聲音識(shí)別與定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)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(jì)(b y sh j)共四十頁聲音識(shí)別(shbi)與定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)姓名(xngmng)：譚洪學(xué)號(hào)：201040220243專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)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(shí)別和定位技術(shù)在聲控機(jī)器人、視頻會(huì)議、目標(biāo)定位和助聽裝置、語音識(shí)別

2、和說話人識(shí)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(jī)器人助聽裝置語音識(shí)別目標(biāo)定位聲音識(shí)別和定位共四十頁一、研究(ynji)概述研究內(nèi)容和目標(biāo)：聲源定位(dngwi)技術(shù)研究涉及聲學(xué)、信號(hào)檢測、電子學(xué)、數(shù)字信號(hào)處理、軟件設(shè)計(jì)等諸多技術(shù)領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)需要準(zhǔn)確地獲取指定的聲音，排除噪聲的干擾，以準(zhǔn)確判斷出聲源的位置。共四十頁Others數(shù)字(shz)信號(hào)處理軟件設(shè)計(jì)電子學(xué)聲學(xué)(shngxu) 信號(hào)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(diǎn)：重點(diǎn)：得到穩(wěn)定的抗干擾能力強(qiáng)的誤差 信號(hào)。（多徑效應(yīng) 、噪聲干擾 ）難點(diǎn)：準(zhǔn)確判斷(pndun

3、)可移動(dòng)聲源的位置和控 制可移動(dòng)聲源的運(yùn)動(dòng)。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(huì)通過空氣和各種障礙物反射、衍射到達(dá)接收器，則接收器接收到的是聲音的混合信號(hào)。共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容1 緒論(xln) 2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)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(duì)聲音識(shí)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(dá)到的目標(biāo)，并闡明了本設(shè)計(jì)研究的重難點(diǎn)。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(jì)與論證3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5 測試環(huán)境與方法共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容可移動(dòng)(ydng)聲源定位示意圖 如圖，S為可移動(dòng)聲源， A、B、C和D為聲音接收器。聲音接收器能識(shí)別固定頻率的聲音信號(hào)并將聲音從聲音信號(hào)傳給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)聲音接收器的聲音信號(hào)計(jì)算出可移動(dòng)聲源的位置。2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)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(jì)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(hào)的強(qiáng)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(hào)的時(shí)間差來判斷聲源的位置。方案分析：通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)方案一中聲音的強(qiáng)弱受到外界的干擾很強(qiáng)烈，所以檢測到的聲音信號(hào)不定，而用測量時(shí)間差的方法檢測則相對(duì)精確，所以本系統(tǒng)(xtng)采用第二個(gè)方案。 2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)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(hào)(xnho)產(chǎn)生模塊：蜂鳴器、三極管.電機(jī)模塊：42BYG250-48步進(jìn)電機(jī).電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：T

6、HB6128步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)模塊.2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)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(jì)與論證3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)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(jì)3.1控制器模塊MSP430系列單片機(jī)是16位超低功耗、具有精簡指令集的混合信號(hào)處理器。其具有處理能力強(qiáng)、運(yùn)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(diǎn)。 共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容3.2音頻(ynpn)信號(hào)接收模塊音頻接受、放大選頻電路 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容3.2音頻(ynpn)信號(hào)接收模塊信號(hào)二

7、級(jí)放大、比較電路 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容3.3無線通信模塊(m kui) 單片機(jī)與CC2500進(jìn)行無線通信，同時(shí)完成對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的采樣和對(duì)外部控制信號(hào)的輸出。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)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(shí)序適配；（3）其內(nèi)部有自建振蕩源；（4）自動(dòng)電源啟動(dòng)復(fù)位功能；（5）6416 位字符顯示RAM； （6）提供126個(gè)西文字型；（7）提供8192個(gè)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(jì)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(jì)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(jì)共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容3.7音頻(ynpn)信號(hào)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(jí)接電阻后與單片機(jī)I/O口相連，通過單片機(jī)的定時(shí)器產(chǎn)生周期性的PWM方波即可控制三極管來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容3.8電機(jī)(dinj)驅(qū)動(dòng)模塊3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容1 緒論(xln) 2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4 系統(tǒng)

9、軟件設(shè)計(jì)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(jì)本設(shè)計(jì)有兩種工作模式，模式一為聲音的識(shí)別與定位模式，即任意移動(dòng)聲響模塊可以準(zhǔn)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(biāo)模式，即通過鍵盤設(shè)定預(yù)定坐標(biāo)位置信息并由從機(jī)控制可移動(dòng)聲源到達(dá)指定的位置。主機(jī)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(gè)變量用于存放鍵值，進(jìn)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(dāng)然由于(yuy)存在干擾，我們會(huì)用單片機(jī)定時(shí)器實(shí)現(xiàn)消抖。按

10、鍵掃描流程圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)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(jī)相連的無線模塊是發(fā)送的，所以在主機(jī)的程序里面，無線模塊模式設(shè)置的MODE=1；與從機(jī)相連的無線模塊是用來接收數(shù)據(jù)的，所以在從機(jī)的程序里面的MODE=0.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容 LCD12864驅(qū)動(dòng)程序圖如圖為12864液晶(yjng)的驅(qū)動(dòng)程序圖，首先對(duì)設(shè)備進(jìn)行初始化，初始化完成之后就進(jìn)行寫指令操作，寫指令完成之后就寫數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測到寫數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器不為0就寫下一個(gè)數(shù)據(jù)，只到數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器為0則寫數(shù)據(jù)完成。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)

11、容 從機(jī)軟件流程圖4 系統(tǒng)軟件(x tn run jin)設(shè)計(jì)從機(jī)初始化完成之后就等待檢測主機(jī)發(fā)送的控制信號(hào)，當(dāng)檢測到主機(jī)的控制信號(hào)，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(hào)；若為模式二，則根據(jù)主機(jī)的指令控制步進(jìn)電機(jī)達(dá)到指定的位置坐標(biāo)。共四十頁二、主要(zhyo)內(nèi)容4 系統(tǒng)軟件(x tn run jin)設(shè)計(jì)聲音定位算法本設(shè)計(jì)在聲音定位算法上采用歸一化正方形的算法。如圖有四個(gè)聲音接收模塊安裝在貼有坐標(biāo)紙的木板的四個(gè)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(jì)與論證3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4

12、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)室環(huán)境下測試，采用單點(diǎn)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(shí)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(shí)別與定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)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(xì)的說明和分析，給出了可行的研究方案和實(shí)現(xiàn)過程，此設(shè)計(jì)具有較高的學(xué)術(shù)應(yīng)用價(jià)值和創(chuàng)新性。共四十頁四、總 結(jié)總結(jié)(zngji) 本設(shè)計(jì)是基于MSP430F149單片機(jī)為主控芯片的聲音控制系統(tǒng)(xtng)，由單

13、片機(jī)最小系統(tǒng)(xtng)、128*64液晶顯示模塊、音頻信號(hào)產(chǎn)生和接受模塊、無線發(fā)射和接受模塊、可移動(dòng)聲源（小車）、電源單元模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、聲光指示部分組成。該系統(tǒng)(xtng)可實(shí)現(xiàn)聲音的識(shí)別和定位的功能，在聲控機(jī)器人、視頻會(huì)議、目標(biāo)定位和助聽裝置、語音識(shí)別和說話人識(shí)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(jì)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(huì)的同學(xué)的幫助，在此致以深深的謝意！同時(shí)，我要感謝我的母校湖北理工學(xué)院對(duì)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(píng)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(shí)別與定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)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(hào)的時(shí)間差來判斷聲源的位置。聲音接收模塊：咪頭、T