CN102541080A - 一种具有声源定位功能的移动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有声源定位功能的移动装置，包括转轮、电机驱动模块、声音接收模块、信号放大模块、峰值保持模块以及微处理器。该声音接收模块接收声音信号，该声音信号经信号放大模块放大后通过峰值保持模块保持，然后再传送至该微处理器，该微处理器根据声音信号判断声源方向，并通过电机驱动模块驱动转轮，进而控制该移动装置向声源方向移动。相对于现有技术，本发明的移动装置可简单快速的判断声源方向。

Description

一种具有声源定位功能的移动装置

技术领域

本发明涉及一种移动装置，尤其是涉及一种具有声源定位功能的移动装置。

背景技术

大多数的机器人或者移动装置都具有声源定位系统来根据声源定位。目前，一般的声源定位系统包括声音接收器、信号放大电路、时差测量电路及单片机控制电路。声音接收器接收到声音信号后通过信号放大电路放大并传送至时差测量电路。时差测量电路分辨各路声音信号的时差，单片机控制电路通过时差测量电路的时差信号发出控制信号控制机器人或移动装置移动。但是，采用对各路声音进行时差测量的方式来定位方向需要较复杂的运算方式，对单片机的处理要求较高，对信号处理的时长较长。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种可简单快速的声源定位的移动装置。

本发明是通过以下的技术方案实现的：一种具有声源定位功能的移动装置，包括转轮、电机驱动模块、声音接收模块、信号放大模块、峰值保持模块以及微处理器。该声音接收模块接收声音信号，该声音信号经信号放大模块放大后通过峰值保持模块保持，然后再传送至该微处理器，该微处理器根据声音信号判断声源方向，并通过电机驱动模块驱动转轮，进而控制该移动装置向声源方向移动。

相对于现有技术，本发明通过峰值保持模块使得采样的声音信号更加精确。同时，本发明的移动装置的声源定位控制方法简单，成本较低，具有广泛应用的前景。

为了能更清晰的理解本发明，以下将结合附图说明阐述本发明的具体实施方式。

附图说明

图1是本发明具有声源定位功能的移动装置的结构框图。

图2是图1所示声音定位系统10的具体电路示意图。

具体实施方式

请参阅图1，其是本发明具有声源定位功能的移动装置的结构框图。本发明的移动装置包括转轮11、电机驱动模块12、声音接收模块13、信号放大模块14、峰值保持模块15以及微处理器16。该声音接收模块13、信号放大模块14、峰值保持模块15和微处理器16组成声音定位系统10。该声音接收模块13分别从该移动装置的前后左右四个方向接收声音信号，该声音信号经信号放大模块14放大后通过峰值保持模块15保持在电路中，然后再传送至微处理器16。微处理器分别对四个方向的声音信号取平均值，判定最大平均值对应的方向为声源方向，从而通过电机驱动模块12驱动转轮11的转动，控制该移动装置向声源方向移动。

请参阅图2，其是声音定位系统10的具体电路示意图。

该声音接收模块13包括4个麦克风132，每个麦克风分别通过一电阻133接入直流电源Vcc。该信号放大模块14包括二IC芯片142，该4个麦克风132分别与由一电容134和一电阻135组成的滤波电路串接后接入IC芯片142的正极引脚，同时该4个麦克风132分别与该电容134和电阻135串接后分别通过电阻136接地。该IC芯片142的负极引脚分别通过一电容143接地。该4个麦克风132的声音信号通过电容134和电阻135滤波后传送至IC芯片142，由该IC芯片142将声音信号放大后分别传送至峰值保持模块15。

该峰值保持模块15包括4个峰值保持电路152，分别用以处理4个麦克风132的声音信号。每一个峰值保持电路152包括一第一比较器154、一第一三极管155、一电容156、一第二比较器157和一第二三极管158。该第一比较器154的信号输入端与IC芯片142的信号输出端连接；该第一比较器154的信号输出端接入第一三极管155的基极；该第一三极管155的发射极与一电阻串接后接入该第二比较器157的信号输入端，同时该第一三极管155的发射极与该电容156串接；该第二比较器157的信号输出端接入该微处理器16的一引脚，同时该第二比较器157的信号输出端和反馈端接回至该第一比较器154的反馈端；该第二三极管158的发射极和集电极分别接入该电容156两端；该第二三极管158的基极通过一电阻接入该微处理器16的一引脚。放大后的声音信号在第一比较器154中与第一三极管155的导通电压相比较，当大于第一三极管155的导通电压时，第一三极管155导通，电容156充电，从而使峰值信号的峰值电压保持在电容156中。电容156中的峰值电压通过第二比较器157传送至微处理器16中。同时，微处理器16可对第二三极管158加一高电平，使得电容156的电量迅速放出，为下次信号采集做准备。

该微处理器16分别接收4个麦克风132采集的声音峰值模拟信号，通过其A/D转换程序将模拟信号转换成为数字信号，并用程序剔除杂音干扰信号。该微处理器16在一个采样周期内对4个麦克风132接收到的声音信号分别求出其平均值，然后对4个平均值做比较，判断平均值最大的那个的麦克风132对应的方向为声源方向。若其中有两个相等的最大平均值，则判断该两个最大平均值对应的麦克风132对应方向角度的平均值为声源方向。

该电机驱动模块12包括至少两个驱动电路122，每个驱动电路122包括一电机124，微处理器16发出的驱动电流通过多个三极管转换成交流电以驱动电机124的正转或反转，从而进一步驱动转轮11的前、后、左、右的运动。

进一步，为了更精确的控制电机124的转速及矫正该移动装置的运动轨迹，该微处理器16采用了如下的PID环闭控制方法。

该PID环闭控制方法的具体算法为：

$\mathrm{\μ}\left(t\right)=K_P[e\left(t\right)+\frac{1}{T_1}{\∫}_0^{t}e\left(t\right)\mathrm{dt}+T_D\frac{\mathrm{de}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}]+{\mathrm{\μ}}_0$

由于该微处理器16基于采样控制理论，所以将控制模型离散化：以T为采样周期，k为采样序号，用求和的形式代替积分，用增量的形式(求差)代替微分，这样可以将连续的PID计算公式转换成下述离散公式：

${\mathrm{\μ}}_k=K_P{e}_k+K_i\underset{j=0}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{e}_j+K_D(e_k-e_{k-1})+{\mathrm{\μ}}_0$

该微处理器16根据上述PID算法，将信号峰值采样输入作为当前输入，然后与设定值进行相减得偏差e_k，然后再对之进行PID运算产生输出结果F_out，然后让F_out调整电机124的转速，矫正该移动装置的运动轨迹，实现系统的PID控制。该PID控制方法一方面通过比例公式能迅速反应误差，从而减小稳态误差。另一方面只要系统有误差存在，积分控制器就不断地积累，输出控制量，以消除误差。同时可通过微分控制器控制减小超调量，克服振荡，使系统的稳定性提高，同时加快系统的动态响应速度，减小调整时间，从而改善系统的动态性能。

相对于现有技术，本发明通过峰值保持模块使得采样的声音信号更加精确。同时，通过比较声音接收模块中的各路麦克风的信号平均值的强弱来确定声源方向，控制方法简单，成本较低，具有广泛应用的前景。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (4)

1.一种具有声源定位功能的移动装置，其特征在于：包括转轮、电机驱动模块、声音接收模块、信号放大模块、峰值保持模块以及微处理器，该声音接收模块接收声音信号，该声音信号经信号放大模块放大后通过峰值保持模块保持，然后再传送至该微处理器，该微处理器根据声音信号判断声源方向，并通过电机驱动模块驱动转轮，进而控制该移动装置向声源方向移动。

2.根据权利要求1所述的移动装置，其特征在于：该声音接收模块包括4个分别设置在该移动装置的前、后、左、右方向的麦克风，该峰值保持模块包括4个峰值保持电路，该4个麦克风分别独立接收声音信号，该4个声音信号分别经信号放大模块放大后分别通过独立的峰值保持电路保持，然后再传送至该微处理器，该微处理器根据该4个麦克风对应的声音信号的强弱判断声源方向。

3.根据权利要求2所述的移动装置，其特征在于：该微处理器分别接收4个麦克风采集的声音峰值模拟信号，通过未处理器的A/D转换程序将模拟信号转换成为数字信号，并剔除杂音干扰信号，该微处理器在一个采样周期内对个麦克风接收到的声音信号分别求出其平均值，然后对4个平均值做比较，判断平均值最大的那个的麦克风对应的方向为声源方向。

4.根据权利要求2所述的移动装置，其特征在于：该峰值保持电路包括一第一比较器、一第一三极管、一电容、一第二比较器和一第二三极管，经信号放大模块放大后的声音信号传送至该第一比较器的信号输入端，该第一比较器的信号输出端接入第一三极管的基极，该第一三极管的发射极接入该第二比较器的信号输入端，同时该第一三极管的发射极与该电容串接，该第二比较器的信号输出端接入该微处理器的一引脚，该第二比较器的信号输出端和反馈端接回至该第一比较器的反馈端，该第二三极管的发射极和集电极分别接入该电容两端，该第二三极管的基极接入该微处理器的另一引脚。

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