Autotune

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Introduction: Autotune

Voice Activated Challenge

This is an entry in the
Voice Activated Challenge

Bienvenue dans notre projet Autotune !

Notre équipe va vous présenter la réalisation de ce projet. Notre équipe est composée de 3 élèves ingénieurs de Polytech Sorbonne en EISE4 (4ème année du cycle ingénieur en électronique informatique systèmes embarqués).

Notre projet consiste à émettre un son capter par un micro , émit par un haut parleur et afficher la FFT sur un écran PC. Il sera possible de modifier le son audio comme le volume et créer un écho.

C'est parti pour les explications !!

Step 1: Composants Utilisés

  • Carte DEO-Nano-SoC
  • Batterie 2 output à 5V2A
  • Micro
  • Haut Parleur 8 Ohm
  • Régulateur: MAX660
  • Capteur IR: GP2Y0E02A
  • Ampli Audio: LM386N-1/NOPB
  • DAC: MCP4821-E/P
  • Diode: 1N4148
  • Transitor: LND150N3-G / N-FET
  • 2 AOP: TL081C
  • Résistances
  • Condensateurs
  • Wifi: ESP8266EX
  • 4 switchs
  • 3 Leds de couleurs

Step 2: Architecture

Voici ci-dessus notre schéma bloc représentant l'architecture de notre projet Autotune.

Comme vous pouvez le voir, notre projet va pouvoir capter un son à l'aide du micro dont le signal analogique capté sera converti en un signal numérique dont l'ADC est intégré dans la carte FPGA. Puis le signal sera modifié selon nos effets choisis à l'aide d'un capteur de proximité et des switchs. Enfin, le signal modifié depuis la carte sera reconverti en un signal analogique et sera transmise à travers le haut parleur.

Step 3: Partie Analogique

Notre partie analogie est composée de 2 circuits:

Un premier circuit qui représentera la partie micro, qui sera branché au CAN de la carte FPGA, composé d'un amplificateur de gain et d'un filtre passif après avoir récupérer le signal.

Un deuxieme circuit qui repésentera la partie haut parleur, qui sera branché à la sortie de la carte FPGA, composé du DAC, d'un diviseur de tension et d'un amplificateur audio.

Le troisième schéma est celui du régulateur produisant du -5V pour alimenter tous les composants.

Step 4: Impression Des PCBs

Maintenant, nous allons créer nos PCB afin de les imprimer et de les relier !

A l'aide du logiciel Alitum, nous avons pu creer deux PCBs, c'est à dire la partie micro et haut parleur. Voici le site correspondant au tutoriel Altium qui peut certainement vous aider !

Step 5: Partie Numérique

Après avoir imprimer vos PCBs, vous pouvez enfin brancher le tout à la carte FPGA !

Pour la partie numérique, nous avons créer un code C qui est séparé en deux en utilisant un thread. D'un coté, on récupère le signal on le modifie et on l'envoie vers le DAC en spi. D'un deuxième côté, on calcule la fft et on envoie le résultat par wifi. Cette séparation permet d'éviter les ralentissements sur la première partie.

On utilise Qsys et quartus pour brancher le HPS avec les différents composants. On utilise notamment une IP SPI pour communiquer avec le dac et une IP UART pour communiquer avec la carte wifi.

Step 6: Le Code

Voici le lien où nous avons récuperé le code pour faire la fft.

On utilise se code pour calculer la fft:

// Création de la configuration et des buffers in et out pour s(t) et S(f)
const kiss_fft_cfg config = kiss_fft_alloc(NFFT, 0, NULL, NULL);

kiss_fft_cpx* in = (kiss_fft_cpx*)malloc(NFFT*sizeof(kiss_fft_cpx));
kiss_fft_cpx* out = (kiss_fft_cpx*)malloc(NFFT*sizeof(kiss_fft_cpx));

for(j = 0; j < NFFT; j++){
Value = *h2p_lw_adc_addr; //recupère la valeur provenant du pcb du micro
in[j].r = Value-2000.0; //on retire l'offset de cette valeur
for(i = 0; i < 2100; i++) {} //attend un temps bien précis pour avoir une fréquence d’échantillonnage connue
}

// Calcul de la FFT depuis in vers out
kiss_fft(config, in, out);
bzero(C_val,110); //remet à zero le tableau qui nous sert de buffer que l'on va envoyer par wifi

for(t=0;t< (NFFT/4);t++) {
//pour limiter la taille du buffer on limite la sortie de la fft à des valeurs entre 0 et 9
tmp_log=20*(log(abs(out[t].r/1000.0)))*9;

tmp_log=tmp_log/50;
if(tmp_log<0){
tmp_log=0;
}
if(tmp_log>9){
tmp_log=9;
}
sprintf(tmp_val,"%d",tmp_log);
strcat(C_val,tmp_val); //ajoute au buffer la nouvelle valeur

}
send_wifir(C_val); //on envoi le buffer par wifi

fonction send wifir:

void send_wifir(char* com_AT)
{
int num,z;
for(z=0;z<22000000;z++) {}
for(num = 0; num < (int)strlen(com_AT); num++) {
*(h2p_lw_rs232_addr) = com_AT[num];
}
}

Pour initialiser la carte wifi on utilise le code suivant:

send_wifi("AT+RST\r\n"); //demande de reset à la carte
sleep(3); //attend qu'elle reset
send_wifi("AT+CWMODE=3\n\r"); //choisit le mode de la carte
send_wifi("AT+CWJAP=\"wifiNom\",\"MotDePasse\"\r\n"); //on lui demande de se connecter au wifi
sleep(15); //on attend qu'elle se connecte
send_wifi("AT+CIPSTART=\"UDP\",\"192.168.43.110\",32003\r\n"); //On lui demande de se connecter en udp avec le serveur ouvert sur un autre ordinateur
sleep(3); //attend la connexion
send_wifi("AT+CIPMODE=1\r\n"); //on se met en mode envoie en continue
sleep(3);
send_wifi("AT+CIPSEND\r\n"); //on commence la transmission

fonction send wifi:

void send_wifi(char* com_AT)
{
int num,z;
for(num = 0; num < (int)strlen(com_AT); num++) {
*(h2p_lw_rs232_addr) = com_AT[num];
for(z=0;z<2500000;z++) {}
}
}

Code du serveur:

affichage de la fft:

int i, j, Value=0;
system("clear");

for(i =0; i < 41; i++) {
if(i < 40) { for(j = 0 ; j < BUFSIZE; j++) {
if(table[j]*4 > (40 - i)) {
if(table[j]*4 > 35)
printf(RED "|" RESET);
else if(table[j]*4 > 28)
printf(L_RED "|" RESET);
else if(table[j]*4 > 21)
printf(YEL "|" RESET);
else if(table[j]*4 > 14)
printf(L_YEL "|" RESET);
else if(table[j]*4 > 7)
printf(L_GRN "|" RESET);
else
printf(GRN "|" RESET);
} else printf(" "); } printf("\n"); } else { printf("0Hz 2.5Hz 5Hz 7.5kHz 10kHz\n"); /*for(j = 0 ; j < (BUFSIZE/2); j++)

Step 7: Fichiers Quartus Et C

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Nice project but it's a little bit hard to read some C code without syntax highlighting ! Do you have an english version of this Instructable ?