。然后将两个增益级的输出通过差分运算放大器。通过电位器的调节，能够使差分输出尽可能接近零。然后，更换了使用的麦克风，将第三个麦克风调到与前两个麦克风相同。使用差分运算放大器电路调整了这些增益级。一对电路将连接到同一麦克风。然后将两个增益级的输出通过差分运算放大器。通过调节电位器，能够使差分输出尽可能接近零。在增益阶段之后，信号经过另一个高通滤波器以消除DC偏移。接下来是峰值检测电路。这段电路在电压比较高时对电容器进行充电，则在电压较低时通过电阻器进行放电。发现调谐这些电容器和电阻器是一项挑战。电容器和电阻器之间的关系是关键问题。如果电容器相对太小，峰值检测电路将放电太快，并且不会提供有意义的峰值。如果电容器相对太大，峰值检测电路将不会足够快地上升。这个上升时间成为测试施密特触发器的关键问题。反相施密特触发器设置为在100mV时触发低电平并在10mV时返回高电平。为了使该值有用，三个电路需要具有极其相似的上升时间。所有时序计算都基于施密特触发器变低的时刻。由于电路略有差异，因此上升时间极快的信号比上升时间较慢的信号工作得更好。由于这种行为，系统对手指，拍手和其他产生脉冲波形的声音的捕捉反应良好。图4-1-2声音的采集图4.1.3声音的采集电路图4-1-3声音的采集电路图麦克风上的信号处理是该项目中更具挑战性的方面之一。麦克风信号经过以下阶段：1.初始偏置麦克风2.过滤波形比较高的滤波器，截止频率为500Hz3.过滤波形比较低的滤波器，截止频率为100Hz4.增益为100的同相放大器5.增益为2.5-5的同相放大器，可用电位器调节6.高通滤波器，截止频率为100Hz峰值检测：电路的初步计划是让设备根据他或她的声音确定一个人的位置。这就是我们开始使用100到500Hz之间带通的电路的原因。然而，正如测试的那样，不但发现该系统对手指或拍手的响应要比人的声音更准确。这是因为手指的咬合产生了具有极高上升时间的声音脉冲。然而，在语言声音传播采录不太完美。当一个人说话时，来自峰值检测电路的波形通常会在更尖锐的峰值之前产生缓慢，平滑的峰值。这是因为在人说话的语言模式造成的。声音的脉冲更可能出现在第一音节较难的单词上，但即便如此，我们通常会提高音量，而不是立即打开声音。即使在为了测试而试图说话时，这些声音也很难产生。我们最终确定，为了产生语音识别，必须对处理声音的方式进行重大设计更改，并最终调整电路以使脉冲更准确。4.2外部中断（INT2，INT3，INT4）4.2.1中断结构图图4-2-1中断结构角度计算完全在中断服务例程和一个任务中进行，第二个任务可用于使用找到的数据的任何目的。当前的代码在任何噪声所在的位置指向一个标志。但是，第二个任务可以包含任何功能。例如，代码包含一个注释脚本，该脚本将平均计算的角度以调整设备，并且还可以丢弃错误数据。代码能够针对真实案例进行扩展，而角度计算函数框架将允许我们在没有多次编辑的情况下完成此操作。代码中当前受保护的唯一信号量是可以在其中找到声音的计算角度。4.2.2中断嵌套图4-2-2中断嵌套运行图中断拥有具有更高中断优先级的中断请求可能会中断CPU处理的较低优先级的中断处理程序的特性。在完成具有较高中断优先级的中断处理过程之后，继续执行具有较低中断优先级的中断处理过程。这是中断的嵌套。上图描述了主程序和中断服务程序的示意图[8]。4.2.3外部中断函数主要功能程序截图图4-2-3外部中断代码图主要功能：保存触发的麦克风顺序到数组Mic_order，P02是控制LED的开关，每次取反，然后系统状态的值加一，下面一组逻辑条件判断。如果是首次触发的，就打开定时器0的开关TR0；否则的话，把麦克风之间累加的机器周期个数的值赋给中间变量（index），然后进行运算得出麦克风之间的时间T1，T2.再麦克风触发数量标志变量加一，最后关闭该外部中断。4.3定时器0中断4.3.1定时器0触发结构图4-3-1定时器触发图 定时器0的模式：16位自动重装，1T，设置的阈值时间=麦克风距离声速=4.3.2程序图图4-3-2定时器0初始化图定时器0在这里的作用是起到计算麦克风之间的时间以及和限制计算时间范围（超过最大时间限制，会执行另外的程序，也就是超时会把当前保存的数据清零，并且重新再去记录[9]。）4.4LED灯电路图以及作用图4-4-1LCD电路图主要功能：L1，L2，L3分别代表麦克风1，2，3的状态，假如麦克风1被触发了，L1就会被点亮。作为辅助知道麦克风的触发情况[10]。4.5本章小结本章节主要介绍了外部采集声音电路的构成以及所接收到的采集电路的信号之后，外部中断系统处理信号，中断系统计算时间的功能。第五章程序设计以及软件控制5.1舵机的工作原理图5-1-1舵机引脚图电源线（+5V，红色），地线（GND黑色）和PWM控制线（黄色或白色）。舵机内部的控制电路，电位计（可变电阻器）和电机均被连接到电路板上，如内部结构图的右边部分。控制电路通过电位计可监控舵机的当前角度。如果轴的位置与控制信号相符，那么电机就会关闭。如果控制电路发现这个角度不正确，它就会控制马达转动，直到它达到指定的角度。舵机角度根据制造商的不同而有所不同。比如，一个180度的舵机，它可以在0度至180度之间运动。由于限位装置被安装在主输出装置上，超出这个范围机械结构就不能再转动了。舵机的输出功率与它所需要转动的距离成正比。如果输出轴需要转动很长的距离，马达就会全速运转，如果它只需要短距离转动，马达就会以较慢的速度运行，这叫做速度比例控制[11]。伺服电源由外部5V，5瓦直流电源供电，以便将其与微控制器的Vcc轨道隔离。伺服系统仍与系统的其余部分共用一个共同点。在伺服电源线上，我们在电源线和地线之间增加了一个33uF的电解电容和一个反激二极管。这些组件有助于缓冲伺服电机在保持其位置时的尖峰。伺服电机通常使用快速，尖锐的电流尖峰移动，这可能会对小型直流电源造成负担。5.2如何让舵机转到指定位置图5-2-1舵机转动角度图图5-2-2占空比对应转动角度控制线用于传输角度控制信号。这个角度是由控制信号脉冲的持续时间决定的，这称为脉冲编码调制（PCM）。转向器通常需要大约20ms的基本时间脉冲，高脉冲电平的一部分通常在0.5ms-2.5ms的范围内。，总间隔为2ms。脉冲的宽度将决定马达转动的距离。例如：1.5毫秒的脉冲，电机将转向90度的位置（通常称为中立位置，对于180°舵机来说，就是90°位置）。如果脉冲宽度小于1.5毫秒，那么电机轴向朝向0度方向。如果脉冲宽度大于1.5毫秒，轴向就朝向180度方向。5.3高脉冲输出模式图5-3-1PCAHigh-SpeedOutputMode/PCA高速脉冲输出模式首先先写进低八位寄存器，后再写进高八位寄存器。然后经过使能EC0Mn位，进入比较器进行对比数据，每经过一次脉冲，数据就自动加一并经行数据的对比，假如比设置的数值大。那么就会触发PCA中断，否则一直等待相应。5.4本章小结本章节主要介绍介绍了舵机的控制原理以及舵机的转动精度的高速脉冲代码设计。并且还介绍了写入寄存器的顺序以及会影响数据的读入。第六章串口助手串口通讯6.1通讯串行口2的工作模式图6-1-1UART配置图在配置通讯协议，进行相应的设置配置，确定8位不可变波特率，设置重载值，设置T2为1T模式并且启动定时器2，然后使能该中断的开关，打开总的中断开关[12]。6.2串口助手通讯内容（接收数据，显示在窗口）图6-2-1窗口数据接收接收的数据：麦克风的编号顺序以及当前角度值。接收完之后下一行继续接收数据。//反转字符串char*reverse(char*s){xdatachartemp;xdatachar*p=s;//p指向s的头部xdatachar*q=s;//q指向s的尾部while(*q)++q;q--;//交换移动指针，直到p和q进行交叉while(q>p){temp=*p;//取指针的值*p++=*q;//取指针的内容后地址加一*q--=temp;//取值后地址减一}returns;}/**功能：整数转换为字符串*chars[]的作用是存储整数的每一位*/char*my_itoa(intn){xdatainti=0,isNegative=0;staticchars[10];//必须为static变量if((isNegative=n)<0)//如果该值为负数，必须转为正数{n=-n;//值取反}do//从个位开始由数字变为字符，一直到最高位，最后一位应该反转{s[i++]=n%10+'0';//取余然后加上0字符的数值n=n/10;//数值除以10}while(n>0);//当数值大于零时，条件成立if(isNegative<0)//如果数值是负数，则补上负号{s[i++]='-';}s[i]='\0';//最后加上字符串结束符returnreverse(s);}6.3本章小结本章节主要介绍介绍了该项目通过串口形式传输数据，进而显示在电脑端口实时更新接收数据。以及在初始配置上波特率，串口号的定义。第七章机械和算法7.1机械设计我们设计的物理系统包含一个用于安装伺服和电子硬件的洞洞板底座，以及一个高架平台，可将3个麦克风直接固定在底座中心上方。物理结构仅使用一次性筷子，舵机和胶枪制成。图7-1-1舵机7.2机械舵机系统62齿齿轮直接安装在舵机系统上。使用舵机和胶枪固定，使用热胶精确地安装在洞洞板底座的中心，并且在将舵机安装在轴承座后，将32齿齿轮安装在舵机上。然后转动的舵机机构也粘在底座上，使其齿轮与轴上的齿轮完美对齐。这种齿轮配置为我们提供了2：1的比例，并允许我们使用仅旋转180度的伺服旋转轴整整360度。轴作为我们的主要位置指示器[10]，它旋转到我们系统所需的绝对位置。通过使用2个L形木梁将麦克风安装在基座中心上方。所有三个麦克风都安装在一个洞洞板上，位于等边三角形的边角，边长为7厘米。三角形完美地位于底座上方麦克风使用热胶安装，然后沿木梁连接，整齐地插入下基座的电子硬件。7.3麦克风中断在经过所有模拟电路之后，每个麦克风电路的输出被设计成在没有声音时输出逻辑高信号，[11]并且当麦克风被声音“触发”时输出逻辑低电平。它们使用低电平有效信号进行操作。单片机微控制器在端口P3^7，P3^6和P3^0上使用每个端口的引脚0启用三个外部中断。中断设置为在任何逻辑电平变化时触发。在此设置中，我们可以准确地保持触发的麦克风，并简单地检查它是否在每个ISR内部变为逻辑低或高。定时器0用于测量麦克风之间的延迟，它设置为30,000Hz，溢出时间为2057us，精度为33us。麦克风触发逻辑基于三个外部中断ISR内的状态机。系统从状态0开始，由变量“mic_state”表示。当第一个麦克风被触发并变为逻辑低电平时，系统进入状态1并将该麦克风编号保存为数组mic_order的第一个元素，以跟踪触发顺序。Timer2复位以开始计算直到下一个麦克风被触发的时间。当几微秒后触发第二个麦克风时，系统进入状态2并将该麦克风编号保存为mic_order的第二个元素。还保存Timer0的值，以记录第一个和第二个触发器之间的时间延迟。最后，当触发第三个麦克风时，系统进入状态3并重复上述操作。Timer2的值再次保存，3mic_order的rd元素已更新。现在所有3个麦克风已连续触发，vector_update_flag变量设置为1，表示系统应开始使用所有存储的值来计算声源的确切角度。有许多方法可能导致系统无法获得理想的声音脉冲，从而连续触发所有三个麦克风。这可能是由于环境噪音，声音过于平滑而无法及时触发，声音安静等等。因此，任何时候测量都不明白，将系统重置回状态0非常重要。首先，如果Timer0在2057us之后溢出，则系统重置为状态0.如果任何麦克风恢复到高状态并因此停止被触发，则系统重置回状态0.这确保所有三个麦克风必须启动未触发，它们必须全部在2057us内触发，并且在达到状态3之前不得停止触发。一旦vector_update_flag设置为1，第一个计算是检查麦克风延迟是否小于允许的确切最大值，给定校准的声音速度和使用的麦克风距离。如果延迟小于2057us但大于此确切的最大值，则角度计算永远不会开始，并忽略声音脉冲。7.4角度矢量计算矢量计算主要基于空气中声音的速度，麦克风间隔距离，任何2个麦克风之间的声学​​时间延迟，以及一个非常关键的假设，即声音起源的距离至少比一个麦克风大一个数量级。麦克风分离距离。通过做出这个假设，可以在无穷远处对声源进行建模，并假设将声源连接到每个麦克风的数学线都是平行的。这个关键假设消除了确定到声源的确切距离的能力，但它允许仅使用2个麦克风以非常高的精度确定源向量。任何矢量计算的准确性高度依赖于2个所选麦克风之间的0度接近度。这种观察到的行为是合理的，因为2个麦克风之间的时间延迟通过余弦函数。在0度或180度的角度下，时间的微小变化导致计算的角度的大的变化。然而，在接近90度的角度处，对于计算出现的角度的微小变化，需要更大的时间变化。这是因为余弦曲线的斜率为90度。由于这个事实，使用动态计算来确定哪两个麦克风将源放置在最接近90度的位置。由于麦克风的三角形配置，在拾取最佳麦克风之后，计算的角度将永远不会大于30度。计算出一个角度后，需要确定声音的来源。可以通过将圆分成12个部分，每个部分宽30度来实现。图7-4麦克风阵列图首先通过检查哪两个麦克风用于计算角度来区分这些部分。通过了解使用了哪些麦克风，可以将可能部分的数量缩小到4个部分，这些部分对于那些麦克风最接近90。这包括圆圈每侧的两个部分。例如，在上图中，如果使用麦克风1和2，就会知道声音来自第1,6,7或12节。然后检查麦克风的顺序。如果来自未用于计算角度的麦克风的信号在另外两个之前，我们知道声音来自最接近该麦克风的一侧。如果没有，知道声音来自另一方。在我们的示例中，如果麦克风3

在麦克风1和2

之前接收到声音信号，知道声音来自第1或第12部分。最后，看一下声音到达计算麦克风的顺序。这将指示声音源自90度线的哪一侧。在我们的示例中，如果麦克风1在麦克风2之前接收到声音，则声音来自第1部分。一旦我们知道声音所在的部分，我们将计算出的角度加到或减去适当的偏移量，并且我们有一个精确的角度。通过遵循这些步骤，能够以最小的计算精确地定位任何角度的声音[13]。7.5本章小结本章节主要介绍介绍了本项目所用到的主要逻辑思想以及相应的算法，和传动机械的设计。关键是角度算法的精确度和相应的误差值是否在接收范围之内。经过验证能满足本设计的要求。

结论该项目的最初目标是设计一个能够检测人类语音并识别声音来源的系统。设想在诸如多人网络会议之类的活动期间将其用于瞄准相机。随着我们的设计的发展，发现使用峰值检测电路检测声音是不可行的，因此开始关注尖锐的脉冲声音，如快照或拍手。一旦看到这些声音可以实现的潜在准确度，主要目标就从会议室中的特定用途转移到能够准确识别脉冲声音的挑战。在加了第三个麦克风，发现了动态计算声音角度的好处，最终达到了超出理论预期的精度。有了更多的资源，该统可以使用信号模式匹配而不是简单的二进制峰值检测来设计。这将需要使用非常快的ADC，其将信号幅度值发送到单片机微控制器。微控制器必须维持每个麦克风的信号幅度阵列，并匹配这三个阵列中的信号峰值。当信号峰值匹配时，可以计算所有三个麦克风上的峰值之间的延迟，然后使用该延迟数据来计算与现有系统完全相同的角度。这个重大变化不会针对声音角度的计算，而是针对延迟采集，这是识别许多声音类型（包括人类语音）的来源所需要的。

参考文献[]王宇威克风阵列的声源跟踪系统[J].电子产品世界,2018,25(12):48-51.[2]穆瑞林,燕翔,闻思梦,衣继钊.,雍洋,孙新.基于麦声像定位微型麦克风阵列的研究[J].中国传媒大学学报(自然科学版),2018,25(06):28-35.[3]曾荣,曾锐利,梅检民,贾翔宇.基于麦克风阵列和SRC-PHAT的发动机异响定位研究[J].车用发动机,2018(06):60-65.[4]虞永强,陈演桐,郑金存.阵列麦克风声源定位技术在师范生授课过程中的应用研究[J].电子技术,2018,47(12):42-44.[5]张奕,李娟,张敏.基于压缩感知的双麦克风混响多声源定位算法[J].通信学报,2019,40(01):102-109.[6]陈晓辉,孙昊,张恒,翟葆朔.基于声源阵列的空间麦克风定位方法研究[J/OL].计算机应用研究:1-5[2019-12-06]./10.19734/j.issn.1001-3695.2018.10.0823.[7]吉爱国,刘伟平,刘志强,刘栋,宋传旺.麦克风阵列近场声源定位与跟踪系统[J].信息记录材料,2019,20(07):149-152.[8]李剑汶,章宇栋,童峰,黄惠祥.利用块稀疏特性的压缩感知麦克风阵列声源定位[J].数据采集与处理,2019,34(04):682-688.[9]黄惠祥,郭秋涵,童峰,吴燕艺.分布式压缩感知麦克风阵列多声源方位估计[J].应用声学,2019,38(04):605-614.[10]鲍欢,杨明绥,马威.麦克风阵列安装偏差引起的旋转声源定位误差[J].航空动力学报,2019,34(08):1708-1716.[11]黄惠祥,郭秋涵,童峰.基于分布式压缩感知的麦克风阵列声源定位[J].兵工学报,2019,40(08):1725-1731.[12]焦琛,张涛,孙建红.基于CNN的室内麦克风阵列声源定位算法[J/OL].激光与光电子学进展:1-10[2019-12-06]./kcms/detail/31.1690.TN.20191008.1539.042.html[13]金婷纾,洪广伟,赵栋.一种用于声源定位的光纤麦克风阵列[J].复旦学报(自然科学版),2019,58(05):629-633+641.

致谢这份研究报告是在我的专业老师的精心监督下编写的。首先，我衷心感谢老师在此期间的耐心训练，并在业余的时间有所疑问，有所解答。从定义主题到选择研究方法，我得到了详尽的指导。老师严于律己，与人交流时更加慷慨，深厚的知识，洞察力，严谨的学风，老师的平易近人和热切的为师之道，让我在探求疑惑的道路上，走了少许的弯路。并在给予力所能及的知识和理论的支持。感受多一份师生的共同努力，进步的精神。在开始作品的设计和论文的撰写时，老师的建议改善了我的存在的不足，并帮助我成功完成了该设计和论文的续写，并成功完成了该考试学习的任务。当手稿准备完成时，我要深切地感谢老师一直以来的关切和照顾。同时，我还要感谢所有老师和同窗的同学大学四年的结识和相伴。

附录主函数代码：/********************taskA**************************/voidmain(void){ P2M1&=~(0xe0); //P2.7P2.6P2.5设置为推挽输出 P2M0|=(0xe0); CLK_DIV|=0x03;//24M主频/8 PCA_config(); EXTI_config(); Timer_config(); UART_config(); pwm0=7000;//(PWM_DUTY/4*1); //给PWM一个初值// pwm1=3000;//(PWM_DUTY/4*2);// pwm2=2000;//(PWM_DUTY/4*3); PWMn_Update(PCA0,pwm0);// PWMn_Update(PCA1,pwm1);// PWMn_Update(PCA2,pwm2); EA=1; while(1) { // SendString("QQ:\r\n"); // S2BUF= RE_Buf; if(SystemT==3)//所有麦克风都被触发标志 { TR0=0; //关闭TR0 //INT_CLKO&=~(7<<4);//关闭全部外部中断 SystemT=0;//系统状态置0 Exit_order=0;//外部中断触发数量置0 TH0=(u8)(Doc>>8); TL0=(u8)Doc; //定时器0计数置回初始值 CTheta(); //计算角度 add=10; shunxun=0; INT_CLKO|=(7<<4);//打开全部外部中断 } }}

HYPERLINK如何选择组装电脑配件

如何选择组装的电脑配件．

第一，选择好CPU平台，就是INTER还是AMD，看你是要配什么样的电脑，高端还是低端的，两个平台都高低的产品。第二，选择主板了，主板的品牌比较多，质量，价格也不一，当你第一步却定了，那么主板也就相应的却定下来了，以INTER为例，只可以选择775接口的主板（早期有478接口的，不推荐），主板的选择主要有两种，一是集成显卡，二是不集成显卡。集成显卡的话，就可以省下显卡的钱，但是对游戏玩家不推荐。那么当然是选择不集成显卡的主板了，而且最好选择一线品牌，如华硕，技嘉等。主板里，还有个蕊片组的选择。关于蕊片组，各个品牌的主板命名有些不一样，主流是INTER965，945，915，VIA的KT890，还有NFORCE4，NFORCE5。等。比较难说清楚。最好是选择INTER的蕊片组，虽然价格会稍高一些。推荐945，技术比较成熟。第三，显卡的选择。显卡主要还是有两类品牌，GEFORCE和ATI，两个品牌有高，中，低的显卡。显卡选择要看你个人喜欢了，预算充足的话，最好是买中，高端的显卡。

第四，就是内存了，内存关系电脑的稳定性。当然是要好一点的。买一线品牌的。现在配电脑，主流是DDR667，DDR800DDR1333第五，显示器的选择，推荐液晶。如何选择硬件组装电脑这是一个老生常谈的问题了，这也是一个让高手们显示自己硬件功底的问题，同时这还是一个让很多新手为之焦头烂额的问题。该怎么配？具体配什么？怎样配才能尽量减小瓶颈？本文就将从内到外，从理论到实践，为朋友们抽丝剥茧一一道来。

一、CPU

作为一台电脑最关键的组成部分，CPU确实起着举足轻重的作用，但体现一台电脑的综合速度，并不是仅仅依靠CPU的，常常看到很多新手们在配电脑的时候，把CPU选的很好，但其他的东西诸如内存、主板、硬盘等都选的不太理想，好像这台电脑速度的快慢就体现在CPU速度的快慢上似的。甚至很多著名的品牌机厂商，都推出过类似“P4+256M内存”的这种跛脚配置。其实对于一般的家用电脑而言，一个真正会配的高手，是不会把大量的钱花在CPU上的。家用电脑，毕竟不是做密集型科学计算用的，它讲求的是多种媒体的配合工作，讲求的是能一边下载文件、一边上网浏览网页、一边听音乐、一边还能打开其他的程序，在这种情况下，提升内存的容量比提升CPU的主频对速度的影响要明显的多。现今的中国家庭用户，很多家长对于电脑一窍不通，他们只听说“奔四”代表着速度快，并不知道整机速度的快慢除了CPU以外，还有很多其他的因素影响着它。但在买电脑的时候，最后做决定并掏钱的人，往往都是这些啥都不懂的家长们，于是就出现了上面的一幕：品牌机厂商为了能有更好的销路、兼容机装机店的销售人员为了能拿到更多的奖金，开始违背良心来配置出这种高主频处理器、低容量内存的跛脚电脑。说严重点，这是属于对消费者的不负责任，是一种商业欺诈行为！同样5000元的配置，高手配出来的赛扬，比新手配出来的P4还要快很多，曾经有一家全球著名的硬件网站在2003年的时候刊登过一篇关于配置家用电脑时各硬件占用总预算百分比的文章，文中很明确的提到了CPU的价钱最好不要超过总预算的10％－15％，我们虽然不能说他肯定完全正确，但至少人家是通过很多调查后得出的结论，有借鉴的理由。反观现在的很多所谓的“低价奔四电脑”、“3999元买P4品牌机”之类的广告，我想说的就是：你花了3999元，只买了一块P4的处理器，其他的什么都没有了！

二、内存

对于配置一台电脑来说，内存是重头戏，容量、速度、类型等等每一项指标都对最终的整机综合速度起着至关重要的影响，尤其是内存的带宽和容量。对于内存带宽而言，很多人都认为400MHz、533MHz前端总线的赛扬四或P4，配单通道的DDR内存就足够了，双通道DDR内存是配合800MHz以上前端总线的P4处理器用的，其实这样就大错特错了，哪怕是最老的赛扬四，都需要双通道的DDR内存才能达到它的带宽！也就是说，你如果选择赛扬四1.8G，必须配合865以上的主板和至少双通道DDR200的内存，才能满足它的带宽要求！稍微计算一下就可以得知：赛扬四1.8G的前端总线是400MHz，它的内存带宽理论值是400MHz×64bit÷8＝3.2G/s，但当它装在845系列的主板上时，由于845主板的限制，即使你插上能符合它带宽要求的DDR400内存，也只能运行在DDR266上，这时的内存所能提供的带宽是266MHz×64bit÷8＝2.1G/s，比3.2G/s要小很多，即使你通过BIOS里的内存调节选项往上调节一档（也只能调节一档而已），让内存运行在DDR333下，所能提供的带宽也仅仅是333MHz×64bit÷8＝2.66G/s，离3.2G/s还是有一定的距离，而内存带宽的降低，能非常明显的降低整机的综合速度，运行任何程序都能明显的感觉出来！所以如果想满足赛扬1.8G处理器的内存带宽要求，你必须要为它配置865以上的主板和双通道的内存才行！P4亦是如此。很多人也许会问：那845系列的主板是配什么处理器的呢？我想回答你的就是：845系列的主板是属于“不能用”的主板，因为处理器永远比主板发展的快，当初Intel造出845系列的芯片组是为了能给当时的赛扬和P4提供一个过渡的平台，不至于让它们成为“没有主板配合”的处理器而已，也是为了能在低端市场分一杯羹，而现今865甚至9xx系列的主板横行的时候，845系列的主板确实是属于“不能用”的主板了，满足不了任何一款处理器的内存带宽，造成性能上的严重低下，试问这种主板你会选择么？即使配台2000多元的超低价电脑，也不要去选择845系列的主板，至少需要865以上的和双通道内存才行，因为内存带宽是一个非常影响系统性能的参数，倘若一味的为了省钱而配置845系列的主板，那就得不偿失了。

内存的容量方面，应每个人对电脑的使用方向不同，容量的要求也是不同的，现在配置的家用电脑，笔者建议：如果不打游戏，或者是打打扫雷、纸牌之类的游戏，平时注重于上网浏览或者是聊天、看电影之类的应用的话，内存容量不应该低于1G；如果是偶尔打打单机游戏或者是网络游戏，内存容量应该选择在2G左右，如果是经常打大型的游戏或是进行HDTV视频编辑等应用，那么4G的内存是必不可少的。

三、主板

一台电脑的稳定性和兼容性，一大部分是看主板的，一款优秀的主板不仅需要拥有上等的用料和优良的做工，还需要拥有合理的走线设计，那些没有技术实力的三、四线主板厂家生产的主板，多数是采用公版走线，而且用料非常差，稳定性不堪一击，这种类型的主板，笔者建议宁愿不买电脑也不要配这种主板，否则以后将会是个淘气的祖宗。对于家庭用户，主板方面一定不能省钱，预算够的话最好能买个一线的主板品牌，如果预算实在不足，二线的主板是底线了，不要再往下选择了，毕竟家用电脑是用来使用的，不是用来整天维修的。再谈到主板的用料，笔者常常看到很多新手在配置主板的时候，貌似老鸟似的说某某品牌的主板好，某某品牌的不好，试问你知道它好在哪里么？不好在哪里么？这个就要看主板的用料了，虽然用料好的主板并不能代表一定是高档主板，但最少能代表它的电气性能出色。举一个很简单的例子吧：有A、B两款主板，A主板的处理器供电滤波电容采用的是日系电容，B主板的处理器供电滤波电容采用的是台系电容，那么基本上可以肯定的是：如果在电源输出电压的波动范围比较大的情况下，A主板就比较能耐得住，而B主板就很容易产生电容鼓包、漏夜等情况。不要小看这小小的电容，笔者从一个开维修店的朋友那里得知，来维修主板的人，有80％的都是这几个小电容损坏，究其原因，就是电源选择的不好，导致了输出电压的不稳定，久而久之最终导致这几个小电容爆浆，并且详细叙述了主板的品牌：“一线厂家的×硕牌主板就很少出现这种情况，但同样为一线厂家的×星牌主板，经常遇到！原因就是前者的大部分主板使用的是日系电容，而后者的大部分主板为了省钱，选用的是台系电容！”厂家的广告不能信，宣传也不能信，看到一个产品的广告之后，你所能相信的唯一一点就是：地球上有这么个产品的存在！然后其他的就统统都不能信了！网上有好多所谓的“评测”文章，都是枪手写的，基本上没有任何参考余地，只能作为一篇小说来读，一款主板的真正性能，只有你自己使用了之后才能知道。厂家为了销量、商家为了利润，他们能把最最垃圾的主板宣传为最顶级的产品，笔者曾经就看到过一款四线品牌的主板厂商，在对其主流主板的广告上说“最优秀的设计、最精湛的工艺、最稳定的性能”……结果一看报价：550元/块……其他的话我也不想多说了，只想问问这家厂商：你这么垃圾的主板都用了三个“最”字，那么华硕的同芯片组主板，售价是你三倍的，应该用什么词语来描述了？？中国有一句古话：一分钱一分货，说的非常正确！不要认为价格高的主板就是暴利产品，从市场经济学上说，暴利产品是不会被市场所接受的，之所以他能存活到今天，而且售价依然是这么高，肯定有他的理由，他在做工用料方面肯定比其他品牌的要好很多，成本高所以售价高，在此，笔者奉劝大家一句：买主板千万不要凭侥幸心理，认为自己能花很少的钱买到很好的东西，只有错买的没有错卖的，商家永远都比你精明！主板上面还是老老实实的多花点钱来买个一线产品吧，否则以后有你吃苦的时候！

四、硬盘

现在的电脑，硬盘的速度当之无愧的成为了“第一大瓶颈”，无论你是再高的高手，配电脑的时候也无法消除这个瓶颈的存在，我们只有尽量的减小…再减小……。对于家用电脑的硬盘来说，容量和速度是两个非常重要的参数，容量上而言，笔者建议：如果你的电脑只是上网浏览浏览、偶尔打打小游戏的，那么160G的硬盘是个不错的选择；如果你常常下载软件或电影，那么250G的硬盘是个不错的选择，如果你是个下载狂人，那么400G的硬盘比较适合你；如果你有DV或者是经常编辑大型的视频文件，那么400G×2比较适合你，如果你是个玩HDTV的人，那么恭喜你，400G×4也许你都不够用。对于硬盘容量上的选择，你不能考虑现在是否够用，你应该考虑未来的1年里是否够用，大概的公式是：现在需要的容量×3。也就是说，如果你现在感觉80G的硬盘差不多够用了，那么你就需要买个250G的硬盘。如果你现在感觉120G的硬盘够用了，那么就去买个400G的硬盘吧。硬盘另外的一个参数就是速度，受到内部传输率等诸多因素的限制，一块硬盘的实际传输速度是不可能达到它的接口速度的，现在的并口硬盘基本上都是ATA133了，串口硬盘也都是150了，但民用级硬盘的实际传输速度最快的也还没突破66M/s，所以跟内存相比，硬盘的速度是电脑中最大的瓶颈，那么怎么来减小这个瓶颈呢？于是人们就发明了RAID，就是磁盘阵列（当然RAID不是仅仅为了这个而发明的），用两块一模一样的硬盘来组成RAID0，速度理论上能提高1倍，虽然实际上是不可能达到1倍的，但至少能非常非常明显的感觉到了硬盘速度的提升，笔者建议：如果你买的主板是带有RAID功能的，并且你需要保存的数据不是很重要的话，那么强烈建议你在预算允许的情况下购买两块硬盘来组建RAID0，这将使你能亲身体会到飞机与火车的速度差别！但最好是串口的，如果是并口的话，因为并口走的是PCI总线，由于PCI总线上的设备比较多，所以速度不可能达到比较高的地步，但如果是串口的话，那么硬盘的速度提升将更加明显！

五、显示器

显示器方面，笔者想澄清一个观念：曾经听过非常多的人说液晶显示器保护眼睛，因为没有辐射和闪烁……包括很多业内人士都这么认为的，其实错了，液晶显示器比普通的CRT还要伤眼睛！因为伤眼睛不仅仅是辐射和闪烁，还有对比度、亮度等参数，虽然液晶显示器的辐射和闪烁比CRT要小的多，但它那要命的对比度、那要命的色泽度、还有那大于每平方米300cd的亮度，这些都会对眼睛造成很大的伤害，并且你即使将液晶显示器的亮度和对比度调节到最低，也还是非常的刺眼。德国的一家权威机构做过一项调查：液晶显示器用久了会使人的眼睛感觉到疲倦，甚至头痛等症状，而使用相同时间的CRT显示器，却基本没有这些情况出现。现在的通过TCO03认证的CRT显示器，其实外露的辐射已经相当小了，基本上对人已经没有多大的伤害了，闪烁感也可以通过调节刷新率来降低，笔者实在是搞不懂为什么很多人非要去选择液晶显示器，还非要说液晶显示器不伤眼睛？？一个最差的17寸液晶显示器的价格，能买一台不错的、通过TCO03标准的19寸CRT了，显示面积也差不多大，而且CRT又比液晶更保护眼睛，液晶显示器唯一的一个优点就是占用空间小而已，其他的统统是缺点，为什么不选择CRT呢？？说到TCO03标准，现在很多的号称是通过TCO03认证的显示器，其实都是贴牌的，都没有真正的通过，关于怎样鉴别一台TCO03的显示器，网上已经有很多文章可以搜索到，笔者在此不想过多叙述，只是提醒大家一点：一台真正的通过TCO03认证的显示器，外表的颜色除了白色以外，是不会有其他颜色的了，因为TCO03认证中有重要的一条就是外壳可回收性，而除了白色以外，其他的任何颜色都加了有机染料在里面，是不能作为回收利用的，这点请大家购买显示器的时候一定要注意了！

六、电源

作为一台电脑的动力之源，电源质量的好坏直接关系到这台电脑的寿命，在这点上笔者先要肯定一下品牌机厂商的做法了，在各大品牌机中，虽然其他配件可以用跛脚来形容，但所配的电源和机箱基本上都是不错的，功率虽然不是很大，但满足它的配置是足够了。而一些新手在配兼容机的时候，很多情况下都忽视了电源这一方面，结果导致的直接后果就是主板电容爆浆、硬盘损坏、显卡电容爆浆等情况。对于电源来说，有很多参数去标准它，但对我们影响最大的两个参数就是它的功率和输出电流稳定度，首先来看看它的功率：很多国内的著名电源制造厂商，例如×河田、×国者等等品牌，都有严重虚标功率的行为，他们所标称的功率，