capteur sonore pour la localisation de sources audio en robotique mobile jérôme manhes laas/cnrs...
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Capteur sonore pour la localisation de sources audio en robotique mobile
Jérôme ManhesLAAS/CNRS
11ème Rencontre des Electroniciens de Midi-Pyrénées
7 Février 2008
1. Applications & contraintes
2. Principes
3. La chaine d’acquisition
4. La structure interne du FPGA
Plan
1. Applications & contraintes
2. Principes
3. La chaine d’acquisition
4. La structure interne du FPGA
Plan
Les contraintes de la robotique Capteur embarqué, Mesures “temps réel”, Source sonore large bande (300 Hz – 3 kHz), Distance à la source quelconque (1m - ∞), Environnement bruité.
Applications Interaction Homme / Robot, Suivi Visio-Auditif, Reconnaissance vocale.
Applications & contraintes
Capteur embarqué, Mesures “temps réel”, Source sonore large bande (300 Hz – 3 kHz), Distance à la source quelconque (1m - ∞), Environnement bruité.
Les contraintes de la robotique
Applications Interaction Homme / Robot, Suivi Visio-Auditif, Reconnaissance vocale.
Applications & contraintes
1. Applications & contraintes
2. Principes
3. La chaine d’acquisition
4. La structure interne du FPGA
Plan
Principes : le « Beamforming »
++
91 Beamformers
+
En français: « Formation de voie »,
Filtrage spatial de l’information acoustique.
Beamforming ? Carte d’énergie
Estimation de la position par détection du maximum d’énergie.
Principes : le « Beamforming »
++
91 Beamformers
+
En français: « Formation de voie »,
Filtrage spatial de l’information acoustique.
Beamforming ? Carte d’énergie
Estimation de la position par détection du maximum d’énergie.
Principes : le « Beamforming »
++
91 Beamformers
+
En français: « Formation de voie »,
Filtrage spatial de l’information acoustique.
Beamforming ? Carte d’énergie
Estimation de la position par détection du maximum d’énergie.
1. Applications & contraintes
2. Principes
3. La chaine d’acquisition
4. La structure interne du FPGA
Plan
Bande passante : 300Hz – 3kHz
Paramétrable: Amplification, Filtre passe-bas, Convertisseur
A/N. Liaison USB, Arch. mezzanine, Points de test pour
analyseur logique.
La carte d’acquisition
La chaine d’acquisition (1)
Technologie IEPE (Integrated Electronic Piezo Electric),
Ø ¼’’ – 5cm de long, Sensibilité :
8mV/Pa, Appariement en
phase.
Les microphones Le conditionneur
Pré-amplification (gain de 1,10,100),
Alimentation en courant des microphones,
Alimentation secteur ou 12Vdc.
Bande passante : 300Hz – 3kHz
Paramétrable: Amplification, Filtre passe-bas, Convertisseur
A/N. Liaison USB, Arch. mezzanine, Points de test pour
analyseur logique.
La carte d’acquisition
La chaine d’acquisition (1)
Technologie IEPE (Integrated Electronic Piezo Electric),
Ø ¼’’ – 5cm de long, Sensibilité :
8mV/Pa, Appariement en
phase.
Les microphones Le conditionneur
Pré-amplification (gain de 1,10,100),
Alimentation en courant des microphones,
Alimentation secteur ou 12Vdc.
Bande passante : 300Hz – 3kHz
Paramétrable: Amplification, Filtre passe-bas, Convertisseur
A/N. Liaison USB, Arch. mezzanine, Points de test pour
analyseur logique.
La carte d’acquisition
La chaine d’acquisition (1)
Technologie IEPE (Integrated Electronic Piezo Electric),
Ø ¼’’ – 5cm de long, Sensibilité :
8mV/Pa, Appariement en
phase.
Les microphones Le conditionneur
Pré-amplification (gain de 1,10,100),
Alimentation en courant des microphones,
Alimentation secteur ou 12Vdc.
La chaine d’acquisition (2)
Filtre Passe-haut
PGA
Ampli à Gain prog.
Filtre actifPasse-bas
CAN
ConvertisseurAna. / Num.
Ampli d’instrum.
Filtre à capa. Com.
Filtre passe-haut 2 cellules RC en cascade, Fréquence de coupure : 60Hz.
La chaine d’acquisition (2)
Filtre Passe-haut
PGA
Ampli à Gain prog.
Filtre actifPasse-bas
CAN
ConvertisseurAna. / Num.
Ampli d’instrum.
Filtre à capa. Com.
Amplificateur d’instrumentation INA128 de TI, Objectif : ajuster manuellement le gain de façon à
normaliser chaque voie.
La chaine d’acquisition (2)
Filtre Passe-haut
PGA
Ampli à Gain prog.
Filtre actifPasse-bas
CAN
ConvertisseurAna. / Num.
Ampli d’instrum.
Filtre à capa. Com.
Amplificateur à gain programmable PGA2311 de TI, Gain réglable numériquement de -95.5dB à +31.5dB par
pas de 0.5dB, Communication par liaison SPI.
La chaine d’acquisition (2)
Filtre Passe-haut
PGA
Ampli à Gain prog.
Filtre actifPasse-bas
CAN
ConvertisseurAna. / Num.
Ampli d’instrum.
Filtre à capa. Com.
Filtre passe-bas à capacités commutées Max297 de MAXIM, Passe-bas du 8ème ordre elliptique, Fréquence de coupure : 0.1Hz - 50kHz, Fréquence d’horloge = 50 x Fréquence de coupure.
La chaine d’acquisition (2)
Filtre Passe-haut
PGA
Ampli à Gain prog.
Filtre actifPasse-bas
CAN
ConvertisseurAna. / Num.
Ampli d’instrum.
Filtre à capa. Com.
Filtre actif passe-bas Fréquence de coupure : 17kHz, Objectif : éliminer les bruits d’horloge du filtre à
capacités commutées.
La chaine d’acquisition (2)
Filtre Passe-haut
PGA
Ampli à Gain prog.
Filtre actifPasse-bas
CAN
ConvertisseurAna. / Num.
Ampli d’instrum.
Filtre à capa. Com.
Convertisseur analogique / numérique CS5330A de CIRRUS, Technologie ∑∆ - 18 bits, Fréquence d’échantillonnage : 2kHz – 50kHz.
FPGA de dernière génération: Virtex4 de XILINX, 192 MAC (cœurs DSP), Faible consommation.
Unité de calcul embarquée
PC Traitement hors ligne, Puissance de calcul importante.
La chaine d’acquisition (3)
FPGA de dernière génération: Virtex4 de XILINX, 192 MAC (cœurs DSP), Faible consommation.
Unité de calcul embarquée
PC Traitement hors ligne, Puissance de calcul importante.
La chaine d’acquisition (3)
1. Applications & contraintes
2. Principes
3. La chaine d’acquisition
4. La structure interne du FPGA
Plan
Gen. Filtre Passe Bas
Usb_Rx
Usb_Tx
UsbFifo
Ctrl. Gain Programmable
Ctrl. ConvertisseurAnalog. / Num.
Ctrl. ConvertisseurNum. / Analog.
Gen. de Label
Gen. de Trigger(camera)
Arbitre
Busadresses
Busdonnées
CS,
Rd, W
r, B
usy
FFT / FIR
Conception modulaire en VHDLPossibilité d’intégrer facilement de nouveaux modules comme « Beamforming »
La structure interne du FPGA
Questions?