畢業(yè)設計--語音控制小車

1、<p><b>　　NO： </b></p><p><b>　　畢業(yè)設計</b></p><p>　　題 目: 語音控制小車 </p><p>　　系 別: 機 械 工 程 系 </p><p>　　專 業(yè): 機電一體化技術 </p><p>　　

2、姓 名: </p><p>　　學 號: </p><p>　　指導老師: </p><p>　　職 稱: </p><p><b>　　xxxx年x月 </b></p><p&g

3、t;<b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著電子業(yè)的發(fā)展，自動化已不再是一個新鮮的話題，無人駕駛的小汽車也必將進入實用階段，本系統(tǒng)模擬將來的智能小車。根據(jù)開始錄制的語音命令來控制啟動、停止、返回和語音模。本文介紹了一種基于SPCE061A單片機的語音遙控小車，重點討論了其硬件與軟件系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。文章首先介紹了SPCE061A單片機和配套61實驗板及其開發(fā)環(huán)境IDE；接著

4、完成了總體方案設計、車體驅動設計、程序設計、語音辨識設計、功能模塊的設計，最后對制作與調試過程做了較為詳細的說明。測試表明，在環(huán)境背景噪音不太大，控制者的發(fā)音清晰的前提下，語音控制小車能對特定的語音指令做出反應，做出預想中的有限的動作。</p><p>　　關鍵詞：SPCE061A 61實驗板 IDE 驅動小車 語音辨識</p><p><b>　　AB

5、STRACT</b></p><p>　　With the electronics industry, automation is no longer a new topic, driverless cars will also enter the practical stage, the system simulation of future smart car. According to begi

6、n recording the voice command to control start, stop, return and voice mode. This paper introduces a microcomputer-based voice SPCE061A remote control car, focusing on its hardware and software system design and implemen

7、tation. First we describe the experimental SPCE061A microcontroller and supporting plate 61 and its</p><p>　　KEYWORDS：61 test board IDE drive car speech recognition</p><p><b>　　目 錄</b

8、></p><p>　　第一章 緒 論- 1 -</p><p>　　1.1設計背景- 1 -</p><p>　　1.2 凌陽SPCE061A單片機- 1 -</p><p>　　1.3 61實驗板- 2 -</p><p>　　1.4 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境IDE- 2 -</p>

9、<p>　　1.5 ResWriter工具- 2 -</p><p>　　第2章 凌陽SPCE061A單片機- 4 -</p><p>　　2.1 SPCE061A總述- 4 -</p><p>　　2.2 SPCE061A 特點- 4 -</p><p>　　2.4 SPCE061A的結構- 6 -

10、</p><p>　　2.5 引腳排列- 7 -</p><p>　　2.6 應用領域- 8 -</p><p>　　2.7 SPCE061A最小系統(tǒng)- 9 -</p><p>　　第3章 61實驗板- 10 -</p><p>　　3.1 硬件框圖及簡要說明- 10 -</p><

11、p>　　3.2 61板接口說明- 11 -</p><p>　　3.3 61板的檢測- 13 -</p><p>　　第4章 系統(tǒng)總體方案- 16 -</p><p>　　4.1 設計要求- 16 -</p><p>　　4.2 系統(tǒng)總體方案- 16 -</p><p>　　4.3 系統(tǒng)硬件

12、方案- 17 -</p><p>　　4.4系統(tǒng)控制方案- 18 -</p><p>　　第五章 系統(tǒng)硬件設計- 19 -</p><p>　　5.1 車體介紹- 19 -</p><p>　　5.2 小車的行走原理- 21 -</p><p>　　5.3 控制板原理圖- 23 -</p>

13、<p>　　5.4 全橋驅動原理- 24 - </p><p>　　5.5 動力電機驅動電路 - 26 -</p><p>　　5.6 方向電機控制電路- 27 -</p><p>　　第6章 系統(tǒng)軟件設計- 30 -</p><p>　　6.1 系統(tǒng)的總體程序流程- 30 -</p><p&

14、gt;　　6.2 語音識別的原理簡介- 31 -</p><p>　　6.3 訓練子程序- 32 -</p><p>　　6.4 語音識別子程序- 34 -</p><p>　　6.5 動作子程序- 34 -</p><p>　　6.6 中斷子程序- 36 -</p><p>　　6.7

15、 程序中需要說明的幾個問題- 37 -</p><p>　　第7章 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境- 39 -</p><p>　　第8章 語音小車的使用- 40 -</p><p>　　8.1 連接硬件- 40 -</p><p>　　8.2 代碼下載- 40 -</p><p>　　8.3 訓練小車- 41

16、-</p><p>　　8.4 聲控小車- 42 -</p><p>　　8.5 重新訓練- 43 -</p><p>　　結 語- 44 -</p><p>　　致 謝- 45 -</p><p>　　參考文獻- 46 -</p><p>　　附錄一 ： 語音控制小車

17、源代碼- 47 -</p><p>　　第一章 緒 論</p><p><b>　　設計背景</b></p><p>　　語音處理技術是一門新興的技術，它不僅包括語音的錄制和播放，還涉及語音的壓縮編碼和解碼，語音的識別等各種處理技術。以往做這方面的設計，一般有兩個途徑：一種方案是單片機擴展設計，另一種就是借助于專門的語音處理芯片。普通的

18、單片機往往不能實現(xiàn)這么復雜的過程和算法，即使勉強實現(xiàn)也要加很多的外圍器件。專門的語音處理芯片也比較多，像 ISD 系列、PM50 系列等，但是專門的語音處理芯片功能比較單一，想在語音之外的其他方面應用基本是不可能的。 </p><p>　　SPCE061A 是凌陽科技推出的一款 16 位μ'nSP 結構的微控制器。該芯片帶有硬件乘法器，能夠實現(xiàn)乘法運算、內積運算等復雜的運算。它不僅運算能力強，而且處理速

19、度快，單周期最高可以達到49MHz。SPCE061A 內嵌32K 字的FLASH 程序存儲器以及2K 的SRAM。同時該SOC 芯片具有ADC 和DAC 功能，其MIC_ADC 通道帶有AGC 自動增益環(huán)節(jié)，能夠很輕松的將語音信號采集到芯片內部，兩路 10 位的電流輸出型 DAC，只要外接一個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 能夠單芯片實現(xiàn)語音處理功能。</p><p>

20、　　借助于 SPCE061A 的語音特色，開發(fā)出了這款語音控制小車。小車不僅具有前進、后退、左轉、右轉停車等基本功能；同時配合 SPCE061A 的語音特色，實現(xiàn)語音控制功能。</p><p>　　1.2 凌陽SPCE061A單片機</p><p>　　SPCE061A 是繼µ’nSP?系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽科技推出的又一款16位結構的微控制器。與SPCE500A

21、不同的是，在存儲器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調試等功能，SPCE061A里只內嵌32K字的閃存（FLASH）。較高的處理速度使µ’nSP?能夠非常容易地、快速地處理復雜的數(shù)字信號。</p><p>　　1.3 61實驗板</p><p>　　“61板”是SPCE061A EMU BOARD的簡稱，是以凌陽16位單片機SPCE061A為核心的精簡開發(fā)－仿真－

22、實驗板，大小相當于一張撲克牌。 “61板”除了具備單片機最小系統(tǒng)電路外，還包括有電源電路、復位電路、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。</p><p>　　1.4 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境IDE</p><p>　　μ'nSP® IDE是由凌陽科技提供的一個集成開發(fā)環(huán)境，它集程序的編輯、編譯、鏈接、調試和仿真等功能為一體。具

23、有友好的交互界面、下拉菜單、快捷鍵和快速訪問命令列表等，使程序設計工作更加方便、高效。此外，它的軟件仿真功能可以不連接仿真板，模擬硬件的部分功能來調試程序。</p><p>　　1.5 ResWriter工具</p><p>　　ResWriter工具是將語音、字模等數(shù)據(jù)資源（二進制文件）燒錄到SPR1024/4096 Flash Memory的燒錄工具。用PC Printer Por

24、t 通過EZ_Probe燒錄SPR1024/4096，基本操作內容包括芯片的空白檢查（Blank Check）、芯片的數(shù)據(jù)擦除（Erase）、讀出芯片數(shù)據(jù)（Read）、燒錄寫入數(shù)據(jù)（Program）、校驗檢查寫入的數(shù)據(jù)是否正確（Verify）。另外，該工具還具有文件整合功能，把多個小文件按照指定的格式生成索引表，然后將索引表與所有的小文件整合成一個大文件作為燒錄Flash的數(shù)據(jù)資料。 </p><p>　　第2章

25、 凌陽SPCE061A單片機</p><p>　　2.1 SPCE061A總述</p><p>　　SPCE061A 是繼μ’nSP?系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽科技推出的又一款16位結構的微控制器。與SPCE500A不同的是，在存儲器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調試等功能，SPCE061A里只內嵌32K字的閃存（FLASH）。較高的處理速度使μ’nSP?能夠

26、非常容易地、快速地處理復雜的數(shù)字信號。因此，與SPCE500A相比，以μ’nSP?為核心的SPCE061A微控制器是適用于數(shù)字語音識別應用領域產(chǎn)品的一種最經(jīng)濟的選擇</p><p>　　2.2 SPCE061A 特點</p><p><b>　　有以下特點:</b></p><p>　　1.體積小、集成度高、可靠性好且易于擴展</p&

27、gt;<p>　　把各功能部件模塊化地集成在一個芯片里，內部采用總線結構，因而減少了各功能部件之間的連線，提高了其可靠性和抗干擾能力。另外，模塊化的結構易于系統(tǒng)擴展，以適應不同用戶的需求。2.具有較強的中斷處理能力</p><p>　　中斷系統(tǒng)支持10個中斷向量及10余個中斷源，適合實時應用領域。 3.高性能價格比</p><p>　　片內帶有高尋址能力的ROM、靜

28、態(tài)RAM和多功能的I/O口。另外，µ’nSP?的指令系統(tǒng)提供具有較高運算速度的16位×16位的乘法運算指令和內積運算指令，為其應用增添了DSP功能，使得µ’nSP?家族運用在復雜的數(shù)字信號處理方面既很便利，又比專用的DSP芯片廉價。</p><p>　　4. 功能強、效率高的指令系統(tǒng)</p><p>　　指令系統(tǒng)的指令格式緊湊，執(zhí)行迅速,并且其指令結構提供了對

29、高級語言的支持,這可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)時間。5.低功耗、低電壓</p><p>　　采用CMOS制造工藝，同時增加了軟件激發(fā)的弱振方式、空閑方式和掉電方式，極大地降低了其功耗。另外，µ’nSP?家族的工作電壓范圍大，能在低電壓供電時正常工作，且能用電池供電。這對于其在野外作業(yè)等領域中的應用具有特殊的意義。</p><p>　　2.3 SPCE061A性能 &#

30、183;16位µ’nSP?微處理器； ·工作電壓(CPU) VDD為2.4~3.6V (I/O) VDDH為2.4~5.5V ·CPU時鐘：0.32MHz~49.152MHz ； ·內置2K字SRAM； ·內置32K FLASH； ·可編程音頻處理； ·晶體振蕩器; ·系統(tǒng)處于備用狀態(tài)

31、下(時鐘處于停止狀態(tài))，耗電僅為2µA@3.6V； ·2個16位可編程定時器/計數(shù)器(可自動預置初始計數(shù)值)； ·2個10位DAC(數(shù)-模轉換)輸出通道； ·32位通用可編程輸入/輸出端口； · 14個中斷源可來自定時器A / B，時基，2個外部時鐘源輸入，鍵喚醒； ·具備觸鍵喚醒的功能； ·使用

32、凌陽音頻編碼SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容納210秒的語音數(shù)據(jù)； ·鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號； ·32768Hz實時時鐘；  ·7通道10位電壓模-數(shù)轉換器(ADC)和單通道聲音模-數(shù)轉換器； · 聲音模-數(shù)轉換器輸入通道內置麥克風放大器和自動增益控制(AGC)功能； ·具備串行設備接口； 

33、·具有低電壓復位(LVR)功能</p><p>　　2.4 SPCE061A的結構 </p><p>　　SPCE061A的結構如下圖2.1所示：</p><p>　　圖2.1 SPCE061A的結構 </p><p>　　SPCE061A主要包括輸入/輸出端口、定時器/計數(shù)器、數(shù)/模轉換、模/數(shù)轉換、串行設備輸入輸出、通用

34、異步串行接口、低電壓監(jiān)測和復位等部分，并且內置在線仿真電路ICE接口，較高的處理速度使其能夠快速的處理復雜的數(shù)字信號</p><p><b>　　2.5 引腳排列</b></p><p>　　SPCE061A有兩種封裝片，一種為84個引腳，PLCC84封裝形式；它的排列如圖1.4所示；另一種為80個引腳，LQFP80封裝。PLCC84的排列如下圖2.2所示：</

35、p><p>　　圖2.2 SPCE061APLCC84封裝排列圖 </p><p>　　2.6 應用領域 </p><p>　　·家用電器控制器：冰箱、空調、洗衣機等白色家電 </p><p>　　·儀器儀表：數(shù)字儀表（有語音提示功能） </p><p>　　·電表、水表、煤氣表、暖氣

36、表 </p><p><b>　　·工業(yè)控制 </b></p><p><b>　　·智能家居控制器 </b></p><p>　　·通訊產(chǎn)品：多功能錄音電話、自動總機、語音信箱、數(shù)字錄音系統(tǒng)產(chǎn)品 </p><p>　　·醫(yī)療設備、保健器械（電子血壓計、紅外體

37、溫監(jiān)測儀等） </p><p>　　·體育健身產(chǎn)品（跑步機等） </p><p>　　·電子書籍（兒童電子故事書類）、電教設備等 </p><p>　　·語音識別類產(chǎn)品（語音識別遙控器、智能語音交互式玩具等） </p><p>　　2.7 SPCE061A最小系統(tǒng) </p><p>　　最

38、小系統(tǒng)接線如下圖所示，在OSC0、OSC1端接上晶振及諧振電容，在鎖相環(huán)壓控振蕩器的阻容輸入VCP端接上相應的電容電阻后即可工作。其它不用的電源端和地端接上0.1μF的去藕電容提高抗干擾能力。（如下圖2.3所示）</p><p>　　圖2.3 SPCE061A最小系統(tǒng)原理圖 </p><p>　　第3章 61實驗板</p><p>　　3.1 硬件框圖及簡要

39、說明 </p><p>　　框圖如下圖3.1所示</p><p>　　圖3.1 61板框圖</p><p>　　表3.1：框圖說明 </p><p>　　3.2 61板接口說明 </p><p>　　61板接口說明如下圖3.2所示</p><p>　　圖3.2 61板接口</p&

40、gt;<p>　?。ㄒ唬?輸入/輸出（I/O）接口</p><p>　　61板將SPCE061A的32個I/O口全部引出：IOA0~IOA15，IOB0~IOB15，對應的SPCE061A引腳為：A口，41～48、53、54～60；B口，5～1、81～76、68～64。而且該I/O口是可編程的，即可以設置為輸入或輸出： 設置為輸入時，分為懸浮輸入或非懸浮輸入，非懸浮輸入又可以設置為上拉輸入或是下拉輸

41、入；在5V情況下，上拉電阻為150K，下拉電阻為110K；設置為輸出時，可以選擇同相輸出或者反相輸出。</p><p>　?。ǘ?音頻輸入/輸出接口</p><p>　　61板具有強大的語音處理功能，如圖3.2所示，X1是語音的MIC輸入端，自帶自動增益（AGC）控制， J3是語音輸出接口，一個2pin的插針外接喇叭，由DAC輸出引腳21或22經(jīng)語音集成放大器SPY0030A放大，然后輸

42、出，SPY0030A是凌陽的一款芯片，功能相當于LM386，但是比LM386音質好，它可以工作在2.4~6.0V范圍內，最大輸出功率可達700mW（LM386必須工作在4V以上，而且功率只有100mW）。</p><p>　　（三）在線調試器PROBE和EZ_PROBE接口</p><p>　　圖3.2中J4為PROBE的接口，該接口有5pin，我們就是通過它將PROBE與PC機連接起來進

43、行調試、仿真和下載程序的。這樣，就不需要再用仿真器和編程器了。圖3.2中的J11是EZ_PROBE的接口，我們提供一根下載線用作程序的下載，一端連接PC機的25pin并口，另外一端接61板的5pin EZ_PROBE接口。 </p><p><b>　?。ㄋ模╇娫唇涌?lt;/b></p><p>　　圖3.2中J10是電源接口，61板的內核SPCE061A電壓要求為3.3

44、V，而I/O 端口的電壓可以選擇3.3V也可以選擇5V。所以，在板子上具有兩種工作電壓：5V和3.3V。對應的引腳中15、36和7必須為3.3V, 對于I/O端口的電壓51、52、75可以為3.3V也可以是5V，這兩種電平的選擇通過跳線J5來選擇。61板的供電電源系統(tǒng)采用用戶多種選擇方式： </p><p>　　1、 5V供電 戶可以用3節(jié)電池來供電，5V直流電壓直接通過SPY0029（相當于一般3.3V穩(wěn)壓器

45、）穩(wěn)壓到3.3V，為整個61板提供了5V和3.3V兩種電平的電壓。另外也可以直接外接5V的直流穩(wěn)壓源供電，5V電壓再通過SPY0029穩(wěn)壓到3.3V。 </p><p>　　2、 3.3V供電 可以提供直流3.3V電壓為實驗板進行供電，此時整個板子有3.3V電壓，I/O端口電壓此時只有一種選擇。 </p><p>　　※需要注意的是由于SPY0029A最大輸出電流為50mA，所以如果需

46、要外接一些模組時要先考慮負載能力。 </p><p><b>　?。ㄎ澹┩獠繌臀?</b></p><p>　　復位是對61板內部的硬件初始化，61板本身具有上電復位功能，即通電就自動復位，另外，還具有外部復位電路，即在引腳6上外加一個低電平就可令其復位。如圖3.2中的RESET按鍵。 </p><p>　　3.3 61板的檢測 </

47、p><p>　　（一）主要測試部分 </p><p>　　1、I/O口（A口作為輸入，B口作為輸出）； </p><p>　　2、睡眠功能（進入睡眠狀態(tài)，綠色指示燈點亮）； </p><p>　　3、A/D轉換輸入（B口的低7位作為模擬電壓源輸出，對應A口的7個通道采樣轉換）； </p><p>　　4、MIC輸入及語音輸

48、出（同時實現(xiàn)A/D和D/A轉換功能）。 </p><p>　?。ǘ?61板自檢的具體操作步驟（如圖3.3所示）</p><p>　　圖3.3 61板自檢步驟</p><p>　　第一步 連接電源，可以連接電池盒（3節(jié)），也可以直接接5V的穩(wěn)壓源； </p><p>　　現(xiàn)象：當電源接通時，紅色的發(fā)光二極管會點亮。同時會有語音提示：“歡迎

49、進入自檢模式”，此時因為還沒有連線，所以會聽到：“I/O測試失敗”的警告，進行第二步的操作； </p><p>　　第二步 用排線分別將IOA口的低8位和IOB口的低8位相連，IOA口的高8位和IOB口的高8位相連，然后按下RESET復位鍵； </p><p>　　現(xiàn)象：當按下RESET復位鍵后，程序重新開始執(zhí)行，語音提示“歡迎進入自檢模式”，當聽到語音提示“I/O測試成功”后，進行第三步

50、操作； </p><p>　　第三步 按K1鍵進行睡眠功能測試； </p><p>　　現(xiàn)象：如果測試成功，會看到綠色的發(fā)光二極管閃亮一下，并有語音提示“睡眠測試成功”，否則提示“睡眠測試失敗”，然后進行第四步操作； </p><p>　　第四步 按下K2鍵進行A/D轉換的測試； </p><p>　　現(xiàn)象：語音提示：“A/D測試成功”，否則

51、提示“A/D測試失敗”，進入最后一步操作； </p><p>　　第五步 拔掉第一步測試時的排線，并按下K3鍵測試MIC輸入及D/A轉換輸出是否正常；（注：在按下K3鍵后，喇叭會發(fā)出嘯叫聲，用手按在MIC上可消除嘯叫聲。） </p><p>　　現(xiàn)象：可以在MIC上輕輕的拍幾下，同時聽是否有聲音輸出，如果有，則說明MIC輸入和D/A轉換輸出部分正常。 </p><p&g

52、t;　　※ 以上操作，只有當I/O測試成功后，按鍵才會有效。 </p><p>　　第4章 系統(tǒng)總體方案</p><p><b>　　4.1 設計要求</b></p><p>　　利用SPCE061A單片機和智能小車控制電路板，實現(xiàn)下述功能： </p><p>　　1.可以通過簡單的I/O操作實現(xiàn)小車的前進、后退、左轉

53、、右轉功能； </p><p>　　2.配合SPCE061A語音特色，利用系統(tǒng)的語音播放和語音識別資源，實現(xiàn)語音控制功能； </p><p>　　3.可以在行走過程中聲控改變小車運動狀態(tài)； </p><p>　　4.在超出語音控制范圍時能夠自動停車。</p><p>　　4.2 系統(tǒng)總體方案 </p><p>　　采用

54、SPCE061A實現(xiàn)語音控制小車方案，由于SPCE061A內部具有語音識別和語音播放功能，所以只需要擴展基本的MIC和語音功放即可，該方案結構如圖所示：</p><p>　　圖4.1 基于SPCE061A的語音控制小車實現(xiàn)方案</p><p>　　4.3 系統(tǒng)硬件方案 </p><p>　　系統(tǒng)組成主要包括以下兩部分：SPCE061A精簡開發(fā)板、語音小車控制電

55、路板。 </p><p>　　圖中的語音輸入部分MIC_ IN、按鍵輸入KEY、聲音輸出部分的功率放大環(huán)節(jié)等已經(jīng)做到了精簡開發(fā)板——61板上，為我們使用提供了很大的方便。在電機的驅動方面，采用全橋驅動技術，利用四個I/O端口分為兩組分別實現(xiàn)兩個電機的正傳、反轉和停三態(tài)運行。系統(tǒng)的結構框圖如下圖4.2所示</p><p>　　圖4.2 系統(tǒng)結構框圖 </p><p>

56、;　　圖4.3 硬件模塊連線圖</p><p>　　4.4系統(tǒng)控制方案 </p><p>　　小車的運動控制采用語音控制和中斷定時控制相結合，通過語音觸發(fā)小車動作，小車動作之后，隨時可以通過語音指令改變小車的運動狀態(tài)。在每一次動作觸發(fā)的同時啟動定時器，如果小車由于某些原因不能正常的接收語音指令，則只要定時時間到，中斷服務程序會發(fā)出指令讓小車停下來。 </p><p&g

57、t;　　第五章 系統(tǒng)硬件設計</p><p>　　系統(tǒng)的硬件方面，由于大部分的功能實現(xiàn)都是在61板上完成的，只有電機控制部分電路另外設計在一塊獨立的電路板上，我們稱之為控制板。下面詳細的介紹小車的結構和運行原理以及控制電路板的結構和功能實現(xiàn)。 </p><p><b>　　5.1 車體介紹 </b></p><p>　　語音控制小車為四輪結構，

58、如圖 5.1。其中前面兩個車輪由前輪電機控制，在連桿和支點作用下控制前輪左右擺動，來調節(jié)小車的前進方向。在自然狀態(tài)下，前輪在彈簧作用下保持中間位置。后面兩個車輪由后輪電機驅動，為整個小車提供動力。所以又稱前面的輪子為方向輪，后面的兩個輪子為驅動輪，如圖 5.1 </p><p>　　圖5.1 車體側視圖</p><p>　　5.2 小車的行走原理 </p><p

59、>　　直走：由小車的結構分析，在自然狀態(tài)下，前輪在彈簧作用下保持中間狀態(tài)，這是只要后輪電機正轉小車就會前進。 </p><p>　　倒車：倒車動作和前進動作剛好相反，前輪電機仍然保持中間狀態(tài)，后輪電機反轉，小車就會向后運動。 </p><p>　　左轉：前輪電機逆時針旋轉（規(guī)定為正轉），后輪電機正轉，這時小車就會在前后輪共同作用下朝左側前進。 </p><p>

60、;　　右轉：前輪電機反轉，后輪電機正轉，這時小車就是會在前后輪共同作用下朝右側前進。行走原理如圖5.2所示。</p><p>　　車體前進原理圖 車體倒車原理圖</p><p>　　車體左轉示意圖 車體右轉示意圖</p><p>　　圖5.2 小車行轉彎原理圖

61、</p><p>　　5.3 控制板原理圖 </p><p>　　控制板主要包括：接口電路、電源電路和兩路電機的驅動電路，控制板原理圖如圖 5.3 所示。 </p><p>　　接口電路：接口電路負責將 61 板的I/O 接口信號傳送給控制電路板，I/O 信號主要為控制電機需要的 IOB8~IOB11 這四路信號，同時為了方便后續(xù)的開發(fā)和完善，預留了IOB12~

62、IOB15 以及IOA8~IOA15 接口可以在這些接口上添加一些傳感器。 </p><p>　　電源部分：整個小車有4 個電源信號：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61 板的Vio 跳線產(chǎn)生 61 板的端口電源（V1 ）。 </p><p&

63、gt;　　二極管D1 作用： </p><p>　　1、降壓，4 節(jié)電池提供的電壓VCC 最大可達到6V，D1 可有效地降壓。 </p><p>　　2、保護，D1 可以防止電源接反燒壞61 板。</p><p>　　5.3 控制板原理圖</p><p>　　5.4 全橋驅動原理 </p><p>　　全橋

64、驅動又稱H橋驅動，下面介紹一下H橋的工作原理： </p><p>　　H橋一共有四個臂，分別為B1~B4，每個臂由一個開關控制，示例中為三極管Q1~Q4。 如果讓Q1、Q2導通Q3、Q4關斷，如圖5-8所示，此時電流將會流經(jīng)Q1、負載、Q2組成的回路，電機正轉。 </p><p>　　B1、B2工作時的H橋電路簡圖 B3、B4工作時的H橋電路簡圖 &

65、lt;/p><p>　　圖5.4 全橋驅動原理 1 </p><p>　　如果讓Q1、Q2關斷Q3、Q4導通，如圖5-9所示，此時電流將會流經(jīng)Q3、負載、Q4組成的回路，電機反轉。 如果讓Q1、Q2關斷Q3、Q4也關斷，負載Load兩端懸空，如圖5-10所示，此時電機停轉。這樣就實現(xiàn)了電機的正轉、反轉、停止三態(tài)控制。 如果讓Q1、Q2導通Q3、Q4也導通，那么電流將會流經(jīng)Q1、Q4組成的回

66、路以及Q2和Q3組成的回路，如圖5-11所示，這時橋臂上會出現(xiàn)很大的短路電流。在實際應用時注意避免出現(xiàn)橋臂短路的情況，這會給電路帶來很大的危害，嚴重的會燒毀電路。 </p><p>　　B1~B4全部停止工作時的H橋簡圖 B1~B4全部工作時的H橋簡圖 </p><p>　　圖5.5 全橋驅動原理 2</p><p

67、>　　5.5 動力電機驅動電路 </p><p>　　動力驅動由后輪驅動實現(xiàn)，負責小車的直線方向運動，包括前進和后退，后輪驅動電路是一個全橋驅動電路，如圖5-12所示：Q1、Q2、Q3、Q4四個三極管組成四個橋臂，Q1和Q4組成一組，Q2和Q3組成一組，Q5控制Q2、Q3的導通與關斷，Q6控制Q1和Q4的導通與關斷，而Q5、Q6由IOB9和IOB8控制，這樣就可以通過IOB8和IOB9控制四個橋臂的導通與

68、關斷控制后輪電機的運行狀態(tài)，使之正轉反轉或者停轉，進而控制小車的前進和后退。 </p><p>　　圖5.6 后輪電機驅動電路</p><p>　　當IOB8為高電平、IOB9為低電平時Q1和Q4導通，Q2和Q3截止，后輪電機正轉，小車前進；反之當IOB8為低電平、IOB9為高電平時Q1和Q4截止，Q2和Q3導通，后輪電機反轉，小車倒退；而當IOB8、IOB9同為低電平時Q1、Q2、Q

69、3和Q4都截止，后輪電機停轉，小車停止運動。 </p><p>　　注意：IOB8和IOB9不能同時置高電平，這樣會造成后輪驅動全橋短路現(xiàn)象。</p><p>　　5.6 方向電機控制電路 </p><p>　　方向控制由前輪驅動實現(xiàn)，包括左轉和右轉，前輪驅動電路也是一個全橋驅動電路，如圖5-12所示：Q7、Q8、Q9、Q10四個三極管組成四個橋臂，Q7和Q10組

70、成一組，Q8和Q9組成一組，Q11控制Q8、Q9的導通與關斷，Q12控制Q7和Q10的導通與關斷，而Q11、Q12由IOB10和IOB11控制，這樣就可以通過IOB10和IOB11控制前輪電機的正轉和反轉，進而控制小車的左轉和右轉。 </p><p>　　圖5.7 前輪電機驅動電路 </p><p>　　當IOB10為高電平、IOB11為低電平時Q8和Q9導通，Q7和Q10截止，前輪電

71、機正轉，小車前輪朝左偏轉；反之當IOB10為低電平、IOB11為高電平時Q8和Q9截止，Q7和Q10導通，前輪電機反轉，小車前輪朝右偏轉；而當IOB10、IOB11同為低電平時Q8和Q9截止，Q7和Q10也截止，前輪電機停轉，在彈簧作用下前輪被拉回到中間位置，保持直向。 </p><p>　　注意：IOB10、IOB11不能同時為高電平，這樣會造成前輪驅動全橋的橋臂短路。 </p><p>

72、;　　結合以上對前輪和后輪的狀態(tài)分析，得到小車的運行狀態(tài)與輸入的對照表，如下表所示： </p><p>　　表5.1 基本的輸入與小車運動狀態(tài)對照表 </p><p>　　另外還有一些不常用的運行狀態(tài)，比如右后轉、左后轉等，結合以上對前輪和后輪的狀態(tài)分析，其端口對照如表5.2所示： </p><p>　　表5.2 輸入與小車的運動狀態(tài)對照表 </p>

73、<p>　　注意：為了小車的安全請不要出現(xiàn)以下兩種組合情況： </p><p>　　表5.3 禁止的輸入狀態(tài)列表 </p><p>　　第6章 系統(tǒng)軟件設計</p><p>　　6.1 系統(tǒng)的總體程序流程 </p><p>　　系統(tǒng)的總體程序流程如圖6.1所示</p><p>　　圖6.1 系統(tǒng)總體流程

74、圖</p><p>　　語音識別小車的主程序流程如圖 6.1所示.</p><p>　　分為四大部分：初始化部分、訓練部分、識別部分、重訓操作。 </p><p>　　初始化部分：初始化操作將 IOB8~IOB11 設置為輸出端，用以控制電機。必要時還要有對應的輸入端設置和PWM 端口設置等。 </p><p>　　訓練部分：訓練部分完成的工

75、作就是建立語音模型。程序一開始判斷小車是否被訓練過，如果沒有訓練過則要求對其進行訓練，并且會在訓練成功之后將訓練的模型存儲到FLASH，在以后使用時不需要 </p><p>　　重新訓練；如果已經(jīng)訓練過會把存儲在FLASH 中的模型調出來裝載到辨識器中。 </p><p>　　識別部分：在識別環(huán)節(jié)當中，如果辨識結果是名字，停止當前的動作并進入待命狀態(tài)，然后等待動作命令。如果辨識結果為動作指

76、令小車會語音告知相應動作并執(zhí)行該動作，在運動過程中可以通過呼叫小車的名字使小車停下來。 </p><p>　　重訓操作：考慮到有重新訓練的需求，設置了重新訓練的按鍵（61 板的KEY3 ），循環(huán)掃描該按鍵，一旦檢測到此鍵按下，則將擦除訓練標志位（0xe000 單元），并等待復位。復位后，程序重新執(zhí)行，當檢測到訓練標志位為0xffff 時會要求重新對其進行訓練。</p><p>　　下面詳細

77、介紹以上提到的子程序。</p><p>　　6.2 語音識別的原理簡介</p><p>　　在介紹子程序之前首先介紹一下語音識別的原理。語音識別主要分為“訓練”和“識別”兩個階段。訓練階段，單片機對采集到的語音樣本進行分析處理，從中提取出語音特征信息，建立一個特征模型；在識別階段，單片機對采集到的語音樣本也進行類似的分析處理，提取出語音的特征信息，然后將這個特征信息模型與已有的特征模型進

78、行對比，如果二者達到了一定的匹配度，則輸入的語音被識別。 </p><p>　　語音識別的具體流程如圖</p><p>　　圖6.2 語音識別流程說明框圖</p><p>　　6.3 訓練子程序</p><p>　　當程序檢測到訓練標志位BS_Flag 內容為0xffff，就會要求操作者對它進行訓練操作，訓練操作的過程如圖 6.3所示

79、：訓練采用兩次訓練獲取結果的方式，以訓練名字為例：小車首先會提示：給我取個名字吧，這時你可以告訴它一個名字（比如Jack ）；然后它會提示：請再說一遍，這時再次告訴它名字（Jack），如果兩次的聲音差別不大，小車就能夠成功的建立模型，名稱訓練成功；如果沒能夠成功的建立模型，小車會告知失敗的原因并要求重新訓練。成功訓練名稱后會給出下一條待訓練指令提示音：前進，參照名稱訓練方式訓練前進指令。依次訓練小車的名稱—前進指令—倒車指令—左轉指令—

80、右轉指令，全部訓練成功子程序返回，訓練結束。</p><p>　　圖6.3 訓練流程圖</p><p>　　下面是訓練部分的子程序，在訓練時如果訓練不成功TrainWord()返回值不為0，要求重復訓練，只有當訓練成功，TrainWord()返回0，進行下一條指令訓練。 </p><p>　　6.4 語音識別子程序</p><p>

81、　　語音識別流程如圖 6.4所示：首先獲取辨識器的辨識結果，判斷是否有語音觸發(fā)，如果有語音觸發(fā)則會返回識別結果的ID 號，ID 號對應名稱或者對應不同的動作。如果ID 號為名稱，則結束運動 （如果當前在運動狀態(tài)），進入待命狀態(tài)，等待下一次的指令觸發(fā)；如果 ID 號為動作，則語音告知將要執(zhí)行的動作，并執(zhí)行該動作。</p><p>　　圖6.4 語音識別部分流程圖</p><p>

82、　　6.5 動作子程序 </p><p>　　動作子程序包括：前進、倒車、左拐、右拐、停車子程序。 </p><p>　　前進：由小車的結構原理和驅動電路分析知：只要IOB8 為高電平，IOB9，IOB10，IOB11 全部為低電平即可實現(xiàn)小車的前進。前進子程序包括語音提示、置端口數(shù)據(jù)、啟動定時器操作。 </p><p>　　倒車：由小車的結構原理分析和驅動電路

83、分析知：只要IOB9 為高電平，IOB8，IOB10，IOB11 全部為低電平即可實現(xiàn)小車的倒退。倒退子程序包括語音提示、置端口數(shù)據(jù)、啟動定時器操作。</p><p>　　左轉：由小車的結構原理分析和驅動電路分析知：小車左轉需要兩個條件：1.前輪左偏2.后輪前進，這時對應的 I/O 狀態(tài)為：IOB8、IOB10 為高電平，IOB9、IOB11 為低電平。左轉子程序包括語音提示、置端口數(shù)據(jù)、啟動定時器操作。 <

84、;/p><p>　　右轉：由小車的結構原理分析和驅動電路分析知：小車右轉需要兩個條件：1.前輪右偏2.后輪前進，這時對應的 I/O 狀態(tài)為：IOB8、IOB11 為高電平，IOB9、IOB10 為低電平。右轉子程序包括語音提示、置端口數(shù)據(jù)、啟動定時器操作。</p><p>　　注：在轉彎之前首先讓前輪朝目標方向的反方向偏轉，然后再讓前輪朝目標方向偏轉，這樣前輪的擺動范圍更大，慣性更大，擺幅也最

85、大，能更好實現(xiàn)轉彎。</p><p>　　6.6 中斷子程序 </p><p>　　雖然已經(jīng)有了前進、后退以及停車 （通過直接呼叫小車的名字使其停車）等語音控制指令，但是考慮環(huán)境的干擾因素，小車運行時的噪音影響和有效距離的限制，小車運行后可能接收不到語音指令而一直運行。為了防止出現(xiàn)這種情況，加入了時間控制，在啟動小車運行的同時啟動定時器，定時器時間到停止小車的運行，該定時器借助于 2H

86、z 時基中斷完成，圖 12.14 所示為該程序的流程圖?？梢栽诔绦蛑行薷膗iTimeset 參數(shù)來控制運行時間，當uiTimeset=2 時，運行時間為 1s，以此類推。</p><p>　　圖6.5 2Hz定時中斷子函數(shù) </p><p>　　6.7 程序中需要說明的幾個問題 </p><p>　　在程序中有幾個地方不易理解，需要特別說明一下： &l

87、t;/p><p>　　1.小車有沒有被訓練過是怎么知道的？ </p><p>　　在這里利用了一個特殊的Flash單元，語音模型存儲區(qū)首單元（該示例程序中為0xe000單元）。當Flash在初始化以后，或者在擦除后為0xffff，在成功訓練并存儲后為0x0055（該值由辨識器自動生成）。這樣就可以根據(jù)這個單元的值來判斷是否經(jīng)過訓練。 </p><p>　　2.為什么已經(jīng)

88、訓練過的系統(tǒng)在重新運行時還要進行模型裝載？ </p><p>　　在首次訓練完成之后，辨識器中保存著訓練的模型，但是系統(tǒng)一旦復位辨識器中的模型就會丟失，所以在重新運行時必須把存儲在Flash中的語音模型裝載到辨識器（RAM）中去。 </p><p>　　3.在轉彎時為什么前輪要先做一個反方向的擺動？</p><p>　　這是為了克服車體的限制，由于前輪電機的驅動能力

89、有限，有時會出現(xiàn)前輪偏轉不到位的情況，所以在轉彎前首先讓前輪朝反方向擺動，然后再朝目標方向擺動。這樣前輪的擺動范圍更大，慣性更大，擺幅也最大，能更好實現(xiàn)轉彎。 </p><p>　　4.關于語音的一些具體問題，關于語音的一些具體問題請參看SPCE061A相關書籍中關于語音的詳細介紹。 </p><p>　　第7章 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境</p><p>　　61 板的開發(fā)是

90、通過下載線（EZ_PROBE）或在線調試器（PROBE）實現(xiàn)的。用它可以替代在單片機應用項目的開發(fā)過程中常用的兩件工具——硬件在線實時仿真器和程序燒寫器。他們都利用了SPCE061A 芯片內置的在線仿真電路ICE（In-Circuit Emulator）和凌陽公司的在線串行編程技術。EZ_PROBE 和PROBE 均工作于凌陽IDE 集成開發(fā)環(huán)境軟件包下，他們對應的5 芯的仿真頭分別連接到61 板的緩沖電路輸入管腳和SPCE061A 芯

91、片相應管腳上，實現(xiàn)在目標電路板上的CPU（SPCE061A）調試、運行用戶編制的程序；另一頭是標準25 針打印機接口，直接連接到計算機打印口與上位機通訊，在計算機IDE 集成開發(fā)環(huán)境軟件包下，完成在線調試功能。EZ_PROBE 和PROBE 不同的是在IDE 集成開發(fā)環(huán)境下需要選擇當前是使用哪一種方式進行調試，具體操作見圖1.6，其中PROBE 共有三種選擇方式：采用自動方式調試可選Auto；采用PROBE 調試可選PRINTER_PR

92、OBE；采用EZ_PROBE 調試可EZ_PROBE 即可。</p><p>　　第8章 語音小車的使用</p><p>　　8.1 連接硬件 </p><p>　　采用普通61板（排針在61板正面）控制板的J5焊接10PIN排針，用10PIN排線將61板的J7（IOBH）與控制板的J5連接，連接時注意方向。最后把喇叭接好，小車的硬件連接就完成了。 </

93、p><p><b>　　8.2 代碼下載 </b></p><p>　　硬件連接完成之后，檢查無誤，接下來就可以下載程序了。具體的步驟為： </p><p>　　第一步：打開集成開發(fā)環(huán)境，打開“Car_Demo.spj”文件，編譯鏈接。（注意：如果看不到Car_Demo.spj，請在彈出的對話框中選擇打開類型為spj或者所有文件） </p&g

94、t;<p>　　第二步：點擊菜單Project－>Select Body，或者直接點擊圖標打開如圖所示的對話框： </p><p>　　第三步：在彈出的對話框中選擇Body Name為SPCE060A_061A，選擇Probe為Auto，點擊OK按鈕確定。</p><p>　　第四步：點擊IDE工具欄上的圖標，選擇Use ICE模式</p><p&g

95、t;<b>　　8.3 訓練小車 </b></p><p>　　成功下載程序以后，去掉下載線并復位系統(tǒng)（如果使用EZ-Probe還應將Probe選擇跳線S5拔去），小車就會提示對它進行訓練。訓練采用應答式訓練，每條指令的訓練次數(shù)為兩次，每一條命令的訓練過程都是一樣的，以“前進”為例說明： </p><p>　　步驟一：小車提示“前進”； </p><

96、;p>　　步驟二：告訴小車“前進”； </p><p>　　步驟三：小車提示“請再說一遍”（重復訓練提示音）； </p><p>　　步驟四：再次告訴小車“前進”（重復訓練一次）。 </p><p>　　這是一個完整的訓練過程，如果訓練成功，小車會自動進入下一條指令的訓練，并會提示下一條指令對應的動作；如果沒有訓練成功，小車會提示“說什么暗語呀”或者“沒有聽到

97、任何聲音”等信息，這樣的話就要重復剛才所說的四個步驟，直到成功為止。 </p><p>　　整個的訓練過程共有5次這樣的訓練，依次為：名稱——前進——后退——左拐——右拐。整個的訓練流程如圖8..2所示： </p><p>　　圖 8.1 主流程圖</p><p><b>　　8.4 聲控小車 </b></p><p>

98、;　　訓練完小車之后，怎樣進行聲控操作，讓小車運動或者停下來呢？ </p><p>　　可以直接對小車說前進，或者倒車、左拐、右拐等，小車如果識別出指令會有一個回應信號，告知你它要執(zhí)行的動作，然后執(zhí)行該動作。如果想要小車執(zhí)行其它動作，直接告訴小車將要執(zhí)行動作對應的指令即可。比如在前進時告訴小車“倒車”，小車識別出之后就會直接倒車。如果在小車運動的過程中想要小車停下來，可以直接呼叫小車的名字，小車準確識別之后就會停

99、下來。 </p><p><b>　　8.5 重新訓練 </b></p><p>　　在實際的使用過程當中，可能會對訓練的結果不滿意，或者其他人也想對它進行訓練、控制。這樣就要求小車可以被重新訓練。為此，我們把61板的KEY3鍵定義為重新訓練按鈕，系統(tǒng)運行之后就會不斷的掃描61板的KEY3鍵。如果檢測到KEY3鍵按下，那么程序首先會把訓練標志位（0xe000）單元擦除

100、，并會進入一個死循環(huán)等待復位的到來。復位到來之后，程序檢測到訓練標志單元內容為0xffff，認為小車 </p><p>　　沒有經(jīng)過訓練，就會要求對它進行訓練。 </p><p><b>　　結 語</b></p><p>　　本設計綜合應用了 SPCE061A 豐富的軟硬件資源，成功的實現(xiàn)了語音控制功能。下面簡單的介紹一下實際應用中的一

101、些資源優(yōu)勢：在硬件方面，較高的執(zhí)行速度、內置的硬件乘法器、ADC 和DAC 功能、內置的AGC 自動增益環(huán)節(jié)，這些為語音處理提供了強大基礎。在軟件方面，標準的C 語言編程，豐富的語音資源函數(shù)為編程提供了很大的方便。 該設計方案結構簡單，以單芯片實現(xiàn)了語音播放與識別以及電機控制功能，相當于 “語音識別芯片+ 普通單片機”的功能。但是比 “語音識別芯片+普通單片機”方案實現(xiàn)起來要簡單很多，而且成本也會降低很多。該語音控制小車操作比較簡單，

102、訓練和識別成功的幾率也比較高，是一個典型的語音識別方案。 </p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本設計及論文是在我的指導老師**及機電一體化教研室諸位老師的親切關懷和悉心指導下完成的。他們嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，*老師和各位專業(yè)老師都始終給予我細心的指導

103、和不懈的支持。在此謹向各老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。</p><p>　　在試驗和論文撰寫期間，得到了**等人的指導和幫助，在此，一并表示感謝。</p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 羅亞非，凌陽 16 位單片機應用基礎[M]，北京：北京航空航天大學出版社.2006； </p><

104、p>　　[2] 薛鈞義 張彥斌，凌陽 16 位單片機原理及應用[M]，北京：清華大學出版社.2005； </p><p>　　[3] 趙亮，單片機應用系統(tǒng)設計與產(chǎn)品開發(fā)[M]，北京：人民郵電出版社.2008； </p><p>　　[4] 凌陽大學計劃網(wǎng)站www.unsp.com.cn</p><p>　　[5]　李廣弟.單片機基礎［Ｍ］.北京：北京航空

105、航天大學出版社，2008</p><p>　　[6]　閻石.數(shù)字電子技術基礎（第三版）. 北京：高等教育出版社，2007</p><p>　　[7]　廖常初.現(xiàn)場總線概述［J］.電工技術，2007.</p><p>　　[8] 陳權昌 李興富.單片機原理及應用.華南理工大學出版社，2007</p><p>　　[9] 趙繼文 何玉彬《傳感

106、器與應用電路設計》科學出版社，2008</p><p>　　[10] 郭勇 董志剛 protel 99se 印制電路板設計教程 機械工業(yè)出版社 2009</p><p>　　[11] 周潤景 張麗娜 劉映群 proteus入門實用教程，2007</p><p>　　附錄一： 語音控制小車源代碼</p><p>　　//======

107、================================================</p><p>　　// The information contained herein is the exclusive property of</p><p>　　// Sunnnorth Technology Co. And shall not be distributed, re

108、produced,</p><p>　　// or disclosed in whole in part without prior written permission.</p><p>　　// (C) COPYRIGHT 2003 SUNNORTH TECHNOLOGY CO.</p><p>　　// ALL RIGHTS RESERVED</

109、p><p>　　// The entire notice above must be reproduced on all authorized copies.</p><p>　　//========================================================</p><p>　　//========================

110、================================</p><p>　　// 工程名稱：Car_Demo</p><p>　　// 功能描述：實現(xiàn)小車的語音控制</p><p>　　// 涉及的庫：CMacro1016.lib</p><p>　　// bsrv222SDL.lib</p

111、><p>　　//sacmv26e.lib</p><p>　　// 組成文件：main.c</p><p>　　//Flash.asm, hardware.asm,ISR.asm </p><p>　　// hardware.h,s480.h, hardware.inc</p><p>

112、　　//硬件連接：IOA0-----KEY1</p><p>　　//IOA1-----KEY2</p><p>　　//IOA2-----KEY3</p><p>　　//IOB8-----前進</p><p>　　//IOB9-----倒車</p><p>　　//IOB

113、10----左拐</p><p>　　//IOB11----右拐</p><p>　　//維護記錄：2005-12-12 v1.0</p><p>　　//========================================================</p><p>　　#include "s480.h

114、"</p><p>　　#include "bsrsd.h"</p><p>　　#defineP_IOA_Data (volatile unsigned int *)0x7000 </p><p>　　#define P_IOA_Dir (volatile unsigned int *)0x7002</p>