摘 要

随着科学技术的不断发展，声音定位在现代军事有十分重要的地位，在民用生活中也有一定的涉及。在很多复杂环境下，当光学仪器的作用受到限制，此时利用声学原理往往能够取得更好的成效，在这种时候，声波的各种优势就能体现出来。目前，最常见的声音定位方法就是利用时间差来定位的TDOA方法。

本文旨在对声音定位做深一步的研究，了解声音定位的原理，并尝试着设计一个声音定位系统。本文利用单片机构成系统的核心部分，再构建声源模块、信号接收模块、信号处理模块、显示模块这几个模块，同时在几种定位算法中分析各个算法的优缺点，最后挑选出最适合本系统设计要求的方法来完成对声音的定位，并利用protues设计电路图并完成仿真。结果表明这种算法能比较精确的对声音来进行定位。最后本文对声音定位系统的发展前景有了一个自己独特的见解。

关键词：声音定位；单片机；protues仿真；TDOA

Abstract

With the continuous development of science and technology, sound positioning plays a very important role in modern military affairs, and it also involves certain aspects in civilian life. In many complex environments, when the role of optical instruments is limited, the use of acoustic principles can often achieve better results. At this time, the various advantages of sound waves can be reflected.The most common sound localization method is the TDOA method that uses time difference to locate.

This thesis aims to do a deeper research on sound localization, understand the principle of sound localization, and try to design a sound localization system. This article uses the core part of the microcontroller to construct the system, and then builds several modules: sound source module, signal receiving module, signal processing module, and display module. At the same time, the advantages and disadvantages of each algorithm are analyzed in several positioning algorithms, and the most suitable one is selected. The system design requires methods to complete the positioning of the sound and use protues to design the circuit diagram and complete the simulation. The results show that this algorithm can accurately locate the sound. Finally, this article has a unique view on the development prospects of the sound location system.

Keywords: audio positioning;MCU; protues simulation; TDOA

目　　录

1 绪论 1

1.1研究目的及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3本章小结 3

2 声音定位系统简介 4

2.1系统设计要求 4

2.2声音定位原理 4

2.3本章小结 6

3 设计方案选择与论证 7

3.1声源模块选用器件 7

3.2声音接收模块 7

3.3信号处理模块 9

3.4本章小结 11

4 电路原理图设计 12

4.1电路总框图 12

4.2单片机最小系统 12

4.3 声响模块 12

4.4声音接收模块 13

4.5信号处理模块 14

4.6本章小结 15

5 系统软件设计 16

5.1软件流程图 16

5.2仿真结果 17

5.3本章小结 17

6 结论 18

参考文献 20

致谢 21

1 绪论

1.1 研究目的及意义

声音是我们日常生活中不可缺少的一个部分，人们需要用声音来发出指令；人们需要用声音来接收信息；人们需要用声音丰富自己的生活。所以声音是我们生活中最重要的一个部分之一，声音对于我们有很多利用价值以及可供研究的地方。

一般来说，人耳能听到的声波的频率是有一个范围的，这个范围在20赫兹到20000赫兹之间，平时所说的超声波，顾名思义就是频率高于20000赫兹的声波，超声波的方向性特别好，且当超声波遇到障碍物时，它的穿透力很强，几乎不受影响，在这时比较容易获得集中的声能，在水中可传播很远的距离，可用于建筑上检测是否存在漏洞；可用于击碎人体内脏里的结石；可用于除掉金属零件上的污垢。超声波在我们生活中的各行各业都有很多的应用，因其频率下限大约等于人的听觉上限而得名。
而所谓次声波，就是那些频率低于20赫兹的声波，因为频率与声波的波长是倒数关系，所以次声波的波长很长，当声波的波长很长的时候，遇到障碍物，会发生衍射现象。当次声波的频率正好和人体器官振动的频率接近的时候，就会发生危险，这时两者容易产生共振，对人体器官的危害很大，可能会致死；某些自然现象跟次声波有关，我们可以通过研究次声波来研究它们。

对于声学，研究得最多的还是声音定位，确定声音的位置，对我们有着重大的意义。在军事上，声音定位有助于我们探测到敌方的位置，也有助于增加武器的精确度;在日常生活中，我们接触的声音定位设备不太多，但我们自己的耳朵就像一个声音接受装置，而大脑就是信号处理装置，我们每天都在进行对外部声音的识别、定位。

本文的目的就是为了让我们在研究声音定位的过程中，更好的了解声音定位的原理，更好的运用所学的知识，将理论与现实应用更好得结合起来。

1.2 国内外研究现状

在历史上，声音定位的起源十分早，最初的时候，声呐系统中，采用电磁波来探测目标位置，但因为在水下，电磁波受限，所以出现了新的方法，到后来二战时，声音定位技术开始真正发展，衍生出了一系列声音定位方法，虽然后来遇到了雷达侦查技术的影响。

但到了目前，研究人员重新认识到了声音定位技术具有的重要性和不可替代的优势，开始重新重点研究声音定位技术，经过不断地研究改进，声音定位的各个环节都有了显著提高。最初的系统，声音接受是靠着冷凝器，而声音传输是靠着无线或光纤技术，记录信号靠的是墨水磁带录音，然后把信息传送给电脑进行处理。到了现在，有了功率集成电路，大大的使得工作变得更简单。目前国外军方已经将声音定位扩展应用到了地雷上，这种新型地雷就是利用了声源探测，使得其对敌军的打击更为精确；目前在美国，一家北美公司计划在现有的军事系统中加入一些新型的科技，那就是声音定位系统，最初的构想是让步兵携带上能够快速找到火力来源的声音定位肩带，可想而知，如果这项技术逐渐成熟起来，那么在战场上，每个士兵都仿佛拥有了顺风耳和千里眼，在进行复杂环境下的作战时，每个人仿佛都带上了一副立体的地图，对敌人的每一个战术布置都了如指掌。这项技术将为我们未来的军事带来许多不同的东西