ASR机器人系统中无线语音控制系统的应用研究

摘要

语音取代键盘进行信息和指令的输入，是控制系统设计中具有潜在优势的重要人机交互方式之一，已成为信息技术中的一个热点，也是现代机器人应用技术研究中的一个重要课题。 机器人的研究显然不能局限于实验室环境，因为机器人的实际使用环境是复杂多变的，因而不可避免的会引入各种各样的噪声，这些噪声会破坏语音原有的特性，如果不能够对这些噪声进行有效的消减，就有可能会影响到后期的语音识别和控制。本人为此在合肥工业大学运动控制与机器人实验室ASR机器人系统的基础上，对机器人协调控制中语音技术的应用进行研究，重点对语音信号处理，语音接口电路，语音信息编码和无线传输等问题进行了探讨。 在论文工作中还基于TI公司的MSP430F149单片机设计了一个语音无线传输卡，充分利用了该款处理器的低功耗特性，实现了数字滤波器以弥补硬件资源的不足。 本文的工作重点如下： 1.语音信号调理技术研究。 要想对语音信号进行有效的数字处理，首先需要有一个性能优良的模拟前端。从麦克风出来的信号是一个微弱的信号，需要对它进行必要的放大：另一方面语音信号是一个宽带信号，而模数转换器的采样速率是有限的，为了不违背奈奎斯特定理，必须在语音信号进入模数转换器之前进行带宽限制，也就是要引入抗混叠滤波器。 2.模数转换部分：任何低通滤波器从通带到阻带的过渡带的衰减速率都是有限的，如果只是机械的照搬奈奎斯特定理，就不可避免的会引入很大的混叠效应。因此，我们在模数转换部分采用了过采样技术。一方面它可以有效的降低混叠效应；另一方面它可以提高模数转换部分的信噪比，等效于提高了模数转换的精度。 3.为了降低无线通讯芯片Nrf401的传输数据量，在发送端采用ADPCM算法把16位采样样本压缩为4位发送，在接收端用ADPCM解压恢复为原数据。

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致谢

第一章绪论

1.1机器人技术概述

1.2 ASR机器人实验平台

1.2.1 ASR主要特点

1.2.2 ASR功能模块基本配置

1.2.3 ASR的主要应用

1.2.4 ASR机器人系统开发工具

1.3语音处理技术概述

1.4数字信号处理技术概述

1.5论文背景和主要工作

第二章系统硬件电路设计

2.1 MSP430系列单片机的技术特色

2.2 MSP430F149的基本设计

2.2.1复位电路设计

2.2.2时钟电路与功耗管理

2.3基于LM2576的电源设计

2.4 RS232-C串行通信接口的设计

2.5其它电路的设计

第三章语音处理通道的设计

3.1语音信号处理过程

3.2语音输入电路的设计

3.2.1极体话筒的结构与工作原理

3.2.2驻极体话筒输入电路的设计

3.3滤波器的设计与仿真

3.4 ADC12模数转换模块

3.4.1定时器A

3.4.2 AD转换的设计

3.5数字滤波器的设计和仿真

3.6 ADPCM编解码原理

3.7语音输出通道的设计

3.8混合信号PCB设计注意问题

第四章无线数据通道的设计

4.1单片无线收发器nRF401

4.2无线数传通道设计

4.3系统软件设计

4.4实时通信的系统策略

第五章工作总结与展望

参考文献

硕士期间发表论文