一种基于麦克风阵列的声源定位系统

1.本实用新型涉及声源定位系统技术领域，特别涉及一种基于麦克风阵列的声源定位系统。


背景技术：

2.麦克风作为声音信号尤其是语音信号采集的一种常用声电换能器，在多媒体会议、教学、通信、机械设备振动与噪声检测、军事指挥侦察等领域有着广泛应用。目前市场上音频采集相关产品，以单个麦克风作为音频信号采集单元的产品为主，一些高端产品采用了各种形式的麦克风阵列作为音频信号采集、处理的传感器。阵列中的每个麦克风为一个“阵元”，利用多个“阵元”采集的信息冗余获得更多关于声源的信息。
3.声源定位系统能够确定一个声源在空间中的位置，目前，声源定位系统结构复杂，无法快速直观的显示声源的方位。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种基于麦克风阵列的声源定位系统，能够快速直观的显示声源的方位。
5.本实用新型解决其技术问题的解决方案是：
6.一种基于麦克风阵列的声源定位系统，包括：麦克风阵列模块，用于采集声源的语音信号；放大模块，所述麦克风阵列模块与所述放大模块电连接，所述放大模块用于放大所述麦克风阵列模块采集的语音信号；微处理器模块，所述放大模块与所述微处理器模块电连接，所述微处理器模块用于根据放大后的语音信号，确定所述声源的方位；led方位显示模块，所述led方位显示模块与微处理器模块电连接，所述led方位显示模块用于显示所述声源的方位。
7.根据本实用新型的一些实施例，所述放大模块包括音频放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容和第二电容；所述音频放大器的电源端与第一供电电压连接并通过所述第一电容接地；所述音频放大器的agc门限控制端与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端接地；所述音频放大器的偏置输出端通过所述第一电阻连接所述麦克风阵列模块的输出端；所述音频放大器的偏置输出端还与第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端连接；所述音频放大器的音频输入端通过所述第二电容连接所述麦克风阵列模块的音频输出端；所述音频放大器的音频输出端与所述微处理器模块的信号输入端连接。
8.根据本实用新型的一些实施例，所述放大模块还包括控制开关；所述控制开关的第一输入端和第二输入端均与第一供电电压连接；所述控制开关的第一输入端与所述音频放大器的agc启动与释放时间控制端连接；所述控制开关的第二输入端与所述音频放大器的增益控制端连接；所述控制开关的第一输出端和第二输出端接地。
9.根据本实用新型的一些实施例，led方位显示模块包括四个发光单元，所述发光单
元包括mos管和4个led灯珠；所述mos管的源极与第二供电电压连接；所述mos管的漏极与四个所述led灯珠的输入端连接；四个所述发光单元的mos管的栅极分别与所述微处理器模块的四个主控制端连接；每个所述发光单元的四个led灯珠分别与微处理器模块的四个次控制端连接。
10.根据本实用新型的一些实施例，还包括麦克风供电模块，所述麦克风供电模块包括第一稳压器、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容和第一电感；所述第一稳压器的电源端与电源电压连接，所述第一稳压器的电源端通过所述第三电容接地，所述第四电容与所述第三电容并联；所述第一稳压器的使能端与所述第一稳压器的电源端连接；所述第一稳压器的输出端与所述第一电感的第一端连接，所述第一电感的第二端与所述麦克风阵列模块的电源端连接，所述第一电感的第二端通过所述第五电容接地，所述第六电容与所述第五电容并联。
11.根据本实用新型的一些实施例，还包括微处理器供电模块，所述微处理器供电模块包括第二稳压器、第七电容、第八电容、第九电容和第十电容；所述第二稳压器的电源端与电源电压连接，所述第二稳压器的电源端通过所述第七电容接地，所述第八电容与所述第七电容并联；所述第二稳压器的输出端与所述微处理器模块的电源端连接，所述第二稳压器的输出端通过所述第九电容接地，所述第十电容与所述第九电容并联。
12.根据本实用新型的一些实施例，还包括机壳，所述麦克风阵列和所述led方位显示模块均设置在所述机壳上。
13.根据本实用新型的一些实施例，所述led方位显示模块包括16个led灯珠，16个所述led灯珠沿所述机壳的周向均匀分布。
14.根据本实用新型的一些实施例，所述麦克风阵列模块包括四个驻极体麦克风，四个所述驻极体麦克风沿所述机壳的周向均匀分布。
15.根据本实用新型的一些实施例，还包括四个所述放大模块，四个所述驻极体麦克风分别与四个所述放大模块连接，四个所述放大模块分别与所述微处理器模块的四个信号输入端连接。
16.上述方案至少具有以下有益效果：根据本技术实施例提供的方案，通过设置麦克风阵列模块，声源产生的语音信号能够被有效采集，语音信号被放大模块放大后，送入微处理器模块，微处理器模块能够根据语音信号快速地确定声源的方位，并利用led方位显示模块直观地显示声源的方位，因此，声源定位系统能够快速直观的显示声源的方位。
17.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
18.下面结合附图和实施例对实用新型进一步地说明；
19.图1为本实用新型实施例基于麦克风阵列的声源定位系统的系统框图；
20.图2为图1所示声源定位系统中微处理器模块的电路原理图；
21.图3为图1所示声源定位系统中放大模块的电路原理图；
22.图4为图3所示放大模块中控制开关的电路原理图；
23.图5为图1所示声源定位系统中led方位显示模块的电路原理图；
24.图6为图1所示声源定位系统中麦克风供电模块的电路原理图；
25.图7为图1所示声源定位系统中微处理器供电模块的电路原理图；
26.图8为图1所示声源定位系统的结构示意图。
具体实施方式
27.本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
28.在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
29.在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
30.本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、电连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
31.参照图1，本实用新型的一个实施例，提供了一种基于麦克风阵列的声源定位系统，包括：
32.麦克风阵列模块100，用于采集声源的语音信号；
33.放大模块200，麦克风阵列模块100与放大模块200电连接，放大模块200用于放大麦克风阵列模块100采集的语音信号；
34.微处理器模块300，放大模块200与微处理器模块300电连接，微处理器模块300用于根据放大后的语音信号，确定声源的方位；
35.led方位显示模块400，led方位显示模块400与微处理器模块300电连接，led方位显示模块400用于显示声源的方位。
36.在该实施例中，通过设置麦克风阵列模块100，声源产生的语音信号能够被有效采集，语音信号被放大模块200放大后，送入微处理器模块300，微处理器模块300能够根据语音信号快速地确定声源的方位，并利用led方位显示模块400直观地显示声源的方位，因此，声源定位系统能够快速直观的显示声源的方位。
37.参照图2，本实用新型的某些实施例，微处理器模块300采用stm32f407vgt6型号的芯片。
38.参照图1至图3，本实用新型的某些实施例，放大模块200包括音频放大器u1、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第一电容c1和第二电容c2；
39.音频放大器u1的电源端与第一供电电压连接并通过第一电容c1接地；
40.音频放大器u1的agc门限控制端与第三电阻r3的第一端连接，第三电阻r3的第二
端接地；
41.音频放大器u1的偏置输出端通过第一电阻r1连接麦克风阵列模块100的输出端；
42.音频放大器u1的偏置输出端还与第二电阻r2的第一端连接，第二电阻r2的第二端与第三电阻r3的第一端连接；
43.音频放大器u1的音频输入端通过第二电容c2连接麦克风阵列模块100的音频输出端；
44.音频放大器u1的音频输出端与微处理器模块300的信号输入端连接。
45.在该实施例中，通过在放大模块200中设置音频放大器u1对麦克风阵列模块100采集的语音信号进行预处理，使得后续模块获得幅值较大的信号；设置第一电容c1，对供电电压进行滤波，防止放大模块200受到干扰；设置第二电阻r2和第三电阻r3，第三电阻r3与agc门限控制端连接，能够为音频放大器u1的自动增益提供电压门限；设置第一电阻r1，第一电阻r1与偏置输出端连接，能够为麦克风阵列模块100提供偏置电压；设置第二电容c2，能够为麦克风阵列模块100隔离直流电；
46.可以理解的是，通过设置多个放大模块200，能够对多组来自麦克风阵列模块100的语音信号进行放大，优选地，设置有四个放大模块200，四个放大模块200中的音频放大器u1的音频输出端依次与微处理器模块300的四个信号输入端连接，微处理器模块300的四个信号输入端分别选用pa1、pa2、pa3、pa4的io口。
47.本实用新型的某些实施例，音频放大器u1的型号为max9814。
48.参照图1、图3和图4，本实用新型的某些实施例，放大模块200还包括控制开关sw1；
49.控制开关sw1的第一输入端和第二输入端均与第一供电电压连接；
50.控制开关sw1的第一输入端与音频放大器u1的agc启动与释放时间控制端连接；
51.控制开关sw1的第二输入端与音频放大器u1的增益控制端连接；
52.控制开关sw1的第一输出端和第二输出端接地。
53.在该实施例中，通过设置控制开关sw1对音频放大器u1的agc启动与释放时间，以及放大器增益进行控制，能够增加控制的有效性和便捷性。
54.参照图1、图2和图5，本实用新型的某些实施例，led方位显示模块400包括四个发光单元，发光单元包括mos管q1和4个led灯珠；
55.mos管q1的源极与第二供电电压连接；
56.mos管q1的漏极与四个led灯珠的输入端连接；
57.四个发光单元的mos管q1的栅极分别与微处理器模块300的四个主控制端连接；
58.每个发光单元的四个led灯珠分别与微处理器模块300的四个次控制端连接。
59.在该实施例中，微处理器模块300的四个主控制端分别选用pe0、pe1、pe2、pe3的io口，微处理器模块300的四个次控制端分别选用pc6、pc7、pc8、pc9的io口，第二供电电压选用3.3v电压，通过在led方位显示模块400设置mos管q1对发光单元进行控制，每一个主控制端控制对应的一个发光单元，实现组别控制，每一个次控制端控制发光单元中对应的led灯珠，每个发光单元的四个led灯珠的输入端均依次与微处理器模块300的四个次控制端连接，即依次与pc6、pc7、pc8、pc9端口连接，实现单元控制；通过组别控制和单元控制，从而实现16个led灯珠的单独控制；而且led灯珠与微处理器模块300之间串联有10k欧姆的电阻，在微处理器模块300的控制下，能够精确控制任一个led灯珠的亮灭；每个led灯珠的单独点
亮或者多个led灯珠的点亮组合，用于代表某个方位信息，因此，通过点亮特定的led灯珠，并结合判断规则，能够快速直观的显示声源的方位。
60.参照图1、图2和图6，本实用新型的某些实施例，还包括麦克风供电模块500，麦克风供电模块500包括第一稳压器u2、第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5、第六电容c6和第一电感l1；
61.第一稳压器u2的电源端与电源电压连接，第一稳压器u2的电源端通过第三电容c3接地，第四电容c4与第三电容c3并联；
62.第一稳压器u2的使能端与第一稳压器u2的电源端连接；
63.第一稳压器u2的输出端与第一电感l1的第一端连接，第一电感l1的第二端与麦克风阵列模块100的电源端连接，第一电感l1的第二端通过第五电容c5接地，第六电容c6与第五电容c5并联。
64.在该实施例中，通过在麦克风供电模块500设置第三电容c3和第四电容c4来进行滤波，减少干扰；第五电容c5、第六电容c6和第一电感l1组成lc滤波电路，减少干扰；设置第一稳压器u2，第一稳压器u2采用tps73633型号的芯片，为麦克风阵列模块100提供稳定的3.3v电压。
65.参照图1、图2和图7，本实用新型的某些实施例，还包括微处理器供电模块600，微处理器供电模块600包括第二稳压器u3、第七电容c7、第八电容c8、第九电容c9和第十电容c10；
66.第二稳压器u3的电源端与电源电压连接，第二稳压器u3的电源端通过第七电容c7接地，第八电容c8与第七电容c7并联；
67.第二稳压器u3的输出端与微处理器模块300的电源端连接，第二稳压器u3的输出端通过第九电容c9接地，第十电容c10与第九电容c9并联。
68.在该实施例中，通过在微处理器供电模块600设置第七电容c7和第八电容c8来进行滤波，减少干扰；设置第九电容c9和第十电容c10来进行滤波，减少干扰；第二稳压器u3采用ams1117型号的芯片，为微处理器供电模块600提供稳定的3.3v电压。
69.参照图8，本实用新型的某些实施例，还包括机壳700，麦克风阵列和led方位显示模块400均设置在机壳700上。
70.在该实施例中，能够保证麦克风阵列模块100采集的声源的有效性，以及更好的观察led方位显示模块400的状态。
71.参照图8，本实用新型的某些实施例，led方位显示模块400包括16个led灯珠410，16个led灯珠410沿机壳700的周向均匀分布。
72.在该实施例中，使用16个led灯珠410的点亮来显示声源的方位，16个led灯珠410均匀分布，能够精确直观地显示方位信息，而且结构简单，成本低。
73.在具体实践中，麦克风阵列模块100所在圆的轴心与16个led灯珠410所在圆的轴心重合，相邻两个led灯珠410的夹角为22.5度，方位显示准度高；具体为，机壳700共被分为16个区间，相邻两个led灯珠410的夹角为22.5度，由机壳中心指向的一个方向设为0度，并为第一个区间的起点，则所有区间形成的夹角的角度范围依次为[0度、22.5度)、[22.5度、45度)、[45度、67.5度)、[67.5度、90度)、[90度、112.5度)、[112.5度、135度)、[135度、157.5度)、[157.5度、180度)、[180度、202.5度)、[202.5度、225度)、[225度、247.5度)、[247.5度、
270度)、[270度、292.5度)、[292.5度、315度)、[315度、337.5度)和[337.5度、360度)，16个led灯珠410依次位于16个区间形成的夹角的角平分线上，根据声源的方位所属的区间，点亮该区间对应的led灯珠410，与声源的方位最接近的led灯珠410被点亮，通过点亮特定的led灯珠410，能够快速直观的显示声源的方位。
[0074]
参照图8，本实用新型的某些实施例，麦克风阵列模块100包括四个驻极体麦克风110，四个驻极体麦克风110沿机壳700的周向均匀分布。
[0075]
在该实施例中，每个驻极体麦克风110作为一个阵元，四个驻极体麦克风110组成四元十字阵，使得麦克风阵列模块100采集的声源的语音信号能够有效得出声源的方位。
[0076]
本实用新型的某些实施例，采用灵敏度为-34db的驻极体麦克风110。
[0077]
参照图3和8，本实用新型的某些实施例，还包括四个放大模块200，四个驻极体麦克风110分别与四个放大模块200连接，四个放大模块200分别与微处理器模块300的四个信号输入端连接。
[0078]
在该实施例中，四个驻极体麦克风110采用独立的放大模块200，能够提高声源的语音信号的处理效率。
[0079]
上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。