声音方位检测系统摘要：设计并制作一个能确定声音方位的检测系统，在半径为1~3米的圆周上随机放置声源A，该装置产生1KHz~10KHz单频率音频信号驱动0.5W/8Ω喇叭发声，在圆心处设置一个可旋转的音频检测装置B，要求该检测装置能确定声源A的方位角θ，并能检测声源频率等信息。本系统包括声音接收器和可移动声源两个单元，各以一块低功耗单片机C8051F330为控制中心。可移动声源由音频功放、发光指示电路、液晶显示等组成。接收器通过检测声源发出的音频信号电压幅值实现对声源的跟踪控制，确保可移动声源快速准确指定目标点。声音接收器人机交互界面友好，系统功耗低，性价比高。关键词：音频方位、电压差检测、C8051F330单片机、直流电机驱动一、系统方案根据分析，实现系统要求的关键技术主要有，对音频信号的处理，声源接收信号时间差检测和可移动声源的运动控制三个方面。根据制作调试过程的实际情况，系统对音频信号的抗干扰性要求高，可移动声源运动速度不宜过快，对相位差测量精度要求高，为此，分别作了几种不同的设计方案，并进行论证。1.单片机最小系统选择方案一：51单片机。优点是学习型单片机，控制简单。缺点是处理速度慢。方案二：C8051F330。C8051F330是完全集成的混合信号片上系统MCU，其控制器内核与MCS-51指令完全兼容。C8051F330采用流水线结构，特别适合用于对实时性要求极高的控制系统。共17个I/O，适合本系统设计。综合考虑，我们采用了方案二。2.电机驱动电路设计方案一、在电动机前段加电位器使之分压减少以降低转速，同时在前端并联一个电容可以使电动机缓慢加速，从而避免突然加速对系统的冲击，避免轮子打滑。这种方案的缺点是调节转速需要人工手动调节电位器，非常不方便。方案二、采用专用MOS管做的H全桥驱动电机，通过单片机调节产生PWM波的占空比，来控制驱动电路使之工作在占空比可调的状态，精确调整电动机转速。综合以上两种方案，本系统采用方案二。3.电机类型选择方案一：步进电机。步进电机的特点就是具有快速启动和停止功能。输出力矩大、控制精度高，并且能实现正、反控制方案二：直流电机。具有速度高，调速平滑方便，调整范围广性价比高等优点。缺点是控制不够精确，很难达题目的要求。综合考虑，我们选择方案一，采用步进电机。图1声音方位检测系统示意框图4.音频信号处理和声源运动定位方案各个接收器距离可移动声源距离的不同，可以转换为接收器接收到的信号强弱和相位差值。经过放大以后的音频信号幅值差不明显却与位移无法形成线性关系。观察发现340M/S的音频在不同位移上传播时间不同，在不同接收器上产生稳定的相位差。故采用测相位差的处理方式。来处理音频信号。方案一：根据题意，设接收器A为坐标原点，AC为Y轴，AB为X轴建立坐标，如图-B-1-1所示。根据相位差转换为到两接收器的距离差值，设L1=L_AS-LBS;L2=L_CS-L_AS;勾股定理，有：由相位差可得出，L1和L2的值，进而可求出X,Y的坐标值。该方案可求出可移动声源当前所在位置，进而可优化路径，响应速度快。但是实现难度大，误差大，受方向影响。方案二：根据两个声源接收器接收信号的电压的大小，可判接收系统是否需要移动，实现对可移动声源的导引，通过一定抗干扰处理，接收信号电压较稳定。综合考虑，我们选择方案二。二、设计与论证1控制理论为了使声源检测系统能判断是转向了声源了，我们采用测量接收器A和接收器B接收到音频信号经放大滤波处理整形后的电压差进行判断的。根据单片机通过ADC转换的电压值。我们可知：声源是在检测装置的左边还是右边。声源检测装置会根据两个压差值进行移动的，直至两个电压的值是相等后者非常接近的时候，就可以停止电机的转动了。实现发挥部分的要求采用同样的原理。2电压幅值检测的优点题中为了实现声源的跟踪功能，方案有很多，比如相位检测，实践起来比较难的。通过检测声源到达两个声源检测点的所产生的电压的点小不同，进行方位确定，优点在于灵活多变，可以实现声源的实时跟踪的效果。3误差信号的屏蔽在是实际的检测中，误差的干扰是整个系统成功的关键所在，所以有效的屏蔽误差是必要的。我们采取了一下方式：（1）声源的发生装置，设计的尽可能的好，不要掺有其他的杂音在里面。（2）在声源的发射处，利用软毛巾将四周盖住，这样可以屏蔽外来的干扰。（3）声源的接收处进行有源滤波处理，算法上进行均值滤波处理。三、系统的设计1系统原理框图本系统由可移动声源和音频接收单元构成。可移动声源由音频功放、发光指示电路、液晶显示等电路组成；声音接收器由2个音频信号采集处理电路、键盘和LCD显示电路、点击驱动电路组成。各部分框图如下所示：2单元电路设计2.1音频采集处