2012年“TI”杯四川省电子设计竞赛
声音定位系统（D题）
竞赛选题： 声音定位系统（D题） 学 校： 西南石油大学 参赛队员：杨 杰 刘德雄 康 敏
摘 要
本设计采用TI公司生产的超低功耗单片机MSP430G2452和G2553分别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。该设计采用2节家用1.5V电池供电，实现了低功耗状况下的声音定位系。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。以MSP430为主的Launchpad也符合了低功耗的标准，并且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归一正方形算法。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
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声音定位系统设计报告
目 录
一．引言?????????????????????????????3 1.1主要任务???????????????????????????3 1.2设计要求???????????????????????????4 二.方案设计与论证????????????????????????4 2.1方案对比???????????????????????????4 2.1.1 声源模块??????????????????????????5 2.1.2 接收模块放大芯片??????????????????????5 2.1.3 单片机MCU?????????????????????????6 2.1.4 显示模块??????????????????????????7 2.1.5 定位算法选择????????????????????????8 三．硬件电路设计?????????????????????????9 3.1 系统框图???????????????????????????9 3.2声响模块???????????????????????????10 3.3 从单片机最小系统???????????????????????10 3.4声音接收模块?????????????????????????11 3.5信号处理模块?????????????????????????12 3.6 语音模块???????????????????????????12 四. 软件设计???????????????????????????12 4.1 软件流程图??????????????????????????13 五.测试结果与分析????????????????????????14 5.1 测试方法与仪器????????????????????????15 5.2 测试数据???????????????????????????15 5.3 测试结果分析?????????????????????????15 5.4 测试结果???????????????????????????15 参考文献?????????????????????????????16 附录一：?????????????????????????????17 附录二：?????????????????????????????18
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附录三：?????????????????????????????19
一、引言
1.1主要任务
设计一套声音定位系统。在一块不大于1m2的平板上贴一张500mm×350mm的坐标纸，在其四角外侧分别固定安装一个声音接收模块，声音接收模块通过导线将声音信号传输到信息处理模块，声音定位系统根据声响模块通过空气传播到各声音接收模块的声音信号，判定声响模块所在的位置坐标。系统结构示意图如图1所示。
图1 声音定位系统结构示意图
1.2设计要求
【1】. 基本要求
(1) 设计制作一个声响模块，含信号产生电路、放大电路和微型扬声器等，每按键一次发声一次，声音信号的基波频率为500Hz左右，声音持续时间约为1s。要求声响模块采用3V以下电池供电，功耗不大于200mW。
(2) 设计制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
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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) 设计制作一个信息处理模块，要求该模块能根据从声音接收模块传来的信号判断声响模块所在位置的x、y坐标，并以数字形式显示x、y坐标值，位置坐标值误差的绝对值不大于30mm。
【2】. 发挥部分
(1) 改善接收信号的放大电路性能，改进算法，进一步提高定位精度。 (2) 控制声响模块以不间断的连续周期波的形式发出声音信号，其基波频率为500Hz左右。当声响模块在坐标纸上移动时，声音定位系统能连续跟踪显示声响模块的x、y坐标值，随机停止声响模块的移动，能立即稳定地显示声响模块的x、y坐标值，误差的绝对值不大于10mm。
(3) 具有显示声响模块移动轨迹的功能。当声响模块在坐标纸上按指定路径移动时，液晶显示屏能动态显示声响模块移动的轨迹，显示的轨迹与声响模块移动的路径一致。
(4) 其它。
二． 方案设计与论证
2.1方案对比
本设计分以下几个模块组成：声响模块、声音接受模块、信号处理模块。
现对模块的选用方案进行论证。
2.1.1 声源模块
设计要求声响模块采用3V以下电池供电，功耗不大于200mW。 方案一：有源蜂鸣器
蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。
方案二：无源蜂鸣器
有源和无源的区别：这里的“源”不是指电源。而是指震荡源。也就是说，有源蜂鸣器内部带震荡源，所以只要一通电就会叫。而无源内部不带震荡源，所以如果用直流信号无法令其鸣叫。必须用2K~5K的方波去驱动它。有源蜂鸣器往
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