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Capteur sonore pour la localisation de sources audio en robotique mobile Jérôme Manhes LAAS/CNRS 11 ème Rencontre des Electroniciens de Midi-Pyrénées 7.

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1 Capteur sonore pour la localisation de sources audio en robotique mobile Jérôme Manhes LAAS/CNRS 11 ème Rencontre des Electroniciens de Midi-Pyrénées 7 Février 2008

2 1.Applications & contraintes 2.Principes 3.La chaine dacquisition 4.La structure interne du FPGA Plan

3 1.Applications & contraintes 2.Principes 3.La chaine dacquisition 4.La structure interne du FPGA Plan

4 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

5 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

6 1.Applications & contraintes 2.Principes 3.La chaine dacquisition 4.La structure interne du FPGA Plan

7 Principes : le « Beamforming » Beamformers + En français: « Formation de voie », Filtrage spatial de linformation acoustique. Beamforming ?Carte dénergie Estimation de la position par détection du maximum dénergie.

8 Principes : le « Beamforming » Beamformers + En français: « Formation de voie », Filtrage spatial de linformation acoustique. Beamforming ?Carte dénergie Estimation de la position par détection du maximum dénergie.

9 Principes : le « Beamforming » Beamformers + En français: « Formation de voie », Filtrage spatial de linformation acoustique. Beamforming ?Carte dénergie Estimation de la position par détection du maximum dénergie.

10 1.Applications & contraintes 2.Principes 3.La chaine dacquisition 4.La structure interne du FPGA Plan

11 Bande passante : 300Hz – 3kHz Paramétrable: Amplification, Filtre passe-bas, Convertisseur A/N. Liaison USB, Arch. mezzanine, Points de test pour analyseur logique. La carte dacquisition La chaine dacquisition (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.

12 Bande passante : 300Hz – 3kHz Paramétrable: Amplification, Filtre passe-bas, Convertisseur A/N. Liaison USB, Arch. mezzanine, Points de test pour analyseur logique. La carte dacquisition La chaine dacquisition (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.

13 Bande passante : 300Hz – 3kHz Paramétrable: Amplification, Filtre passe-bas, Convertisseur A/N. Liaison USB, Arch. mezzanine, Points de test pour analyseur logique. La carte dacquisition La chaine dacquisition (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.

14 La chaine dacquisition (2) Filtre Passe-haut PGA Ampli à Gain prog. Filtre actif Passe-bas CAN Convertisseur Ana. / Num. Ampli dinstrum. Filtre à capa. Com. Filtre passe-haut 2 cellules RC en cascade, Fréquence de coupure : 60Hz.

15 La chaine dacquisition (2) Filtre Passe-haut PGA Ampli à Gain prog. Filtre actif Passe-bas CAN Convertisseur Ana. / Num. Ampli dinstrum. Filtre à capa. Com. Amplificateur dinstrumentation INA128 de TI, Objectif : ajuster manuellement le gain de façon à normaliser chaque voie.

16 La chaine dacquisition (2) Filtre Passe-haut PGA Ampli à Gain prog. Filtre actif Passe-bas CAN Convertisseur Ana. / Num. Ampli dinstrum. 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.

17 La chaine dacquisition (2) Filtre Passe-haut PGA Ampli à Gain prog. Filtre actif Passe-bas CAN Convertisseur Ana. / Num. Ampli dinstrum. Filtre à capa. Com. Filtre passe-bas à capacités commutées Max297 de MAXIM, Passe-bas du 8 ème ordre elliptique, Fréquence de coupure : 0.1Hz - 50kHz, Fréquence dhorloge = 50 x Fréquence de coupure.

18 La chaine dacquisition (2) Filtre Passe-haut PGA Ampli à Gain prog. Filtre actif Passe-bas CAN Convertisseur Ana. / Num. Ampli dinstrum. Filtre à capa. Com. Filtre actif passe-bas Fréquence de coupure : 17kHz, Objectif : éliminer les bruits dhorloge du filtre à capacités commutées.

19 La chaine dacquisition (2) Filtre Passe-haut PGA Ampli à Gain prog. Filtre actif Passe-bas CAN Convertisseur Ana. / Num. Ampli dinstrum. Filtre à capa. Com. Convertisseur analogique / numérique CS5330A de CIRRUS, Technologie - 18 bits, Fréquence déchantillonnage : 2kHz – 50kHz.

20 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 dacquisition (3)

21 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 dacquisition (3)

22 1.Applications & contraintes 2.Principes 3.La chaine dacquisition 4.La structure interne du FPGA Plan

23 Gen. Filtre Passe Bas Usb_Rx Usb_Tx Usb Fifo Ctrl. Gain Programmable Ctrl. Convertisseur Analog. / Num. Ctrl. Convertisseur Num. / Analog. Gen. de Label Gen. de Trigger (camera) Arbitre Bus adresses Bus données CS, Rd, Wr, Busy FFT / FIR Conception modulaire en VHDL Possibilité dintégrer facilement de nouveaux modules comme « Beamforming » La structure interne du FPGA

24 Questions?


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