摘要关键词：声源定位；传感器阵列；无线数传；串行通信接口声源定位就是利用声波的传输特性，来确定发声对象的空间位置的技术。
被动声源定位一般采用声传感器阵列来探测声信号达到各阵元的时间差，由此推算出声源距坐标基点的距离和方向角。
本文介绍了声源定位系统的工作原理、系统组成及传感器阵列与微机无线通信的实现，设计了传声器阵列模块（包括时延差计算系统）、无线传输模块及微机通信模块，并完成了相关的电路设计和连接。
ABSTRACTKeyword: Acoustic Emission Source Location；sensors’ array；wireless transmission；serial communications interfaceAcoustic Emission Source Location (AESL) is a technology which uses the transfer characteristic of sound wave to locate the space position of acoustic emission source. Passive AESL generally uses acoustic sensors’array to detect the time difference of acoustic signal arrive each array element, then calculate the distance and direction angle from acoustic emission source to origin of coordinates. In this paper, the author introduces the operational theory and the composition of AESL system, then realizing the communication between the acoustic sensors’array and the microcomputer. Acoustic sensors’array module (including the time difference computing system), wireless transmission module and microcomputer communication module are designed. The circuit designing and connecting have also been accomplished.目录0 引言 (1)1 声源定位概述 (2)1．1 声源定位概念 (2)1．2 声源定位技术的研究意义及现状 (2)1．3 声源定位的技术分类 (3)1．4 声源定位的目标声音频率 (4)2 系统总体设计目标、方案及原理 (5)2．1 设计目标 (5)2．2 采用的声源定位方法 (5)2．3 总体设计方案 (5)3 传感器阵列模块 (7)3．1 声传感器（传声器）概述 (7)3．1．1 传声器的作用及电路图形符号 (7)3．1．2 传感器的种类 (7)3．1．3 驻极体电容传声器 (8)3．2 传感器阵列的布置方式及定位模型 (9)3．2．1 传感器阵列布置图 (9)3．2．2 传感器阵列的定位模型 (9)3．3 声传感器的具体实现电路 (10)3．3．1 声传感器选择 (10)3．3．2 SG9745传声器 (10)3．3．3 前置放大电路 (12)3．4 声达时间差计算系统 (13)3．4．1 音调译码器 (13)3．4．2 时达差计算单片机 (14)3．4．3时达差计算系统的计算原理和电路连接 (17)3．4．4 与无线发射端的其他连接 (18)4 无线收发模块 (19)4．1 无线收发模块概述 (19)4．2 nRF401型单片射频收发器 (19)4．2．1 nRF401性能特点 (19)4．2．2 nRF401主要技术指标 (19)4．2．3 nRF401的引脚功能 (20)4．2．4 nRF401的电气技术要求 (21)4．2．5 nRF401的内部结构及外围元件框图 (23)4．2．6 待机与发射、接收模式间转换的定时信息 (23)4．3 无线收发模块的组成 (24)4．3．1 无线收发模块具体实现电路 (24)4．3．2 增益天线 (25)4．3．3 其他元件组成介绍 (27)5 微机连接 (30)5．1 串行通信接口RS-232 (30)5．1．1 RS-232接口的适用范围 (30)5．1．2 RS-232接口的信号特性 (30)5．1．3 RS-232C的引脚说明 (30)5．2 MAX232E (31)5．2．1 MAX232E引脚 (31)5．2．2 MAX232E典型参数及典型操作电路 (32)5．3 无线接收端与微机间的硬件连接电路 (33)附：传感器阵列模块电路连接图 (35)结束语 (36)参考文献 (37)英文资料中文翻译英文资料0 引言随着传感器技术的迅猛发展，生活中的每个角落都可以发现传感器的存在，声信号的感知也成为了传感器技术的重要应用领域。
无人职守概念的引进，使得声源定位在未来战场及民用安保任务中都起到极其重要的作用。
基于声传感器技术的位置探测是声源定位的基本实现前提，对目标位置的被动探测，既不会暴露本身位置又容易实现，多传感器组网（列阵）能全面的覆盖目标区域，通过与无线收发技术的结合，能实现中、近距离的声源探测和定位。
本篇设计说明书的设计内容主要有：基于驻极体电容传声器阵元的前端探测阵列及声达时延差计算系统、无线发射及接收器和微机通信接口。
简单的介绍了驻极体电容传声器SG9745、LM324运算放大器、LM567音调译码器、8751单片机、nRF401无线射频收发器、MAX232电平转换器、微机的RS-232接口以及相关的连接，并由目标定位推导得到的公式，带入单片机得到的时延差数据，算出具体声源目标的距离和方向角，从而实现声源定位。
1 声源定位概述1．1 声源定位概念声源定位就是利用波的传输特性来确定未知对象的空间位置，对发声物体发声时的所在位置进行定位。
1．2 声源定位技术的研究意义及现状近十年来，我国在声发射技术的理论与实验研究、仪器研制及实际应用等方面都取得了可喜的进展。
声源定位是在声发射技术研究基础上形成的新一门学科。
声源定位技术及思想在地震研究、无损检测（NDT）和全球定位系统（GPS）等民用高端方面已产生重要应用，同时在安保系统、噪声控制、音场效果等低端方面也广泛应用。
军用方面，声源定位技术的应用在各军种中都起到重要作用。
潜艇及水面舰船的声纳系统、海底近岸的无线探测网络，地面战场的无人职守单元、声引爆雷管、火炮定位，空中的无人驾驶探测机等都运用到了声源定位技术，该技术在中、近距离的探测系统中的应用使得现代战争已无“短兵相接”的必要。
因此声源定位是一个既有应用背景又有前沿技术特点的研究课题。
在美国，声学定位系统已经在无人机上配备，该系统能够探测到威胁声源，当敌人发射导弹时，发出的声音可被声学定位系统捕捉到，并提示其他无人机上的传感器进行数据处理。
地面战场部分，目前，俄亥俄州正在开发“沙地直线”，这是一种无线传感器网络系统，这个系统能够散射电子绊网到任何地方，也就是到整个战场，以声探测原理为内容之一，侦测运动的高金属含量目标。
这种能力意味着一个特殊的军事用途，例如侦察和定位敌军坦克和其他车辆。
这项技术有着广泛的应用可能，正如所提及的这些现象，它不仅可以感觉到运动的或静止的金属，而且可以感觉到声音、光线、温度、化学物品，以及动植物的生理特征。
国内方面，声源定位技术主要已在海军应用，采用水声传感器基阵，用以侦听潜艇（或用外部主动声源产生声脉冲，并侦听回声脉冲），并确定声源位置；另外，兵器工业总公司系统总体部也正在进行地面战场多功能传感器阵列等技术的研究；空军的新大型预警机系统中也已采用该项技术。
无线传感器网络技术，预示着为战场上带来新的电子眼和电子耳，能够在未来几十年内变革战场环境。
无线传感器网络技术将会在战场上带来革命性的变化，并将改变战争的样式。
1．3 声源定位的技术分类现有的声源定位技术基本上可以分为3类，首先是基于最大输出功率的可控波束形成技术，它的基本思想就是将各阵元采集来的信号进行加权求和形成波束，通过搜索声源的可能位置来引导该波束，修改权值使得传声器阵列的输出信号功率量最大。
在传统的简单波束形成器中，仅值取决于各阵元上信号的相位延迟，同时相位延迟和声达时间延迟DOA有关，因此叫作延时求和波束形成器。
后来出现的一引起更复杂的波束形成系统中，在进行时间校正的同时，还对信号进行了滤波，根据不同的滤波器形成了不同的算法。
其次就是高分辨率谱估计技术，这类的声源定位技术基于高分辨率的谱估计算法，其中包括了自回归AR模型、最小方差谱估计（MV）和特征值分解方法（如Music算法）等，所有这些方法都通过获取了传声器阵列的信号来计算空间谱的相关矩阵。
这时如果所需的矩阵未知，则必须通过已得到的数据进行估计，这就要求空间中的声源或噪声必须平稳时不变的，但这对于语音信号来说，这种实际的声学环境很难实现；同时，基于高分辨率的谱估计声源定位还有很多的假设条件，这对一个实时实现的系统来说也不可能；而且在计算中，这种谱估计方法的运算量很大，还很容易导致定位不准确，因而在现代的声源定位系统中很少采用。
最后就是基于声达时间差（TDOA）的定位技术，这类声源定位方法一般分为2个步骤进行：先进行声达时间差估计，并从中获取传声器阵列中阵元间的声延迟TDOA；再利用获取的声达时间差，结合已知的传声器阵列的空间位置进一步定出声源的位置。
这种方法的计算量一般比前2种要小，更利于实时处理，所以它在语音信号的声源定位中占有很大的比重。
声达时差法也称为点定位法，它又分为线定位和面定位，面定位又分为三角形定位和矩形定位等。
这些方法都是根据声源信号到达同一阵列内不同传感器时所形成的一组时差，经过几何关系的计算确定声源的位置。
1．4 声源定位的目标声音频率人耳所能听到的声音频率范围大约在20至20000 Hz之间。
若发音体的振动频率太低或太高，我们便听不到此发声体发出的声音。
震动频率超过20000 Hz的声音，称为超声波，其广泛的在主动目标寻地中使用。
当物体振动时，必然产生声音，当其停止振动时，声音也就停止。
本设计说明书的声源定位的目标声音频率范围主要是人耳所能听见的频率范围（20至20000 Hz）。
2 系统总体设计目标、方案及原理2．1 设计目标本毕业设计说明书所要实现的是在1公里范围内的二维坐标的声源定位系统，其中：环境假定在标准气候（15℃）下的纯水平地面定位，探测的对象是频率范围在20至20000Hz内的声信号，并在传感器阵列后利用单片机实现时差计算，随后采用无线传输技术，用以实现至终端一千米的无线传输，无线接收端收到信息后进行电平转换，最后实现与微机的通信。