聲音識別與定位系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)資料

1、湖北理工學(xué)院 電氣(dinq)與電子信息工程學(xué)院2014年湖北理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(b y sh j)共四十頁聲音識別(shbi)與定位系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)姓名(xngmng)：譚洪學(xué)號：201040220243專業(yè)：電氣工程及其自動化指導(dǎo)老師：鄧彬偉副教授湖北理工學(xué)院 電氣與電子信息工程學(xué)院共四十頁Contents一、研究(ynji)概述二、主要(zhyo)內(nèi)容三、研究成果四、總 結(jié)共四十頁一、研究(ynji)概述研究背景和意義：聲音是人類傳遞和獲取的信息中非常重要的一種信息，人們(rn men)經(jīng)常借助聽覺來判定發(fā)音物體的位置。聲音識別和定位技術(shù)在聲控機器人、視頻會議、目標定位和助聽裝置、語音識別

2、和說話人識別等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。共四十頁一、研究(ynji)概述聲控(shn kn)機器人助聽裝置語音識別目標定位聲音識別和定位共四十頁一、研究(ynji)概述研究內(nèi)容和目標：聲源定位(dngwi)技術(shù)研究涉及聲學(xué)、信號檢測、電子學(xué)、數(shù)字信號處理、軟件設(shè)計等諸多技術(shù)領(lǐng)域。本設(shè)計的系統(tǒng)需要準確地獲取指定的聲音，排除噪聲的干擾，以準確判斷出聲源的位置。共四十頁Others數(shù)字(shz)信號處理軟件設(shè)計電子學(xué)聲學(xué)(shngxu) 信號檢測聲源定位技術(shù)一、研究概述共四十頁一、研究(ynji)概述研究的重難點：重點：得到穩(wěn)定的抗干擾能力強的誤差 信號。（多徑效應(yīng) 、噪聲干擾 ）難點：準確判斷(pndun

3、)可移動聲源的位置和控 制可移動聲源的運動。共四十頁一、研究(ynji)概述多徑效應(yīng)(xioyng)噪聲干擾聲源定位聲音會通過空氣和各種障礙物反射、衍射到達接收器，則接收器接收到的是聲音的混合信號。共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容1 緒論(xln) 2 系統(tǒng)方案設(shè)計與論證3 系統(tǒng)硬件設(shè)計4 系統(tǒng)軟件設(shè)計5 測試環(huán)境與方法共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容1 緒論(xln) 緒論部分闡述了課題研究的背景和意義，在分析課題研究的背景和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，闡明了對聲音識別和定位技術(shù)的研究的重要意義。明確提出了研究的內(nèi)容和要達到的目標，并闡明了本設(shè)計研究的重難點。共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容1

4、緒論(xln) 2 系統(tǒng)方案設(shè)計與論證3 系統(tǒng)硬件設(shè)計4 系統(tǒng)軟件設(shè)計5 測試環(huán)境與方法共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容可移動(ydng)聲源定位示意圖 如圖，S為可移動聲源， A、B、C和D為聲音接收器。聲音接收器能識別固定頻率的聲音信號并將聲音從聲音信號傳給單片機，單片機根據(jù)聲音接收器的聲音信號計算出可移動聲源的位置。2 系統(tǒng)方案設(shè)計與論證共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容系統(tǒng)總體(zngt)框圖 2 系統(tǒng)方案設(shè)計與論證共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容方案一：把接收器A、B和C接收到聲源的聲音信號的強弱分別轉(zhuǎn)換成它們與聲源之間的距離，從而判斷聲源的位置。方案二：根據(jù)接收器A、B和C接收到聲音

5、信號的時間差來判斷聲源的位置。方案分析：通過實驗發(fā)現(xiàn)方案一中聲音的強弱受到外界的干擾很強烈，所以檢測到的聲音信號不定，而用測量時間差的方法檢測則相對精確，所以本系統(tǒng)(xtng)采用第二個方案。 2 系統(tǒng)方案設(shè)計與論證共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容根據(jù)方案論證確定各模塊所用器件如下：控制器：MSP430F149.聲音接收模塊：咪頭、TL082CM、ADOP07.無線通信模塊：CC2500無線收發(fā)模塊.液晶顯示模塊：LCD12864.電源模塊：7812、7805、7905、LM317、鋰電池.音頻信號(xnho)產(chǎn)生模塊：蜂鳴器、三極管.電機模塊：42BYG250-48步進電機.電機驅(qū)動模塊：T

6、HB6128步進電機細分驅(qū)動模塊.2 系統(tǒng)方案設(shè)計與論證共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容1 緒論(xln) 2 系統(tǒng)方案設(shè)計與論證3 系統(tǒng)硬件設(shè)計4 系統(tǒng)軟件設(shè)計5 測試環(huán)境與方法共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容3 系統(tǒng)硬件(yn jin)設(shè)計3.1控制器模塊MSP430系列單片機是16位超低功耗、具有精簡指令集的混合信號處理器。其具有處理能力強、運算速度快、超低功耗、片內(nèi)資源豐富、方便高效的開發(fā)環(huán)境和成本低等優(yōu)點。 共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容3.2音頻(ynpn)信號接收模塊音頻接受、放大選頻電路 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容3.2音頻(ynpn)信號接收模塊信號二

7、級放大、比較電路 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容3.3無線通信模塊(m kui) 單片機與CC2500進行無線通信，同時完成對傳感器數(shù)據(jù)的采樣和對外部控制信號的輸出。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容3.4液晶顯示模塊(m kui)ST7920系列產(chǎn)品硬件特性如下：（1）可選串行接口操作或者并行操作； （2）其中并行接口和M6800時序適配；（3）其內(nèi)部有自建振蕩源；（4）自動電源啟動復(fù)位功能；（5）6416 位字符顯示RAM； （6）提供126個西文字型；（7）提供8192個中文字型；（8）1516 位的ICONRAM；（9）6416位字符產(chǎn)生RAM。 3

8、系統(tǒng)硬件設(shè)計共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容3.5按鍵輸入(shr)模塊3 系統(tǒng)硬件設(shè)計共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容3.6 電源模塊3 系統(tǒng)(xtng)硬件設(shè)計共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容3.7音頻(ynpn)信號產(chǎn)生模塊將蜂鳴器一端接電源正極，另一端通過電阻后接三極管（PNP）的發(fā)射極。三極管的基級接電阻后與單片機I/O口相連，通過單片機的定時器產(chǎn)生周期性的PWM方波即可控制三極管來驅(qū)動蜂鳴器。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容3.8電機(dinj)驅(qū)動模塊3 系統(tǒng)硬件設(shè)計共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容1 緒論(xln) 2 系統(tǒng)方案設(shè)計與論證3 系統(tǒng)硬件設(shè)計4 系統(tǒng)

9、軟件設(shè)計5 測試環(huán)境與方法共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容4 系統(tǒng)軟件(x tn run jin)設(shè)計本設(shè)計有兩種工作模式，模式一為聲音的識別與定位模式，即任意移動聲響模塊可以準確定位其位置并顯示到液晶屏幕上；模式二為引導(dǎo)聲源到預(yù)定的位置坐標模式，即通過鍵盤設(shè)定預(yù)定坐標位置信息并由從機控制可移動聲源到達指定的位置。主機軟件流程圖 共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容如圖為按鍵掃描流程圖，首先設(shè)置一個變量用于存放鍵值，進入按鍵掃描程序之后便判斷是否有按鍵按下，若有按鍵按下就讀鍵值并保存起來，而如果沒有按鍵按下的話就保留原來的鍵值并結(jié)束掃描。當然由于(yuy)存在干擾，我們會用單片機定時器實現(xiàn)消抖。按

10、鍵掃描流程圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容無線收發(fā)(shuf)軟件流程圖如圖為無線收發(fā)模塊的軟件流程圖，與主機相連的無線模塊是發(fā)送的，所以在主機的程序里面，無線模塊模式設(shè)置的MODE=1；與從機相連的無線模塊是用來接收數(shù)據(jù)的，所以在從機的程序里面的MODE=0.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容 LCD12864驅(qū)動程序圖如圖為12864液晶(yjng)的驅(qū)動程序圖，首先對設(shè)備進行初始化，初始化完成之后就進行寫指令操作，寫指令完成之后就寫數(shù)據(jù)，當檢測到寫數(shù)據(jù)計數(shù)器不為0就寫下一個數(shù)據(jù)，只到數(shù)據(jù)計數(shù)器為0則寫數(shù)據(jù)完成。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)

11、容 從機軟件流程圖4 系統(tǒng)軟件(x tn run jin)設(shè)計從機初始化完成之后就等待檢測主機發(fā)送的控制信號，當檢測到主機的控制信號，若為模式一，則控制聲響模塊發(fā)射指定頻率（500Hz）的聲音信號；若為模式二，則根據(jù)主機的指令控制步進電機達到指定的位置坐標。共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容4 系統(tǒng)軟件(x tn run jin)設(shè)計聲音定位算法本設(shè)計在聲音定位算法上采用歸一化正方形的算法。如圖有四個聲音接收模塊安裝在貼有坐標紙的木板的四個角上。由數(shù)學(xué)關(guān)系可知聲源位置（x，y）可由下式算出：歸一化正方形共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容1 緒論(xln) 2 系統(tǒng)方案設(shè)計與論證3 系統(tǒng)硬件設(shè)計4

12、系統(tǒng)軟件設(shè)計5 測試環(huán)境與方法共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容5 測試環(huán)境與方法(fngf)測試儀器：秒表，卷尺。測試環(huán)境及方法：在實驗室環(huán)境下測試，采用單點二次測試求平均值的方法。測得數(shù)據(jù)記錄于以下表格。測量次數(shù)第1次第2次第3次第4次聲源實際位置（cm）液晶顯示位置(cm)定位誤差(cm)共四十頁三、研究成果聲音識別與定位系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)(shxin)就課題的研究意義和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀作了詳細的說明和分析，給出了可行的研究方案和實現(xiàn)過程，此設(shè)計具有較高的學(xué)術(shù)應(yīng)用價值和創(chuàng)新性。共四十頁四、總 結(jié)總結(jié)(zngji) 本設(shè)計是基于MSP430F149單片機為主控芯片的聲音控制系統(tǒng)(xtng)，由單

13、片機最小系統(tǒng)(xtng)、128*64液晶顯示模塊、音頻信號產(chǎn)生和接受模塊、無線發(fā)射和接受模塊、可移動聲源（小車）、電源單元模塊、步進電機驅(qū)動模塊、聲光指示部分組成。該系統(tǒng)(xtng)可實現(xiàn)聲音的識別和定位的功能，在聲控機器人、視頻會議、目標定位和助聽裝置、語音識別和說話人識別等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。共四十頁四、總 結(jié) 本畢業(yè)設(shè)計的完成得益于我的指導(dǎo)老師鄧彬偉副教授的悉心指導(dǎo)和電子技術(shù)協(xié)會的同學(xué)的幫助，在此致以深深的謝意！同時，我要感謝我的母校湖北理工學(xué)院對我的培養(yǎng)，祝愿母校今后蓬勃發(fā)展，蒸蒸日上！最后，向所有評閱論文的老師、教授、專家和學(xué)者(xuzh)表示誠摯的謝意。共四十頁湖北理工學(xué)院 電氣(dinq)與電子信息工程學(xué)院謝謝(xi xie)！共四十頁內(nèi)容摘要湖北理工學(xué)院 電氣與電子信息工程學(xué)院。聲音識別與定位系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。研究背景和意義：聲音是人類傳遞和。（多徑效應(yīng) 、噪聲干擾 ）。方案二：根據(jù)接收器A、B和C接收到聲音信號的時間差來判斷聲源的位置。聲音接收模塊：咪頭、T