【分享】2022年TI杯大学生电子设计竞赛 声源定位跟踪系统...

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2022年TI杯大学生电子设计竞赛

声源定位跟踪系统（E题）

一、任务

设计制作一个声源定位跟踪系统，能够实时显示及指示声源的位置，当声源移动时能够用激光笔动态跟踪声源。

本产品采用STM32F407ZGT6作为控制器，利用电源给单片机和其他模块供电，通过麦克风精确的检测声音信号脉冲，利用STM32F407ZGT6单片机处理数据，从而实现声源定位与跟踪。液晶显示屏采用7英寸迪文屏，能够完成题目定位要求。主要分为单片机系统模块、电源模块、液晶显示模块、麦克风模块等。由声源发出声音信号，在经过一系列降噪处理后，麦克风对声源发出的声音接收，利用声音信号经滤波电路进行检波和滤波，单片机处理信号定位声源，实现如题目所说定位，激光指示声源、声源动态追踪的效果。

1.系统总体设计方案的描述

本作品采用ST公司的STM32F407ZGT6作为主控制器，通过声源发出声音信号，在经过一系列降噪处理后，利用麦克风对声源发出的声源进行精确的处理，实现题目所要求的功能。主要分为最简单片机系统模块、电源模块、声音定位识别模块、声控传感器模块模块、液晶显示模块。本系统满足题目基本部分要求，系统结构图如图1-1所示。

2.主要模块的比较与选择

2.1单片机方案比较与选择

方案一：采用STC15F2K60S2F2K60S2单片机。STC15F2K60S2系列单片机具有以下特点:大容量的片内RAM存储器,运行速度比普通单片机更快﹐具有多种工作模式以降低功耗,多路PWM、ADC功能单元输出﹐同时还具有6个定时器,方便控制,还可对系统时钟进行编程输出。

方案二：采用ST公司STM32F407ZGT作为主控制器。STM32F407ZGT6具有高达32位数据总线的灵活外部存储控制器，LCD并行接口，兼容8080/6800模式，低功耗，存储器容量大，3个12位、2.4MSPSADC，且具有强大的时钟系统。

方案选择：通过对两个方案的比较，方案二具有内置，定时器捕获单元，外部触发单元，且可用接口较多，据题目需求，STM32F407ZGT6可以更好满足电路的设计，因此我们选用方案二。

2.2液晶显示屏方案比较与选择

方案一：采用点阵图形液晶。点阵图形液晶通过AST收发器传输数据，驱动板通过HUB75接口直连LED屏幕驱动芯片,组合型LED点阵显示屏以发光二极体为图素最终实时显示图像。它用高亮度LED芯片进行阵列组合后，再透过环氧树脂和塑模封装而成。具有高亮度、功耗低、引脚少、视角大、寿命长、耐湿、耐冷热、耐腐蚀的特点。

方案二：采用迪文串口屏。功能同HGSC2561283，结构紧凑，串口可选种类多，自带绘图和显示功能，用户代码中无需进行繁琐的计算和操作，与各种MCU均可进行方便简单的接口操作，电压可选3.3v/5v。迪文的串口屏，性价比高，质量稳定可靠，屏的种类多，可以大批量用于生产组装下载程序，迪文屏的通讯相关硬件损坏还是比较少见，价格低廉。

方案选择：考虑到迪文串口屏串口可选种类多，能够与麦克风模块精准实现通信，故采用方案二作为迪文显示屏方案。

2.3滤波器的选择与分析

方案一：采用带通滤波器。通带内的信号有能量损耗，负载效应比较明显，使用电感元件时容易引起电磁感应 ，当电感L较大时滤波器的体积和重量都比较大，在低频域不适用。

方案二：采用低通滤波器。低通滤波是一种过滤方式，规则为低频信号能正常通过，而超过设定临界值的高频信号则被阻隔、减弱，低损耗高抑制；分割点准确。

方案选择：通过对两个方案的比较，方案二成本低廉、运行可靠性较高，因此我们选用方案二。

2.4声源方案选择

方案一：使用蜂鸣器作为声源，麦克风作为传感器蜂鸣器功耗小，使用单片机能方便的控制同时蜂鸣器音量小，麦克风在要滤掉外界杂声的前提下，很难做到这样的灵敏度。

方案二：使用自制音频功放作为声源，能在题目要求的范围内，音量变化不明显，声源与自制音频功放之间的流畅性，在传输速度上速度较快，使用非常方便。

方案选择：此处采用蓝牙功放作为声源，保证麦克风最大限度能探测到声音，传输速度较快，保证后续关键环节能顺利完成，因此我们选用方案二。

2.5系统各模块的最终选择

经过上述对各模块设计方案的对比分析与综合论证，系统各模块的最终选择方案如下：

（1）主处理器模块：采用STM32F407ZGT6单片机控制；

（2）采用7英寸迪文屏；

（3）采用低通滤波器；

（4）采用自制音频功放声源；