完整word版声音定位系统Word下载.docx
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用RC无源滤波器。
通过计算可以较方便的通过匹配电阻电容得出所需要的通频带。
该滤波电路抗干扰性较强，有较好的低频特性，并且选用标准的阻容元件易得。
用有源滤波器。
有源滤波器是利用可关断电力电子器件，产生与负荷电流中谐波分量大小相等、相位相反地电流来抵消谐波的滤波装置。
有源滤波器除了滤除谐波外，同时还可以动态补偿无功功率。
其优点是反映动作迅速，滤除谐波可达到95％以上，补偿无功细致。
方案比较：
方案一中，谐波滤除率一般只有80％，对基波的无功补偿也是一定的，并且通频带比计算出的要宽，不太符合设计要求。
方案二中，电路比较复杂，但通过匹配后能较好的完成带通滤波，能达到预期的要求。
因此选择多路负反馈二阶有源带通滤波器，即方案二。
二、定位算法理论分析与计算
根据题目要求，A,B,C,D为声音接收模块，现对元坐标系进行坐标变换，以A点为坐标原点，建立笛卡尔坐标系，动点P（x,y）至点A,B,C,D的距离之差为一常数，建立数学模型：
三、电路与程序设计
1.声响模块电路设计
声响模块是由STM32单片机输出频率为500Hz的正弦波，然后从单片机引脚输出，输出的信号经过功率放大电路放大后，再接入到蜂鸣器，驱动发声。
2.声音接收放大器电路设计
接收部分是用拾音器接收声音信号。
由于拾音器接收到的信号在不经过放大时信号很小，不易检测，故后级利用放大电路将接收的信号进行处理。
图1放大电路
3.测量、数据处理电路设计
根据要求只有当接收到的信号为500Hz时，我们才能保证接收到的信号是由声源发出的。
而拾音器接收到的声音信号是任意频率的，故此处要进行滤波处理。
滤波采用的是带通滤波器，通过电容电阻的匹配，最终滤波器的中心频率为500Hz，带宽为50Hz。
拾音器接收到的信号经过带通滤波器后，能够将声源发出的信号滤出，正符合本题要求。
图2二阶有源滤波电路
滤波后的信号为正弦波，但该信号不便于用单片机进行处理，故在后级加入了相移检测电路。
其基本功能是对两路正弦波信号进行比较，并根据比较结果输出一路方波信号。
并由此来判断声音信号的位置差。
能够用单片机然后用单片机进行捕获处理，效果比较满意。
图3相移检测电路
4.程序设计
4.1该系统程序设计主要分为四部分：
用STM32产生500hz正弦波；
利用STM32的输入捕获捕获相移检测电路后的方波信号；
利用定位算法，通过单片机对检测到的相位差信号进行处理，得到声源位置坐标；
将得到的声源位置坐标送TFT屏显示，并将位置坐标存入数组中，实现连续显示声源位置轨迹的功能
四、测试方案与测试结果
1.测试方法与仪器
声源定位测试方法：
将声源放在坐标纸上的任意坐标，不让声源发声，记下坐标值（x0,y0）。
然后启动声源，让声源发出1s左右的声音信号，同时单片机接收信号后开始进行计算，计算出的坐标值（x1,y1）通过TFTLCD屏显示出来。
2.测试结果与分析
该系统的软件部分设计经验证，实现了捕获、处理、定位功能，如图所示为当声源信号位于（200,100）mm位置时，通过单片机定位算法得到的位置坐标：
图4捕获的到的高电平及单片机处理得到的位置信息
该系统的缺陷为功率放大模块和滤波模块没有做好，滤波模块实际滤波中心频率约为460hz，带宽100hz。
效果不够理想。
五、思考与总结
经过几天的努力，终于基本完成了声音定位系统的制作与程序设计，在此过程中，收益颇多，熟悉了功放、滤波、放大等模块的制作以及如何利用STM32单片机完成一个系统设计等。
在此过程中也认识到了许多不足，为以后的学习指明了方向。
六、参考文献（略）
七、附录
1、主程序
#include"
led.h"
delay.h"
key.h"
sys.h"
lcd.h"
usart.h"
timer.h"
math.h"
//全局变量x，y为坐标，以坐标纸左下角为原点，单位mm
s32xx=0,yy=0;
u8xp=0,yp=0;
u8xp1=0,yp1=0;
u16cap_num1=0,cap_num2=0;
u32sum1=0,sum2=0;
s16t1=0,t2=0;
u16pointx[280];
//定义点的位置数组
u16pointy[280];
u8DrawLine_flag=0;
//定义画线标志位
externu8TIM5CH1_CAPTURE_STA;
//输入捕获状态
externu16TIM5CH1_CAPTURE_VAL;
//输入捕获值
externu8TIM5CH2_CAPTURE_STA;
externu16TIM5CH2_CAPTURE_VAL;
voidDisplay_Change（void）;
//对声源信号进行处理，得到声源位置
//当t1、t2情况为负值时，情况如何？
voidpxf（intt1,intt2）
{
inta=500;
intb=350;
floatv=340;
floatc1=t1*v/1000;
floatc2=t2*v/1000;
floatdelta=（b*b-c1*c1）/（a*a-c2*c2）;
floatsita=atan2（b,delta*a）+acos（（c2*delta-c1）/sqrt（delta*delta*a*a+b*b））;
floatR=（b*b-c1*c1）/2/（c1+b*sin（sita））;
xx=-R*cos（sita）;
yy=R*sin（sita）;
}
intmain（void）
{
u32temp1=0,temp2=0;
u16i=0,j=0;
Display_Change（）;
//通过读取A3管脚IO口的状态选择打点还是画线
delay_init（）;
//延时函数初始化
NVIC_Configuration（）;
//设置NVIC中断分组2:
2位抢占优先级，2位响应优先级
uart_init（9600）;
//串口初始化为9600
LED_Init（）;
//LED端口初始化
LCD_Init（）;
TIM3_Int_Init（1999,719）;
//每5ms进一次定时器3中断，进行液晶屏显示
TIM5_Cap_Init（0XFFFF,72-1）;
//以1Mhz的频率计数（每计数一次为1u秒）
POINT_COLOR=RED;
LCD_Clear（YELLOW）;
//背景色为黄色
LCD_ShowChar（10,210,'
（'
16,0）;
LCD_ShowChar（90,210,'
）'
LCD_ShowChar（50,210,'
'
while
（1）
{
for（i=0;
i<
400;
i++）//进行400次输入捕获，理论应该执行800ms，待验证
{
if（TIM5CH1_CAPTURE_STA&
0X80）//成功完成一次捕获
{
cap_num1++;
temp1=TIM5CH1_CAPTURE_STA&
0X3F;
temp1*=65536;
//溢出时间总和
temp1+=TIM5CH1_CAPTURE_VAL;
//得到总的高电平时间
sum1+=temp1;
TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;
//开启下一次捕获
}
if（TIM5CH2_CAPTURE_STA&
cap_num2++;
temp2=TIM5CH2_CAPTURE_STA&
temp2*=65536;
temp2+=TIM5CH2_CAPTURE_VAL;
sum2+=temp2;
TIM5CH2_CAPTURE_STA=0;
}
t1=sum1/cap_num1;
//求平均值，提高捕获精度
printf（"
\r\n通道1High:
%dus\r\n"
t1）;
sum1=0;
cap_num1=0;
t2=sum2/cap_num2;
\r\n通道2High:
t2）;
sum2=0;
cap_num2=0;
pxf（t1,t2）;
xp=xx/2.5;
yp=140-yy/2.5;
if（xp>
10&
&
xp<
210&
yp>
yp<
150）//判断点的坐标是否在正常范围内
//把点存入数组
if（xp!
=xp1|yp!
=yp1）
{
pointx[j]=xp;
pointy[j]=yp;
j++;
if（j==280）//只存280个点的位置
{
j=0;
}
xp1=xp;
//将上一次的位置值进行保存，与下一次进行比较，看是否有变化
yp1=yp;
}
}
}
2、定时器部分程序
externs32xx,yy;
externu8xp,yp;
//注意：
对变量声明时不可以同时进行赋值
externu8xp1,yp1;
externu8DrawLine_flag;
//在定时器3中断中进行液晶显示
voidTIM3_Int_Init（u16arr,u16psc）
TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseStructure;
NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd（RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE）;
//时钟使能
//定时器TIM3初始化
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=arr;
//设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=psc;
//设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
//设置时钟分割:
TDTS=Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
//TIM向上计数模式
TIM_TimeBaseInit（TIM3,&
TIM_TimeBaseStructure）;
//根据指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
TIM_ITConfig（TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE）;
//使能指定的TIM3中断,允许更新中断
//中断优先级NVIC设置
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM3_IRQn;
//TIM3中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
//IRQ通道被使能
NVIC_Init（&
NVIC_InitStructure）;
//初始化NVIC寄存器
TIM_Cmd（TIM3,ENABLE）;
//使能TIMx
//定时器3中断服务程序（声源位置显示）
voidTIM3_IRQHandler（void）//TIM3中断
if（TIM_GetITStatus（TIM3,TIM_IT_Update）!
=RESET）//检查TIM3更新中断发生与否
TIM_ClearITPendingBit（TIM3,TIM_IT_Update）;
//清除TIMx更新中断标志
LCD_ShowNum（20,210,xx,3,16）;
//显示数字
LCD_ShowNum（65,210,yy,3,16）;
LCD_DrawRectangle（10,10,210,150）;
//画矩形
LCD_DrawPoint（xp,yp）;
//画点
if（（xp!
=yp1）&
DrawLine_flag==1）
LCD_DrawLine（xp1,yp1,xp,yp）;
ShowChinese（10,170）;
//显示汉字
//定时器5通道1和通道2输入捕获配置
TIM_ICInitTypeDefTIM5_ICInitStructure;
voidTIM5_Cap_Init（u16arr,u16psc）
{
GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd（RCC_APB1Periph_TIM5,ENABLE）;
//使能TIM5时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE）;
//使能GPIOA时钟
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1;
//PA0清除之前设置
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPD;
//PA0下拉输入
GPIO_Init（GPIOA,&
GPIO_InitStructure）;
GPIO_ResetBits（GPIOA,GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1）;
//初始化定时器时基参数TIM5
//设定计数器自动重装值
//预分频器
TIM_TimeBaseInit（TIM5,&
//根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
//初始化TIM5输入捕获1参数
TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel=TIM_Channel_1;
//CC1S=01选择输入端IC1映射到TI1上
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPolarity=TIM_ICPolarity_Rising;
//上升沿捕获
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection=TIM_ICSelection_DirectTI;
//映射到TI1上
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler=TIM_ICPSC_DIV1;
//配置输入分频,不分频
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICFilter=0x00;
//IC1F=0000配置输入滤波器不滤波
TIM_ICInit（TIM5,&
TIM5_ICInitStructure）;
//初始化TIM5输入捕获2参数
TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel=TIM_Channel_2;
//中断分组初始化
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM5_IRQn;
//TIM5中断
//先占优先级2级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0;
//从优先级0级
//根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器
TIM_ITConfig（TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1|TIM_IT_CC2,ENABLE）;
//允许更新中断,允许CC1IE捕获中断
//TIM_IT_CC1：
TIM捕获/比较1中断源
TIM_Cmd（TIM5,ENABLE）;
//使能定时器5
u8TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;
//输入捕获状态
u16TIM5CH1_CAPTURE_VAL;
//输入捕获值
u8TIM5CH2_CAPTURE_STA=0;
u16TIM5CH2_CAPTURE_VAL;
//定时器5中断服务程序
voidTIM5_IRQHandler（void）
{
//通道1进行捕获
if（（TIM5CH1_CAPTURE_STA&
0X80）==0）//表示还未成功完成捕获
{
if（TIM_GetITStatus（TIM5,TIM_IT_Update）!
=RESET）//表示更新中断已经发生
{
0X40）//表示已经捕获到高电平了
if（（TIM5CH1_CAPTURE_STA&
0X3F）==0X3F）//判断高电平太长了
TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80;
//强制标记成功捕获了一次
TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0XFFFF;
elseTIM5CH1_CAPTURE_STA++;
}
if（TIM_GetITStatus（TIM5,TIM_IT_CC1）!
=RESET）//表示捕获1发生捕获事件
{
0X40）//表示捕获到一个下降沿
{
TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80;
//标记成功捕获了一次
TIM5CH1_CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture1（TIM5）;
//得到高电平的值
TIM_OC1Po
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