语音控制小车的设计与实现Word格式.docx
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语音控制小车的设计与实现Word格式.docx
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SPCE061A语音识别全桥驱动小车
Abstract
Withthedevelopmentoftheelectronicsindustry,thevoice-controlcarbecomemoreandmorepopulartopeople.Anditplaysanimportantroleinpeople'
sdailylife.Atpresent,thevoice-activatedtechnologyhasbeenusedinmanyfields.Forexample,voice-activatedphone.Onlyifyoucalledoutthenamesyouwantanditautomaticallycalledthetelephone.Therearealsovoice-activatedwashingmachines,televisions,computersandotherequipments.
Thisarticlegivesadetailtothevoice-activatedcar.Inhardwaredesign,thepaperuseSunplusSPCE061Aasthecontrolofcore.Onthesoftware,weuseClanguageprogrammingforvoice"
training"
and"
recognition"
.Ithasthefollowingfeatures:
Accordingtorecordedthevoicecommandtocontrolthecartostart,stop,turnright,andturnleft.
Firstofall,papersconfirmthesystemofprogram,andthendescribetheunit'
ssoftware,hardwareaswellasintroducethemaincomponentsofthesituation.
Keywords:
SPCE061A,SpeechRecognition,Full-bridge,driver,Trolley
目录
摘要 I
Abstract II
目录 III
前言 1
1绪论 2
1.1引言 2
1.2国内外研究状况 2
1.3目前存在的不足或有待解决的问题 3
1.4课题的目的任务和要求 3
2语音控制原理 5
2.1基本原理 5
2.2语音识别系统的构成 7
2.2.1起止点识别 7
2.2.2特征提取 8
2.2.3识别判断 8
3方案论证及硬件选择 10
3.1方案论证 10
3.1.1采用DSP+FPGA方案 10
3.1.1采用凌阳61方案 10
3.2系统的硬件方案 11
3.3系统控制方案 12
3.4硬件介绍 12
3.4.1SPCE061A芯片特性简介 12
3.4.2精简开发板——61板 14
261板输入/输出(I/O)接口 16
3音频输入/输出接口 16
4在线调试器(PROBE)和EZ-PROBE接口. 16
3.5小结 17
4系统硬件设计 18
4.1SPCE061A最小系统 18
4.2电源电路 19
4.3音频电路 19
4.4数摸转换电路 21
4.5按键、LED和复位电路 22
4.6下载线接口电路和在线调制电路 22
4.7MCU连接电路 23
4.8被控小车介绍 24
4.8.1小车的行走原理 24
4.8.2控制板原理图 25
4.8.3全桥驱动原理 26
4.8.4动力电机驱动电路 27
4.9小结 29
5系统软件设计 30
5.1系统的总体程序流程 30
5.2系统子程序设计:
31
5.2.1训练子程序:
5.2.2语音识别子程序:
33
5.2.3动作子程序:
34
5.2.4中断子程序:
5.3程序中需要说明的几个问题 35
5.4小结 36
6系统调试 37
6.1硬件连接 37
6.2硬件模块连线图 37
6.4功能说明 38
6.5代码下载 38
6.6训练小车 39
6.7声控小车 40
6.8重新训练 41
7结论 42
8致谢 43
9参考文献 44
附件 45
IV
前言
语音处理技术是一门新兴的技术,它不仅包括语音的录制和播放,还涉及语音的压缩编码和解码,语音的识别等各种处理技术。
做这方面的设计,一般有两个途径:
一种方案是单片机扩展设计,另一种就是借助于专门的语音处理芯片。
普通的单片机往往不能实现这么复杂的过程和算法,即使勉强实现也要加很多的外围器件。
专门的语音处理芯片也比较多,像ISD系列、PM50系列等,但是专门的语音处理芯片功能比较单一,想在语音之外的其他方面应用基本是不可能的。
SPCE061A是一种16位μ'
nSP结构的微控制器。
该芯片带有硬件乘法器,能够实现乘法运算、内积运算等复杂的运算。
它不仅运算能力强,而且处理速度快,单周期最高可以达到49MHz。
SPCE061A内嵌32K字的FLASH程序存储器以及2K的SRAM。
同时该SOC芯片具有ADC和DAC功能,其MIC_ADC通道带有AGC自动增益环节,能够很轻松的将语音信号采集到芯片内部,两路10位的电流输出型DAC,只要外接一个功放就可以完成声音的播放。
以上介绍的这些硬件资源使得该SPCE061A能够单芯片实现语音处理功能。
借助于SPCE061A的语音特色,我们设计出了这款语音控制小车。
小车不仅具有前进、后退、左转、右转等基本功能;
同时配合SPCE061A的语音特色,实现语音控制功能。
61
1绪论
1.1引言
所谓声控技术其实也就是利用语音识别技术来达到控制或者操作的一种技术,而语音识别技术这近五年来已经有很大的进步,最新的语音识别技术可以辨识90%以上的人类说出的字。
声控技术虽然是一项比较先进的技术,但不可否认的是,声控技术在无限传输时的合成的质量不是很好,它尚需进一步提高,因为无线环境中的背景噪音太大了,当然还有其他方面的因素影响着声控功能的发挥。
然而随着微电子技术、计算机技术、及传感器技术的迅速发展,现今声控技术应用广泛,这种崭露头角的声控技术,给严重伤残人的生活带来了极大的方便。
伤残病人用声音就可以打开门窗、窗帘、电视机、电灯等。
在其他领域里,声控技术也大有用武之地。
比如飞机在飞行或空战中,一旦飞行员负了伤,他可以用声音来驾驶飞机。
声音识别器将飞行员的讲话声音与贮存的声音相比较,只要声音一致,飞机就能自动地完成各种动作,从而化险为夷。
那么能不能做到“君子动口不动手”呢?
本文介绍用凌阳单片机61A设计并制作的一套基于语音识别技术的声控小车。
1.2国内外研究状况
随着微电子技术、计算机技术、及传感器技术的迅速发展,现今声控技术已经应用到社会中的各个角落,为人们提供着各种便利。
1、声控玩具车:
进一步提高系统的滤噪性能,和识别的准确率,并利用已有的软件开发出独具特色的语音芯片,并将其集成在遥控上即可做出声控玩具车。
2、能识别主人的看门狗:
在本系统的基础上扩充对说话者的识别功能,并将软件硬件化,集成在芯片上。
将芯片置于防盗门上,使之可以完成主人叫门即开门的功能。
3、真实汽车上的声控系统:
在驾驶的过程中,不便于用手来完成的其它操作可以用声控系统来实现。
这于我们的系统是极其相似的。
但是实际的汽车中可能存在着大量的噪声,所以,滤噪便成为最为关键的技术。
1.3目前存在的不足或有待解决的问题
声控技术虽然是一项比较先进的技术。
但是,声控技术在无限传输时的合成的质量不是很好,它还需进一步提高,因为无线环境中的背景噪音太大了,当然还有其他方面的因素影响着声控功能的发挥,具体来说表现在以下几个方面:
1、时效型。
从发出指令到执行指令,有一段延迟时间,虽已降低到尽可能的小,但还是很明显。
可行的方法就是改用高效的DSP芯片,这在经费上和时间上都是不允许的。
2.、对环境的适应。
如果环境噪声很大,或偶尔出现较大的噪声,则会出现误识。
这个不足之处还没有很有效的解决方案。
3、多人识别。
各人的发音不尽相同,因此该系统还限于单人识别。
若要做多人识别,则识别的时效性会降低,即有很大的延迟。
另外,多人识别,也没有较为有效、成熟的算法供参考。
1.4课题的目的任务和要求
声控小车其技术要求是通过相关语音对小车进行操作控制。
使用了“前、后、左、右、停”五个字作为小车行驶的指令。
本毕业设计有助于培养我们的独立动手能力、思考能力。
具体的项目制作过程分为两部分:
软件部分和硬件部分。
其目的让我们熟悉61板的设计与制作,并掌握其原理;
学会运用C语言进行编程且运用。
语音控制小车的主要功能:
1.可以通过简单的I/O操作实现小车的前进、后退、左转、右转功能;
2.配合SPCE061A的语音特色,利用系统的语音播放和语音识别资源,实现语音控制的功能;
3.可以在行走过程中声控改变小车运动状态;
4.在超出语音控制范围时能够自动停车。
2语音控制原理
2.1基本原理
机器语音识别、处理的过程与人对语音识别、理解过程基本上是一致的,目前主流的语音识别技术是基于统计模式识别的基本理论。
一个完整的语音识别系统可大致分为语音特征提取、声学模型与模式匹配(识别算法)和语义理解3部分。
其基本原理如图1所示。
图2.1语音识别系统原理框图
从图中我们可以看出语音识别一般分为2个步骤:
第一步是系统“学习”或“训练”阶段,这一个阶段的任务是建立识别基本单元的声学模型以及进行文法分析的语言模型,即构建参考模式库;
第二步是“识别”或“测试”阶段,根据识别系统的类型选择能够满足要求的识别方法,采用语音分析方法分析出这种识别方法所要求的语音特征参数,按照一定的准则和测度与参考模式库中的模型进行比较,通过判决得出结果。
在本系统中,我们采用语音信号的短时能量和短时过零率进行端点检测,用线性预测倒谱系数(LPCC)作为特征参数,语音特征提取是分帧提取的。
基于本系统采用孤立词识别的特点,我们采用动态时间规整(DTW)算法进行模式匹配。
动态时间规整(DTW)
动态时间规整(DTW)是把时间规整和距离测度计算结合起来的一种非线性规整技术。
假设:
(1)参考模板特征矢量序列为;
(2)输入语音特征矢量序列为m≠n,那么动态时间规整是要寻找时间规整函数
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- 关 键 词:
- 语音 控制 小车 设计 实现
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