ROS1語音互動

1、環境準備

系統要求

• 作業系統：Ubuntu 20.04 或 18.04

• ROS1 版本：Noetic (推薦) 或 Melodic

安裝相依性函式庫

# 1. 更新源
sudo apt update

# 2. 安裝 ROS1 桌面完整版
# (如果已安裝ROS1，跳過)
sudo apt install ros-noetic-desktop-full -y    # Ubuntu 20.04
sudo apt install ros-melodic-desktop-full -y   # Ubuntu 18.04

# 3. 安裝本項目依賴（同時支持串口和I2C）
sudo apt install python3-pip ros-noetic-rviz i2c-tools -y
pip3 install pyserial smbus2

# 如果是 Melodic (Python2)
sudo apt install python-pip ros-melodic-rviz i2c-tools -y
pip install pyserial smbus2

# 4. 如果使用 I2C 接線，額外安裝
sudo apt install python3-smbus2 -y

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2、三種接線方式說明

AI語音互動模組支援以下三種接線方式：

自動偵測機制

ROS1節點啟動時會按以下順序自動偵測接線方式：

1. 先嘗試串列埠：依序偵測 /dev/ttyUSB0 → /dev/ttyACM0 → /dev/ttyAMA0 → /dev/ttyS0

2. 再嘗試 I2C：偵測 /dev/i2c-1 上是否存在從機 0x2A

3. 串列埠偵測只需裝置檔案存在且可開啟即視為可用，無需額外驗證

偵測到任意一種方式後即停止偵測並鎖定使用該方式。無需任何手動配置。

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3、IIC 協定說明

IIC 從機配置

暫存器定義

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4、串列埠協定說明 (Type-C / UART)

訊框格式

每個訊框固定為 5位元組：

鮑率

固定 115200 bps。

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5、建立工作空間與目錄結構

建立 catkin 工作空間

mkdir -p ~/juxi_speech_ws/src
cd ~/juxi_speech_ws/src

建立 ROS 功能包

catkin_create_pkg juxi_voice rospy std_msgs visualization_msgs

最終目錄結構

將本專案提供的檔案放置到對應位置：

~/juxi_speech_ws/
├── build/
├── devel/
└── src/
    └── juxi_voice/
        ├── CMakeLists.txt      # (替換為本項目提供的)
        ├── package.xml          # (替換為本項目提供的)
        ├── juxi_voice.rviz      # (新建：RViz預配置文件)
        ├── launch/
        │   └── juxi_voice.launch # (新建：一鍵啟動文件)
        └── scripts/
            ├── voice_node.py     # (新建：語音節點)
            └── rviz_control.py   # (新建：RViz控制節點)

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6、檔案內容與放置

檔案 1：voice_node.py (語音控制節點)

位置：~/juxi_speech_ws/src/juxi_voice/scripts/voice_node.py

核心功能：

• 自動偵測 Type-C / UART / IIC 接線方式

• 統一命令詞對映表（114條命令詞，與Excel協定表V1完全一致）

• 根據接線方式使用對應的通訊後端（串列埠 / I2C）

關鍵架構：

# 統一命令數據: ID → (串口字節2, 串口字節3, 命令文本, 播報模式)
CMD_DATA = {
    1:   (0x01, 0x00, "欢迎语", "被"),
    3:   (0x03, 0x00, "你好小犀", "主"),
    14:  (0x00, 0x04, "小车前进", "主"),
    84:  (0xFF, 0x5F, "这是红色", "被"),
    ...
}

# 自動檢測函數
def detect_connection():
    # 1. 嘗試串口 /dev/ttyUSB0, /dev/ttyACM0, /dev/ttyAMA0, /dev/ttyS0
    # 2. 嘗試 I2C /dev/i2c-1 (從機地址 0x2A)
    ...

（完整程式碼請查看專案提供的 voice_node.py 檔案）

檔案 2：rviz_control.py (RViz 控制節點)

位置：~/juxi_speech_ws/src/juxi_voice/scripts/rviz_control.py

訂閱 /juxi_voice_cmd 話題接收命令文字，根據命令更新立方體視覺化。

（完整程式碼請查看專案提供的 rviz_control.py 檔案）

檔案 3：CMakeLists.txt 和 package.xml

已在本專案中提供，直接取代 catkin_create_pkg 自動產生的預設檔案即可。

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7、編譯與執行

編譯

cd ~/juxi_speech_ws
catkin_make

環境變數

source ~/juxi_speech_ws/devel/setup.bash
# 或寫入 ~/.bashrc
echo "source ~/juxi_speech_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc

權限設定

# I2C 權限
sudo chmod 666 /dev/i2c-1
# 串口權限
sudo chmod 666 /dev/ttyUSB0
sudo chmod 666 /dev/ttyACM0
sudo chmod 666 /dev/ttyAMA0
# 或加入用戶組
sudo usermod -aG dialout $USER
sudo usermod -aG i2c $USER
# 設置後需要重新登錄生效

執行節點

方式一：一鍵啟動（推薦）

cd ~/juxi_speech_ws
source devel/setup.bash
roslaunch juxi_voice juxi_voice.launch

啟動時會自動開啟語音節點、RViz控制節點和RViz視覺化介面。

方式二：分步啟動（3 個終端）

終端 1：啟動 roscore

roscore

終端 2：語音節點

cd ~/juxi_speech_ws
source devel/setup.bash
rosrun juxi_voice voice_node.py

啟動時會顯示偵測到的接線方式：

[INFO] 自動檢測: IIC /dev/i2c-1 (從機地址 0x2A)
[INFO] 語音節點啟動完成 - IIC /dev/i2c-1 (從機地址 0x2A)

或

[INFO] 自動檢測: UART /dev/ttyUSB0
[INFO] 語音節點啟動完成 - UART /dev/ttyUSB0

如果未偵測到任何裝置：

[FATAL] 未檢測到AI語音交互模塊！請檢查接線 (Type-C / UART / IIC)
[FATAL] 支持的端口: I2C(/dev/i2c-1) | 串口(/dev/ttyUSB0 /dev/ttyACM0 /dev/ttyAMA0 /dev/ttyS0)

終端 3：RViz 控制節點

cd ~/juxi_speech_ws
source devel/setup.bash
rosrun juxi_voice rviz_control.py

終端 4：RViz 視覺化（直接載入預先配置檔案，無需手動設定）

rviz -d ~/juxi_speech_ws/src/juxi_voice/juxi_voice.rviz

或者先開啟 RViz 再載入：

rviz
# 菜單欄: File → Open Config → 選擇 juxi_voice.rviz

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8、RViz 預先配置說明

juxi_voice.rviz 已預先配置好以下內容，啟動即可使用，無需任何手動操作：

• Fixed Frame：map

• Marker 顯示：已訂閱 /juxi_visual_marker（單標記）

• MarkerArray 顯示：已訂閱 /juxi_visual_markers（多標記：機械手臂、電量、報警等）

• 視角：從斜上方觀察，中心點在原點

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9、使用方法

喚醒

對著模組說 "你好小犀" → 模組回覆 "我在"

發指令

• "小車前進" → 方塊前進

• "亮紅燈" → 方塊變紅色

• "打開流水燈" → 顏色循環變化

• "報警" → 紅色脈衝球體

• "顯示電量" → 電量文字

主機觸發播報

# 被動播報 (I2C → 寫 0xD1, 串口 → 發 FE EF FF XX EE)
rostopic pub /juxi_passive_play std_msgs/String "data: '这是红色'"
# 功能詞播報 (I2C → 寫 0xD2, 串口 → 發 FE EF 01 00 EE)
rostopic pub /juxi_func_play std_msgs/String "data: '欢迎语'"
# 命令詞播報 (I2C → 寫 0xD3, 串口 → 發 FE EF 00 04 EE)
rostopic pub /juxi_cmd_play std_msgs/String "data: '小车前进'"

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10、命令詞ID對照表

共114條命令詞，與命令词播报词协议列表V1_中文.xlsx完全一致。

功能詞 (ID 1-10)

命令詞 (ID 11-83, 113)

被動播報詞 (ID 84-112, 114)

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11、ROS1 話題說明

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12、常見問題排查

1.啟動時報"未偵測到AI語音互動模組"

檢查接線方式對應的裝置檔案是否存在：

# I2C 接線
ls /dev/i2c-1
sudo i2cdetect -y 1   # 應看到 0x2A

# Type-C 接線
ls /dev/ttyUSB0 /dev/ttyACM0

# UART 接線
ls /dev/ttyAMA0 /dev/ttyS0

2.串列埠權限報錯

sudo chmod 666 /dev/ttyUSB0   # 或 /dev/ttyACM0 等
# 或加入 dialout 用戶組（需要重新登錄）
sudo usermod -aG dialout $USER

3.I2C 權限報錯

sudo chmod 666 /dev/i2c-1
# 或加入 i2c 用戶組（需要重新登錄）
sudo usermod -aG i2c $USER

4.RViz 裡沒有方塊

• 檢查 Fixed Frame 是否為 map

• 檢查 Topic 是否為 /juxi_visual_marker

• 確認 rviz_control.py 節點已啟動

5.喚醒後說指令沒反應

rostopic echo /juxi_voice_cmd

有資料 → RViz 配置問題；無資料 → 接線/通訊異常。

6.rosrun 找不到節點

確認已執行過編譯和 source：

cd ~/juxi_speech_ws
catkin_make
source devel/setup.bash

7.提示語法錯誤

# 確認 Python 腳本有執行權限
chmod +x ~/juxi_speech_ws/src/juxi_voice/scripts/voice_node.py
chmod +x ~/juxi_speech_ws/src/juxi_voice/scripts/rviz_control.py

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