用于救援机器人的语音定位系统设计与实现
声 明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名：i望垡益 力3年3月留日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名：垄盥 办B年3月硕士论文 用于救援机器人的语音定位系统设计与实现IllllllllllllllllllllllUlllllllllllllllLIIIIlllll摘 要 Y2275086地质灾害频繁发生给人们的生命安全带来了极大的挑战，应对灾害的救援工作就显得尤为重要。本文将基于麦克风阵列的语音定位技术应用于救援领域，开发出应用于救援机器人的语音定位系统。本文的主要工作有：根据阵列定位的主要流程和原理，紧密结合救援的实际使用环境特点，通过详细计算与论证，进行了定位系统硬件电路的总体方案设计，最终采用了以麦克风阵列为传感器以高性能嵌入式数字信号处理器为核心的控制系统设计方案。采用模块化设计，将硬件部分划分为七个子模块单元：麦克风阵列、信号预处理单元、数据采集单元、数据处理单元、显示单元、数据存储单元和上位机接口单元。逐一对每个模块进行了功能需求分析和详细的硬件电路设计。结合救援的使用环境对定位系统的关键部件给以理论上的分析和数值计算。在硬件电路实现过程中，考虑到板级速度问题带来的信号完整性和硬件设计的合理性，对电路板进行了精心的布局和布线，使之满足一定的电磁兼容性要求。在声音定位算法方面，分别对可控波束定位理论与基于时延的定位理论进行了介绍和分析，详细介绍了估计时延的方法及其改进。在此基础上开发了基于麦克风阵列的声音定位系统的软件部分。按照采集和处理独立进行并交替执行以保证实时性的设计思想，设计了定位系统的软件系统框架，对框架进行了功能上的分解和划分，针对框架中涉及到的模块逐一给予了功能需求分析，分别设计了通用输入输出口模块驱动、模数采集模块驱动、高速数据传输驱动、外扩存储器驱动、显示屏驱动和操作界面、上位机接口驱动以及定时器驱动。最后，针对每个模块展开详细的测试，给出了测试结果并加以分析，验证了每个模块达到了设计初衷，从而验证了硬件设计的正确性和合理性。关键词： 麦克风阵列定位TMS320C671 3模块化设计Abstract 硕士论文AbstractGeological disasters occur frequently and bring great challenges to peopleS lifeTherescue response to the disaster is particularly importantThis paper applied microphone arrayof voice-based localization technology to rescue field and developed a voice localizationsystem used for rescue robotThe main task I did in this paper is as follows：According to the main process and the principle of localization based on microphonearray and considering the rescue environment，I did overall design for localization systemhardware circuit after detailed calculations and argumentation，and the system I designedfinally will have a DSP chip，that is as the core of the control systemI did modularized design and the overall hardware design for localization system througthe detailed calculation and argumentationThe hardware section is divided by module into：microphone array,signal preprocessing unit，data acquisition unit，data process unit，displayunit，data storage unit and PC interface unitI analysed functional requirements and thedetailed hardware design circuit for each moduleConsidering the rescue of the environmentthan the system will be used in，I filished the job of theoretical analysis and numericalcalculation for the key components of the localization systemDuring the hardware circuitimplementation process，considering the signal integrity and the rationality of hardwaredesign brought by the board level speed problem，1 was careful with layout and wiring for thecircuit board，which is satisfied with certain requirements of electromagnetic compatibilityIn the aspect of sound localization algorithm，this paper Introduced and analyzed thesteerable beam localization theory and the theory of delaybased localizationIt alsointroduced the method and improvement of the estimated delay in detailIn order to separatethe acquisition with the processing and alternate execution to ensure realtime design ideas，Idesigned the software framework for the localization system，and filished the analysis andimplementation for function module involved in the framework one by oneFinally,detailedtests are carried out for each functional module and the analysis and test results show that thesystem has reached the design intention and is verified the rationality and correctness of thehardware designKeywords：microphone array localization TMS320C67 1 3 modularized design硕士论文 用于救援机器人的语音定位系统设计与实现目 录摘兰要。IAbstractII1 绪论。111 弓I言112定位技术发展概况113课题研究背景和意义3131 课题背景3132课题意义414本文的主要工作内容与章节安排52系统总体设计721 系统定位原理和总体结构722硬件总体架构分析与设计823核心器件的参数计算与选型12231主控芯片13232麦克风14233放大芯片15234 AD芯片17235存储器1 8236显示模块2024本章小结一213系统硬件设计。2231麦克风阵列设计一2232 电路板电源设计233334353637321 供电需求分析24322+-12V电源部分25323 +5V电源部分26324 +33V+12V电源部分27325+19V电源部分28主控芯片的硬件配置设计28331 复位电路29332 晶振电路30333 JTAG接口电路
