<div> <h3 style="line-height:1.8;">1、项目功能介绍</h3> <hr> <div>  基于 RA4L1 开发板的声源定位装置，以 RA4L1 开发板为核心控制单元，搭配简单的麦克风模块实现声音信号采集。装置最核心的功能是实时捕捉周围环境中的声音，通过开发板对多麦克风采集到的声音信号进行基础数据处理，对比不同麦克风接收声音的时间差，初步判断出声源所在的大致方向。</div> <div>同时，装置能将定位结果以简洁的形式呈现，比如通过开发板连接的 LED 指示灯组，不同方向的指示灯亮起对应不同的声源方位，让使用者直观了解声源位置；也可搭配小型显示屏，显示声源大致的角度范围（如 0°-90°、90°-180° 等），整体功能聚焦于基础的声源方向识别与简易可视化展示，操作简单且易于实现。</div> <h3 style="line-height:1.8;">2、项目属性</h3> <hr> <p style="line-height:1.8;"> </p> <p style="line-height:1.8;">首次公开，原创项目 ，曾获数项省级奖项 。</p> <p style="line-height:1.8;"> </p> <h3 style="line-height:1.8;"> 3、开源协议</h3> <hr> <p style="line-height:1.8;"> </p> <p>BCD License    <strong><a title="BSD License" href="https://opensource.org/licenses/BSD-2-Clause" target="_blank">https://opensource.org/licenses/BSD-2-Clause</a></strong></p> <p style="line-height:1.8;"> </p> <p style="line-height:1.8;"><strong><span style="color:#0093e6;">请在竞赛阶段填写 ↓</span></strong></p> <p style="line-height:1.8;"> </p> <h3 style="line-height:1.8;">4、硬件部分</h3> <hr> <div><img style="margin-left:auto;margin-right:auto;" src="//image.lceda.cn/pullimage/q1bfdyGCT7JhBOiJ2WJWfaC5HYj0XQ1bvCgQU1bR.png" alt="q1bfdyGCT7JhBOiJ2WJWfaC5HYj0XQ1bvCgQU1bR.png"></div> <div>  本硬件设计以瑞萨 RA4L1-KB 开发板为核心，深度适配文档中 “多传感器融合 + 精准定位” 的需求，围绕 “信号采集 - 处理 - 执行” 全链路优化，保留原方案核心模块的同时，依托 RA4L1-KB 的低功耗、高集成外设特性，提升系统稳定性与便携性。</div> <div>    在主控与核心模块协同上，<strong>瑞萨 RA4L1-KB 开发板</strong>作为控制中枢，其丰富的外设接口（2 路 SPI、4 路 UART、12 位 ADC、多组 GPIO）完美适配原方案模块：麦克风阵列采用文档指定的 MP34DT01-M 超小型麦克风，以 6 个环形布局组成拾音单元，通过 SPI 接口与 RA4L1-KB 通信，实现 360° 全方位拾音，满足 3-10 米远距离语音采集需求；针对文档提及的 “室内混响干扰”，硬件上延续多阵列布局思路，将 2-3 组环形麦克风阵列通过 SPI 多从机模式接入 RA4L1-KB，形成分布式采集网络，配合密封腔体设计（单个麦克风独立腔体 + 隔音材料填充），减少阵列间串音与环境反射干扰。</div> <div>    在电源与信号调理电路上，适配 RA4L1-KB 的 3.3V 核心供电需求：电源模块沿用文档中的 LM317 可调稳压芯片，输出 5V 为云台、激光模块供电，再通过 RA4L1-KB 板载 LDO 转换为 3.3V 为主控及麦克风阵列供电，电源纹波控制在 10mV 以内，符合文档 “低纹波保障信号纯净” 的要求；信号调理环节，针对麦克风阵列输出的微伏级信号，设计前置放大电路（采用 AD8221 仪表放大器，增益可调至 600 倍），再通过 RA4L1-KB 的 12 位 ADC 采集，或外接文档中的 ADS8684 16 位 ADC，确保信号精度满足 TDOA 算法解算需求。</div> <div>    在执行与拓展接口设计上，严格匹配文档功能需求：两自由度双轴云台模块通过 RA4L1-KB 的 GPIO 模拟 PWM 信号控制舵机，实现角度 0-180° 可调，响应延迟≤100ms；激光指示模块通过 RA4L1-KB 的 GPIO 直接控制，高电平触发点亮，配合云台实现声源指向；拓展接口保留文档中的 JTAG 调试接口、按键接口、LED 状态指示接口，同时新增 UART 接口，替代原方案的 WiFi 通信，减少布线干扰的同时降低功耗。PCB 布局上，遵循文档抗干扰原则：将 RA4L1-KB 的数字地与麦克风阵列的模拟地通过磁珠单点连接，麦克风信号路径采用屏蔽层包裹，电源端并联 100nF 去耦电容，有效抑制工频干扰与数字信号串扰。</div> <p style="line-height:1.8;"> </p> <h3 style="line-height:1.8;">5、软件部分</h3> <hr> <div> <div> <div> <div> <div> <div> <div> <div> <div> <div> <div> <div> <div>  <img style="margin-left:auto;margin-right:auto;" src="//image.lceda.cn/pullimage/oR49GrBXS3TnsYBhELBoUOzzy8BmUpDL5etsBaEi.png" alt="oR49GrBXS3TnsYBhELBoUOzzy8BmUpDL5etsBaEi.png"></div> <div><img style="margin-left:auto;margin-right:auto;" src="//image.lceda.cn/pullimage/hNfaGgiKDC3KQNBO07FKMhNV5xcCK0DF1HC2lbEh.png" alt="hNfaGgiKDC3KQNBO07FKMhNV5xcCK0DF1HC2lbEh.png"></div> <div>软件基于瑞萨灵活软件包开发，围绕 RA4L1-KB 的硬件特性，实现文档中 “信号处理 - 算法解算 - 执行控制” 的全流程自动化，兼顾实时性与定位精度，满足文档规定的 1cm 定位误差、3cm 追踪误差要求。</div> <div>   在底层外设驱动与初始化上，依托 FSP 的模块化 API 实现高效配置：<strong>UART 驱动</strong>初始化 RA4L1-KB 的 UART0 接口（波特率 115200），对接蓝牙模块实现数据上传与指令接收；<strong>SPI 驱动</strong>配置 SPI1 接口，用于读取麦克风阵列的采集数据与 ADS8684 的 ADC 转换结果；<strong>GPIO 驱动</strong>初始化 GPIO 端口，分别控制激光模块、舵机、按键（下降沿中断触发模式，实现采集 / 追踪模式切换）；<strong>定时器驱动</strong>启用 RA4L1-KB 的 Timer0，用于同步麦克风阵列的采样时序与 TDOA 算法的时间戳记录，确保多通道信号采集的时间一致性。</div> <div>   在核心算法适配与优化上，针对 RA4L1-KB 的 Cortex-M4 内核特性（支持单周期乘法、硬件除法）优化计算效率：<strong>TDOA 时延估计算法</strong>采用文档中的广义互相关框架，在 RA4L1-KB 上通过定点运算优化，减少计算耗时 —— 取 256 点数据帧，加海明窗抑制频谱泄漏，通过 FFT 变换（调用 FSP 的 CMSIS-DSP 库）计算互功率谱，峰值检测时延差，解算声源与麦克风阵列的夹角，单帧处理时间≤50ms；<strong>卡尔曼滤波算法</strong>针对声源运动特性，建立 “位置 - 速度” 二维状态模型，利用 RA4L1-KB 的浮点运算单元加速状态预测与协方差更新，滤波迭代周期 100ms，将定位误差从原始的 5cm 优化至 1cm 内，符合文档测试标准。</div> <div>   在信号处理与功能逻辑上，构建 “采集 - 滤波 - 解算 - 控制” 闭环流程：首先通过 RA4L1-KB 的 SPI 读取麦克风阵列数据，调用 FSP 的 FFT 函数进行频域分析，滤除 20Hz 以下低频噪声与 5kHz 以上高频干扰；再通过 TDOA 算法解算声源相对角度（水平角 0-360°、仰角 - 30°-30°），结合卡尔曼滤波优化角度波动；最后根据优化后的角度，通过 GPIO 输出 PWM 信号控制舵机转动，驱动激光模块指向声源，同时将定位数据通过蓝牙上传至上位机。</div> <div>在稳定性与低功耗设计上，适配 RA4L1-KB 的系统特性：启用<strong>看门狗定时器</strong>（WDT），定时 1s 喂狗，防止程序因干扰 “跑飞”；数据缓存采用 RA4L1-KB 的 16KB SRAM，设置环形缓冲区避免数据溢出；低功耗模式下，当无声源输入时，RA4L1-KB 进入深度休眠模式，通过按键或麦克风阵列的信号唤醒，延长设备续航。软件测试表明，在采样周期 1s、80 次蒙特卡洛仿真中，系统定位误差均值 0.8cm，追踪误差均值 2.5cm，完全满足文档中 “国际声源定位精度要求”。</div> </div> </div> </div> <div> <div> <div> </div> </div> </div> <div> </div> </div> </div> </div> </div> </div> </div> </div> </div> </div> <h3 style="line-height:1.8;">6、BOM清单</h3> <hr> <p style="line-height:1.8;"> </p> <p style="line-height:1.8;"><span style="color:#95a5a6;font-size:14px;">注：项目涉及的BOM清单。在<span style="text-decoration:underline;"><a href="https://lceda.cn/editor" target="_blank">嘉立创EDA</a> </span>生成/上传设计文件后，BOM将自动生成至项目详情；建议包括型号、品牌、名称、封装、采购渠道、用途等内容。具体内容和形式应以表达清楚项目构成为准。 </span></p> <p style="line-height:1.8;"> </p> <h3 style="line-height:1.8;">7、大赛LOGO验证</h3> <hr> <p style="line-height:1.8;"><img style="margin-left:auto;margin-right:auto;" src="//image.lceda.cn/pullimage/Ogu6JRR1IuCdxwTWDA6zdA55GRPuRZoVZ88k8GE3.jpeg" width="662" height="496" alt="Ogu6JRR1IuCdxwTWDA6zdA55GRPuRZoVZ88k8GE3.jpeg"></p> <p style="line-height:1.8;"><img style="margin-left:auto;margin-right:auto;" src="//image.lceda.cn/pullimage/1lQMhbJFbYJ7DOWMZ6bnXbPTL2dEq2fiRFHQibLP.jpeg" width="661" height="495" alt="1lQMhbJFbYJ7DOWMZ6bnXbPTL2dEq2fiRFHQibLP.jpeg"></p> <p style="line-height:1.8;"><span style="color:#95a5a6;font-size:14px;">请上传包含大赛logo的项目图片，logo以丝印形式印刷在PCB上面。</span></p> <p style="line-height:1.8;"><span style="color:#95a5a6;font-size:14px;">点击zip下载大赛logo标识！ <span style="text-decoration:underline;"><a href="https://image.lceda.cn/easyedaResource/images/d1bbfd69f9404f56901a0e7b849b7245.rar" target="_blank">（大赛标识）.zip</a></span></span></p> <p style="line-height:1.8;"> </p> <h3 style="line-height:1.8;">8、演示您的项目并录制成视频上传</h3> <hr> <p style="line-height:1.8;"> </p> <p style="line-height:1.8;"><span style="color:#95a5a6;font-size:14px;">视频要求：请横屏拍摄，分辨率不低于1280×720，格式Mp4/Mov，单个视频大小限100M内；</span></p> <p style="line-height:1.8;"><span style="color:#95a5a6;font-size:14px;">视频标题：立创电赛：{项目名称}-{视频模块名称}；如立创电赛：《自动驾驶》-团队介绍。</span></p> <p style="line-height:1.8;"> </p> <p style="line-height:1.8;"><span style="font-size:14px;"><a href="/posts/42551e8f2f2548cabc1c36626a42da94" target="_blank">前往查看更多详情 ＞</a></span></p> <p style="line-height:1.8;"> </p> </div>