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我的單片機(jī)聲音定位系統(tǒng)課程設(shè)計 含源碼，仿真，原理圖，報告

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樓主
ID:358557 發(fā)表于 2018-6-25 16:46 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
這是我大三時的電子課程設(shè)計，做的聲音定位系統(tǒng)，課設(shè)具體要求如下：

附件里包含了，整個系統(tǒng)的源碼，設(shè)計報告（含原理圖）



本次設(shè)計采用 STC89C52RC 單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理和驅(qū)動 LCD12864 液晶顯示
屏顯示定位結(jié)果，即利用單片機(jī)內(nèi)部定時器 0 計時，由外部中斷 0、外部中斷 1和定時器 1觸發(fā)，檢測接收信號的下降沿，通過這種方式計算聲音傳播后，不同模塊接收到信號的時間差，通過時間差計算出聲源信號到接收模塊距離，然后由單片機(jī)編程計算出聲源的位置坐標(biāo)，最終顯示在液晶屏上。 STC89C52RC 單片機(jī)小系統(tǒng)電路和 LCD12864驅(qū)動電路如下圖所示：

五、算法與程序設(shè)計
5.1數(shù)據(jù)處理原理：
本算法基于時間差算出未知點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)。從理論上分析，只需三個已知點(diǎn)就可以對聲音源進(jìn)行定位，我們首先先將問題簡化為二維平面內(nèi)對聲音源進(jìn)行定位。  如下圖所示，在一個平面內(nèi)分布有三個傳感器A、 B和C坐標(biāo)分別為（0,350）、（0，0）、（500，0）。當(dāng)平面內(nèi)某處 S(x,y)發(fā)出聲音時，3 個傳感器將先后接收到信號，設(shè)信號到達(dá)A,B的時間差為 t1，到達(dá)B,C的時間差為 t2，則有：






六、測試方案
6.1  主要的測試儀器、儀表
本次主要使用的測試儀器與儀表有，函數(shù)信號發(fā)生器、示波器與數(shù)字萬用表。  
6.2  測試方法
在硬件測試中，按鍵發(fā)聲模塊通過示波器測試電路輸出波形，調(diào)節(jié)電位器改變電阻值來調(diào)節(jié)觸發(fā)時間，保證發(fā)出的聲響持續(xù)時間為 1s；另外使用數(shù)字萬用表測量按鍵發(fā)聲模塊的功耗。聲音接收模塊通過數(shù)字萬用表，測量當(dāng)發(fā)聲模塊距接收模塊不同距離時，比較器輸出電壓，直至調(diào)節(jié)電位器，改變比較器靈敏度使輸出電壓在要求距離內(nèi)能受到信號，并以下降沿觸發(fā)單片機(jī)。聲響模塊和接收模塊都可以使用函數(shù)發(fā)生器和示波器來檢測電路的連接是否正常。
在軟件測試中，我們組軟件調(diào)試的中心思想是分模塊調(diào)試。先將程序分為三個接受模塊，算法模塊，顯示模塊，我們在分塊調(diào)試時，將各個模塊的輸出都顯示出來以便于觀察各模塊是否正確。運(yùn)用這種方法，可以將軟件上的錯誤精確定位到某一個環(huán)節(jié)，大大提高了調(diào)試的效率。以下是具體方法：
1、將程序中的標(biāo)志位signalA,signalB,signalC 通過LCD屏幕顯示出來，以方便
觀察是否所有傳感器都收到了信號。
2、將各信號間的時間差通過 LCD 屏幕顯示出來，以方便觀察各傳感器的響應(yīng)速度以及接受信號的先后順序是否與實際一致。
3、在接入傳感器前，先用另一片單片機(jī)模仿傳感器發(fā)出的信號，并通過程序設(shè)置時間差等參數(shù)，用于檢查算法是否正確。
七、系統(tǒng)調(diào)試   
7.1  按鍵發(fā)聲模塊
測試輸出電流（通過測量蜂鳴器串聯(lián)的 1Ω的電阻得到電流值），從圖中可知
為0.042A：

7.2  聲音接收模塊
當(dāng)聲響模塊離接收模塊距離較近時，接收模塊輸出電壓達(dá)到 3.6V 左右。

當(dāng)聲響模塊離接收模塊較遠(yuǎn)時（但坐標(biāo)仍屬于坐標(biāo)紙的范圍），接收模塊輸出電壓將會變小。這個時候就需要調(diào)節(jié)電位器，改變電阻值以減小比較器 LM358 輸入端參考電壓的值。


7.3 LCD 液晶顯示模塊
進(jìn)行測試時，LCD12864 液晶顯示模塊除了顯示坐標(biāo) X 與 Y的值外，還會顯示A、B、C 三個聲音接收模塊的中斷觸發(fā)標(biāo)志值（如下圖顯示屏中第一行所顯示的內(nèi)容，其中顯示值為 0 表示未觸發(fā)，為 1 則表示已觸發(fā)），以及 A、B 和 C 三個聲音接收模塊依次收到信號時的計時時刻（其中從右到左依次為0us,65us和68us，此時模塊 C 最先收到聲音信號） ，這樣方便系統(tǒng)調(diào)試。 下圖坐標(biāo) X 與Y值在誤差范圍內(nèi)，滿足測量要求。


從表 8.2 可以看出，當(dāng)電位器阻值較小時即比較器輸入端參考電壓接近 0 時更易收到信號，但實際上這樣做也更容易受到干擾。接收模塊 C 相較于A、B 模塊了，由于焊接工藝的問題，靈敏度較低。合理調(diào)節(jié)電位器阻值之后，三個模塊最終都能受到信號，滿足設(shè)計要求。
8.3  聲源實測坐標(biāo)記錄表
對處于不同坐標(biāo)的聲源進(jìn)行了實際測量，最終得到了以下的一些實測數(shù)據(jù)如下

從表中可以看出，除個別點(diǎn)外，坐標(biāo)紙的四個方向邊緣區(qū)域以及中間區(qū)域共取了5個點(diǎn)，其實測坐標(biāo)基本滿足設(shè)計要求。而個別點(diǎn)的誤差可能是由于接收模塊放置的位置不準(zhǔn)確或聲源放置地不準(zhǔn)確而產(chǎn)生。
九、總結(jié)
本次設(shè)計以 STC89C52 為核心部件，利用了聲音檢測與辨識技術(shù),利用嚴(yán)密的數(shù)學(xué)方法實現(xiàn)和確定了聲源的準(zhǔn)確定位。在系統(tǒng)設(shè)計過程中，力求硬件電路簡單，降低硬件成本，節(jié)約功耗。
在這次課程設(shè)計中，我們遇到了許多問題，這些問題我們之前從未遇到過，
但最終我們都找到了解決這些問題的辦法，這對我們來說是一次很好的鍛煉。在程序設(shè)計與軟件調(diào)試的過程之中，由于我們同時使用了 STC89C52 單片機(jī)中的四個中斷進(jìn)行控制處理，對于單片機(jī)各個中斷的優(yōu)先級與觸發(fā)的考慮更為復(fù)雜，但只要結(jié)合函數(shù)信號發(fā)生器模擬聲音信號觸發(fā)單片機(jī)得到調(diào)試結(jié)果，并且根據(jù)這些結(jié)果不斷改正程序，就能得到最優(yōu)的程序設(shè)計。另外在程序設(shè)計過程，由于子程序中數(shù)據(jù)處理十分重要，我們查閱了許多的資料，對于 C51中的數(shù)據(jù)類型以及常用的庫函數(shù)也更加的熟悉。 在硬件調(diào)試過程中，出現(xiàn)了聲音接收模塊電路不穩(wěn)定，易受到干擾，以及放大電路難以調(diào)試的問題。對于接下來課程設(shè)計之后，我們也會考慮重新設(shè)計相關(guān)電路，例如采用雙比較器電路進(jìn)行比較放大，來提高電路的性能。


主程序源碼
  1. #include<reg52.h>
  2. #include<stdio.h>
  3. #include "delay.h"
  4. #include "lcd.h"
  5. #include<math.h>
  6. #define uchar unsigned char
  7. #define uint unsigned int
  8. #define BOOL bit
  9. #define BYTE unsigned char
  10. #define WORD unsigned int

  12. uchar signalA,signalB,signalC;
  13. uchar wolsignalA,wolsignalB,wolsignalC;
  14. uchar wolCount,obv;
  15. unsigned int posX,posY;         //坐標(biāo)取值

  17. code unsigned char byValidShow[] = {" V值:           "};
  18. code unsigned char DispX[] = {" X軸:           "};
  19. code unsigned char DispY[] = {" Y軸:           "};

  21. void Init_Show()           //LCD初始化顯示子程序
  22. {
  23.         Delay400Ms();
  24.         LCDInit();
  25.         LCDClear();
  26.         Delay5Ms();
  27.         LCDClear();
  28.         //DisplayListChar(0,1,byValidShow);
  29.         DisplayListChar(0,2,DispX);
  30.         DisplayListChar(0,3,DispY);
  31.         Delay5Ms();
  32. }

  34. void Init_isr()                //中斷初始化設(shè)置子程序
  35. {
  36.         EA = 0;
  37.         TMOD = 0x62;        
  38.         /*外部中斷0*/
  39.         IT0 = 1; EX0 = 1;
  40.         /*外部中斷1*/
  41.         IT1 = 1; EX1 = 1;
  42.         /* 計數(shù)器 0*/
  43.         TH1 = 0xFF; TL1 = 0xFF; TR1 = 1; ET1 = 1;
  44.         /* 定時器 1*/
  45.         TH0 = 246; TL0 = 246; TR0 = 0; ET0 = 0;
  46.         /***********/
  47.         IE0=0;IE1=0;TF1=0;TF0=0;
  48.         EA = 1;
  49. }

  51. void signalchuli(float m,float n)  //坐標(biāo)定位計算程序
  52. {

  54.         BOOL r1=0;
  55.         BOOL r2=0; //方程是否成立變量
  56.         BOOL suc=0; //解題是否成功變量
  57.         float x,y;        
  58.         for(x=10;x<=500;x+=10)
  59.         {
  60.                 for(y=10;y<=350;y+=10)
  61.                 {
  62.                         if(fabs(sqrt(x*x+(350-y)*(350-y))- sqrt(x*x+y*y)-m)<=20.0)
  63.                                 r1=1;
  64.                         //else r1=0;
  65.                         if(fabs(sqrt(x*x+y*y)-sqrt(y*y+(500-x)*(500-x)) -n)<=20.0)
  66.                                 r2=1;
  67.                         //else r2=0;
  68.                         if(r1&&r2)
  69.                                 {
  70.                                         suc=1;
  71.                                         break;
  72.                                 }
  73.                         else
  74.                                 {
  75.                                         r1=0;
  76.                                         r2=0;
  77.                                 }
  78.                 }
  79.                 if(suc)
  80.                         break;
  81.         }
  82.         
  83.         posX=x;
  84.         posY=y;
  85.         
  86. }

  88. void main()
  89. {
  90.         float cha1,cha2;
  91.         uchar cha1_temp,cha2_temp;
  92.         EA=0;
  93.         Init_Show();
  94.         Init_isr();               
  95.         while(1)
  96.         {
  97.                 if( signalA && signalB && signalC)
  98.                 {
  99.                         EA = 0;
  100.                         TR0=0;
  101.                         obv++;
  102.                         cha1_temp = wolsignalA - wolsignalB;
  103.                         cha2_temp = wolsignalB - wolsignalC;
  104.                         if(wolsignalA < wolsignalB)
  105.                         {
  106.                                 cha1_temp = 65536 - cha1_temp;
  107.                                 cha1 = -(3.4*cha1_temp);
  108.                         }
  109.                         else
  110.                         {
  111.                                 cha1 = 3.4*cha1_temp;
  112.                         }
  113.                         if(wolsignalB < wolsignalC)
  114.                         {
  115.                                 cha2_temp = 65536 - cha2_temp;
  116.                                 cha2 = -(3.4*cha2_temp);
  117.                         }
  118.                         else
  119.                         {
  120.                                 cha2 = 3.4*cha2_temp;
  121.                         }
  122.                         signalchuli(cha1,cha2);
  123.                         DisplayADData(4,2,posX);
  124.                         DisplayADData(4,3,posY);  //顯示坐標(biāo)
  125.                         signalA = 0;         
  126.                         signalB = 0;
  127.                         signalC = 0;                        
  128.                         wolCount = 0;
  129.                         Init_isr();
  130.                 }
  131.                 DisplayADData(0,4,wolsignalA);
  132.                 DisplayADData(3,4,wolsignalB);
  133.                 DisplayADData(6,4,wolsignalC);        //顯示時間插值，方便調(diào)試

  135.                 DisplayADData(0,1,signalA);        
  136.                 DisplayADData(3,1,signalB);
  137.                 DisplayADData(6,1,signalC);                //顯示觸發(fā)標(biāo)志位，方便調(diào)試
  138.         }
  139. }

  141. void JsA_isr() interrupt 0         //外部中斷0，下降沿觸發(fā)
  142. {
  143.         EX0 = 0;
  144.         if(wolCount == 0)
  145.         {
  146.                 wolsignalA = 0;
  147.                 TR0 = 1;
  148.                 ET0 = 1;
  149.         }
  150.         else
  151.         {
  152.                 wolsignalA = wolCount;
  153.         }
  154.         signalA = 1;
  155. }

  157. void JsB_isr() interrupt 2          //外部中斷1，下降沿觸發(fā)
  158. {
  159.         
  160.         if(wolCount == 0)
  161.         {
  162.                 wolsignalB = 0;
  163.                 TR0 = 1;
  164.                 ET0 = 1;
  165.         }        
  166.         else
  167.         {
  168.                 wolsignalB = wolCount;
  169.         }
  170.         signalB =1;
  171.         EX1 = 0;
  172. }

  174. void Timer1_isr() interrupt 3        //計數(shù)器1，工作方式2
  175. {
  176.         if(wolCount == 0)
  177.         {
  178.                 wolsignalC = 0;
  179.                 TR0 = 1;
  180.                 ET0 = 1;
  181.         }
  182.         else
  183.         {
  184.                 wolsignalC = wolCount;
  185.         }
  186.         signalC = 1;
  187.         ET1 = 0;        
  188. }                 

  190. void Timer0_isr() interrupt 1  //定時器0，工作方式2 , 10us
  191. {
  192.         wolCount++;        
  193. }
復(fù)制代碼
仿真原理圖如下（proteus仿真工程文件可到本帖附件中下載）


全部資料51hei下載地址：
聲音定位系統(tǒng).rar (1.6 MB, 下載次數(shù): 353)

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沙發(fā)
ID:403610 發(fā)表于 2018-10-28 21:06 | 只看該作者
樓主在嗎，我們小組也做了這個，有些不懂得想問一下
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板凳
ID:487995 發(fā)表于 2019-3-10 17:07 | 只看該作者
架向櫻的星空 發(fā)表于 2018-10-28 21:06
樓主在嗎，我們小組也做了這個，有些不懂得想問一下

我也想問一下
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地板
ID:476221 發(fā)表于 2019-3-11 10:33 | 只看該作者
請問一下有清楚的原理圖嗎
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5#
ID:218046 發(fā)表于 2019-4-12 21:04 | 只看該作者
看設(shè)計報告蠻詳細(xì)的，很有幫助，程序還沒測試，感謝樓主
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6#
ID:514784 發(fā)表于 2019-4-17 17:22 | 只看該作者
問下，那個LCD.h和delay.h的源代碼是怎么樣的
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7#
ID:514845 發(fā)表于 2019-4-17 18:26 | 只看該作者
哎  求一個51 nrf24L01的收發(fā)完整控制燈亮程序
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8#
ID:366634 發(fā)表于 2019-5-23 20:32 | 只看該作者
對于下面這段話能再解釋一下這三個時間怎么來的嗎？謝謝。
以及 A、B 和 C 三個聲音接收模塊依次收到信號時的計時時刻（其中從右到左依次為0us,65us和68us，此時模塊 C 最先收到聲音信號）
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9#
ID:440755 發(fā)表于 2019-7-5 12:27 | 只看該作者
講的很詳細(xì)，謝謝樓主
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10#
ID:458437 發(fā)表于 2019-11-4 10:33 | 只看該作者
好東西
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11#
ID:662583 發(fā)表于 2019-12-31 15:10 | 只看該作者
這個真心不錯
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12#
ID:692176 發(fā)表于 2020-2-11 18:21 | 只看該作者
請問樓主，這個聲源定位系統(tǒng)能對3-5米的人聲方位進(jìn)行大概定位嗎？
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13#
ID:707901 發(fā)表于 2020-3-13 19:27 來自手機(jī) | 只看該作者
樓主在嗎想聯(lián)系一下解決一下問題
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14#
ID:707901 發(fā)表于 2020-3-15 16:30 | 只看該作者
有誰知道聲音或者震動定位還有什么產(chǎn)品 比較成熟的那種
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15#
ID:698983 發(fā)表于 2020-4-21 16:15 | 只看該作者
飛飛會飛 發(fā)表于 2020-3-15 16:30
有誰知道聲音或者震動定位還有什么產(chǎn)品 比較成熟的那種

問一下，你有用樓主這個設(shè)計嗎？能行嗎？
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16#
ID:698983 發(fā)表于 2020-4-21 16:18 | 只看該作者
看了下樓主的測試圖，12684顯示上，第一行為啥全是0（未觸發(fā)中斷）？
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17#
ID:698983 發(fā)表于 2020-4-25 12:23 | 只看該作者
我裂開了，我單獨(dú)仿真了一次，發(fā)現(xiàn)根本不會產(chǎn)生中斷，這也太坑了吧
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18#
ID:259850 發(fā)表于 2020-5-15 01:21 來自手機(jī) | 只看該作者
飛飛會飛 發(fā)表于 2020-3-13 19:27
樓主在嗎想聯(lián)系一下解決一下問題

你解決好沒
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19#
ID:259850 發(fā)表于 2020-5-15 22:22 來自手機(jī) | 只看該作者
呼呼哈 發(fā)表于 2020-4-25 12:23
我裂開了，我單獨(dú)仿真了一次，發(fā)現(xiàn)根本不會產(chǎn)生中斷，這也太坑了吧

你解決好沒
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20#
ID:660950 發(fā)表于 2021-1-2 19:56 | 只看該作者
你們根據(jù)這些文件做出來的實物實現(xiàn)定位的功能了嗎？
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21#
ID:1026260 發(fā)表于 2022-5-13 22:20 來自手機(jī) | 只看該作者
這個文件是有問題的嗎
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22#
ID:1039802 發(fā)表于 2022-7-17 20:57 | 只看該作者
樓主的仿真圖
是用什么打開的
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