1.设计方案工作原理

       为了实现声源的定位和跟踪，同时最大效率地保证声源定位和声源跟踪的准确性，本设计制作的声源定位跟踪系统，通过麦克风接收声源信号，主控芯片STM32对信号处理计算，使定位模块，显示模块，跟踪模块高效地结合，来完成声源的定位跟踪。
       本设计的系统结构框图如图1所示，锂电池和稳压电路组成的电源模块能够提供稳定的3.3V和5V电压，保证系统各个模块的正常运行。主控模块由以STM32F407为核心的最小系统板组成，同时负责信号的采集和数据处理；声源接收模块把音频信号转换为电信号，经过信号调理模块并把信号放大，使其达到单片机ADC 参考电压范围；单片机对采样后的数据进行处理，将定位结果发送到显示模块，当声源位置发生变化时，舵机根据主控芯片发送的PWM波转动声源跟踪模块，使激光笔对准声源，并持续跟踪。

2.核心部件电路设计

       本设计系统硬件框图如图2所示。其系统硬件主要由稳压电路、STM32主控制单元、信号调理电路、电源、OLED显示模块、舵机驱动控制模块等构成。各模块相互协作，实现声源定位跟踪的需求。

2.1 电源稳压电路

       电源稳压模块采用MP1584为核心的稳压电路能够稳定的提供5v的稳定电压，为单片机和舵机模块等进行供电，保证系统各个模块的正常运作，确保定位和跟踪的准确性。稳压电路图如图4所示。

2.2 麦克风信号接收调理电路

       考虑到单片机 ADC 参考电压范围和麦克风原始信号幅值大小，系统设计了放大电路对麦克风接收信号进行调理，采用以MAX9814芯片为核心的麦克风放大接收模块，其电路图如图5所示。

2.3 声源跟踪电路

       声源跟踪电路以舵机为核心。可以给舵机输入不同的信号，来控制其旋转到不同的角度。舵机接收的是PWM信号，当信号进入内部电路产生一个偏置电压，触发电机通过减速齿轮带动电位器移动，使电压差为零时，电机停转，给舵机一个特定的PWM信号，舵机就能旋转到指定的位置。PWM波从信号线输入给舵机，舵机接收的PWM信号频率为50HZ，即周期为20ms。当高电平的脉宽在0.5ms-2.5ms之间时舵机就可以对应旋转到不同的角度。舵机接入电路图如图6所示。

3. 系统软件设计分析

       本系统由STM32单片机进行编程。单片机主要功能ADC采集以及PWM波输出。软件框图如图8所示。声源信号由麦克风接收，经过调理后进入 S T M32 中进行 A D 转换，再传输到 STM32 的内存中，最后将 DMA 缓冲区中三个通道的数据进行分离并保存；由于前置放大器会对信号产生直流偏置，需对采集到的信号进行一些预处理操作。同时根据短时平均幅度，判断采集到的数据是否含有有效的声音信号；利用广义互相关算法得到时延，再利用几何定位法计算出声源的位置，完成后显示结果；根据定位结果发送PWM波驱动舵机转动，使其对准声源，并持续跟踪。