浙江省2012年ti杯 声音引导系统论文

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1、摘要：本系统的设计采用了Microchip公司生产的dsPIC33FJ256MC710单片机作为声音定位系统的控制核心，使用了该单片机的8路定时器和4路外部中断来采集4个接收器模块的信号，并对信号进行了软件滤波。系统的声响模块是由MSP430产生500Hz方波控制，加上LM386放大驱动电路使扬声器发声。接收模块由驻极体麦克风接收声音，并经过放大、滤波、选频电路后送给单片机。单片机根据接收到多组同一波面声音信号的时间差，采用双曲线定位原理求出确定声响模块的坐标位置，并在迪文串口液晶屏上实时显示出声响模块的二维坐标值，并在液晶界面

2、予以模拟图标显示。关键词：声音定位；双曲线定位；软件滤波；选频；MSP43061声音引导系统设计方案1.1核心处理器的选择对于本系统的核心控制模块我们有以下两种方案选择：方案一：选用STC公司的80C52单片机，该单片机内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。方案二：选用Microchip公司的dsPIC33FJ256MC710芯片，该系列单片机一款高性能16位数字信号控制

3、器，其运算能力强大，支持16x16位小数/整数乘法运算、32/16位和16/16位除法运算、单周期乘-累加运算等；并且其片内资源丰富，具备A、B、C类定时器共9个16位定时器，多路PWM输出、多路输入捕捉，片上AD、SPI、I2C、UART、CAN等诸多外设功能。虽然80C52芯片操作比较简单，并且技术支持比较强大，但是方案二中的芯片处理速度快，性能更好，更容易满足题目所需要求，所以综合考虑，我们选用了方案二。所以本系统是以dsPIC33FJ256MC710为信息处理模块核心，配合声响模块、声音接收模块、液晶显示模块以及电源模块

4、组成，系统构架如图1所示。图1.声音定位系统构架框图1.2单元模块的选择与论证1.2.1声响模块（1）对于如何产生500Hz的方波，我们考虑了以下两种方案：方案一：采用NE555构成多谐振荡器。NE555芯片可以通过外围简单的RC元器件连接，根据频率要求可计算出相应的RC参数，理论上可以产生任何频率的方波，但是由于题目要求3V一下电源供电，且功耗要小于200mW，NE555的供电为5V以上，且功耗会比较大。方案二：采用MSP430单片机。MSP430直接具有PWM输出口，可以通过设置PWM寄存器来产生所需方波从而驱动发声装置。而

5、且MSP430单片机功耗非常小，非常适合题目要求。所以我们选择了方案二。（2）对于如何发出声音，我们也考虑了两种方案：方案一：采用蜂鸣器。有源蜂鸣器加上电压就可以发声，但是由于蜂鸣器内部有固定的振动频率，所以可能导致发出的频率并不是500Hz，而且蜂鸣器发出的声音不够大，当距离接收模块比较远时信号会比较微弱，从而影响声音的接收。6方案二：采用扬声器。扬声器主要通过电磁线圈不断地通电断电，使金属片产生振动而发出声响，我们将单片机产生的方波信号通过LM386音频放大电路来驱动扬声器发声，扬声器的声音强度比蜂鸣器要大得多，并且没有超过

6、功耗限制。所以我们选则了方案二。1.2.2声音接收模块方案一：声音信号经过驻极体话筒接收之后，第1级使用三极管对话筒接收到脉冲信号进行放大,然后使用C1隔直流;第2级采用LM324对信号进行放大,再隔直流;第3级使用带通滤波器滤除周围的噪声，第4级再通过比较器生成数字信号;第5级使用NE555触发器搭成单稳态电路。经过5级处理后把音频信号变为数字脉冲信号。经试验验证，通过比较器之后的波形频率会发生改变，最终效果不算好。方案二：声音信号经过驻极体话筒接收之后，先通过放大器一级放大，然后进行有源带通滤波，滤波之后再进行第二级放大，再

7、将放大之后的信号输入LM567进行选频，这样处理之后可以减少环境中的噪音干扰，并且对声源的捕捉也非常灵敏，距离增大也不会有太大衰减。根据以上分析和实验，我们选择了方案二。1.2.3显示模块方案一：采用12864液晶屏其采用单片机的SPI硬件模块进行串行通信，只需3条数据线即可对其进行控制，并且可以显示内容丰富，可以显示汉字。但由于单片机串行通信无法对其内部的读操作，导致画线会产生误操作。方案二：采用DWIN公司生产的7.0寸高真彩色串口液晶显示屏，通过RS232与单片机通信，该屏可以显示丰富的内容，并且可以很方便的背景设置多个点

8、，还可以动态曲线快速置点，对于题目中要求的显示点的位置及坐标信息非常合适，对于发挥部分的动态显示点的移动轨迹更有优势。所以我们选择了方案二。彩屏与单片机通信的电路图如图2图2.通信电路1.2.4电源模块声响模块采用两节干电池串联对其供电，其他单片机和声音接收模块