基于单片机的双曲线声音定位系统设计

声音定位系统 声音定位系统是一种基于单片机的设计，用于对声源信号的采集、处理、定位和显示。该系统采用基于到达时间差的声音定位技术，利用通用滤波器UAF42对采集的声音信号进行带通滤波，单片机同时对三个处于不同位置的声音接收模块的音频信号进行处理和时间差测量，实现了对声源信号的采集、处理、定位和显示。 一、声音定位技术 声音定位技术是指通过对声波信号的处理和分析来确定声源的位置。常见的声音定位技术有两种：基于声压幅度比的声音定位技术和基于到达时间差的声音定位技术。 1. 基于声压幅度比的声音定位技术 该方法利用不同传感器接收到的来自同一声源的声音信号在幅度上的差异实现声源定位。声波在传播过程中要发生幅度衰减，其幅度衰减因子与传播距离成正比，声源到传声器阵列各麦克风的距离是不同的，因此声波波前到达各麦克风时，幅度也是不同的。该方法引入声压幅度比的概念，根据由声压在传感器处产生的电压输出与对声源到麦克风的距离两者存在的关系导出一个用于声源定位的约束条件。 2. 基于到达时间差的声音定位技术 该方法是通过处理三个或更多的传感器采集到的信号到达时间测量数据，从而实现对未知声源的定位。在二维平面中，声音信号到达两个传感器的时间差确定了一对以传感器为焦点的双曲线，利用三个传感器就可以确定两对双曲线并产生一个交点，再利用测向信息排除虚假点，就可以确定声源的位置，即这些双曲面的相交点。 二、系统设计 系统设计的主要要求是设计一个音源定位系统，要求利用3个麦克风组成阵列，在1m*1m的场地上能够对音源进行定位，并且用显示器显示音源的坐标值。系统示意图如图1所示。 系统设计主要包括三个部分：声音信号采集模块、信号处理模块和显示模块。声音信号采集模块负责采集声源信号，并将其送入信号处理模块；信号处理模块对采集到的信号进行处理和分析，确定声源的坐标值；显示模块将声源的坐标值显示在屏幕上。 三、关键技术 1. 带通滤波器UAF42 带通滤波器UAF42是本系统中关键的信号处理元件，负责对采集到的声音信号进行滤波，去除干扰信号，提高信号的质量。 2. 到达时间差算法 到达时间差算法是本系统中关键的信号处理算法，负责对三个传感器采集到的信号进行处理和分析，确定声源的坐标值。 3. 单片机处理 单片机是本系统中关键的处理元件，负责对采集到的信号进行处理和分析，确定声源的坐标值，并将其发送到显示模块。 四、结论 声音定位系统是一个基于单片机的设计，采用基于到达时间差的声音定位技术，利用通用滤波器UAF42对采集的声音信号进行带通滤波，单片机同时对三个处于不同位置的声音接收模块的音频信号进行处理和时间差测量，实现了对声源信号的采集、处理、定位和显示。本系统具有良好的实时性和准确性，可以应用于各类声源定位场景。