声音识别与定位系统的设计与实现
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声音定位算法
本设计在声音定位算法上采用归一 化正方形的算法。如图有四个声音 接收模块安装在贴有坐标纸的木板 的四个角上。由数学关系可知声源 位置（x，y）可由下式算出：
t t t X c t t t t 4 Lt t t
2 2 3 3 2 4 4 2 4 3 2
一、研究概述
声控机器人
目标定位
声音识别和定位
语音识别
助听装置
一、研究概述
研究内容和目标：声源定位技术研究涉 及声学、信号检测、电子学、数字信号 处理、软件设计等诸多技术领域。本设 计的系统需要准确地获取指定的声音， 排除噪声的干扰，以准确判断出声源的 位置。
一、研究概述
声学 信号检测 电子学 声源 定位 技术
二、主要内容
1 绪论
2 系统方案设计与论证
3 系统硬件设计 4 系统软件设计 5 测试环境与方法
二、主要内容
1 绪论 绪论部分阐述了课题研究的背景和意义， 在分析课题研究的背景和国内外研究现状 的基础上，阐明了对声音识别和定位技术 的研究的重要意义。明确提出了研究的内 容和要达到的目标，并阐明了本设计研究 的重难点。
二、主要内容
3 系统硬件设计
3.5按键输入模块
二、主要内容
3 系统硬件设计
3.6 电源模块
二、主要内容
3 系统硬件设计
3.7音频信号产生模块
将蜂鸣器一端接电源正极，另 一端通过电阻后接三极管（PNP） 的发射极。三极管的基级接电 阻后与单片机I/O口相连，通过 单片机的定时器产生周期性的 PWM方波即可控制三极管来驱动 蜂鸣器。
归一化正方形
t t t t c t t t Y 4 Lt t t
2 4 3 3 4 2 2 4 4 3 2
二、主要内容
1 绪论
2 系统方案设计与论证
3 系统硬件设计 4 系统软件设计 5 测试环境与方法
二、主要内容
5 测试环境与方法
二、主要内容
1 绪论
2 系统方案设计与论证
3 系统硬件设计 4 系统软件设计 5 测试环境与方法
二、主要内容
2 系统方案设计与论证
如图，S为可移动声 源， A、B、C和D 为声音接收器。声音 接收器能识别固定频 率的声音信号并将声 音从声音信号传给单 片机，单片机根据声 音接收器的声音信号 计算出可移动声源的 位置。
可移动声源定位示意图
二、主要内容
2 系统方案设计与论证
系统总体框图
二、主要内容
2 系统方案设计与论证
方案一：把接收器A、B和C接收到声源的声音信号的强弱 分别转换成它们与声源之间的距离，从而判断声源的位置。 方案二：根据接收器A、B和C接收到声音信号的时间差来 判断声源的位置。 方案分析：通过实验发现方案一中声音的强弱受到外界的 干扰很强烈，所以检测到的声音信号不定，而用测量时间 差的方法检测则相对精确，所以本系统采用第二个方案。
四、总 结
本毕业设计的完成得益于我的指导老师邓 彬伟副教授的悉心指导和电子技术协会的同 学的帮助，在此致以深深的谢意！同时，我 要感谢我的母校湖北理工学院对我的培养， 祝愿母校今后蓬勃发展，蒸蒸日上！最后， 向所有评阅论文的老师、教授、专家和学者 表示诚挚的谢意。
Leabharlann Baidu
数字信号处理 软件设计 Others
一、研究概述
研究的重难点：
重点：得到稳定的抗干扰能力强的误差 信号。（多径效应 、噪声干扰 ） 难点：准确判断可移动声源的位置和控 制可移动声源的运动。
一、研究概述
多径效应
声源定位
噪声干扰
声音会通过空气和各种障碍物反射、衍 射到达接收器，则接收器接收到的是声 音的混合信号。
2014年湖北理工学院毕业设计
声音识别与定位系统的设计与实现
姓名：谭洪 学号：201040220243 专业：电气工程及其自动化 指导老师：邓彬伟副教授
Contents
一、研究概述 二、主要内容
三、研究成果
四、总 结
一、研究概述
研究背景和意义：声音是人类传递和 获取的信息中非常重要的一种信息， 人们经常借助听觉来判定发音物体的 位置。声音识别和定位技术在声控机 器人、视频会议、目标定位和助听装 置、语音识别和说话人识别等领域有 重要的应用。
测试仪器：秒表，卷尺。 测试环境及方法：在实验室环境下测试，采用单点二次 测试求平均值的方法。测得数据记录于以下表格。
测量次数 第 1次 第 2次 第 3次 第 4次
声源实际位置（cm）
液晶显示位置(cm) 定位误差(cm)
三、研究成果
《声音识别与定位系统的设计与实现》就 课题的研究意义和国内外研究现状作了详 细的说明和分析，给出了可行的研究方案 和实现过程，此设计具有较高的学术应用 价值和创新性。
4 系统软件设计
如图为无线收发模块的 软件流程图，与主机相 连的无线模块是发送的， 所以在主机的程序里面， 无线模块模式设置的 MODE=1；与从机相连 的无线模块是用来接收 数据的，所以在从机的 程序里面的MODE=0.
无线收发软件流程图
二、主要内容
4 系统软件设计
如图为12864液晶的驱动程 序图，首先对设备进行初始 化，初始化完成之后就进行 写指令操作，写指令完成之 后就写数据，当检测到写数 据计数器不为0就写下一个 数据，只到数据计数器为0 则写数据完成。
四、总 结
总结
本设计是基于MSP430F149单片机为主控芯 片的声音控制系统，由单片机最小系统、128*64 液晶显示模块、音频信号产生和接受模块、无线 发射和接受模块、可移动声源（小车）、电源单 元模块、步进电机驱动模块、声光指示部分组成。 该系统可实现声音的识别和定位的功能，在声控 机器人、视频会议、目标定位和助听装置、语音 识别和说话人识别等领域有着广阔的应用前景。
二、主要内容
3 系统硬件设计
3.2音频信号接收模块
音频接受、放大选频电路
二、主要内容
3 系统硬件设计
3.2音频信号接收模块
信号二级放大、比较电路
二、主要内容
3 系统硬件设计
3.3无线通信模块
单片机与CC2500进行 无线通信，同时完成 对传感器数据的采样 和对外部控制信号的 输出。
二、主要内容
二、主要内容
1 绪论
2 系统方案设计与论证
3 系统硬件设计 4 系统软件设计 5 测试环境与方法
二、主要内容
3 系统硬件设计
3.1控制器模块
MSP430系列单片机是16 位超低功耗、具有精简 指令集的混合信号处理 器。其具有处理能力强、 运算速度快、超低功耗、 片内资源丰富、方便高 效的开发环境和成本低 等优点。
二、主要内容
3 系统硬件设计
3.8电机驱动模块
二、主要内容
1 绪论
2 系统方案设计与论证
3 系统硬件设计 4 系统软件设计 5 测试环境与方法
二、主要内容
4 系统软件设计
本设计有两种工作模式， 模式一为声音的识别与 定位模式，即任意移动 声响模块可以准确定位 其位置并显示到液晶屏 幕上；模式二为引导声 源到预定的位置坐标模 式，即通过键盘设定预 定坐标位置信息并由从 机控制可移动声源到达 指定的位置。
3 系统硬件设计
3.4液晶显示模块 ST7920系列产品硬件特性如下： （1）可选串行接口操作或者并行操作； （2）其中并行接口和M6800时序适配； （3）其内部有自建振荡源； （4）自动电源启动复位功能； （5）64×16 位字符显示RAM； （6）提供126个西文字型； （7）提供8192个中文字型； （8）15×16 位的ICONRAM； （9）64×16位字符产生RAM。
主机软件流程图
二、主要内容
4 系统软件设计
如图为按键扫描流程图，首先 设置一个变量用于存放键值， 进入按键扫描程序之后便判断 是否有按键按下，若有按键按 下就读键值并保存起来，而如 果没有按键按下的话就保留原 来的键值并结束扫描。当然由 于存在干扰，我们会用单片机 定时器实现消抖。
按键扫描流程图
二、主要内容
LCD12864驱动程序图
二、主要内容
4 系统软件设计
从机初始化完成之后就 等待检测主机发送的控 制信号，当检测到主机 的控制信号，若为模式 一，则控制声响模块发 射指定频率（500Hz） 的声音信号；若为模式 二，则根据主机的指令 控制步进电机达到指定 的位置坐标。
从机软件流程图
二、主要内容
4 系统软件设计
二、主要内容
2 系统方案设计与论证
根据方案论证确定各模块所用器件如下： 控制器：MSP430F149. 声音接收模块：咪头、TL082CM、ADOP07. 无线通信模块：CC2500无线收发模块. 液晶显示模块：LCD12864. 电源模块：7812、7805、7905、LM317、锂电池. 音频信号产生模块：蜂鸣器、三极管. 电机模块：42BYG250-48步进电机. 电机驱动模块：THB6128步进电机细分驱动模块.
本设计在声音定位算法上采用归一 化正方形的算法。如图有四个声音 接收模块安装在贴有坐标纸的木板 的四个角上。由数学关系可知声源 位置（x，y）可由下式算出：
t t t X c t t t t 4 Lt t t
2 2 3 3 2 4 4 2 4 3 2
一、研究概述
声控机器人
目标定位
声音识别和定位
语音识别
助听装置
一、研究概述
研究内容和目标：声源定位技术研究涉 及声学、信号检测、电子学、数字信号 处理、软件设计等诸多技术领域。本设 计的系统需要准确地获取指定的声音， 排除噪声的干扰，以准确判断出声源的 位置。
一、研究概述
声学 信号检测 电子学 声源 定位 技术
二、主要内容
1 绪论
2 系统方案设计与论证
3 系统硬件设计 4 系统软件设计 5 测试环境与方法
二、主要内容
1 绪论 绪论部分阐述了课题研究的背景和意义， 在分析课题研究的背景和国内外研究现状 的基础上，阐明了对声音识别和定位技术 的研究的重要意义。明确提出了研究的内 容和要达到的目标，并阐明了本设计研究 的重难点。
二、主要内容
3 系统硬件设计
3.5按键输入模块
二、主要内容
3 系统硬件设计
3.6 电源模块
二、主要内容
3 系统硬件设计
3.7音频信号产生模块
将蜂鸣器一端接电源正极，另 一端通过电阻后接三极管（PNP） 的发射极。三极管的基级接电 阻后与单片机I/O口相连，通过 单片机的定时器产生周期性的 PWM方波即可控制三极管来驱动 蜂鸣器。
归一化正方形
t t t t c t t t Y 4 Lt t t
2 4 3 3 4 2 2 4 4 3 2
二、主要内容
1 绪论
2 系统方案设计与论证
3 系统硬件设计 4 系统软件设计 5 测试环境与方法
二、主要内容
5 测试环境与方法
二、主要内容
1 绪论
2 系统方案设计与论证
3 系统硬件设计 4 系统软件设计 5 测试环境与方法
二、主要内容
2 系统方案设计与论证
如图，S为可移动声 源， A、B、C和D 为声音接收器。声音 接收器能识别固定频 率的声音信号并将声 音从声音信号传给单 片机，单片机根据声 音接收器的声音信号 计算出可移动声源的 位置。
可移动声源定位示意图
二、主要内容
2 系统方案设计与论证
系统总体框图
二、主要内容
2 系统方案设计与论证
方案一：把接收器A、B和C接收到声源的声音信号的强弱 分别转换成它们与声源之间的距离，从而判断声源的位置。 方案二：根据接收器A、B和C接收到声音信号的时间差来 判断声源的位置。 方案分析：通过实验发现方案一中声音的强弱受到外界的 干扰很强烈，所以检测到的声音信号不定，而用测量时间 差的方法检测则相对精确，所以本系统采用第二个方案。
四、总 结
本毕业设计的完成得益于我的指导老师邓 彬伟副教授的悉心指导和电子技术协会的同 学的帮助，在此致以深深的谢意！同时，我 要感谢我的母校湖北理工学院对我的培养， 祝愿母校今后蓬勃发展，蒸蒸日上！最后， 向所有评阅论文的老师、教授、专家和学者 表示诚挚的谢意。
Leabharlann Baidu
数字信号处理 软件设计 Others
一、研究概述
研究的重难点：
重点：得到稳定的抗干扰能力强的误差 信号。（多径效应 、噪声干扰 ） 难点：准确判断可移动声源的位置和控 制可移动声源的运动。
一、研究概述
多径效应
声源定位
噪声干扰
声音会通过空气和各种障碍物反射、衍 射到达接收器，则接收器接收到的是声 音的混合信号。
2014年湖北理工学院毕业设计
声音识别与定位系统的设计与实现
姓名：谭洪 学号：201040220243 专业：电气工程及其自动化 指导老师：邓彬伟副教授
Contents
一、研究概述 二、主要内容
三、研究成果
四、总 结
一、研究概述
研究背景和意义：声音是人类传递和 获取的信息中非常重要的一种信息， 人们经常借助听觉来判定发音物体的 位置。声音识别和定位技术在声控机 器人、视频会议、目标定位和助听装 置、语音识别和说话人识别等领域有 重要的应用。
测试仪器：秒表，卷尺。 测试环境及方法：在实验室环境下测试，采用单点二次 测试求平均值的方法。测得数据记录于以下表格。
测量次数 第 1次 第 2次 第 3次 第 4次
声源实际位置（cm）
液晶显示位置(cm) 定位误差(cm)
三、研究成果
《声音识别与定位系统的设计与实现》就 课题的研究意义和国内外研究现状作了详 细的说明和分析，给出了可行的研究方案 和实现过程，此设计具有较高的学术应用 价值和创新性。
4 系统软件设计
如图为无线收发模块的 软件流程图，与主机相 连的无线模块是发送的， 所以在主机的程序里面， 无线模块模式设置的 MODE=1；与从机相连 的无线模块是用来接收 数据的，所以在从机的 程序里面的MODE=0.
无线收发软件流程图
二、主要内容
4 系统软件设计
如图为12864液晶的驱动程 序图，首先对设备进行初始 化，初始化完成之后就进行 写指令操作，写指令完成之 后就写数据，当检测到写数 据计数器不为0就写下一个 数据，只到数据计数器为0 则写数据完成。
四、总 结
总结
本设计是基于MSP430F149单片机为主控芯 片的声音控制系统，由单片机最小系统、128*64 液晶显示模块、音频信号产生和接受模块、无线 发射和接受模块、可移动声源（小车）、电源单 元模块、步进电机驱动模块、声光指示部分组成。 该系统可实现声音的识别和定位的功能，在声控 机器人、视频会议、目标定位和助听装置、语音 识别和说话人识别等领域有着广阔的应用前景。
二、主要内容
3 系统硬件设计
3.2音频信号接收模块
音频接受、放大选频电路
二、主要内容
3 系统硬件设计
3.2音频信号接收模块
信号二级放大、比较电路
二、主要内容
3 系统硬件设计
3.3无线通信模块
单片机与CC2500进行 无线通信，同时完成 对传感器数据的采样 和对外部控制信号的 输出。
二、主要内容
二、主要内容
1 绪论
2 系统方案设计与论证
3 系统硬件设计 4 系统软件设计 5 测试环境与方法
二、主要内容
3 系统硬件设计
3.1控制器模块
MSP430系列单片机是16 位超低功耗、具有精简 指令集的混合信号处理 器。其具有处理能力强、 运算速度快、超低功耗、 片内资源丰富、方便高 效的开发环境和成本低 等优点。
二、主要内容
3 系统硬件设计
3.8电机驱动模块
二、主要内容
1 绪论
2 系统方案设计与论证
3 系统硬件设计 4 系统软件设计 5 测试环境与方法
二、主要内容
4 系统软件设计
本设计有两种工作模式， 模式一为声音的识别与 定位模式，即任意移动 声响模块可以准确定位 其位置并显示到液晶屏 幕上；模式二为引导声 源到预定的位置坐标模 式，即通过键盘设定预 定坐标位置信息并由从 机控制可移动声源到达 指定的位置。
3 系统硬件设计
3.4液晶显示模块 ST7920系列产品硬件特性如下： （1）可选串行接口操作或者并行操作； （2）其中并行接口和M6800时序适配； （3）其内部有自建振荡源； （4）自动电源启动复位功能； （5）64×16 位字符显示RAM； （6）提供126个西文字型； （7）提供8192个中文字型； （8）15×16 位的ICONRAM； （9）64×16位字符产生RAM。
主机软件流程图
二、主要内容
4 系统软件设计
如图为按键扫描流程图，首先 设置一个变量用于存放键值， 进入按键扫描程序之后便判断 是否有按键按下，若有按键按 下就读键值并保存起来，而如 果没有按键按下的话就保留原 来的键值并结束扫描。当然由 于存在干扰，我们会用单片机 定时器实现消抖。
按键扫描流程图
二、主要内容
LCD12864驱动程序图
二、主要内容
4 系统软件设计
从机初始化完成之后就 等待检测主机发送的控 制信号，当检测到主机 的控制信号，若为模式 一，则控制声响模块发 射指定频率（500Hz） 的声音信号；若为模式 二，则根据主机的指令 控制步进电机达到指定 的位置坐标。
从机软件流程图
二、主要内容
4 系统软件设计
二、主要内容
2 系统方案设计与论证
根据方案论证确定各模块所用器件如下： 控制器：MSP430F149. 声音接收模块：咪头、TL082CM、ADOP07. 无线通信模块：CC2500无线收发模块. 液晶显示模块：LCD12864. 电源模块：7812、7805、7905、LM317、锂电池. 音频信号产生模块：蜂鸣器、三极管. 电机模块：42BYG250-48步进电机. 电机驱动模块：THB6128步进电机细分驱动模块.