声音定位系统设计报告

参赛学生：王学庆宋辉尚翰指导教师：***

学校：天津科技大学

院系：电信学院

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 commissioning and testing, the system has basically achieve their performance parameters and the system design index in the design process and low power consumption attention to details such as high performance.

目录

一、系统方案

（1）处理器的选择 (4)

（2）声源以及声音检测器的选择 (4)

（3）控制算法的选择 (5)

二、理论设计与论证

1．设计任务 (6)

2. 声响模块分析、计算.............. . (7)

4.数据处理原理分析、计算 (7)

3.声音接收放大器分析、计算 (7)

三、电路与程序设计

1．声响模块电路设计 (7)

3. 测量、数据处理电路设计及程序设计流程图 (7)

2．声音接收放大器电路设计 (9)

四、测试方案与测试结果 (10)

五、参考文献 (10)

六、结束语 (11)

七、附录 (11)

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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

杂程度。

通过实际测试，LM567 芯片选频性能优越，但是其信号输入到输出的响应时间不稳定，随机性给通过声波测距的算法带来很大随机误差，不适用，所以选取方案二

（3）控制算法的选择

方案一：从移动声源通过无线模块发送一个指令给主机，同时可移动声源发出一个音频信号。主机在接收到无线指令后开始计时，直到接收到移动声源发出的音频信号为止，通过计数值转化为时间参数，进而得到距离参数。A、B、C三个声音接收器与可移动声源的距离得到，即可准确定位出移动声源的位置，得到误差信号。优点：可以精确定位。缺点：需要温度补偿声速，需外加温度传感器，增加系统的复杂程度。

方案二：移动声源不断发出周期性音频脉冲信号，主机只检测AB 或

者AC两个声音接收器之间得到脉冲的时间差，然后通过时间差的正负判断可移动声源的具体位置。优点：算法简化了复杂的三角函数运算，使得计算简单，误差降低；过程类似闭环反馈，不断检测并修正位置，使得精度要求得到保障。缺点：只能实现简单要求的运动，不能作为复杂运动的算法。

考虑到竞赛对可移动声源要求的运动简单，并且方案二使得程序稳定。此外，由于竞赛要求不允许声响模块与其他电路有任何连接。

故选取方案二。