声源定位装置(L题)
声源定位和GPS模拟(1)
2. GPS模拟
两维定位，只要两颗 模拟“卫星” 。 但为了提高定位精度， 应取多个“卫星”位置 和时差信息。
(Xi X)2 (Yi Y)2 C2ti2 ,(i 1,2,...)
GPS模拟
当n＞3时，由最小二乘法导出（X，Y）的最佳值， 它们应满足：
F
X
0
F
Y
0
[ ( Xi X )2 ( Yi Y )2 c2ti2 ] ( Xi X ) 0
设传播速度为C。对换能器S0和S1而言，声源的 位置应当在到该两点的距离差为cΔt1的曲线上， 这是一条双曲线。利用Δt1和Δt2得到两条双曲 线，它们的交点就是声源所在的位置。
声源定位
通过推导可得声源位置：x rcosθ y rsinθ
r
x12 y12 Δ12
2(x1cosθ y1sinθΔ1)
声源定位和GPS模拟
声源定位和GPS模拟
实验及应用背景介绍 实验目的和教学要求 实验原理 实验仪器介绍 课堂思考 选做实验
实验及应用背景介绍
声源定位和GPS技术，是利用波在 传播过程中时间坐标和空间坐标的关联， 可以获得许多重要信息，从而进行地震 学的研究、全球定位和无损检测中的声 发射等。
2. GPS模拟
3个传感器作为接收 器，1个传感器作为 发送器。电脉冲作为 模拟声源。
接收传感器收到声信 号，放大后接到时差 仪测定传播时间。
GPS仿真实验
模拟源接到隔离放大器，放大后的电信号接到 时差仪的第4通道，作为启动计时。
GPS模拟
（1）实验内容及数据处理： 改变发送换能器的位置，测出三个接收器位
用于测定传感器接收到的时差。 模拟源：铅笔芯、电脉冲。 计算机及专用软件：进行数据通讯、处理和
基于麦克风阵列的声源定位装置的设计与实现
基于麦克风阵列的声源定位装置的设计与实现声源定位技术在很多领域都有着广泛的应用，如语音识别、音频处理和智能机器人等。
其中，基于麦克风阵列的声源定位装置因其高精度和实时性而备受关注。
本文将针对这一主题展开论述，介绍基于麦克风阵列的声源定位装置的设计与实现。
一、背景介绍声源定位装置通过麦克风阵列采集声音信号，并对信号进行处理和分析，确定声音的源头位置。
该技术基于声音的波传播特性和多麦克风的信号差异，利用算法进行声源位置的计算。
在实际应用中，声源定位装置可以通过确定声音的来源，进行追踪、定位和识别等操作。
二、系统设计基于麦克风阵列的声源定位装置主要包括硬件设备和软件算法两个部分。
1. 硬件设备（1）麦克风阵列：选择高质量的麦克风模块，并采用合适的阵列布局方式，如圆形、线性等，以获得更好的阻尼效果和定位精度。
（2）声卡：选用低噪声、高精度的声卡模块，用于将模拟信号转化为数字信号，并进行后续信号处理。
（3）处理器：使用高性能的处理器，进行声音信号的处理和算法计算，以提高系统的实时性和响应速度。
2. 软件算法声源定位装置的核心是使用合适的算法，对麦克风阵列采集到的声音信号进行处理和分析，并计算声源的位置。
（1）波束形成（Beamforming）算法：通过对麦克风阵列采集到的声音信号进行加权求和，实现对特定方向声源的增强，抑制其他方向的噪声干扰。
（2）交叉相关（Cross-correlation）算法：对多通道的声音信号进行交叉相关分析，通过计算信号之间的延迟差异，确定声源的方向和位置。
（3）最小二乘（Least Squares）算法：通过最小化实际观测到的声音信号与理论预测信号之间的误差，计算声源在三维空间中的坐标。
三、实现过程基于麦克风阵列的声源定位装置的实现过程主要包括硬件搭建和软件开发两个环节。
1. 硬件搭建（1）选择合适的麦克风模块，并设计阵列布局方式，考虑到麦克风之间的距离、角度和数量等因素。
（2）连接麦克风模块和声卡，确保信号的准确传输和转换。
基于STM32的声源定位装置
基于STM32的声源定位装置⽬录1 前⾔ (1)2 总体⽅案设计 (3)2.1 ⽅案⽐较 (3)2.1.1 声源信号产⽣⽅案 (3)2.1.2 声源的选择 (3)2.1.3 坐标解算⽅案 (4)2.2 ⽅案选择 (4)3 单元模块设计 (6)3.1 各单元模块功能介绍及电路设计 (6)3.1.1 555构成的多谐振荡器电路 (6)3.1.2 电源电路设计 (7)3.1.3 ⾃动增益控制电路设计 (7)3.1.4 有源⼆低通滤波电路 (8)3.1.5 有源⼆阶⾼通滤波电路 (9)3.1.6 STM32F103最⼩系统电路 (10)3.1.7 液晶显⽰电路 (11)3.1.8 电平转换电路 (12)3.2 电路参数的计算及元器件的选择 (13)3.2.1 电源电路参数的计算 (13)3.2.2 555定时器外围元件参数的计算 (14)3.2.3 ⾳源坐标位置的计算 (15)3.2.3 元器件的选择 (17)3.3特殊器件的介绍 (19)3.3.1 STM32F103单⽚机介绍 (19)3.3.2 ILI9320液晶简介 (21)3.3.3 VCA810简介 (24)4软件设计 (26)4.1软件设计开发环境介绍 (26)4.1.1编程软件开发环境介绍 (26)4.1.2绘图软件开发环境介绍 (27)4.2软件设计流程图 (28)4.2.1主程序流程图 (28)4.2.1液晶初始化流程图 (29)4.2.2 ADC初始化流程图 (30)5系统调试 (32)6系统功能、指标参数 (33)6.1系统实现的功能 (33)6.2系统指标参数测试 (33)6.2.1带通滤波器的频率响应 (33)6.2.2 555定时器构成的多谐振荡器测试 (35) 6.2.3 STM32 ADC电压采集测试 (35)6.2.4 VCA810电路测试 (36)6.3系统功能及指标参数分析 (38)7结论 (39)8总结与体会 (40)9 谢辞 (42)10参考⽂献 (43)附录 (44)附录⼀：部分原理图 (44)附录⼆：部分PCB图 (45)附录三：核⼼代码 (46)附录四：实物图 (51)附录五：外⽂资料翻译 (52)1 前⾔随着时代的进步，信息产业的发展也是越来越快，特别是在计算机和通讯⽅⾯的发展，给⼈们的⽣活带来了诸多⽅便。
基于时间测量的声源定位装置研究与实现
基于时间测量的声源定位装置研究与实现作者：白玲来源：《电脑知识与技术》2017年第20期摘要：随着定位技术在军事和民事中的应用越来越广泛，声源定位也成为热门的研究内容之一。
根据到达时间差的定位方法，研究并自主设计了一套声音定位装置。
整个装置划分为三个模块，第一个是接收单元，采用超声波传感器，并对收到的信号进行放大滤波等处理；第二个是逻辑、计时及显示单元，确定基站并启动计数器计数，该单元主要由抢时电路和计时电路组成；第三个是上位机主控单元，与单片机进行通信以及实现基于TDOA定位算法。
定位算法采用基于TDOA的Chan算法，Chan算法采用最小二乘法进行计算，在TDOA测量误差比较小时具有计算量小，精确性高的优点。
实验结果表明，整套定位装置的结构简单，定位精度满足应用需求。
关键词：声源定位：计时电路；到达时间差：Chan算法：最小二乘法1概述声源定位技术采用声音传感装置接收声波，对收到的信号进行转化、选频、放大及滤波等一系列处理操作，以实现对声源进行定位的一种技术。
声源定位技术很早就被应用在了军事中，例如在第二次世界大战和朝鲜战争中，75%的战场火炮侦察任务是依靠声测手段完成的，国外一些国家也自主设计并生产出了相关产品，例如瑞典Swetron公司的Helisearch直升机声测系统、以色列研制的AEWS声测预警系统等。
在民用领域，视频会议中根据发言人的方向转换摄像头，还有助听器、智能机器人等。
声源定位技术有3类基本方法：（1）波束形成法；（2）高分辨定向法；（3）时延估计法。
波束形成法虽然计算量相对较小，但是精度较低；高分辨定向法虽然定位精度高，但是计算量很大，效率低；时延估计法是一种被动定位技术，也被称为基于到达时间差（TDOA）技术，这种算法计算量适中、精度较高、实时性也较高，所以本文采用TDOA方法进行定位计算。
TDOA方法是一种双曲线定位法，利用声音信号到达各/卜接收站的距离来确定信号的位置。
声源定位的方法和装置及空调器[发明专利]
![声源定位的方法和装置及空调器[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/8d32db9a27284b73f3425006.png)
专利名称：声源定位的方法和装置及空调器专利类型：发明专利
发明人：张新健
申请号：CN201710493300.1
申请日：20170622
公开号：CN107271963A
公开日：
20171020
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种声源定位的方法、装置，其中，声源定位的方法包括以下步骤：获取麦克风阵列所接收的音频信号，其中，麦克风阵列包括多个麦克风；根据音频信号和预设参量获取多个麦克风之中任意两个麦克风接收的音频信号之间的相对时间差，其中，预设参数根据信噪比设定；根据音频信号到达多个麦克风之中任意两个麦克风的相对时间差和每个麦克风的位置对音频信号进行定位。
该方法能够有效自适应减少环境噪声，对远场环境下的混响及衍射噪声有较强的适应抵抗能力，提升了基于阵列式麦克风的远场声源识别精度，增强了远场声源识别的实用性。
本发明还提出了一种空调器、非临时性计算机可读存储介质和计算机程序产品。
申请人：广东美的制冷设备有限公司,美的集团股份有限公司
地址：528311 广东省佛山市顺德区北滘镇美的工业城东区制冷综合楼
国籍：CN
代理机构：北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：张润
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创新设计性物理实验题目题目一声源定位装置的设计与制作
附件1：创新设计性物理实验题目题目一声源定位装置的设计与制作要求是设计制作一个声源定位装置，该装置可以通过对固定频率、固定强度信号的声强测定来判断声源的位置（距离及方向）。
具体要求分为三个层次：1、在声源位置已知，保持声强不变的情况下，通过手动调整方向，测量并显示出声源定位装置与声源间距离。
2、在声源位置已知，保持声强不变的情况下，随机放置声源定位装置方向，该装置可以对声源进行定位，并自动转向声源一侧，测量并显示出声源定位装置与声源间距离。
3、在声源位置已知，声强未知的情况下，装置具有一定的机器自学习功能。
通过几次对标准距离上的声强测定后，随机摆放测量装置，可以测量出声源与测量装置间的距离。
d评分标准：1.达到第一个层次得60~80分；2.达到第二个层次得80~90分；3.达到第三个层次得90~100分。
4.有其他创新做法，酌情加分。
题目二基于手机APP物理实验装置的设计与制作背景：智能手机已经进入了人们的日常生活。
一般智能手机大多配备了力、热、声、电、磁等多种传感器及GPS定位系统，并可下载相应的应用工具软件。
通过这些工具软件可实现对多种物理量，如：时间、长度、角度、坡度、距离、高度、面积、压力、声强级、磁感应强度等的测量，这为我们应用手机资源改进物理实验方法提供了极大的方便。
目标：设计制作一项智能手机物理实验装置，能够巧妙地利用智能手机上的传感器或外置传感器，并开发出相应的APP应用软件，实现对相关物理量的测量。
要求：（1）能够巧妙地将智能手机软、硬件功能应用在物理实验当中，解决当前物理实验方法中存在的问题，设计新颖、独特，方法和技术上具有创新性；（2）设计理念不仅要很好地体现一定的物理思想，还要能发挥智能手机在数据收集、处理及多媒体界面等优势；（3）原理明确、操作简易、测量准确度高、便于教学演示。
器材：智能手机、物理实验装置及其它相关软件等。
评分标准：层次1（60-79分）：以手机某项功能替代物理实验中部分原有实验器械的功能，实验效果基本符合原有实验的设计要求；层次2（80-89分）：巧妙运用手机相应功能，不仅解决了原有大学物理实验中某些缺点与不足，而且能在测试精度、趣味性、物理思想的体现等方面相比原有实验方法得到提升；层次3（90-100分）：创造性地将手机相应功能运用在物理实验之中，设计新颖、方法独特，不仅解决了原有大学物理实验中某些缺点与不足，而且在原有实验的基础上开发出新的实验内容与方法，进一步使物理知识与思想得到更好的体现。
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40cm
左区
右区
10cm M2 M1
10cm M3
X
V(t)
测量电 路
显示
图 1 声源定位装置示意图
L-1/4
二、要求
1．基本要求 （1） 测量电路产生脉冲键控信号 V(t)， 脉冲周期不限， 参考图 2。 要求 V’(t)： a．频率为 800Hz 的正弦信号； b．扬声器负载电阻为 8Ω，输出电压有效值 90mV~900mV 可调。
V(t)
V’(t)
0
t
图 2 脉冲键控信号 （2）V’(t)有效值电压为 900mV，要求： a．测量电路能正确区分扬声器位于纵坐标的左、右区域； b．测量扬声器位置坐标值，位置绝对误差不大于 2cm。 （3）V’(t)有效值电压为 280mV，测量扬声器位置坐标值，位置绝对误差不 大于 2cm。 （4）能显示坐标值，显示分辨率为 0.1cm。 2．发挥部分 （1）V’(t)有效值电压为 90mV，测量扬声器位置坐标值，位置绝对误差不 大于 2cm。 （2）在拾音器输出和测量电路输入之间，单独制作加法器电路，实现拾音 器信号 Mi(t)（i=1,2,3）与干扰信号 n(t)的叠加，电路输出为 Mi(t)+ n(t)， 如图 3 所示。 n(t)由信号源产生的正弦波信号通过自制电阻分压网络得 到，频率范围为 840Hz~1640Hz，峰峰值为 1mV~50mV 可调。
声源定位装置(L 题)
【本科组】 一、任务
设计并制作一个声源定位装置，其构成如图 1 所示。参赛者自行在 30cm× 40cm 的木板上绘制横纵坐标。测量电路产生信号驱动扬声器发声，同时 在 M1（0，0） 、M2（-10cm，0） 、M3（10cm，0）三个坐标点处设置拾音器，测 量电路根据 3 个拾音器的输出信号判定扬声器的位置。
理论分析与计算
6
设计 报告
电路与程序设计
4
测试方案与测试结果
4
设计报告结构及规范 摘要，正文结构 性 图表规范性 小计
L-3/4
2 20
基本 要求
发挥 部分
完成（1） 完成（2） 完成（3） 完成（4） 小计 完成（1） 完成（2） 完成（3） 完成（4） 其他 小计 总分
15 20 10 5 50 10 10 10 16 4 50 120
2015 年全国大学生电子设计竞赛试题
参赛注意事项
（1）9 月 3 日 8:00 竞赛正式开始。本科组参赛队只能在【本科组】题目中任选一题；高 职高专组参赛队在【高职高专组】题目中任选一题，也可以选择【本科组】题目。 （2）参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。 （3）参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生 身份的有效证件（如学生证）随时备查。 （4）每队严格限制 3 人，开赛后不得中途更换队员。 （5）竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设 计制作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违 纪参赛队取消评审资格。 （6）9 月 6 日 20:00 竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》 ，由专人封存。
三、说明
1．扬声器采用直径 50mm，8Ω，0.5W，电动式，无音箱，装配在固定底座 上，并标出声源中心位置。 2．拾音器采用普通驻极体传感器，直径 10mm。 3．加法器电路单独制作，只留有 Mi(t)和 n(t)信号输入端子、Mi(t) + n(t)信号 输出端子，以及电源接入端子。 4．预留各信号输入、输出端子，便于测量。 5．木板上纵坐标 20cm~40cm 区域为声源位置测量区域。 6．测试时，每个位置坐标值均测量 3 次，位置绝对误差取 3 次平均值 e ：
L-4/4
M2 (t) n(t)
加法器
M1 (t) n(t)
加法器
M3 (t) n(t)
Байду номын сангаас加法器
M2 (t) + n(t)
M1 (t) + n(t)
M3 (t) + n(t)
测量电 路
图 3 叠加干扰信号示意图
L-2/4
（3）V’(t) 有效值电压为 90mV，n(t)峰峰值为 1mV，测量扬声器位置坐标 值，位置绝对误差不大于 2cm。 （4）V’(t) 有效值电压为 90mV，n(t)峰峰值为 50mV，测量扬声器位置坐标 值，位置绝对误差不大于 2cm。 （5）其他。
1 3 ei ( xi x0 ) ( yi y0 ) ei 3 i1 式中 i =1,2,3， xi 、 yi 为测得坐标值，x0、y0 为实际坐标值。
2 2
e
四、评分标准
项目 系统方案 比较与选择 方案描述 坐标值测量方法 抗干扰方法 误差分析 电路设计 程序设计 测试方案 测试结果完整性 测试结果分析 主要内容 满分 4