声音采集电路设计论文提纲

论文题目：安防声像采集装置设计

摘要：近年来,随着全球性经济的蓬勃发展,意外事件的爆发随之增多,全球关注的焦点已经趋向于维护公共安全。从前倾向于采取事后监测的措施对犯罪对象予以监控,如今随着局势发展,事先预防在所难免。因此,借助专业技术手段对监控对象进行识别和分析应运而生。目前国内针对声源方位判断和目标视频数据采集的研究较少,其在安防声像采集装置中的模块化应用更加匮乏。因此研究并实现高效的安防声像采集装置对维护公共安全、保障人民出行具有重要的现实意义。本文在深入研究双耳效应和听觉掩蔽现象的基础上,充分调研分析了国内外同类产品的设计与实现方法,提出了以实现声音信号采集与摄像头根据声源方位旋转为目标的设计方案。将安防声像采集装置划分为声音信号采集、声音信号处理以及摄像头定位声源方位这几个主要模块。其中,各功能模块以单片机作为控制核心,连接上位机系统与实体装置,实现了总体系统的目标功能,即接收声源信号参数并以此为依据控制摄像头的旋转方位、旋转角度、旋转速率和启停等。依据整个系统的功能分析,本文设计并实现了完整装置的各项功能:采用隔音性能良好的吸音壁纸作为制作声源隔音装置的材料,搭建内部吸收目标声源且外部反射干扰声源的隔音装置;针对实现输出与声波相对应的电压信号以作为反应声音幅值与变化的依据,提出了设计以驻极体电容话筒为核心的声音信号采集电路;针对实现直观比较声音大小与分析参数相关性的目的,将采集到的声音信号通过放大电路、整形电路与A/D转换等信号处理后,由单片机接收数字量参数并存储;针对实现摄像头能够定位声源从而高效智能地采集视频数据,提出以单片机作为控制核心以实现各部分功能模块的联结与控制。搭建了各部分硬件设计模块,包括步进电机驱动、声音信号传输、数码管显示、按键输入、延时与USB供电等;在Keil μVision4环境下进行系统模块化结构软件设计。最后,在实验室环境下进行了声音信号采集与摄像头定位声源方位的功能测试。根据R语言曲线拟合函数的基本原理将声源信号参数进行RGui函数拟合,利用拟合函数进行测试角度计算,得到与真实测量值在合理误差范围内的结果。在OriginPro 8.5环境下分析并绘制由拟合函数得到的计算角度与真实测试角度之间的对比曲线图。分析实验结果得出结论,即测试角度与测试数据之间存在一定的线性相关关系,可以根据三个方向上数值的相对大小来估测声源方向,验证了声音信号采集模块的功能完整性。依据声音信号参数与测试角度之间的相关性,测试基于单片机控制的摄像头的旋转方向、旋转角度、旋转速率与启停等。测试结果表明,系统各项功能指标均满足设计需求,验证了设计方案的可行性与完整性。

关键词：声音采集;信号处理;单片机;步进电机;摄像头

学科专业：电气工程（专业学位）

致谢

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 课题研究现状及发展趋势

1.2.1 国内外视频监控设备发展现状及趋势分析

1.2.2 国内外声音信号采集研究现状分析

1.3 主要研究工作及论文安排

2 声像采集功能分析及总体设计

2.1 相关理论知识的研究

2.1.1 双耳效应

2.1.2 听觉掩蔽现象

2.1.3 步进电机驱动控制基本原理分析

2.2 总体功能分析

2.3 系统设计框架

2.4 总体设计方案

2.5 本章小结

3 声音信号的采集和信号处理

3.1 声音信号采集装置总体设计

3.1.1 驻极体电容传声器特性

3.1.2 驻极体电容话筒接入电路方案比较

3.1.3 声源定向装置安装设计

3.2 隔音装置总体设计

3.2.1 隔音材料选材调研

3.2.2 隔音装置设计

3.3 声音信号处理

3.3.1 声音信号运放电路方案比较

3.3.2 处理声音信号的电路设计

3.3.3 声音信号的A/D转换与传输

3.4 本章小结

4 摄像头定位声源系统的设计与实现

4.1 摄像头定位声源系统原理图

4.2 声音信号参数输入

4.3 MCU最小系统电路设计

4.3.1 复位电路设计

4.3.2 时钟电路设计

4.3.3 上拉电阻设计

4.4 驱动电路设计

4.4.1 驱动电路方案比较

4.4.2 ULN2003驱动电路设计

4.5 LED显示模块设计

4.5.1 声音信号参数显示

4.5.2 摄像头旋转状态显示

4.6 USB供电电路设计

4.7 键盘按键的电路设计

4.7.1 键盘按键的机械弹跳特性

4.7.2 键盘按键的确认

4.7.3 键盘按键的工作方式选择

4.8 蜂鸣器设计

4.9 摄像头组装设计

4.10 本章小结

5 软件设计与功能测试

5.1 模块化结构软件设计

5.1.1 主程序软件设计

5.1.2 子程序软件设计

5.2 程序模块

5.2.1 换向数列

5.2.2 声音信号处理与输入模块

5.2.3 步进电机驱动模块

5.2.4 LED显示模块

5.2.5 延时模块

5.2.6 按键模块

5.3 R语言曲线拟合函数

5.3.1 R语言特点

5.3.2 R语言统计

5.3.3 R语言函数

5.4 功能测试

5.4.1 声音信号采集功能测试

5.4.2 摄像头旋转功能测试

5.5 结果分析

5.6 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

参考文献