【2024 DigiKey创意大赛】会议声源追踪器

左手阿飞 · 发表于2024-10-31 19:38

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会议声源追踪器

作者：左手阿飞

作品简介

随着网络直播技术的发展，许多线下活动转移到线上，比如线上会议、网络课堂等。为进一步提高线上会议或网络课堂的收音质量，本设计提出一种会议声源追踪系统，主要功能如下：

1、声源定位，识别声音方向；

2、声源追踪，用步进电机控制麦克风方向，追踪声源，减少干扰噪声；（未完成）

3、检测会议室环境，上传云端，可以提醒工作人员提前开启空调等设备。

图1 作品照片

用到的物料及想用的作用如下：

1、sipeed麦克风阵列（MIC_ARRAY）：用于声音的收集；

2、K210开发板：用于声音数据分析，识别声音方向，并发送相应数据给STM32F411；

3、STM32F411开发板：接收K210数据，并控制步进电机，改变麦克风阵列的方向，使麦克风正面对应声源；

4、SGP30&DHT11：SGP30为空气质量传感器，可检测空气中挥发性有机物（TVOC）和CO2的含量；DHT11为温湿度传感器，可检测温度和湿度；

5、ESP32S3开发板：将检测到的空气质量（TVOC、CO2、温度和湿度）数据上传到云端（阿里云），通过手机APP查看，在会议开始前，提前打开空调等设备。

二、系统框图

硬件设计包含硬件设计框图如图2所示：

图2 系统框图

声源方向检测部分，由麦克风阵列和K210卡发版完成。麦克风方向由STM32提供控制信号，控制两个步进电机调整。两个步进电机分别调整X轴方向和Y轴方向。空气质量检测部分，由传感器SGP30和DHT11检测，并通过ESP32连接WIFI上传阿里云，实现远程检测和控制。

三、各部分功能说明

第一部为声源方向检测部分，由麦克风阵列和K210卡发版完成。

图3 声源方向检测

麦克风阵列为sipeed厂家出厂，由6+1个麦克风，圆周均匀分布6个，中央1个。传输方式为I2S传输方式，可检测不同方向的声音强度。圆周上有12个串行LED，可显示声源方向。LED控制方式为串行数字控制，串行控制协议类似于SPI。

K210开发板资源丰富，自带LCD屏幕（480*320）和麦克风阵列接口，可直接与麦克风阵列连接。开发语言为microPython。microPython开发方便，有丰富的三方库可供使用，开发方便。

K210接收麦克风阵列检测到的声音数据，通过对6个麦克风的数据差值，计算出声源的方向及距离，并控制LED显示出相应方向，并将数据通过串口发送给STM32F411。

第二部分为方向控制部分。由STM32F411和2个步进电机组成。

图4 麦克风方向控制

STM32通过串口，接收声音方向数据，控制2个步进电机。2个步进电机分别控制x轴方向和Y轴方向的运动，使麦克风阵列正对声源方向，达到声音降噪的目的。

第三部分为会议室环境检测部分。由SPG30、DHT11和ESP32S3组成。

图5 会议室空气质量检测

SPG30可检测空气中TVOC、CO2的浓度。通过I2C通信协议传输，传输数据格式为6个字节一组数据，前三个字节传送TVOC浓度，后三字节传送CO2浓度。每个分组数据，有两个字节为数据字节（16位），第三字节位CRC校验位。

DHT11为温湿度检测传感器，通过单总线协议传输。每帧数据5个字节，前2个字节为湿度数据，紧接着2个字节为温度数据，最后一个字节为校验位。

ESP32S3接收SPG30和DHT11检测到的空气质量数据，上传阿里云平台。可在阿里云平台和手机APP上查看。APP上设置有开关，可远程控制一个LED。在实际应用中，LED可替换为空调、新风风扇、空气净化器等设备。如有必要，可增加开关，控制更多设备。

四、作品源码

https://download.eeworld.com.cn/detail/%E5%B7%A6%E6%89%8B%E9%98%BF%E9%A3%9E/634860

五、作品功能演示视频

六、项目总结

这是第一次参加得捷主办的创新设计大赛。经过这次大赛的练习，对嵌入式开发有了更深的理解。感谢得捷提供的这次难得的机会。

本次设计完成了一个会议声源追踪器。该设备可完成会议室声源方向追踪、空气环境检测以及空气质量改善等功能。由于时间较为紧迫，所选方案为开发时间最短、最容易实现的方案，存在一些问题。最大的问题就是成本太高。一共用到3个控制器：K210、STM32、ESP32。控制器功能有重复，后续可从降成本方向考虑，用ESP32+STM32方案或者单独使用其中一个控制器方案。其次，方案多采用库函数，对底层研究不够深入，设备运行效率较低。后续可试试从底层开发，提升自己手册阅读能力与开发能力。

总之，经过这次训练，个人的嵌入式开发水平有了很大提升，开阔了眼界，为后续工作提供更多思路。再次感谢得捷提供的机会，祝愿大赛越办越好！！！

开箱贴：https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1294810-1-1.html

温湿度检测：https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1296460-1-1.html

TVOC和CO2检测：https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1294810-1-1.html

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