單片機(jī)聲控定位系統(tǒng)doc

1、哈爾濱華德學(xué)院畢業(yè)論文摘 要利用MCS-51作為硬件平臺(tái)，在同一個(gè)平面內(nèi)，使用NE555發(fā)出固定頻率的聲波，并且使用三個(gè)固定頻率信號(hào)接收器來接收聲音，在發(fā)第一次聲音的時(shí)候開始計(jì)時(shí)，在第一個(gè)探頭收到時(shí)截止。由于聲音是由物體振動(dòng)產(chǎn)生，正在發(fā)聲的物體叫聲源。聲音以波的形式傳播。聲音是聲波通過任何物質(zhì)傳播形成的運(yùn)動(dòng)，并且聲音在空氣（15）中的速度是340m/s，所以可以用聲音來計(jì)算出發(fā)聲器與接收探頭之間的距離，按上述方法做三次，經(jīng)過計(jì)算，最后確定出發(fā)生器位置。本次設(shè)計(jì)是基于MCS-51單片機(jī)的聲控定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，硬件部分主要是MCS-51單片機(jī)。該系統(tǒng)采用了MCS-51作為控制電路核心。單片機(jī)能夠?qū)Σ?/p>

2、集的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理和判斷，實(shí)現(xiàn)用聲音定位出發(fā)聲器的位置。該設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是根據(jù)外部控制和輸入固定頻率的聲音信號(hào)量，這樣可以實(shí)現(xiàn)對于一個(gè)物體的位置的確定。關(guān)鍵詞 MCS-51平臺(tái)；結(jié)構(gòu)化程序語言；聲音；數(shù)字信號(hào)采集The Voice positioning system based on ArduinoAbstractMCS-51hardware platform using , in the same plane , using a fixed -frequency sound waves issued NE555 and using three fixed frequency signal

3、 receiver for receiving sound, the sound issued when the first start time, closing the first probe when closed. Since the sound is produced by vibrating objects , objects being vocal sounds sources. Sound propagation in the form of waves. Sound is the movement to form sound waves propagate through a

4、ny substance , and the speed of sound in air (15 ) in the 340m / s, so it can be used to calculate the distance voice sound way between the probe and the receiver , three times by the above method , after calculation, the finalization of the generator location.This design is based on the MCS-51 micr

5、ocontroller voice positioning system design , hardware mainly by the MCS-51 microcontroller . The system uses the MCS-51as a control circuit core . Microcontroller for digital signal processing and collection of judgments, implementer sound with sound localization starting position . The main task o

6、f the design is based on an external control input and the amount of fixed-frequency sound signal , this can be achieved for the determination of the position of an object .Keywords MCS-51 platform；Structured Programming Language；Sound；Digital signal acquisition 目 錄摘要IAbstractII第1章 緒論11.1 選題目的和意義11.

7、2 國內(nèi)外現(xiàn)狀11.3 論文研究內(nèi)容2第2章 開發(fā)環(huán)境及主要元器件32.1 開發(fā)工具32.1.1 MCS-51簡介3 2.2 使用的主要元器件62.2.1 固定頻率聲音識(shí)別模塊62.2.2 LM56792.2.3 固定頻率發(fā)聲器112.2.4 NE555122.2.5 LCD液晶顯示器142.3 本章小結(jié)16第3章 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)173.1 定位機(jī)理173.1.1 強(qiáng)度差173.1.2 時(shí)間差173.1.3 音色差173.1.4 位相差173.2 系統(tǒng)基本流程圖183.3 程序設(shè)計(jì)思想：193.3.1 電平觸發(fā)方式193.3.2 整體平臺(tái)設(shè)計(jì)203.3.3 定位算法（一）：203.3.4 定位算法

8、（二）：213.3.5 顯示設(shè)計(jì)223.4 本章小結(jié)24第4章 系統(tǒng)測試優(yōu)化254.1 測試基本內(nèi)容264.1.1 測試方法與儀器264.1.2 測試數(shù)據(jù)完整性264.1.3 測試結(jié)果分析264.2 系統(tǒng)優(yōu)化274.2.1 程序優(yōu)化274.2.2 實(shí)體優(yōu)化274.3 本章小結(jié)29結(jié) 論30致 謝31參考文獻(xiàn)32附 錄33英文原文33The Phase to Develop the System33英文譯文40系統(tǒng)開發(fā)階段40- IV -第1章 緒 論1.1 選題目的和意義人們經(jīng)常借助聽覺來判定發(fā)音物體的位置。聲音定位在人和動(dòng)物的日常生活中著重要意義。例如，當(dāng)你獨(dú)自行走時(shí)，突然聽到一個(gè)響聲你會(huì)想

9、到這個(gè)聲音什么意思，對你有無威脅，它來自何方等等。確定聲音的方向和距離需要比較來自兩耳的信息，雖然你會(huì)很快作出判斷和反應(yīng)，但聲音定位過程是聽覺系統(tǒng)復(fù)雜綜合的功能?，F(xiàn)如今常用的定位系統(tǒng)都是應(yīng)用超聲波和無線電來進(jìn)行的，例如雷達(dá)、聲納等等，而本次設(shè)計(jì)是利用我們大家能夠聽到的自然聲來進(jìn)行定位的，基于MCS-51單片機(jī)的聲控定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，硬件部分主要使用MCS-51單片機(jī)。該系統(tǒng)采用了MCS-51作為控制電路核心。單片機(jī)能夠?qū)Σ杉臄?shù)字信號(hào)進(jìn)行處理和判斷，實(shí)現(xiàn)用可以聽見的聲音來定位出發(fā)聲器的位置。本次設(shè)計(jì)的意義是根據(jù)外部控制和輸入固定頻率的可以聽見的聲音信號(hào)量，經(jīng)過接收處理，來實(shí)現(xiàn)對于一個(gè)發(fā)聲物體的位

10、置的確定。1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀時(shí)至今日，聲學(xué)的應(yīng)用范圍越來越廣，在軍事、醫(yī)學(xué)、建筑等方面有舉足輕重的地位，尤其是建筑聲學(xué)更是建筑設(shè)計(jì)師們一直在研究的重點(diǎn)科目。眾所周知，大劇院是世界公認(rèn)的工程技術(shù)難度最高的建筑，聲學(xué)系統(tǒng)的建設(shè)更是核心難點(diǎn)，因此聲音效果也成為了評(píng)判一家大劇院水準(zhǔn)的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)。可喜的是近年來國內(nèi)許多涉足聲學(xué)設(shè)計(jì)的企業(yè)、單位也逐漸走向成熟，在這些組織中深圳中孚泰文化集團(tuán)可為國內(nèi)行業(yè)排頭兵。中孚泰是全球唯一一家專注于演藝建筑建設(shè)的企業(yè)，19年專注，中孚泰參與建設(shè)了全國60%的高端精品劇院建設(shè)，是唯一被有關(guān)部門授予“聲學(xué)裝飾科學(xué)研究院”的單位。在中孚泰傾心打造的眾多大劇院中，以廣州大劇院

11、、甘肅大劇院為代表在聲音效果上已經(jīng)超越了悉尼歌劇院，躋身國際一流水準(zhǔn)。現(xiàn)如今，語音識(shí)別步入了高速發(fā)展的時(shí)期，語音識(shí)別在某些領(lǐng)域已經(jīng)走向成熟，同時(shí)隨著多媒體時(shí)代的來臨迫切要求語音識(shí)別系統(tǒng)從實(shí)驗(yàn)室走向應(yīng)用，90年代初人們開始研究語音識(shí)別與自然處理結(jié)合，產(chǎn)生了基于口音識(shí)別和理解的人機(jī)對話系統(tǒng)。90年代中期語音識(shí)別與機(jī)器翻譯結(jié)合產(chǎn)生了直接語音翻譯技術(shù)，并且應(yīng)用到訂票等各個(gè)領(lǐng)域。1.3 論文研究內(nèi)容在現(xiàn)在生活中，無論是軍事，還是民用的方方面面，對于聲波的利用可以說是多種多樣，在軍事上，人們利用超聲波制作了千里眼和順風(fēng)耳，也就是雷達(dá)和聲納，這樣使人們的視力和聽力都得到了長足的發(fā)展，在戰(zhàn)時(shí)更好的為人們預(yù)警，

12、來保護(hù)友方安全；在生活中，我們用GPS等先進(jìn)工具來進(jìn)行定位，以至于不會(huì)迷路，找到自己所想要找的美景，醫(yī)生們用超聲波來清潔牙齒，使牙齒更亮白；在工業(yè)上，人們利用超聲波來檢查工件是否有裂痕，是否安全等。我所研究的內(nèi)容不只局限于超聲波和次聲波，而是利用大家都能聽到的自然聲音來進(jìn)行聲源的定位。第2章 開發(fā)環(huán)境及主要元器件本章主要介紹系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)需要的技術(shù)以及系統(tǒng)的主要功能，通過簡單認(rèn)識(shí)這些軟件和開發(fā)技術(shù)來搭建一個(gè)好的開發(fā)環(huán)境供系統(tǒng)使用。2.1 開發(fā)工具為了更好更有效的開發(fā)出系統(tǒng)，這里簡單介紹一下所需要的開發(fā)工具和技術(shù)要求。2.1.1 MCS-51簡介MCS51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖21所示分析圖

13、21, 并按其功能部件劃分可以看出, MCS51系列單片機(jī)是由8大部分組成的。圖22為按功能劃分的MCS51系列單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡化框圖。 這8大部分是:一個(gè)8位中央處理機(jī)CPU。128個(gè)字節(jié)（MCS52子系列為256字節(jié)）的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM。 4 KB（MCS52子系列為8 KB）的片內(nèi)程序只讀存儲(chǔ)器ROM或EPROM（8031和8032無）。18個(gè)（MCS52子系列為21個(gè)）特殊功能寄存器SFR。4個(gè)8位并行輸入輸出I/O接口: P0口、 P1口、 P2口、 P3口（共32線）, 用于并行輸入或輸出數(shù)據(jù)。1個(gè)串行I/O接口。2個(gè)（MCS52子系列為3個(gè)）16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。1個(gè)具有5個(gè)

14、（MCS52子系列為6個(gè)或7個(gè)）中斷源, 可編程為2個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷系統(tǒng)。 它可以接收外部中斷申請, 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷申請和串行口中斷申請。圖2-1MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖圖2-2 MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡化框圖· 2.2.3 單片機(jī)外部引腳說明· MCS51系列單片機(jī)芯片均為40個(gè)引腳, HMOS工藝制造的芯片采用雙列直插（DIP）方式封裝, 其引腳示意及功能分類如圖23所示。 CMOS工藝制造的低功耗芯片也有采用方型封裝的, 但為44個(gè)引腳, 其中4個(gè)引腳是不使用的。·圖2-3 MCS-51系列單片機(jī)引腳及總線結(jié)構(gòu)（a） 管腳圖 （b）引腳功

15、能分類1. 主電源引腳Vcc和Vss VCC（40腳）: 接+5 V電源正端; VSS（20腳）: 接+5 V電源地端。 2. 外接晶體引腳XTAL1和XTAL2XTAL1（19腳）: 接外部石英晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部,它是一個(gè)反相放大器的輸入端,這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí),對于HMOS單片機(jī), 該引腳接地; 對于CHMOS單片機(jī), 該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。 XTAL2（18腳）: 接外部晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部,接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí),對于HMOS單片機(jī),該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端;對于CHMOS芯片,該引腳懸空不接。 3. 控

16、制信號(hào)或與其它電源復(fù)用引腳控制信號(hào)或與其它電源復(fù)用引腳有RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP等4種形式。（1）RST/VPD（9腳）: RST即為RESET, VPD為備用電源, 所以該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。（2）(30腳): 當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí), ALE（允許地址鎖存信號(hào)）以每機(jī)器周期兩次的信號(hào)輸出, 用于鎖存出現(xiàn)在P0口的低8位地址。（3） （29腳）:片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端, 低電平有效。（4） （31腳):為訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào),低電平有效。4. 輸入/輸出（I/O）引腳P0口、P1口、P2口及P3口（1）P0口（39腳32腳）: P0.

17、0P0.7統(tǒng)稱為P0口。（2）P1口（1腳8腳）: P1.0P1.7統(tǒng)稱為P1口, 可作為準(zhǔn)雙向I/O接口使用。（3）P2口（21腳28腳）: P2.0P2.7統(tǒng)稱為P2口, 一般可作為準(zhǔn)雙向I/O接口。（4）P3口（10腳17腳）: P3.0P3.7統(tǒng)稱為P3口。表2-3 P3口第二功能表2.2 使用的主要元器件2.2.1 固定頻率聲音識(shí)別模塊此模塊使用麥克風(fēng)拾取聲音信號(hào)，并對其進(jìn)行2級(jí)放大處理，放大后的信號(hào)，使用LM567鑒頻芯片，對信號(hào)進(jìn)行鑒頻識(shí)別。使用精密電位器設(shè)定一個(gè)固定頻率，LM567將麥克風(fēng)的信號(hào)和設(shè)定信號(hào)頻率對比，當(dāng)頻率相同時(shí)，輸出一個(gè)開關(guān)信號(hào)量，已達(dá)到對固定頻率進(jìn)行音頻識(shí)別的

18、目標(biāo)。此驅(qū)動(dòng)板適合于智能程控小車、機(jī)器人、聲控開關(guān)等，可配合各種控制器使用。模塊電路原理圖如圖2-3所示：圖2-3固定頻率聲音識(shí)別模塊電路原理圖該電路的放大器部分如圖2-4所示，圖2-4 識(shí)別模塊放大電路部分電路圖它是兩端放大，在前端把外界接收到的聲音信號(hào)經(jīng)過放大電路處理放大到100倍后傳回后方的LM567芯片進(jìn)行比較，等前方的頻率和后方設(shè)置好的頻率相當(dāng)時(shí)，輸出相應(yīng)的信號(hào)，就這樣實(shí)現(xiàn)了識(shí)別固定頻率聲音的作用。如圖2-5所示，圖中的R13滑動(dòng)變阻器的阻值來調(diào)節(jié)確定LM567的采樣方波，這樣就可以找到一個(gè)合適的位置來確定我們實(shí)驗(yàn)所需要的聲音頻率，再由前方放大電路發(fā)回來的放大信號(hào)對比以后輸出，實(shí)現(xiàn)了

19、對于固定聲音頻率的獲取和識(shí)別的功能。圖2-5 識(shí)別模塊LM567部分電路圖參數(shù)指標(biāo)：1. 板載放大器，對麥克風(fēng)的聲音進(jìn)行100倍放大。2. 輸入頻率范圍300Hz至20kHz。3. 距離，0-5m，此參數(shù)取決于音源的分貝數(shù)。4. 3v-12v直流供電；如果接5v單片機(jī)，請用5v。模塊電路原理圖如圖2-6所示：圖2-6 固定頻率聲音識(shí)別模塊結(jié)構(gòu)圖接口說明：GND：電源地VCC：電源正極，3V至12V，直流。如果使用5V單片機(jī)，請使用電流。OUT：輸出，識(shí)別到設(shè)定頻率的聲音是，輸出低電平。FIN：鑒頻器信號(hào)輸出管腳，可輸入需要鑒別的頻率，注意幅值小于0.2V。FOUT：鑒頻器耦合頻率輸出管腳，該管

20、腳輸出頻率器設(shè)定的鑒別頻率。ROUT：放大器實(shí)時(shí)輸出管腳，檢查音頻放大信號(hào)的實(shí)時(shí)輸出。注意事項(xiàng)：1電源正負(fù)極不要接反。2使用前應(yīng)當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，把指示燈調(diào)滅才能開始使用，因?yàn)樵诃h(huán)境中存在噪聲，所以使用時(shí)應(yīng)當(dāng)把頻率設(shè)置到噪聲比較小的頻率區(qū)域。2.2.2 LM567LM567 為通用鎖相環(huán)電路音調(diào)譯碼器，LM567 的工作方式非常復(fù)雜，其引腳圖如圖2-7所示：圖2-7 LM567引腳圖這里僅將其基本功能概述如下：當(dāng)LM567的腳輸入幅度25mV、頻率在其帶寬內(nèi)的信號(hào)時(shí)，腳由高電平變成低電平，腳輸出經(jīng)頻率/電壓變換的調(diào)制信號(hào)；如果在器件的腳輸入音頻信號(hào)，則在腳輸出受腳輸入調(diào)制信號(hào)調(diào)制的調(diào)頻方波信號(hào)

21、。用外接元件獨(dú)立設(shè)定中心頻率帶寬和輸出延遲。主要用于振蕩、調(diào)制、解調(diào)、和遙控編、譯碼電路。如電力線載波通信，對講機(jī)亞音頻譯碼，遙控等。、腳通常分別通過一個(gè)電容器接地，形成輸出濾波網(wǎng)絡(luò)和環(huán)路單級(jí)低通濾波網(wǎng)絡(luò)。腳所接電容決定鎖相環(huán)路的捕捉帶寬：電容值越大，環(huán)路帶寬越窄。腳所接電容的容量應(yīng)至少是腳電容的2倍。腳是輸入端，要求輸入信號(hào)25mV。腳是電源正極、腳外接的電阻和電容決定了內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率f2，f21/1.1RC。腳是電源地腳是邏輯輸出端，其內(nèi)部是一個(gè)集電極開路的三極管，允許最大灌電流為100mA。LM567的工作電壓為4.759V，工作頻率從直流到500kHz，靜態(tài)工作電流約8mA。

22、2.2.3 固定頻率發(fā)聲器固定頻率發(fā)聲器的電路圖如圖2-8所示：圖2-8 固定頻率發(fā)聲器電路圖該模塊是由兩個(gè)滑動(dòng)變阻器來調(diào)節(jié)發(fā)聲頻率的元器件，其中由四個(gè)電容并聯(lián)出的一個(gè)震蕩電路來輸出固定的聲音頻率，使得符合設(shè)計(jì)需要固定頻率聲音。其中該電路是由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如圖2-9所示：2-9單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路圖單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在外加脈沖的作用下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。由于電路中RC延時(shí)環(huán)節(jié)的作用，該暫態(tài)維持一段時(shí)間又回到原來的穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持的時(shí)間取決于RC的參數(shù)值。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以實(shí)現(xiàn)脈沖整形功能。利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能產(chǎn)生一定寬度的脈沖這一特性，可以將過窄或過

23、寬的輸入脈沖整形成固定寬度的脈沖輸出。如圖2-10所示的不規(guī)則輸入波形，經(jīng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器處理后，便可得到固定寬度、固定幅度，且上升、下降沿陡峭的規(guī)整矩形波輸出。2-10脈沖整形因此，我們可以利用這個(gè)特性，再加上利用滑動(dòng)變阻器的調(diào)節(jié)得到我們想要的固定頻率的聲音。2.2.4 NE555NE555是屬于555系列的計(jì)時(shí)IC的其中的一種型號(hào)，NE555系列IC的接腳功能及運(yùn)用都是相容的，型號(hào)不同、價(jià)格不同，其穩(wěn)定性、還有省電程度、可產(chǎn)生的振蕩頻率也不大相同。NE555是一個(gè)用途很廣且相當(dāng)普遍的計(jì)時(shí)IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈波訊號(hào)。通過兩個(gè)精確電位器來調(diào)節(jié)發(fā)出聲音的

24、頻率。NE555的結(jié)構(gòu)圖如圖2-11所示：圖2-11 NE555結(jié)構(gòu)圖管腳信息：Pin1 (接地) -地線(或共同接地) ，通常被連接到電路共同接地。Pin2 (觸發(fā)點(diǎn)) -這個(gè)腳位是觸發(fā)NE555使其啟動(dòng)它的時(shí)間周期。觸發(fā)信號(hào)上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。Pin3 (輸出) -當(dāng)時(shí)間周期開始555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時(shí)的最大輸出電流大約200 mA 。Pin4 (重置) -一個(gè)低邏輯電位送至這個(gè)腳位時(shí)會(huì)重置定時(shí)器和使輸出回到一個(gè)低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。Pin5 (控制) -這個(gè)

25、接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計(jì)時(shí)器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運(yùn)作方式下,這輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。Pin6 (重置鎖定) - Pin 6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當(dāng)這個(gè)接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時(shí)啟動(dòng)這個(gè)動(dòng)作。Pin7 (放電) -這個(gè)接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為ON時(shí)為LOW，對地為低阻抗，當(dāng)輸出為OFF時(shí)為HIGH，對地為高阻抗。Pin8 (V +) -這是555個(gè)計(jì)時(shí)器IC的正電源電壓端。供應(yīng)電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。主要特點(diǎn)：1只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時(shí)作用。其延時(shí)范圍極廣

26、，可由幾微秒至幾小時(shí)之久。2它的操作電源范圍極大，可與TTL，CMOS等邏輯電路配合，也就是它的輸出電平及輸入觸發(fā)電平，均能與這些系列邏輯電路的高、低電平匹配。3其輸出端的供給電流大，可直接推動(dòng)多種自動(dòng)控制的負(fù)載。4它的計(jì)時(shí)精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價(jià)格便宜。2.2.5 LCD液晶顯示器科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種物質(zhì)在常態(tài)下是處于固態(tài)和液態(tài)之間，不僅如此，其還兼具固態(tài)物質(zhì)和液態(tài)物質(zhì)的雙重特性。在那個(gè)年代并沒有對于此物質(zhì)的適當(dāng)稱呼，因此就稱之為液態(tài)的晶體。由這種物質(zhì)制造出來的顯示器叫做液晶顯示器。液晶顯示器的工作原理：我們很早就知道物質(zhì)有固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三種型態(tài)。液體分子質(zhì)心的排列雖然不具有任何規(guī)律性，但是

27、如果這些分子是長形的(或扁形的)，它們的分子指向就可能有規(guī)律性。于是我們就可將液態(tài)又細(xì)分為許多型態(tài)。分子方向沒有規(guī)律性的液體我們直接稱為液體，而分子具有方向性的液體則稱之為“液態(tài)晶體”，又簡稱“液晶”。液晶產(chǎn)品其實(shí)對我們來說并不陌生，我們常見到的手機(jī)、計(jì)算器都是屬于液晶產(chǎn)品。液晶是在1888年，由奧地利植物學(xué)家萊尼茨爾（Reinitzer）發(fā)現(xiàn)的，是一種介于固體與液體之間，具有規(guī)則性分子排列的有機(jī)化合物。一般最常用的液晶型態(tài)為向列型液晶，分子形狀為細(xì)長棒形，長寬約1nm10nm，在不同電流電場作用下，液晶分子會(huì)做規(guī)則旋轉(zhuǎn)90度排列，產(chǎn)生透光度的差別，如此在電源ON/OFF下產(chǎn)生明暗的區(qū)別，依此

28、原理控制每個(gè)像素，便可構(gòu)成所需圖像。其液晶顯示器原理圖如2-12所示：圖2-12液晶顯示器原理圖LCD液晶顯示器的基本特點(diǎn)：1具有低功耗、供應(yīng)電壓范圍寬等特點(diǎn)。2具有16common和61segment輸出，并可外接驅(qū)動(dòng)IC擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)。3具有2560位顯示RAM（DD RAM），即80×8×4位。4具有與68系列或80系列相適配的MPU接口功能，并有專用的指令集，可完成文本顯示或圖形顯示的功能設(shè)置。本次設(shè)計(jì)使用的是LCD1602，其結(jié)構(gòu)圖如圖2-13：圖2-13 LCD1602結(jié)構(gòu)圖1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它

29、由若干個(gè)5*7或者5*11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形。引腳說明：1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：第1腳：VSS為電源地。第2腳：VDD接5V電源正極。第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地電源時(shí)對比度最高（對比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對比度）。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平1時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平0時(shí)進(jìn)行寫操作。第6腳：

30、E(或EN)端為使能(enable)端。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。第1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。2.3 本章小結(jié)本章首先介紹了本系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)Arduino的定義以及其使用的優(yōu)勢，然后介紹了系統(tǒng)中使用的主要模塊，包括固定頻率聲音識(shí)別模塊、固定頻率發(fā)聲器、NS555和LM567的結(jié)構(gòu)圖、電路圖，以及液晶顯示器的部分電路圖，還有模塊的一些管腳信息、注意事項(xiàng)、和特點(diǎn)等。第3章 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1 定位機(jī)理3.1.1 強(qiáng)度差高頻的聲音刺激，由于它的波長較短，如果一個(gè)高頻聲波來自一側(cè)，頭部本身就成為了聲音傳播的障礙物，使其到達(dá)側(cè)耳中的音強(qiáng)受到耗損，這樣在兩耳之間

31、形成了強(qiáng)度差，導(dǎo)致神經(jīng)元單位發(fā)放頻率的不對稱。一般成年人能準(zhǔn)確定位2000-3000Hz的聲音。3.1.2 時(shí)間差來自正前方的聲音同時(shí)到達(dá)雙耳，來自正側(cè)方的聲音到達(dá)近側(cè)耳朵的時(shí)間比遠(yuǎn)側(cè)耳朵約快600ms，介于兩者之間的聲音到達(dá)雙耳的時(shí)間差為0-600ms之間。到達(dá)的時(shí)間對有特征的、突然發(fā)生的聲源定位是很有用的。3.1.3 音色差聲波如果從右側(cè)的某個(gè)方向上傳來，則要繞過頭部的某些部分才能到達(dá)左耳。已知波的繞射能力同波長與障礙物尺度之間的比例有關(guān)。人頭的直徑約為20cm，相當(dāng)于1700Hz聲波的波長，所以頻率為1000Hz以上的聲波繞過頭顱的能力較差，衰減越大。也就是說，同一個(gè)聲音中的各個(gè)力量繞過

32、頭部的能力各不相同，頻率越高的分量衰減越大。于是左耳聽到的音色同右耳聽到音色就有差異。只要聲音不是從正前方（或正后方）來，兩耳聽到音色就會(huì)不同，這也是人們判別聲源方位的一種依據(jù)。3.1.4 位相差低頻的聲音刺激，它的波長較長，頭的阻隔作用小，雙耳聽到的聲音強(qiáng)度差別也較小。在這種情況下，判定聲源方位主要靠雙耳感受聲音位相上的差別，即聲波同一相位到達(dá)雙耳的時(shí)間先后不同。聽覺神經(jīng)元在聲波作用時(shí)，增加單位發(fā)放頻率的現(xiàn)象，并不是發(fā)生在整個(gè)聲波周期時(shí)間內(nèi)，而是僅僅出現(xiàn)在聲波周期的韉一時(shí)相上。頭兩側(cè)的聽覺神經(jīng)元中，有些對同相位聲波產(chǎn)生同步性單位發(fā)放。神經(jīng)元僅在聲波某一相位時(shí)改 變單位發(fā)放頻率，兩側(cè)神經(jīng)元對同

33、相聲波產(chǎn)生同步性單位發(fā)放的機(jī)制，稱聽覺神經(jīng)元的鎖相機(jī)制。低頻聲波達(dá)到雙耳的相位不同，由于兩側(cè)神經(jīng)元單位發(fā)放的鎖相機(jī)制，導(dǎo)致一側(cè)神經(jīng)元增加單位發(fā)放頻率，從而造成兩側(cè)神經(jīng)元單位發(fā)放的不對稱性，產(chǎn)生了時(shí)差效應(yīng)，據(jù)此對聲源進(jìn)行準(zhǔn)確的空間定位。聲源方位的辨別可能是聽覺中樞內(nèi)的許多細(xì)胞活動(dòng)的特殊空間和時(shí)間模式?jīng)Q定的，也可能是更高級(jí)的中樞分析加工的結(jié)果?？傊?，低頻聲音的定位通過位相差，位相差對提供聲源定位有效的聲音頻率最高為1500Hz；而高頻聲音無法通過位相差來辨別它的來源，靠響度差來辨別。但位相差和晌度差的有效性還取決于頭顱的大小，象小鼠這樣的小動(dòng)物，由于兩耳靠得很近，對低頻聲音既不能通過相位差來辨別，

34、也不能靠響度差來定位，它們對高頻聲音的定位能力很強(qiáng)。許多動(dòng)物對40000 Hz以上的高頻聲音很敏感。而象大象對低頻聲音的定位能力較強(qiáng)，聽力的上限是10000Hz。這些都說明每個(gè)種系都對它們最有用的信息最敏感，人類也不例外。因此，本次設(shè)計(jì)選擇利用測出時(shí)間來計(jì)算距離計(jì)算的方式來進(jìn)行定位的。3.2 系統(tǒng)基本流程圖系統(tǒng)流程圖如圖3-1所示：該圖為本次設(shè)計(jì)的流程，過程主要是由一個(gè)按鍵觸發(fā)的，當(dāng)按下這個(gè)按鍵，這時(shí)候單片機(jī)就會(huì)接收到一個(gè)電平的變化，這樣整個(gè)系統(tǒng)就開始運(yùn)行了。發(fā)生器會(huì)發(fā)出聲音，并且到接收器接收到聲音時(shí)截止，并且測出每次發(fā)出聲音的到結(jié)束使這個(gè)發(fā)生器發(fā)出聲音的脈沖時(shí)間，使用這個(gè)時(shí)間與聲速進(jìn)行做積，

35、這樣我們就得到了發(fā)生器和接收端的距離，反復(fù)進(jìn)行三次并且計(jì)算出到達(dá)三個(gè)不同探頭的距離，以便我們進(jìn)行計(jì)算，最后確定出我們發(fā)生器的位置，來實(shí)現(xiàn)定位的功能。圖3-1系統(tǒng)流程圖3.3 程序設(shè)計(jì)思想：3.3.1 電平觸發(fā)方式整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的開始有這個(gè)按鍵的觸發(fā)開始。當(dāng)觸發(fā)器的向步控制信號(hào)正為約定“1”或“0”電平時(shí)，觸發(fā)器接收輸入數(shù)據(jù)，當(dāng)單片機(jī)為非約定的電平時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。鑒于它接收信息的條件是單片機(jī)接收到出現(xiàn)約定的邏輯電平故稱它為電位觸發(fā)方式觸發(fā)器，簡稱電位觸發(fā)器。其特點(diǎn)有：1只有當(dāng)CLK變?yōu)橛行щ娖?，觸發(fā)器才能接受輸入信號(hào)，并按照輸入信號(hào)將觸發(fā)器的輸出置成相應(yīng)的狀態(tài)。2在CLK=1的全部時(shí)間里，

36、S和R狀態(tài)的變換都可以引起輸入狀態(tài)的改變。在CLK回到0以后，觸發(fā)器保存的是CLK回到0以前瞬間的狀態(tài)。3.3.2 整體平臺(tái)設(shè)計(jì)設(shè)坐標(biāo)紙為圖中的矩形ABCD。聲源在點(diǎn)O，接收器分別位于矩形四角A、B、C。聲源到A點(diǎn)的距離為Da，到B點(diǎn)的距離為Db，到C點(diǎn)的距離為Dc。分別經(jīng)過時(shí)間Ta，Tb，Tc，后，接收器A、B、C接收到信號(hào)，然后可以計(jì)算出三個(gè)時(shí)間差值t1，t2，t3，聲音傳播速度為v。通過下列算法后可計(jì)算出聲源O的坐標(biāo)值（x,y）如圖3-2所示：圖3-2 平臺(tái)設(shè)計(jì)圖3.3.3 定位算法（一）：以A點(diǎn)位坐標(biāo)原點(diǎn)，并且已知AC,CD的距離，并且單片機(jī)檢測到的為三個(gè)時(shí)間點(diǎn)算出三個(gè)點(diǎn)到O（x,y）

37、點(diǎn)的距離，上面四個(gè)式子可用時(shí)間乘以距離來計(jì)算出Da，Db，Dc。解出：上式總共三個(gè)未知數(shù)等式，可以根據(jù)任意這三個(gè)式子解出一組解。由于測出的結(jié)果會(huì)有誤差，所以可以將解得的兩組解進(jìn)行平均值求解，則結(jié)果誤差會(huì)減小，準(zhǔn)確度會(huì)進(jìn)一步提高。該算法程序比較簡短，適合用單片機(jī)處理。3.3.4 定位算法（二）：然后對（3）（4）分別對x,y求一介微分：然后將f1(x,y)，f2(x,y)進(jìn)行泰勒級(jí)數(shù)展開，則可得出遞推公式：Xk+1=Xk+；Yk+1=Yk+；經(jīng)過遞推后可得出比較準(zhǔn)確的O（x,y）的坐標(biāo)，程序比較大，適合在PC機(jī)上運(yùn)行，準(zhǔn)確度比較高。3.3.5 顯示設(shè)計(jì)在液晶顯示屏上顯示O(x，y)的坐標(biāo)值。點(diǎn)陣

38、LCD的顯示原理是，在數(shù)字電路中，所有的數(shù)據(jù)都是以0和1保存的，對LCD控制器進(jìn)行不同的數(shù)據(jù)操作，可以得到不同的結(jié)果。對于顯示英文操作，由于英文字母種類很少，所以只需要8位（一字節(jié)）即可。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。CGROM中字符碼與字符字模關(guān)系對照表如圖3-3所示：圖3-3 CGROM中字符碼與字符字模

39、關(guān)系對照表1602液晶模塊的控制指令共有11條，如圖3-4所示：序號(hào)指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清屏00000000012光標(biāo)復(fù)位000000001*3光標(biāo)和顯示模式設(shè)置00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L*6功能設(shè)置00001DLNF*7顯示存儲(chǔ)器地址設(shè)置0001顯示存儲(chǔ)的地址8數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址設(shè)置001數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的地址9讀忙標(biāo)志和光標(biāo)地址01BF計(jì)數(shù)器地址10寫數(shù)據(jù)到CGRAM或DDRM10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)據(jù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容3-4 1602液晶模塊的控制指令圖1602初始化程序：

40、#define PortEn 9 /定義使能引腳為9#define PortRS 8 /定義數(shù)據(jù)/命令選擇引腳8#define PortBL 7 /定義背光控制引腳7void lcdInit() Delay(15);lcdCmd(0x28); /功能設(shè)置，4位總線，雙行顯示Delay(10);lcdCmd(0x28); /功能設(shè)置，4位總線，雙行顯示Delay(10);lcdCmd(0x28); /功能設(shè)置，4位總線，雙行顯示Delay(10);lcdCmd(0x01); /清屏Delay(10);lcdCmd(0x06); /光標(biāo)和顯示模式設(shè)置Delay(10);lcdCmd(0x0c);

41、/顯示開，無光標(biāo)Delay(10); void setup() /設(shè)置引腳410為輸出，控制1602液晶顯示模塊 pinMode(4,OUTPUT); pinMode(5,OUTPUT);pinMode(6,OUTPUT);pinMode(7,OUTPUT);pinMode(8,OUTPUT);pinMode(9,OUTPUT);pinMode(10,OUTPUT);/初始化1602液晶顯示模塊lcdInit();3.4 本章小結(jié)本章對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面的模塊設(shè)計(jì)，根據(jù)之前的準(zhǔn)備對各個(gè)模塊進(jìn)行的了解，實(shí)現(xiàn)了各模塊的功能原理的運(yùn)用。并對它們進(jìn)行了具體描述和實(shí)現(xiàn)。- 44 -第4章 系統(tǒng)測試優(yōu)化系統(tǒng)

42、測試是質(zhì)量管理中最實(shí)際的行動(dòng)。系統(tǒng)測試是有組織性、步驟性和計(jì)劃性的。系統(tǒng)測試的種類可以根據(jù)測試形態(tài)、測試技術(shù)及測試模式來進(jìn)行劃分。就測試模式而言，測試方法可分為兩種：白盒測試和黑盒測試。這兩種方法的測試方向是不同的，白盒測試以測試的深度為主，而黑盒測試則是以測試的廣度為主。白盒測試：又稱結(jié)構(gòu)測試，透明盒測試、邏輯驅(qū)動(dòng)測試或基于代碼的測試。白盒測試是一種測試用例設(shè)計(jì)方法，盒子指的是被測試的軟件，白盒指的是盒子是可視的，你清楚盒子內(nèi)部的東西以及里面是如何運(yùn)作的。嚴(yán)格來說白盒測試有兩大方面：數(shù)據(jù)流面和控制流面。數(shù)據(jù)流面就是測試資料進(jìn)出系統(tǒng)的程序所經(jīng)過的流程，控制流程面就是測試程序在執(zhí)行過程中每個(gè)階段

43、的流程?？刂屏鞒堂嬗幸韵聨讉€(gè)。一個(gè)程序句述都被執(zhí)行到。分支覆蓋：每一個(gè)程序的進(jìn)出點(diǎn)都至少被執(zhí)行過一次。條件覆蓋：分支覆蓋再加上所有判斷情況都至少被執(zhí)行過一次。條件組合覆蓋：不同的組合的判斷情況都至少被執(zhí)行過一次。黑盒測試：又稱為功能測試或數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)測試，是把測試對象看作一個(gè)黑盒子。測試人員并不需要對軟件的結(jié)構(gòu)有深層的了解，所進(jìn)行測試著重與軟件的功能。為了控制黑盒測試的執(zhí)行，測試人員必須按照測試用例逐一進(jìn)行，所以測試用例設(shè)計(jì)的好壞會(huì)直接影響到測試結(jié)果。測試用例覆蓋：TestCase的每一個(gè)用例都被測試過。輸入覆蓋：測試過程中所輸入的數(shù)據(jù)或資料必須一再地實(shí)驗(yàn)。輸出覆蓋：測試過程中程序所產(chǎn)生的行為、反

44、映及數(shù)據(jù)都必須一再地試驗(yàn)。所謂的測試用例就是將系統(tǒng)測試的行為活動(dòng)，做一個(gè)科學(xué)化的組織歸納。而實(shí)際軟件測試用例的目的，就是為了能將軟件測試的行為轉(zhuǎn)換為可管理的模式。基于時(shí)間因素的考慮，軟件測試行為必須能夠加以量化，才能進(jìn)一步讓管理階層掌握所需要的測試時(shí)程，而測試用 例就是將測試行為具體量化的方法之一。 簡單來說，測試用例就是設(shè)計(jì)一個(gè)情況，軟件程序在這種情況下，必須能夠正常運(yùn)行， 并且達(dá)到程序所設(shè)計(jì)的執(zhí)行結(jié)果。如果程序在這種情況下不能正常運(yùn)行且重復(fù)發(fā)生，那就表示系統(tǒng)程序有缺陷存在。4.1 測試基本內(nèi)容本節(jié)主要介紹了測試的各個(gè)內(nèi)容。4.1.1 測試方法與儀器聲源定位測試方法：將聲源放在坐標(biāo)紙上的任意

45、坐標(biāo)，不讓聲源發(fā)聲，記錄是否顯示坐標(biāo)值O（x0,y0）。然后啟動(dòng)聲源，讓聲源發(fā)出1s左右的聲音信號(hào)，記錄是否顯示出坐標(biāo)值O（x1,y1）。最后按鍵讓該系統(tǒng)運(yùn)行，通過LCD顯示屏顯示出來，測量后對比。儀器：直尺，萬用表。4.1.2 測試數(shù)據(jù)完整性聲音定位數(shù)據(jù)如圖4-1所示：測試編號(hào)聲源坐標(biāo)（x,y）測量坐標(biāo)（x,y）1（100,100）（113,121）2（150,150）（165,141）3（200,250）（215,264）4（250,300）（270,284）5（300,350）（314,367）圖4-1聲音定位數(shù)據(jù)4.1.3 測試結(jié)果分析測試結(jié)果與實(shí)際存在一定的誤差，因聲速會(huì)隨外界環(huán)境的

46、不同而不同。聲音的傳播速度不僅與介質(zhì)有關(guān)，還與溫度有關(guān)，溫度升高時(shí)在空氣中的傳播速度加快，溫度降低時(shí)，在空氣中的傳播速度變慢。在空氣中，音速又會(huì)依空氣之狀態(tài)(如濕度、溫度、密度)不同而有不同數(shù)值。如攝氏零度之海平面音速約為331.5m/s(1193km/h)；一萬米高空之音295m/s(1062km/h)；另外每升高1攝氏度，音速就增加0.607m/s。故溫度越高，音速越大。氣體中聲速每秒約數(shù)百米，隨溫度升高而增大，0時(shí)海平面高度空氣中聲速為331.4米秒，15時(shí)為340米秒，溫度每升高1，聲速約增加0.6米秒。在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)算中我們所用的聲速為340m/s。這樣計(jì)算出來的結(jié)果與實(shí)際值之間不可避

47、免的產(chǎn)生了誤差，但這種誤差是允許存在的，且對結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生很大的影響。經(jīng)測試最終能夠滿足基本要求。4.2 系統(tǒng)優(yōu)化本節(jié)介紹系統(tǒng)的優(yōu)化的各個(gè)內(nèi)容。4.2.1 程序優(yōu)化主要把程序進(jìn)行了改進(jìn)，并且是程序精簡了許多，加入了一些函數(shù)和嵌套，使得程序更加的緊密，優(yōu)化。函數(shù)優(yōu)化：原本使用函數(shù)millis()改為pulseIn()函數(shù)，使計(jì)算聲音傳播的時(shí)間由毫秒級(jí)進(jìn)步到微秒級(jí)，是測量結(jié)果更加精確。millis()函數(shù)是可獲取機(jī)器運(yùn)行的時(shí)間長度，單位ms。pulseIn()函數(shù)用來讀取一個(gè)引腳的脈沖（HIGH或LOW）。例如，如果value是HIGH，pulseIn()會(huì)等待引腳變?yōu)镠IGH，開始計(jì)時(shí)，再等待引腳

48、變?yōu)長OW并停止計(jì)時(shí)。返回脈沖的長度，單位毫秒。如果在指定的時(shí)間內(nèi)無脈沖函數(shù)返回。計(jì)時(shí)范圍從10微秒至3分鐘。（1秒=1000毫秒=1000000微秒）語法：pulseIn(pin, value)pulseIn(pin, value, timeout)參數(shù)：pin:你要進(jìn)行脈沖計(jì)時(shí)的引腳號(hào)（int）。 value:要讀取的脈沖類型，HIGH或LOW（int）。 timeout (可選）：指定脈沖計(jì)數(shù)的等待時(shí)間，單位為微秒，默認(rèn)值是1秒（unsigned long）。4.2.2 實(shí)體優(yōu)化對一下內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化：濾波優(yōu)化：考慮到會(huì)有一些相同頻率的聲音進(jìn)行干擾，濾波是信號(hào)處理中的一個(gè)重要概念。濾波分經(jīng)

49、典濾波和現(xiàn)代濾波。經(jīng)典濾波的概念，是根據(jù)傅里葉分析和變換提出的一個(gè)工程概念。根據(jù)高等數(shù)學(xué)理論，任何一個(gè)滿足一定條件的信號(hào)，都可以被看成是由無限個(gè)正弦波疊加而成。換句話說，就是工程信號(hào)是不同頻率的正弦波線性疊加而成的，組成信號(hào)的不同頻率的正弦波叫做信號(hào)的頻率成分或叫做諧波成分。只允許一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)成分正常通過，而阻止另一部分頻率成分通過的電路，叫做經(jīng)典濾波器或?yàn)V波電路。濾波電路圖如圖4-2所示：當(dāng)流過電感的電流變化時(shí)，電感線圈中產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢將阻止電流的變化。當(dāng)通過電感線圈的電流增大時(shí)，電感線圈產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢與電流方向相反，阻止電流的增加，同時(shí)將一部分電能轉(zhuǎn)化成磁場能存儲(chǔ)于電感之中；當(dāng)

50、通過電感線圈的電流減小時(shí)，自感電動(dòng)勢與電流方向相同，阻止電流的減小，同時(shí)釋放出存儲(chǔ)的能量，以補(bǔ)償電流的減小。因此經(jīng)電感濾波后，不但負(fù)載電流及電壓的脈動(dòng)減小，波形變得平滑，而且整流二極管的導(dǎo)通角增大。在電感線圈不變的情況下，負(fù)載電阻愈小，輸出電壓的交流分量愈小。只有在RL>>L時(shí)才能獲得較好的濾波效果。L愈大，濾波效果愈好。另外，由于濾波電感電動(dòng)勢的作用，可以使二極管的導(dǎo)通角接近，減小了二極管的沖擊電流，平滑了流過二極管的電流，從而延長了整流二極管的壽命。圖4-2濾波電路電路圖外界環(huán)境優(yōu)化：由于聲音的傳播速度和環(huán)境有很大關(guān)系，在不同環(huán)境和不同介質(zhì)的情況下其傳播速度也是不同的，氣體中聲

51、速每秒約數(shù)百米，隨溫度升高而增大，0時(shí)海平面高度空氣中聲速為331.4米秒，15時(shí)為340米秒，溫度每升高1，聲速約增加0.6米秒。所以，要選擇，無風(fēng)，溫濕度適宜的環(huán)境來進(jìn)行，這樣不僅可以大大減少誤差，也可以大幅度提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使系統(tǒng)測量的數(shù)據(jù)更加的精確等。線路優(yōu)化：優(yōu)化了線路，把線路的連接加固了一下，并且清除了一下虛連和斷連現(xiàn)象，把連接的結(jié)構(gòu)更加精簡和美化。4.3 本章小結(jié)本章主要對此系統(tǒng)進(jìn)行了各個(gè)模塊的測試，對聲控定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的測試主要使 用黑盒測試法和白盒測試法。第一階段主要使用白盒測試法，測試的主要內(nèi)容是：是否能正常運(yùn)行；是否能正常操作；第二階段主要使用黑盒測試法，測試的主

52、要內(nèi)容是：是否實(shí)現(xiàn)了本系統(tǒng)的定位功能。最后還對本系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化了程序，算法，硬件電路和連接方式等，使系統(tǒng)的可靠性大大提高。結(jié) 論經(jīng)過這么長的時(shí)間來對系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)，使我對聲控定位系統(tǒng)有了全面的了解與認(rèn)識(shí)，在韓建輝老師的指導(dǎo)下完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。下面是我對本系統(tǒng)的一些總結(jié)：1系統(tǒng)的特點(diǎn)，本系統(tǒng)是一個(gè)利用可見聲來進(jìn)行定位的系統(tǒng)，采用基于Arduino的單片機(jī)作為主控芯片來制作的一個(gè)小型的聲控定位平臺(tái)。本系統(tǒng)從功能上來說，是用來定位用的。并且可以在液晶顯示屏上顯示出來。2系統(tǒng)的不足和改進(jìn)，本系統(tǒng)基本上滿足了基本定位顯示聲源位置的需要。實(shí)現(xiàn)了定位要求的功能。在界面上力求做到美觀明了、在操

53、作方面盡量避免由于外界環(huán)境和線路連接導(dǎo)致系統(tǒng)的出錯(cuò)現(xiàn)象。但由于時(shí)間倉促，本系統(tǒng)還存在一些不足之處，外表不夠美觀，需要進(jìn)一步修飾和美化；線路的集成化可以進(jìn)一步規(guī)范化，減少連接線冗余現(xiàn)象。3設(shè)計(jì)收獲與心得，畢業(yè)設(shè)計(jì)是最能體現(xiàn)我們所學(xué)知識(shí)的時(shí)候，是對我們大學(xué)四年所學(xué)理論知識(shí)的一次鞏固和提高。設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的過程不僅是對我學(xué)過的知識(shí)的一次應(yīng)用，更是對我綜合處理問題、解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)和鍛煉。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我對系統(tǒng)開發(fā)有了深入的了解，我的編程能力也有了較大的提高。我在設(shè)計(jì)過程中也遇到了很多困難，但是通過指導(dǎo)老師和同學(xué)的幫助以及自己的努力，最終還是順利地完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。雖然，畢業(yè)設(shè)計(jì)只有短暫的幾個(gè)月，

54、但卻使我充分認(rèn)識(shí)到自身還存在很多不足的地方，還需要不斷的努力來充實(shí)自己、完善自己，只有這樣才能學(xué)無止境，以求得更大的發(fā)展。致 謝在畢業(yè)論文結(jié)束，畢業(yè)設(shè)計(jì)完成之際，首先向在這半年中給予我?guī)椭漠厴I(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師韓劍輝老師致以深深的謝意。韓老師在教學(xué)任務(wù)繁忙的情況下，抽出時(shí)間幫助糾正我在設(shè)計(jì)當(dāng)中出現(xiàn)的問題，并耐心地為我的論文作校正。他對我的支持，不僅是技術(shù)上的，還有心理上的鼓勵(lì)和督促，他的指導(dǎo)和建議使我受益匪淺，沒有他的幫助和指導(dǎo)，就不會(huì)有我今天的成果。四年時(shí)間過的很快，轉(zhuǎn)順即逝，回首過去，有成功過，有失敗過，也有太多的時(shí)間在貪圖安逸，導(dǎo)致在做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)候發(fā)現(xiàn)自己專業(yè)知識(shí)有太多的不足。昨天，永遠(yuǎn)屬于

55、過去，過去不管成功或失敗，永遠(yuǎn)屬于死神，未來是屬于自己。今天，我找到了正確的方向，不斷增強(qiáng)自身的專業(yè)能力才是長久安逸之道，才能在這個(gè)社會(huì)生存，計(jì)算機(jī)專業(yè)與別的專業(yè)有所不同，它更新速度很快，所以人生路漫漫，應(yīng)不斷學(xué)習(xí)，不斷進(jìn)步。不管未來怎么樣，我始終堅(jiān)持著一點(diǎn)：努力不一定成功，放棄就一定失敗。最后向關(guān)心和支持我學(xué)習(xí)的所有領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)和朋友們表示真摯的謝意！感謝他們對我的關(guān)心、關(guān)注和支持！參考文獻(xiàn)1 劉煥成.工程背景下的單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì).清華大學(xué)出版社.20082 高洪志.MCS-單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)編程.人民郵電出版社.20093 何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編.北京航空航天大學(xué)出版社.19944 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù).清華大學(xué)出版社.19965 于用.51單片機(jī) C語言常用模塊.電子工業(yè)出版社.20036 劉迎春.MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用教程.清華大學(xué)出版社.20057 楊恢先，黃輝先.單片機(jī)原理及應(yīng)用.人民郵電出版社.20068 徐愛鈞.單片機(jī)高級(jí)語言C51應(yīng)用程序設(shè)計(jì).電子工業(yè)出版社.19989 李光飛.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo).北京航空航天大學(xué)出版社.200710 周航.單片機(jī)在七彩霓虹燈設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.遼寧大學(xué)學(xué)報(bào).201111 唐繼賢.51單片機(jī)工程應(yīng)用實(shí)例.北京航