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1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 題 目 智能聲控小車 英文題目 The intelligent voice control dolly 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 專 業(yè) 電子科學(xué)與技術(shù) 二零11年11

2、月 摘 要 語(yǔ)音處理技術(shù)是一門(mén)新興的技術(shù)，它不僅包括語(yǔ)音的錄制和播放，還涉及語(yǔ)音的壓縮編碼和解碼，語(yǔ)音識(shí)別等各種處理技術(shù)。以往做這方面的設(shè)計(jì)，一般有兩個(gè)途徑：一種方案是單片機(jī)擴(kuò)展設(shè)計(jì)，另一種就是借助于專門(mén)的語(yǔ)音處理芯片。采用凌陽(yáng)公司的SPCE061A16位單片機(jī)作為語(yǔ)音控制小車的檢測(cè)和控制核心，配合SPCE061A的語(yǔ)音特色，利用系統(tǒng)的語(yǔ)音播放和語(yǔ)音識(shí)別資源，通過(guò)控制I/O接口電路傳輸控制信息，從而控制全橋驅(qū)動(dòng)電路最終實(shí)現(xiàn)多功能語(yǔ)音控制小車的基本功能。利用編程進(jìn)行語(yǔ)音的“訓(xùn)練”和“識(shí)別”。設(shè)計(jì)出具有如下功能的語(yǔ)音聲控小車:能夠根據(jù)錄制的語(yǔ)音命令來(lái)控制小車的啟動(dòng)、停止、返回、

3、拐彎。 　　 關(guān)鍵詞：SPCE061A，語(yǔ)音識(shí)別，全橋驅(qū)動(dòng)，小車 Abstract Speech processing technology is a new technology, it includes not only the voice recording and playback, and in the speech compression encoding and decoding, speech recognition and all kinds of processing te

4、chnology. Before the design, generally there are two ways: a single chip design scheme is extended, and the other is by special speech processing chip.Based on the voice characteristics of MCU Sunplus SPCE061A，the small car of muhifunction voice—controlled was designed．The car system is composed of

5、voice recognition and voice broadcast，and its transmission and controlling information is controlled by I／O interface circuit．In order to control full bridge drive circuit at last the basic functions of muhifunctional voice-controlled small car are realized．We use programming for voice "training" a

6、nd "recognition". It has the following features: According to recorded the voice command to control the car to start, stop, return, and turn. Key words: SPCE061A，Speech Recognition，F(xiàn)ull-bridge driver，Trolley 目 錄 第一章 緒論………………………………………………… 1 1.1 引言…………

7、…………………………………………… 1 1.2 目前的發(fā)展概況…………………………………………… 1 1.3 智能聲控的應(yīng)用研究……………………………………… 1 1.4 課題的提出背景與實(shí)際意義…………………………………1 第二章 系統(tǒng)方案………………………………………………3 2.1 總體方案選擇……………………………………………… 3 2.2 系統(tǒng)硬件方案……………………………………………… 4 2.3 系統(tǒng)軟件方案……………………………………………… 5 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)………………………………………… 6 3.1 車體介紹………………………

8、………………………… 6 3.1.1 小車的行走原理…………………………………………7 3.2 控制板原理……………………………………………… 9 3.2.1全橋驅(qū)動(dòng)原里………………………………………………9 3.2.2 動(dòng)力電機(jī)驅(qū)動(dòng)……………………………………………11 3.2.3 方向電機(jī)控制電路…………………………………………12 3.3 芯片特性簡(jiǎn)介……………………………………………… 14 3.3.1 SPCE061A特性簡(jiǎn)介…………………………………………14 3.3.2 開(kāi)發(fā)板61板

9、簡(jiǎn)介……………………………………………15 3.4 電源模塊…………………………………………………… 15 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)……………………………………………16 4.1 系統(tǒng)的主程序流程……………………………………………16 4.1.1 初始化部分……………………………………………… 16 4.1.2 訓(xùn)練部分………………………………………………… 17 4.1.3 識(shí)別部分………………………………………………… 17 4.1.4 重訓(xùn)操作………………………………………………… 17 4.2 主函數(shù)模塊程序

10、…………………………………………… 17 4.3 語(yǔ)音識(shí)別的原理……………………………………………… 18 4.4 語(yǔ)音訓(xùn)練識(shí)別程序…………………………………………… 18 4.5 語(yǔ)音動(dòng)作子程序……………………………………………… 19 4.6 中斷子程序…………………………………………………… 22 結(jié)論……………………………………………………………… 24 致謝……………………………………………………………… 25 參考文獻(xiàn)………………………………………………………… 26 附錄……………………………………………………………… 27

11、 緒 論 1.1 引言 隨著電子業(yè)的發(fā)展， 自動(dòng)化已不再是一個(gè)新鮮的話題，無(wú)人駕駛的小汽車也必將進(jìn)入實(shí)用階段，未來(lái)駕駛汽車，不再是只能依靠手動(dòng)、語(yǔ)音等方式也有可能成為未來(lái)汽車的輔助駕駛途徑之一。單片機(jī)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)重要分支、嵌人式系統(tǒng)的核心，廣泛用于工業(yè)控制、智能儀器、家用電器、智能產(chǎn)品等領(lǐng)域。當(dāng)前電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)已進(jìn)入了片上系統(tǒng)時(shí)代，單片機(jī)的功能也越來(lái)越強(qiáng)，使其真正成為系統(tǒng)單片機(jī)。本系統(tǒng)模擬將來(lái)的智能小車，采用SPCE061A單片機(jī)作為檢測(cè)和控制核心，該單片機(jī)是一個(gè)16位結(jié)構(gòu)的微

12、控制器， 基于nSPTM 內(nèi)核，具有DSP運(yùn)算功能，內(nèi)置1O位A／D及D／A 轉(zhuǎn)換器，豐富的軟硬件支持，而SPCE061A 單片機(jī)集成度高， 擴(kuò)展方便，可靠性好。 SPCE061A 內(nèi)嵌 32K 字的 FLASH 程序存儲(chǔ)器以及 2K 的SRAM。同時(shí)該 SOC 芯片具有 ADC 和 DAC 功能，其 MIC_ADC 通道帶有AGC自動(dòng)增益環(huán)節(jié)，能夠很輕松的將語(yǔ)音信號(hào)采集到芯片內(nèi)部，兩路 10 位的電流輸出型DAC，只要外接一個(gè)功放就可以完成聲音的播放。以上介紹的這些硬件資源使得該SPCE061A 能夠單芯片實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音處理功能。 借助于 SPCE061A 的語(yǔ)音特色實(shí)現(xiàn)了對(duì)小車前

13、進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停車等語(yǔ)音控制功能。 1.2 目前的發(fā)展概況 聲控技術(shù)其實(shí)就是利用語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)來(lái)達(dá)到控制或者操作的一種技術(shù)，而語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)這近五年來(lái)已經(jīng)有很大的進(jìn)步，最新的語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)可以辨識(shí)90％以上的人類說(shuō)出的字。聲控技術(shù)雖然是一項(xiàng)比較先進(jìn)的技術(shù)，但不可否認(rèn)的是，聲控技術(shù)在無(wú)限傳輸時(shí)的合成的質(zhì)量不是很好，它尚需進(jìn)一步提高，因?yàn)闊o(wú)線環(huán)境中的背景噪音太大了，當(dāng)然還有其他方面的因素影響著聲控功能的發(fā)揮。 然而隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、及傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)今聲控技術(shù)應(yīng)用廣泛，這種嶄露頭角的聲控技術(shù)，給嚴(yán)重傷殘人的生活帶來(lái)了極大的方便。傷殘病人用聲音就可以打開(kāi)門(mén)窗、窗

14、簾、電視機(jī)、電燈等 1.3 智能聲控的應(yīng)用研究 可以讓駕駛員對(duì)汽車發(fā)出語(yǔ)音指令，控制車內(nèi)的收音機(jī)、電話和車內(nèi)溫度。聲控技術(shù)將成為接入網(wǎng)絡(luò)和其他各種自動(dòng)服務(wù)的關(guān)鍵。“隨著汽車電子技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車智能化技術(shù)正在逐步得到應(yīng)用。汽車智能化技術(shù)使汽車的操縱越來(lái)越簡(jiǎn)單,動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性越來(lái)越高，行駛安全性越來(lái)越好，這是未來(lái)汽車發(fā)展的趨勢(shì)。目前正逐步應(yīng)用于汽車的智能控制技術(shù)。 1.4 課題的提出背景與實(shí)際意義 科技的進(jìn)步需要技術(shù)不斷的提升，一塊大而復(fù)雜的模擬電路花費(fèi)了工程師們巨大的精力，繁多的元器件增加制作的成本，而現(xiàn)在只需要一塊幾厘米的長(zhǎng)方單片機(jī)通過(guò)寫(xiě)入簡(jiǎn)單的程序就可以使以前的電路

15、簡(jiǎn)單很多。單片機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)，不管在開(kāi)發(fā)或是工作上都為我們帶來(lái)了意想不到的驚喜。1916年第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生至今，只有60年得時(shí)間，依靠微電子技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，從電子管到晶體管到集成電路在到大規(guī)模集成電路，現(xiàn)在一塊芯片上完全可以集成幾百萬(wàn)甚至上千萬(wàn)之晶體管，使得計(jì)算機(jī)體積更小，功能更強(qiáng)，特別是近20年時(shí)間里，技術(shù)及技術(shù)獲得飛速的發(fā)展。計(jì)算機(jī)在工農(nóng)業(yè)，科研教育國(guó)防和航空航天領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，技術(shù)及技術(shù)已經(jīng)是一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代科技水平的重要標(biāo)志。 機(jī)器人的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，幾乎滲透到所有領(lǐng)域。機(jī)器人的發(fā)展體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家技術(shù)水平的高低，現(xiàn)代機(jī)器人從其誕生到現(xiàn)在，己經(jīng)發(fā)展到了第三代。第一代機(jī)器人是

16、示教再現(xiàn)型機(jī)器人。它們裝有記憶存儲(chǔ)器，由人將作業(yè)的各種操作要求示范給機(jī)器人，使之記住操作的程序和要領(lǐng)。當(dāng)它接到再現(xiàn)命令時(shí)，則自主地再現(xiàn)示教的動(dòng)作。第二代機(jī)器人是裝有小型計(jì)算機(jī)和簡(jiǎn)單傳感器的離線編程的工業(yè)機(jī)器人。它能感知外界信息和進(jìn)行“思維”，比第一代機(jī)器人更靈活、更能適應(yīng)環(huán)境變化的需要。第三代是智能機(jī)器人。智能機(jī)器人是“具有感知、思維和動(dòng)作的機(jī)器”。它裝有多種傳感器，能識(shí)別作業(yè)環(huán)境，能自主決策，具有人類大腦的部分功能，且動(dòng)作靈活，是人工智能技術(shù)發(fā)展到高級(jí)階段的產(chǎn)物。 智能小車，也就是輪式機(jī)器人，具有廣泛的用途，尤其適合那些人類無(wú)法工作的環(huán)境中工作，無(wú)人生產(chǎn)線，倉(cāng)庫(kù)，服務(wù)機(jī)器人，航空航天等領(lǐng)域

17、。作為20世紀(jì)自動(dòng)化領(lǐng)域的重大成就，機(jī)器人已經(jīng)和人類社會(huì)的生產(chǎn)、生活密不可分。應(yīng)此為了使智能小車工作在最佳狀態(tài)，進(jìn)一步研究及完善其速度和方向的控制是非常有必要的。其次學(xué)習(xí)智能小車的制作也是對(duì)大學(xué)4年學(xué)習(xí)的一個(gè)很好的檢測(cè)，對(duì)今后的學(xué)習(xí)和工作具有很大的幫助。 第二章 系統(tǒng)方案 2.1 總體方案選擇 方案一： 采用MCS-51系列單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，由于有語(yǔ)音識(shí)別和語(yǔ)音播放功能，所以需要擴(kuò)展語(yǔ)音識(shí)別模塊和語(yǔ)音播放模塊，這樣必然造成端口的資源緊張，所以還必須加入接口擴(kuò)展芯片。該實(shí)現(xiàn)方案結(jié)構(gòu)如圖 2-1所示。 圖 2-1 采用MCS-51系列

18、單片機(jī)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制小車 方案二： 采用SPCE061A實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制小車方案，由于SPCE061A內(nèi)部具有語(yǔ)音識(shí)別和語(yǔ)音播放功能，所以只需要擴(kuò)展基本的MIC和語(yǔ)音功放即可，該方案結(jié)構(gòu)如圖 2-2所示。 圖 2-2 基于SPCE061A的語(yǔ)音控制小車實(shí)現(xiàn)方案 比較以上兩個(gè)方案，方案二結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，故選擇方案二。 2.2 系統(tǒng)硬件方案 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 2-3示。 圖 2-3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)組成主要包括以下兩部分：SPCE061A精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)板、語(yǔ)音小車控制電路板。 圖中的語(yǔ)音輸入部分 MIC_ IN、按鍵輸入 KEY、聲音

19、輸出部分的功率放大環(huán)節(jié)等已經(jīng)做到了精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)板——61 板上，為我們使用提供了很大的方便。在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方面，采用全橋驅(qū)動(dòng)技術(shù)，利用四個(gè) I/O端口分為兩組分別實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停三態(tài)運(yùn)行。 2.3 系統(tǒng)軟件方案 小車運(yùn)動(dòng)控制子程序就是控制前后電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，程序識(shí)別出使用者說(shuō)出何種語(yǔ)音命令后，根據(jù)I／0口輸出和小車運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)相應(yīng)的I／0 口置位或清零，輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)， 小車作相應(yīng)的動(dòng)作。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1 車體介紹 語(yǔ)音控制小車為四輪結(jié)構(gòu)，

20、如圖 3-1 所示。其中前面兩個(gè)車輪由前輪電機(jī)控制，在連桿和支點(diǎn)作用下控制前輪左右擺動(dòng)，來(lái)調(diào)節(jié)小車的前進(jìn)方向。在自然狀態(tài)下，前輪在彈簧作用下保持中間位置。后面兩個(gè)車輪由后輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)，為整個(gè)小車提供動(dòng)力。所以又稱前面的輪子為方向輪，后面的兩個(gè)輪子為驅(qū)動(dòng)輪，如圖 3-2 所示。 圖 3-1 車體側(cè)視圖 圖 3-2車體側(cè)視圖 3.2 小車的行走原理 前進(jìn)：由小車的結(jié)構(gòu)分析，在自然狀態(tài)下，前輪在彈簧作用下保持中間狀態(tài)，這時(shí)只要后輪電機(jī)正轉(zhuǎn)小車就會(huì)前進(jìn)。如圖 3-3所示； 倒車：倒車動(dòng)作和前進(jìn)動(dòng)作剛好相反，前輪電機(jī)仍然保持中間狀態(tài)，后輪電機(jī)反轉(zhuǎn)，小車就會(huì)向后運(yùn)動(dòng)，如圖 3-4所示

21、； 左轉(zhuǎn)：前輪電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（規(guī)定為正轉(zhuǎn)），后輪電機(jī)正轉(zhuǎn)，這時(shí)小車就會(huì)在前后輪共同作用下朝左側(cè)前進(jìn)，如圖 3-5 所示； 右轉(zhuǎn)：前輪電機(jī)反轉(zhuǎn)，后輪電機(jī)正轉(zhuǎn)，這時(shí)小車就是會(huì)在前后輪共同作用下朝右側(cè)前進(jìn)，如圖 3-6所示。 圖 3-3 小車前進(jìn)原理圖 圖 3-4 小車倒車示意圖 圖 3-5 小車左轉(zhuǎn)示意圖 圖 3-6 小車右轉(zhuǎn)示意圖 3.3 控制板原理 控制板主要包括：接口電路、電源電路和兩路電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路。 接口電路：接口電路負(fù)責(zé)將 61 板的 I/O 接口信號(hào)傳送給控制電路板，I/O 信號(hào)主要為控制電機(jī)需要的IOB8~IOB11這四路信號(hào)， 同時(shí)

22、為了方便后續(xù)的開(kāi)發(fā)和完善， 預(yù)留了 IOB12~IOB15 以及 IOA8~IOA15 接口，可以在這些接口上添加一些傳感器。 3.3.1 全橋驅(qū)動(dòng)原理 全橋驅(qū)動(dòng)又稱 H橋驅(qū)動(dòng)，下面介紹一下 H橋的工作原理： H橋一共有四個(gè)臂，分別為 B1~B4，每個(gè)臂由一個(gè)開(kāi)關(guān)控制，示例中為三極管 Q1~Q4。 如果讓 Q1、Q2 導(dǎo)通 Q3、Q4 關(guān)斷，如圖 3-7所示，此時(shí)電流將會(huì)流經(jīng) Q1、負(fù)載、Q2 組成的回路，電機(jī)正轉(zhuǎn)。 圖 3-7 B1、B2 工作時(shí)的 H 橋電路簡(jiǎn)圖 圖 3-8 B3、B4 工作時(shí)的 H 橋電路簡(jiǎn)圖 如果讓 Q1、Q2 關(guān)斷 Q3、

23、Q4 導(dǎo)通，如圖 3-8 所示，此時(shí)電流將會(huì)流經(jīng) Q3、負(fù)載、Q4 組成的回路，電機(jī)反轉(zhuǎn)。 如果讓 Q1、Q2 關(guān)斷 Q3、Q4 也關(guān)斷，負(fù)載 Load 兩端懸空，如圖 3-9 所示，此時(shí)電機(jī)停轉(zhuǎn)。這樣就實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的正轉(zhuǎn)、如果讓 Q1、Q2 導(dǎo)通 Q3、Q4 也導(dǎo)通，那么電流將會(huì)流經(jīng) Q1、Q4 組成的回路以及 Q2和 Q3 組成的回路，如圖 3-10 所示，這時(shí)橋臂上會(huì)出現(xiàn)很大的短路電流。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)注意避免出現(xiàn)橋臂短路的情況，這會(huì)給電路帶來(lái)很大的危害，嚴(yán)重的會(huì)燒毀電路。 圖 3-9 B1~B4 全部停止工作時(shí)的 H 橋簡(jiǎn)圖 圖 3-10 B1~B4 全部工作時(shí)的 H

24、 橋簡(jiǎn)圖反轉(zhuǎn)、停止三態(tài)控制。 3.3.2 動(dòng)力電機(jī)驅(qū)動(dòng) 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)由后輪驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，負(fù)責(zé)小車的直線方向運(yùn)動(dòng)，包括前進(jìn)和后退，后輪驅(qū)動(dòng)電路是一個(gè)全橋驅(qū)動(dòng)電路，如圖 3-11 所示：Q1、Q2、Q3、Q4 四個(gè)三極管組成四個(gè)橋臂，Q1 和 Q4 組成一組，Q2 和Q3 組成一組，Q5 控制 Q2、Q3 的導(dǎo)通與關(guān)斷，Q6 控制 Q1 和 Q4 的導(dǎo)通與關(guān)斷，而 Q5、Q6 由 IOB9 和 IOB8控制，這樣就可以通過(guò) IOB8 和 IOB9 控制四個(gè)橋臂的導(dǎo)通與關(guān)斷控制后輪電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，使之正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)或者停轉(zhuǎn)，進(jìn)而控制小車的前進(jìn)和后退。 圖 3-11 后輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 當(dāng) IO

25、B8 為高電平、IOB9 為低電平時(shí) Q1 和 Q4 導(dǎo)通，Q2 和 Q3 截止，后輪電機(jī)正轉(zhuǎn)，小車前進(jìn)；反之當(dāng) IOB8 為低電平、IOB9 為高電平時(shí) Q1 和 Q4 截止，Q2 和 Q3 導(dǎo)通，后輪電機(jī)反轉(zhuǎn)，小車倒退；而當(dāng)IOB8、IOB9 同為低電平時(shí) Q1、Q2、Q3 和 Q4 都截止，后輪電機(jī)停轉(zhuǎn)，小車停止運(yùn)動(dòng)。 注意：IOB8 和 IOB9 不能同時(shí)置高電平，這樣會(huì)造成后輪驅(qū)動(dòng)全橋短路現(xiàn)象。 3.3.3 方向電機(jī)控制電路 方向控制由前輪驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，包括左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，前輪驅(qū)動(dòng)電路也是一個(gè)全橋驅(qū)動(dòng)電路， Q7、Q8、Q9、Q10 四個(gè)三極管組成四個(gè)橋臂，Q7 和 Q10

26、組成一組，Q8 和 Q9 組成一組，Q11 控制 Q8、Q9 的導(dǎo)通與關(guān)斷，Q12 控制 Q7 和 Q10 的導(dǎo)通與關(guān)斷，而 Q11、Q12 由 IOB10 和IOB11 控制，這樣就可以通過(guò) IOB10 和 IOB11 控制前輪電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，進(jìn)而控制小車的左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)。 當(dāng) IOB10 為高電平、IOB11 為低電平時(shí) Q8 和 Q9導(dǎo)通，Q7 和 Q10 截止，前輪電機(jī)正轉(zhuǎn)，小車前輪朝左偏轉(zhuǎn)；反之當(dāng) IOB10為低電平、IOB11 為高電平時(shí) Q8 和 Q9 截止，Q7和 Q10 導(dǎo)通，前輪電機(jī)反轉(zhuǎn)，小車前輪朝右偏轉(zhuǎn)；而當(dāng) IOB10、IOB11 同為低電平時(shí) Q8 和 Q9截止，Q7

27、 和Q10 也截止，前輪電機(jī)停轉(zhuǎn)，在彈簧作用下前輪被拉回到中間位置，保持直向。 注意：IOB10、IOB11 不能同時(shí)為高電平，這樣會(huì)造成前輪驅(qū)動(dòng)全橋的橋臂短路。 結(jié)合以上對(duì)前輪和后輪的狀態(tài)分析，得到小車的運(yùn)行狀態(tài)與輸入的對(duì)照表，如下 表3.1 基本的輸入與小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)照表 IOB11 IOB10 IOB9 IOB8 后電機(jī) 前電機(jī) 小車 0 0 0 0 停轉(zhuǎn) 停轉(zhuǎn) 停 0 0 0 1 正轉(zhuǎn) 停轉(zhuǎn) 前進(jìn) 0 0 1 0 反轉(zhuǎn) 停轉(zhuǎn) 倒退 0 1 0 1

28、 正轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 左前轉(zhuǎn) 1 0 0 1 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 右前轉(zhuǎn) 另外還有一些不常用的運(yùn)行狀態(tài)，比如右后轉(zhuǎn)、左后轉(zhuǎn)等，結(jié)合以上對(duì)前輪和后輪的狀態(tài)分析，其端口對(duì)照如表3.2所示： 表3.2 輸入與小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)照表 IOB11 IOB10 IOB9 IOB8 后電機(jī) 前電機(jī) 小車 0 1 1 0 正轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 右后轉(zhuǎn) 1 0 1 0 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 左后轉(zhuǎn) 注意：為了小車的安全請(qǐng)不要出現(xiàn)以下兩種組合情況： 表3.3 禁止的輸入狀態(tài)列表 ? IOB11 IOB10 IOB9

29、 IOB8 后電機(jī) 前電機(jī) 小車 * * 1 1 停轉(zhuǎn) * 停 1 1 * * * 停轉(zhuǎn) 停 3.4 芯片特性簡(jiǎn)介 3.4.1 SPCE061A特性簡(jiǎn)介 SPCE061A 是凌陽(yáng)科技研發(fā)生產(chǎn)的性價(jià)比很高的一款十六位單片機(jī)，使用它可以非常方便靈活的實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的錄放，該芯片擁有 8 路 10 位精度的 ADC，其中一路為音頻轉(zhuǎn)換通道，并且內(nèi)置有自動(dòng)增益電路。這為實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音錄入提供了方便的硬件條件。兩路 10 位精度的 DAC，只需要外接功放（SPY0030A）即可完成語(yǔ)音的播放。另外凌陽(yáng)十六位單片機(jī)具有一套易學(xué)易

30、用的指令系統(tǒng)和集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，在此環(huán)境中，它支持標(biāo)準(zhǔn) C語(yǔ)言編程，也支持 C 語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言的互相調(diào)用。另外還提供了語(yǔ)音錄放的庫(kù)函數(shù)，只要了解庫(kù)函數(shù)的使用，就可以很容易的完成語(yǔ)音的錄放、識(shí)別等功能，這些都為軟件開(kāi)發(fā)提供了方便的條件。 SPCE061A特性： 16位μ’nSP微處理器； 工作電壓：內(nèi)核工作電壓VDD為 3.0V~3.6V(CPU)，I/O口工作電壓VDDH為VDD~5.5V(I/O)； CPU時(shí)鐘：0.32MHz~49.152MHz； 內(nèi)置2K 字 SRAM； 內(nèi)置32K 閃存 ROM； 可編程音頻處理；

31、 晶體振蕩器； 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài))，耗電小于 2μA@3.6V； 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù)值)； 2 個(gè) 10 位 DAC(數(shù)-模轉(zhuǎn)換)輸出通道； 32 位通用可編程輸入/輸出端口； 14 個(gè)中斷源可來(lái)自定時(shí)器 A / B，時(shí)基，2 個(gè)外部時(shí)鐘源輸入，鍵喚醒； 具備觸鍵喚醒的功能； 使用音頻編碼 SACM_S240 方式(2.4K 位/秒)，能容納 210 秒的語(yǔ)音數(shù)據(jù)； 鎖相環(huán) PLL 振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)； 32768H

32、z 實(shí)時(shí)時(shí)鐘； 7 通道 10 位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器； 聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動(dòng)增益控制(AGC)功能； 具備串行設(shè)備接口； 低電壓復(fù)位(LVR)功和低電壓監(jiān)測(cè)(LVD)功能； 內(nèi)置在線仿真板(IC E，In-C ircuitEm ulator)接口。 3.4.2 開(kāi)發(fā)板61板簡(jiǎn)介 “61 板”是SPCE061A EMU BOARD的簡(jiǎn)稱，是以凌陽(yáng) 16 位單片機(jī) SPCE061A為核心的精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)－仿真－實(shí)驗(yàn)板，大小相當(dāng)于一張撲克牌。 “61板”除了具備單片機(jī)最小系統(tǒng)電路外，

33、還包括有電源電路、復(fù)位電路、ICE 電路、音頻電路（含 MIC 輸入部分和 DAC 音頻輸出部分）等， “61 板”可以采用電池供電。圖 3-12 所示為該精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)板的實(shí)物圖。 圖 3-12 61 板實(shí)物圖 3.5 電源模塊 整個(gè)小車有 4 個(gè)電源信號(hào)：電池電源，控制板工作電源，61板工作電源，61 板的 I/O輸出電源。系統(tǒng)供電由電池提供，控制板直接采用電池供電（VCC），然后經(jīng)二極管 D1 后產(chǎn)生 61 板電源（VCC_61），通過(guò) 61 板的 Vio 跳線產(chǎn)生 61 板的端口電源（V1）。 二極管 D1 作用： 1、 降壓，4 節(jié)電池提供

34、的電壓 VCC 最大可達(dá)到 6V，D1 可有效地降壓。 2、 保護(hù)，D1 可以防止電源接反燒壞 61 板。 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1 系統(tǒng)的主程序流程 圖 4-1 4.1.1 初始化部分 初始化操作將 IOB8~IOB11 設(shè)置為輸出端，用以控制電機(jī)。必要時(shí)還要有對(duì)應(yīng)的輸入端設(shè)置和 PWM 端口設(shè)置等。 4.1.2 訓(xùn)練部分 訓(xùn)練部分完成的工作就是建立語(yǔ)音模型。程序一開(kāi)始判斷小車是否被訓(xùn)練過(guò)，如果沒(méi)有訓(xùn)練過(guò)則要求對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練，并且會(huì)在訓(xùn)練成功之后將訓(xùn)

35、練的模型存儲(chǔ)到 Flash，在以后使用時(shí)不需要重新訓(xùn)練；如果已經(jīng)訓(xùn)練過(guò)會(huì)把存儲(chǔ)在 Flash 中的模型調(diào)出來(lái)裝載到辨識(shí)器中。 4.1.3 識(shí)別部分 在識(shí)別環(huán)節(jié)當(dāng)中，如果辨識(shí)結(jié)果是名字，停止當(dāng)前的動(dòng)作并進(jìn)入待命狀態(tài)，然后等待動(dòng)作命令。如果辨識(shí)結(jié)果為動(dòng)作指令小車會(huì)語(yǔ)音告知相應(yīng)動(dòng)作并執(zhí)行該動(dòng)作，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可以通過(guò)呼叫小車SPCE061A在語(yǔ)音控制小車中的應(yīng)用的名字使小車停下來(lái)。 4.1.4 重訓(xùn)操作 考慮到有重新訓(xùn)練的需求，設(shè)置了重新訓(xùn)練的按鍵（61 板的 KEY3），循環(huán)掃描該按鍵，一旦檢測(cè)到此鍵按下，則將擦除訓(xùn)練標(biāo)志位（0xe000 單元），并等待復(fù)位。復(fù)位后，程

36、序重新執(zhí)行，當(dāng)檢測(cè)到訓(xùn)練標(biāo)志位為 0xffff 時(shí)會(huì)要求重新對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練。 4.2 主函數(shù)模塊程序 //============================================================ // 語(yǔ)法格式： int main(void); // 實(shí)現(xiàn)功能： 主函數(shù) //============================================================ int main(void) { unsigned int BS_Flag; //Train標(biāo)志位 *P_IOA_Dir=0xff00;

37、 //初始化IOA,IOA0~7下拉輸入 *P_IOA_Attrib=0xff00; *P_IOA_Data=0x0000; *P_IOB_Dir=0x0f00; //初始化IOB,IOB8~11同向輸出 *P_IOB_Attrib=0x0f00; *P_IOB_Data=0x0000; BSR_DeleteSDGroup(0); //初始化存儲(chǔ)器RAM BS_Flag=*(unsigned int *)0xe000; //讀存儲(chǔ)單元0xe000 if(BS_Flag==0xffff) //沒(méi)有經(jīng)過(guò)訓(xùn)練（

38、0xe000內(nèi)容為0xffff） { TrainSD(); //訓(xùn)練 StoreSD(); //存儲(chǔ)訓(xùn)練結(jié)果（語(yǔ)音模型） } else //經(jīng)過(guò)訓(xùn)練（0xe000內(nèi)容為0x0055） { LoadSD(); //語(yǔ)音模型載入識(shí)別器 } PlaySnd(S_START,3); //開(kāi)始識(shí)別提示 BSR_InitRecognizer(BSR_MIC); //初始化識(shí)別器 while(1) { BSR(); if((*P_IOA_Data)&

39、0x0004) //是否重新訓(xùn)練 { F_FlashErase(0xe000); while(1); } } } 4.3 語(yǔ)音識(shí)別的原理 語(yǔ)音識(shí)別主要分為“訓(xùn)練”和“識(shí)別”兩個(gè)階段。在訓(xùn)練階段，單片機(jī)對(duì)采集到的語(yǔ)音樣本進(jìn)行分析處理，從中提取出語(yǔ)音特征信息，建立一個(gè)特征模型；在識(shí)別階段，單片機(jī)對(duì)采集到的語(yǔ)音樣本也進(jìn)行類似的分析處理，提取出語(yǔ)音的特征信息，然后將這個(gè)特征信息模型與已有的特征模型進(jìn)行對(duì)比，如果二者達(dá)到了一定的匹配度，則輸入的語(yǔ)音被識(shí)別。 4.4 語(yǔ)音訓(xùn)練識(shí)別程序 訓(xùn)練采用應(yīng)答式訓(xùn)練，每條指令的訓(xùn)練次數(shù)為兩次，在語(yǔ)音提示下進(jìn)

40、行，并且能進(jìn)行容錯(cuò)處理，整個(gè)的訓(xùn)練過(guò)程共有5次這樣的訓(xùn)練，依次為名稱一前進(jìn)一后退一左拐一右拐，以“前進(jìn)”為例說(shuō)明。 步驟一：小車提示語(yǔ)音“前進(jìn)”；告訴小車“前進(jìn)”；步驟二：小車提示語(yǔ)音“請(qǐng)?jiān)僬f(shuō)一遍” (重復(fù)訓(xùn)練提示音)；再次告訴小車“前進(jìn)”。如果訓(xùn)練成功，小車會(huì)自動(dòng)進(jìn)入下一條指令的訓(xùn)練，并會(huì)提示下一條指令對(duì)應(yīng)的動(dòng)作；如果沒(méi)有訓(xùn)練成功，小車會(huì)提示“說(shuō)什么暗語(yǔ)呀” 或者“沒(méi)有聽(tīng)到任何聲音”等信息，這樣的話就要重復(fù)剛才所說(shuō)的4個(gè)步驟，直到成功為止。在小車訓(xùn)練完畢之后，就進(jìn)入識(shí)別“準(zhǔn)備就緒”狀態(tài)，向小車“喊話”，程序就識(shí)別“喊話”的命令，將對(duì)使用者輸入的語(yǔ)音命令進(jìn)行記錄并與存儲(chǔ)的語(yǔ)音模型進(jìn)行比較匹配

41、，以確定是輸入的何種命令。 下面是訓(xùn)練部分的子程序模塊： //============================================================ // 語(yǔ)法格式： void TrainSD(); // 實(shí)現(xiàn)功能： 訓(xùn)練函數(shù) //============================================================ void TrainSD() { while(TrainWord(NAME_ID,S_NAME) != 0) ; //訓(xùn)練名稱 while(TrainWord(COMMAND_GO

42、_ID,S_ACT1) != 0) ; //訓(xùn)練第1個(gè)動(dòng)作 while(TrainWord(COMMAND_BACK_ID,S_ACT2) != 0) ; //訓(xùn)練第2個(gè)動(dòng)作 while(TrainWord(COMMAND_LEFT_ID,S_ACT3) != 0) ; //訓(xùn)練第3個(gè)動(dòng)作 while(TrainWord(COMMAND_RIGHT_ID,S_ACT4) != 0) ; //訓(xùn)練第4個(gè)動(dòng)作 } 4.5 語(yǔ)音動(dòng)作子程序 動(dòng)作子程序包括：前進(jìn)、倒車、左拐、右拐、停車子程序; 前進(jìn)：由小車的結(jié)構(gòu)原理和驅(qū)動(dòng)電路分析知：只要 IOB8 為高電平，IOB9

43、，IOB10，IOB11 全部為低電平即可實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)。前進(jìn)子程序包括語(yǔ)音提示、置端口數(shù)據(jù)、啟動(dòng)定時(shí)器操作，該部分程序如下： //============================================================ // 語(yǔ)法格式： void GoAhead(); // 實(shí)現(xiàn)功能： 前進(jìn)子函數(shù) //============================================================ void GoAhead() //前進(jìn) { PlaySnd(

44、S_ACT1,3); //提示 *P_IOB_Data=0x0100; //前進(jìn) *P_INT_Mask |= 0x0004; //以下為中斷定時(shí)操作 __asm("int fiq,irq"); uiTimecont = 0; } 倒車：由小車的結(jié)構(gòu)原理分析和驅(qū)動(dòng)電路分析知：只要 IOB9 為高電平，IOB8，IOB10，IOB11 全部為低電平即可實(shí)現(xiàn)小車的倒退。倒退子程序包括語(yǔ)音提示、置端口數(shù)據(jù)、啟動(dòng)定時(shí)器操作，程序如下： //====================================================

45、======== // 語(yǔ)法格式： void BackUp(); // 實(shí)現(xiàn)功能： 后退子函數(shù) //============================================================ void BackUp() //倒退 { PlaySnd(S_DCZY,3); //提示 *P_IOB_Data=0x0200; //倒退 *P_INT_Mask |= 0x0004; //以下為中斷定時(shí)操作 __asm("int fiq,irq"); uiT

46、imecont = 0; } 左轉(zhuǎn)：由小車的結(jié)構(gòu)原理分析和驅(qū)動(dòng)電路分析知：小車左轉(zhuǎn)需要兩個(gè)條件：1.前輪左偏 2.后輪前進(jìn)，這時(shí)對(duì)應(yīng)的 I/O狀態(tài)為：IOB8、IOB10為高電平，IOB9、IOB11為低電平。左轉(zhuǎn)子程序包括語(yǔ)音提示、置端口數(shù)據(jù)、啟動(dòng)定時(shí)器操作，該部分程序如下： //============================================================ // 語(yǔ)法格式： void TurnLeft(); // 實(shí)現(xiàn)功能： 左轉(zhuǎn)子函數(shù) //============================================

47、================ void TurnLeft() //左轉(zhuǎn) { PlaySnd(S_GJG,3); *P_IOB_Data=0x0900; //右轉(zhuǎn) Delay(); //延時(shí) *P_IOB_Data=0x0500; //左轉(zhuǎn) *P_INT_Mask |= 0x0004; //以下為中斷定時(shí)操作 __asm("int fiq,irq"); uiTimecont = 0; } 注：在左轉(zhuǎn)之前首先讓前輪右偏，然后再讓前輪朝左偏，這樣前輪的擺動(dòng)范圍

48、更大，慣性更大，擺幅也最大，能更好實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。 右轉(zhuǎn)：由小車的結(jié)構(gòu)原理分析和驅(qū)動(dòng)電路分析知：小車右轉(zhuǎn)需要兩個(gè)條件：1.前輪右偏 2.后輪前進(jìn)，這時(shí)對(duì)應(yīng)的 I/O狀態(tài)為：IOB8、IOB11為高電平，IOB9、IOB10為低電平。右轉(zhuǎn)子程序包括語(yǔ)音提示、置端口數(shù)據(jù)、啟動(dòng)定時(shí)器操作，該部分程序如下： //============================================================ // 語(yǔ)法格式： void TurnRight(); // 實(shí)現(xiàn)功能： 右轉(zhuǎn)子函數(shù) //=====================================

49、======================= void TurnRight() //右轉(zhuǎn) { PlaySnd(S_GJG,3); //語(yǔ)音提示 *P_IOB_Data=0x0500; //左轉(zhuǎn) Delay(); //延時(shí) *P_IOB_Data=0x0900; //右轉(zhuǎn) *P_INT_Mask |= 0x0004; //以下為中斷定時(shí)操作 __asm("int fiq,irq"); uiTimecont = 0; } 注：在右轉(zhuǎn)之前首先

50、讓前輪左偏，然后再讓前輪朝右偏，這樣前輪的擺動(dòng)范圍更大，慣性更大，擺幅也最大，能更好實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。 停車：由小車的結(jié)構(gòu)原理分析和驅(qū)動(dòng)電路分析知：小車停車只需要將兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)都停了即可程序如下： //============================================================ // 語(yǔ)法格式： void Stop(); // 實(shí)現(xiàn)功能： 停車子函數(shù) //============================================================ void Stop()

51、 //停車 { *P_IOB_Data=0x0000; //停車 PlaySnd(S_RDY,3); //語(yǔ)音提示 } 4.6 中斷子程序 雖然已經(jīng)有了前進(jìn)、后退以及停車（通過(guò)直接呼叫小車的名字使其停車）等語(yǔ)音控制指令，但是考慮環(huán)境的干擾因素，小車運(yùn)行時(shí)的噪音影響和有效距離的限制，小車運(yùn)行后可能接收不到語(yǔ)音指令而一直運(yùn)行。為了防止出現(xiàn)這種情況，加入了時(shí)間控在啟動(dòng)小車運(yùn)行的同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器，定時(shí)器時(shí)間到停止小車的運(yùn)行，該定時(shí)器借助于2Hz時(shí)基中斷完成，圖所示為該程序的流程圖。可以在程序中修改uiTimeset參數(shù)來(lái)控制運(yùn)行時(shí)間，

52、當(dāng)uiTimeset=2時(shí)，運(yùn)行時(shí)間為1s，以此類推。 圖4-2中斷流程圖 //============================================================ // 語(yǔ)法格式： void IRQ5(void); // 實(shí)現(xiàn)功能： 中斷服務(wù)子函數(shù) //============================================================ void IRQ5(void)__attribute__((ISR)); //運(yùn)動(dòng)定時(shí)控制 void IRQ5(vo

53、id) { if(uiTimecont++ == uiTimeset) { *P_IOB_Data = 0x0000; } *P_INT_Clear = 0x0004; } 結(jié) 論 本系統(tǒng)采用凌陽(yáng)SPCE061A16位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。內(nèi)部集成了2K字的RAM，32K字的Flash加上用凌陽(yáng)SPCE061A16位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)不需要外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器和RAM，也不用外接語(yǔ)音芯片，即可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音辨識(shí)和一系列職能動(dòng)作。由于采用了高性能的MCU，省掉了大量的外圍器件，如外擴(kuò)RAM，ROM存儲(chǔ)器等，使硬件結(jié)構(gòu)

54、大大簡(jiǎn)化，提高了系統(tǒng)的可靠性。其軟件編程采用C和匯編混合編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，集兩種語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)于一體，極大限度地簡(jiǎn)化了編程過(guò)程，豐富了編程思想，給我們?cè)O(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的方便。如果采用別的單片機(jī)則一般要2個(gè)單片機(jī)才能實(shí)現(xiàn)所有功能，硬件電路也更加復(fù)雜。若要實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)功能和語(yǔ)音辨識(shí)，即使多用幾個(gè)其他類型的單片機(jī)也不可能實(shí)現(xiàn)，而凌陽(yáng)單片機(jī)提供了很好的語(yǔ)音播放和錄制機(jī)制以及簡(jiǎn)單的API接口編程。利用凌陽(yáng)單片機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制功能將會(huì)廣泛地運(yùn)用在通信等領(lǐng)域。 本設(shè)計(jì)模擬未來(lái)小車，成功地實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音控制功能，操作比較簡(jiǎn)單，訓(xùn)練和識(shí)別成功的幾率也比較高，語(yǔ)音命令識(shí)別率9O 以上，是一個(gè)典型的語(yǔ)音識(shí)別控制應(yīng)用方案。該語(yǔ)

55、音控制小車以其精巧、便攜的特點(diǎn)，也可作為汽車玩具，可產(chǎn)品化。 致 謝 四年的大學(xué)生活即將成為過(guò)去，在此，我首先要衷心地感謝我們東華理工大學(xué)的所有老師，感謝他們對(duì)我這四年的教導(dǎo)，不管是在學(xué)業(yè)上或是在生活上，我都受益匪淺，感謝母校為我提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境；感謝陳堅(jiān)老師對(duì)我畢業(yè)論文的指導(dǎo)，之前曾多次就畢業(yè)論文中所遇到的問(wèn)題與陳堅(jiān)老師進(jìn)行探討，陳老師總能抽出他寶貴的時(shí)間對(duì)我所遇到的問(wèn)題一一給予解答，在論文的寫(xiě)作過(guò)程中，也得到了許多同學(xué)的寶貴建議，感謝所有關(guān)心幫助我的良師益。 對(duì)在我大學(xué)期間在

56、學(xué)習(xí)和生活上給予我無(wú)私幫助的各位老師和同學(xué)，在此向你們致以我由衷的謝意！ 參考文獻(xiàn) [1] 陳繼榮. 智能電子創(chuàng)新制作——機(jī)器人制造入門(mén).科學(xué)出版社 2009年4月 [2] 雷思孝 ，李伯成，雷向麗. 凌陽(yáng)16位單片機(jī)原理及應(yīng)用. 西安電子科技大學(xué)出版社.2004年1月 [3] [美] David Cook 畢樹(shù)生 李大寨 高志慧 譯. 機(jī)器人制作提高篇[M] 北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2005 [4] 威海明，揚(yáng)興瑤. 實(shí)用電子電路500例. 化學(xué)工業(yè)出版社

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