郭志文 孫燕斌 余方能 張梅林 楊鯨會 黃裕滿

摘? 要：基于麥克風陣列的聲源定位產(chǎn)品以STC89C52為核心處理器，通過麥克風陣列模塊獲取聲源信號，通過放大、濾波和整形導入處理模塊，最終通過TDOA定位法計算出聲源空間位置，控制攝像頭拍攝并通過1602LCD顯示聲源位置。

關鍵字：麥克風陣列;TDOA定位算法

引言：隨著科技的發(fā)展，智能化設備已經(jīng)廣泛的用于災區(qū)搜救、違章鳴笛抓拍和考場監(jiān)考之中。但是目前國內(nèi)沒有任何一款產(chǎn)品可以同時一次性解決這三類問題，而我們團隊自主研發(fā)的智能聲源定位產(chǎn)品就可以輕易的達到這個目的。本文以自主研發(fā)的聲源定位產(chǎn)品為對象，基于TDOA定位算法算出聲源空間位置，實現(xiàn)該產(chǎn)品實時拍攝與實時定位的功能。

一、系統(tǒng)整體設計方案

系統(tǒng)使用MAX9814高性能麥克風組成的麥克風矩陣獲取聲源信號，這些聲源信號通過放大、濾波、整形等步驟處理后傳給單片機STC89C52。單片機經(jīng)過相關計算與TDOA定位算法，得出聲源的空間位置，隨后根據(jù)該位置控制攝像頭轉動并通過1602LCD顯示聲源的位置坐標。

二、系統(tǒng)硬件設計

1.電源模塊

電源由穩(wěn)壓部分、濾波部分、變壓部分構成。提供給整個系統(tǒng)±12V或者±5V的電壓，保證電路的工作正常。由于電路較為簡單，采用三端穩(wěn)壓管即可實現(xiàn)，故不做過多概述。

2.攝像頭模塊

攝像頭模塊選用RISYM攝像頭。根據(jù)本產(chǎn)品的需求，我們使用的攝像頭模塊須具備以下兩點功能：其一是具有能夠靈活運動的舵機，來應對各種工作環(huán)境下的工作視角;其二是具備可添加識別等模塊的功能，因為本項目的設計初衷需要攝像模塊具備識別、跟蹤、定位等多項功能。而該種類攝像頭正是具備上述兩點功能。

3.顯示模塊

選用1602LCD作為顯示模塊，它是一種應用于數(shù)字、字母、符號等顯示的點陣型晶體模塊?？梢燥@示兩行，每行可顯示16個字，具備本產(chǎn)品顯示功能的基本需求，保證了坐標的完整顯示。

4.信息處理模塊

選用單片機STC89C52作為信息處理模塊。STC89C52是一種功耗低、性能強的CMOS8位微控制器，具有8字節(jié)的系統(tǒng)可編程Flash存儲器，STC89C52雖然使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但是卻在其基礎之上做了許多改進，例如在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash。STC89C52具有的標準功能有：256字節(jié)RAM，8k字節(jié)Flash，32位的I/O口線，三位16位的定時器、計數(shù)器，全雙工串口，時鐘電路及片內(nèi)晶振等等。另外在STC89C52進行靜態(tài)邏輯操作時，有空閑和掉電保護這兩種模式。在第一個模式中，CPU停止工作，允許定時器/計數(shù)器、串口、RAM、中斷繼續(xù)工作，而在第二種模式之中，振蕩器被停止，RAM被保存，直到硬件復位或下一個中斷復位為止，單片機停止一切工作。保證了數(shù)據(jù)的接收、處理與發(fā)送等功能的正常運作。

5.麥克風陣列技術

選用全向麥克風作為信息收集模塊。所謂的全向麥克風就是一種采集聲音的裝置，該裝置運用多個麥克風的特定排列與相應算法的應用，就可以采集在不同空間方向上傳播的聲音。與單向、雙向、心型麥克風相比，全向麥克風可以在一定范圍內(nèi)接收來自空間中任意方向上的聲音，完美的契合了本產(chǎn)品在相關應用場景中的需求。

三、系統(tǒng)軟件設計

TDOA定位算法

基于麥克風陣列的到達時間差技術，該方法首先利用數(shù)據(jù)處理模塊接收并處理來自麥克風陣列所收集的聲源信號，根據(jù)定時器的定時功能得到聲源信號到達空間不同位置麥克風的時間，再利用該時間差求得聲源信號達到不同位置麥克風的距離差，最后用再利用相關算法確定聲源信號的空間位置。

基于時間差的定位原理

三、結語

本文介紹了一種基于麥克風陣列的聲源定位產(chǎn)品。改產(chǎn)品通過放大、濾波、整形等步驟處理后傳給單片機STC89C52。單片機經(jīng)過相關計算與TDOA定位算法，得出聲源的空間位置，隨后根據(jù)該位置控制攝像頭轉動并通過1602LCD顯示聲源的位置坐標。最終實現(xiàn)災區(qū)搜救、違章鳴笛抓拍和考場監(jiān)考這三個問題的解決。

參考文獻

[1]屈順彪，俞華，蘆竹茂，申沖，韓鈺，王晨光.面向聲源定位的改進廣義互相關時延估計方法[J].導航定位與授時，2021，8（06）：118-124.

[2]張源.面向聲學照相的陣列信號參數(shù)估計算法研究[D].導師：武岳.四川大學，2021.