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1、 2012 年 15 省 赛 区 大 学 生 电 子 设 计 TI 杯 竞 赛 试 题参赛注意事项（1 ） 2012 年 8 月 5 日 8:00 竞赛正式开始。本科组参赛队只能在 A、B、C、D、E 题目中任选一题；高职高专组参赛队原则上在 F、G、H 题中任选一题，也可以选择其他题目。（2 ）参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件（如学生证）随时备查。（3 ）每队严格限制 3 人，开赛后不得中途更换队员。（4 ）竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必
2、须迴避，对违纪参赛队取消评审资格。（5 ） 2012 年 8 月 7 日 20:00 竞赛结束，上交设计报告、制作实物及登记表 ，由专人封存。声音定位系统（D 题）【本科组】一、任务 设计一套声音定位系统。在一块不大于 1m2 的平板上贴一张 500mm350mm 的坐标纸，在其四角外侧分别固定安装一个声音接收模块，声音接收模块通过导线将声音信号传输到信息处理模块，声音定位系统根据声响模块通过空气传播到各声音接收模块的声音信号，判定声响模块所在的位置坐标。系统结构示意图如图 1 所示。图 1 声音定位系统结构示意图二、要求1. 基本要求(1) 设计制作一个声响模块，含信号产生电路、放大电路和微
3、型扬声器等，每按键一次发声一次，声音信号的基波频率为 500Hz 左右，声音持续时间约为 1s。要求声响模块采用 3V 以下电池供电，功耗不大于 200mW。(2) 设计制作四路声音接收模块，由麦克风、放大电路等组成，并分别与信息处理模块相连接，以便将频率为 500Hz 左右的信号传送至信息处理模块。(3) 设计制作一个信息处理模块，要求该模块能根据从声音接收模块传来的信号判断声响模块所在位置的 x、y 坐标，并以数字形式显示 x、y 坐标值，位置坐标值误差的绝对值不大于 30mm。2. 发挥部分(1) 改善接收信号的放大电路性能，改进算法，进一步提高定位精度。(2) 控制声响模块以不间断的连
4、续周期波的形式发出声音信号，其基波频率为 500Hz左右。当声响模块在坐标纸上移动时，声音定位系统能连续跟踪显示声响模块的 x、y 坐标值，随机停止声响模块的移动，能立即稳定地显示声响模块的 x、y 坐标值，误差的绝对值不大于 10mm。(3) 具有显示声响模块移动轨迹的功能。当声响模块在坐标纸上按指定路径移动时，液晶显示屏能动态显示声响模块移动的轨迹，显示的轨迹与声响模块移动的路径一致。(4) 其它。三、说明1. 注意预留测量声响模块功耗的电流电压和信号放大电路输出信号的测试点。2. 采用三个声音接收模块即可实现定位，第四个模块可对定位作进一步校正。3. 不允许声响模块与其他电路有任何连接，
5、并要求在声响模块上做出明显标记，以便清晰判读模块所在坐标数值。4. 声响模块移动轨迹的显示要求采用分辨率不低于 12864 的液晶显示屏。5. 注意声音通过其它传播介质带来的影响。四、评分标准项 目 主要内容 满分系统方案 声音定位系统总体方案设计 2理论分析与计算声响模块分析、计算声音接收放大器分析、计算数据处理原理分析、计算5电路与程序设计声响模块电路设计声音接收放大器电路设计测量、数据处理电路设计程序设计及其流程图8测试方案与测试结果测试方法与仪器测试数据完整性测试结果分析3设计报告结构及规范性摘要设计报告正文的结构图表的规范性2设计报告总分 20基本要求实际制作完成情况 50完成第（1
6、）项 12完成第（2）项 16完成第（3）项 12其它 10发挥部分总分 50声音定位的一种常用的方法(时间差法): 通过测量声音信号到达两个不同锚节点(声音接收模块 )的时间差来计算未知节点(声响模块)位置。原理如图下：其中,r 12 表示未知节点到达锚节点 1 的距离与未知节点到达锚节点 2 的距离差 , r23 表示未知节点到达锚节点 2 的距离与未知节点到达锚节点 3 的距离差,三个锚节点的坐标与未知节点坐标分别为:锚节点 1:(x1,y1)锚节点 2:(x2,y2)锚节点 3:(x3,y3)未知节点坐标:(x,y)未知节点到达锚节点的时间为 t1、t 2 和 t3,则未知节点与锚节点的距离差分别为:r12=r1-r2=c*t1-c*t2=c(t1- t2)r23=r2-r3=c*t2-c*t3=c(t2- t3)上式中 C 为声音在空气中的传播速度，一般为 340m/s.由此可以建立双曲线方程组,如公式如下所示：通过数学的方法求解双曲线方程组可以得到未知节点的置。本系统中如何得到 r12 , r23?声音速度已知，知道声音到达各节点的时间差就可以得到相应的距离差，从而得到方程组求解！利用 MSP430 如何实现测量时间差 T1=t 1- t2, T1=t 2- t3？发声及接受模块信号时序图：ADBCS开启定时器 TT声音脉冲计算显示
