基于语音识别的导盲机器人小车模型设计定稿 精品.docx
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基于语音识别的导盲机器人小车模型设计定稿精品
专科毕业设计(论文)
设计题目:
基于语音识别的导盲机器人小车模型设计
系部:
信息工程系
专业:
电子信息工程技术
班级:
电子信息091302
姓名:
学号:
指导教师:
职称:
2012年5月南京
摘要
盲人因为失去了视觉感知能力,因此在工作生活上有诸多不便。
随着现代科技的进步,社会上已经出现了很多导盲设备,例如:
导盲手杖、导盲眼镜以及导盲机器人等。
本文以对语音识别技术学习为目的,介绍了一种基于语音识别的导盲机器人小车模型,试图将语音识别技术融入到导盲产品中,主要工作如下:
(1)对基于凌阳SPCE061A单片机的语音识别系统进行初步的分析与学习,了解了语音识别的流程以及关键技术,并针对凌阳单片机语音识别系统容量有限的问题,提出了多组语音识别的方法。
(2)对机器人的运动控制有了初步了解,重点对基于H桥的电机驱动电路进行学习和掌握。
(3)对机器人的视觉系统进行相关学习,提出了基于红外传感器的避障方案,提高了机器人避障的准确性。
关键词语音识别;导盲机器人;红外传感器;凌阳SPCE061A单片机
Abstract
Thelossofvisualsightcausesagreatdealofinconvenience.Theadvancementofmoderntechnologyhasbroughtalotofguidedevice,suchasguidecrabsticks,guideglasses,andguiderobots.Thisarticle,aimingformoreknowledgeofspeechrecognitiontechnology,introducesablindrobotintheformofcarmodal.Thecarmodalappliesspeechrecognitiontechnology,andtriestointegratethetechnologywithguideproducts.Themajorstepsareasfollows:
(1)MakingelementaryanalysisandlearningthespeechrecognitionsystemoftheSPCE061A.Getanunderstandingoftheprocessandkeytechnologyofitsspeechrecognitionsystem.Putforwardacoupleofmethodstodealwithitslimitedcapacity.
(2)Havingageneralknowledgeofcontrollingthemovementofrobot,thekeypointistheHbridgemotordrivecircuit.
(3)Graspingtherelativeknowledgeofthevisualsystemofrobots.Bringforwardtheproposalofusinginfraredsensortoavoidobstacle.
KeywordsSpeechrecognition;Guiderobot;Infraredsensors;SPCE061A
第1章绪论
1.1背景
根据中国卫生部2006年7月公布的《全国防盲治盲规划(2006—2010年)》显示,中国有视力残疾患者近1200万人,其中盲人约500万人,低视力患者约710万人,是世界上盲人最多的国家。
如何安全的行走成为盲人在日常生活最为重要的问题。
传统的导盲手段有手杖和导盲犬,但是他们的弊端有很多,导盲手杖不能探测到较远的障碍物以及盲人前方的悬空物体。
而导盲犬培训价格昂贵(约20万元),训练周期长,淘汰率高,且喂食等活动增加盲人负担。
随着技术的发展,导盲机器人、超声波、无线电、红外线、卫星等导盲系统、盲人电子眼镜等现代化导盲手段正逐步走进盲人的生活,增强了盲人的行走能力,提高了盲人的生活质量。
1.2论文的内容与组织安排
本设计以凌阳SPCE061A单片机为核心的语音避障小车为理想模型,对基于语音识别的导盲机器人小车做了初步的学习与研究。
通过凌阳语音避障小车的学习与制作,学习了凌阳SPCE061A单片机的内部结构、系统指令、语音识别的流程以及直流电机的驱动等。
本设计实现的功能主要有:
语音识别、根据语音识别做出相应的动作、避障等。
图1-1是整个设计的框架图。
图1-1系统设计整体框架图
论文的组织安排如下:
第1章,说明了选题的背景以及论文内容的简述;
第2章,简单介绍了语音识别导盲机器人控制的核心凌阳SPCE061A单片机;
第3章,介绍了语音识别的原理、分类以及实现语音识别的方法;
第4章,介绍了语音导盲机器人的硬件设计,包括凌阳61开发板、电机驱动电路、避障模块;
第5章,具体介绍了基于凌阳硬件平台上的语音识别系统设计;
最后对本文进行总结并针对存在的问题寻求解决的办法。
第2章凌阳单片机简介
SPCE061A是一款由台湾凌阳公司推出的16位嵌入式语音处理器,不仅具有同类型单片机的通用功能,而且具有语音识别能力。
它的主要性能有:
32位通用可编程输入/输出端口;内置2K字SRAM(StaticRAM)和32K的Flash;2个16位可编程定时器/计数器(可自动初置初始计数值);2个10位DAC(数模转换)输出通道;7通道10位电压ADC(数模转换)器和单通道专用语音ADC;声音ADC输入通道内置AGC(传声器放大自动增益控制)功能等。
SPCE061A处理芯片是一款功能齐全的单片机,且包含了一部分DSP的功能,这也使得它在硬件电路上需要外接的器件数量大大减少。
同时,SPCE061A也是一款16位结构的µ’nSP微控制器,支持可编程音频处理,使用凌阳音频编码SACM_S480格式,能容纳210s的语音数据;较高的处理速度能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。
因此,以µ’nSP为核心的SPCE061A单片机是适用于数字语音识别应用领域的一种最为经济的选择。
SPCE061A的结构如图2-1所示。
图2-1凌阳SPCE061A单片机结构
2.1凌阳SPCE061A单片机封装及管脚定义
SPCE061A单片机有两种封装形式,一种为84个引脚,PLCC84封装形式;它的排列如图2-2所示;另一种为80个引脚,LQFP80封装。
它的排列如图2-3所示。
图2-2LQFP80封装图2-3PLCC84封装
在PLCC84封装中,有15个空余脚,用户使用时这15个空余脚悬浮。
在LQFP80封装中有9个空余脚,用户使用时9个空余脚接地。
本设计用的是LQFP80封装的单片机,因此本文以LQFP80封装管脚功能介绍,如表2-1所示。
表2-1凌阳SPCE061A管脚描述
IOA0~IOA15(41~48,53,54~60脚)
I/O口A,共16个
IOB0~IOB15(5~1,81~76,68~64脚)
I/O口B,共16个
OSCI(13脚)
振荡器输入。
在石英晶振模式下,是石英元件的一个输入脚
OSCO(12脚)
振荡器输出。
在石英晶振模式下,是石英元件的一个输出脚
RES_B(6脚)
复位输入。
若这个脚输入低电平,会使得控制器被重置复位
ICE_EN(16脚)
ICE使能端,接在线调试器PROBE的使能脚ICE_EN
ICE_SCK(17脚)
ICE时钟脚,接在线调试器PROBE的时钟脚ICE_SCK
ICE_SDA(18脚)
ICE数据脚,接在线调试器PROBE的数据脚ICE_SDA
PVIN(20脚)
程序保密设定脚
PFUSE(29脚)
程序保密设定脚
DAC1(21脚)
音频输出通道1
DAC2(22脚)
音频输出通道2
VREF2(23脚)
2V参考电压输出脚
AGC(25脚)
语音输入自动增益控制引脚
OPI(26脚)
Microphone的第二运放输入脚
MICOUT(27脚)
Microphone的第一运放输出脚
MICN(28脚)
Microphone的负向输入脚
MICP(33脚)
Microphone正向输入脚
VRT(35脚)
A/D转换外部参考电压输入脚。
它决定A/D转换输入电压上限值。
例如该点输入一个2.5V的参考电压,则A/D转换电压输入范围为0—2.5V。
(外部A/D最高参考电压<3.3V)
VCM(34脚)
ADC参考电压输出脚
VMIC(37脚)
Microphone电源
SLEEP(63脚)
睡眠状态指示脚。
当CPU进入睡眠状态时,该脚输出一个高电平
VCP(8脚)
锁相环压控振荡器的阻容输入
XROMT、PVPP、XTEST(61、69、14脚)
出厂测试用管脚,悬空即可
VDDH(51、52、75脚)
I/O电平参考。
该点输入一个5V的参考电压,则I/O输入输出高电平为5V
VDD(7脚)
PLL锁相环电源
VSS(9脚)
锁相环地
VSS(19、24脚)
模拟地
VSS(38、49、50、62脚)
数字地
VDD(15脚、36脚)
数字电源
2.1.1凌阳SPCE061A单片机最小系统设计
为了使单片机能拥有执行用户程序、指挥各部分硬件完成既定任务的功能,单片机必须包括时钟电路和复位电路,通常称这两种电路位单片机的最小系统电路。
凌阳SPCE061A属于系统级芯片,用户使用非常方便,所以必须的外围电路也比较简单。
凌阳SPCE061A单片机最小系统接线如图2-5所示,有晶振输入模块(OSC)、锁相环外围电路(PLL)、复位电路(RESET)、指示灯(LED)等。
具体见图2-5所示。
图2-5凌阳SPCE061A最小系统原理图
2.1.2凌阳单片机开发环境简介
凌阳SPCE061A单片机配有凌阳自行研发设计的16位单片机开发环境unSPIDE。
此工具在Windows环境下操作,支持标准C语言和汇编语言,集编译、编程、链接、调试和仿真于一体,应用方便简单易学。
图2-6凌阳单片机开发环境unSPIDE
在凌阳单片机集成开发环境(unSPIDE)中,新建项目包括三类文件:
源文件(sourcefiles),头文件(headfiles)和用来存放文档或项目说明的文件(externaldependencies),这种项目管理方式将与项目相关的代码模块组织为一个有机整体,便于开发人员对代码和相关文件进行整理。
unSPIDE项目文件管理的组织结构如表2-2所示。
表2-2unSPIDE项目文件管理组织结构
源文件(sourcefiles)
头文件(headfiles)
外部支持文件(externaldependencies)
汇编源文件.asm
汇编头文件.inc
文档文件.txt
C语音源文件.c
C语言头文件.h
数据文件.bin
资源文件.rc
资源头文件(自动生成)Resource.inc
编译信息文件(自动生成)
Makefile
资源表(自动生成)
Resource.asm
2.2凌阳单片机的特点
该设计涉及到语音识别以及根据
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