语音控制智能小车方向电机控制电路设计毕业综合实践报告.docx

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语音控制智能小车方向电机控制电路设计毕业综合实践报告

毕业综合实践

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题目语音控制智能小车

方向电机控制电路设计

学生姓名XXX学号XXXXXXXXX

专业XXXXX班级XX级<1>班

指导教师XXX职称

完稿日期：

2008年4月5日

毕业综合实践开题报告

专业系

专业班级

学生姓名

学号

课题题目

语音控制智能小车－方向电机控制电路设计

任务下达时间

年月

任务完成期限

年月至年月

选题的目的和意义。

近年来，语音控制已经用于了生活、工作、学习各个领域中，语音控制已经成为了人们生活中的重要组成部分。

语音控制的良好功能涉及到芯片的功能、可靠性以及机器在使用过程中是否简单方便、便于编程等一系列的问题。

我们经过长期调查研究，从技术上认真分析，认为需满足高级的技术要求，方能实现功能完善、操作方便这两个主要目标。

单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动语音控制日新月益更新。

在语音控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。

本实验是以单片机的基本语言汇编语言来进行软件设计，使指令的执行速度快，节省存储空间。

为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了。

使硬件在软件的控制下协调运作。

随着中国经济的蓬勃发展，人们的生活水平日益提高，语音控制的作用和地位显得越来越重要

指导教师签字

系主任签字

工作进度计划（在老师指导下拟定）：

周次

起止日期

设计内容

备注

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内容摘要

介绍了语音遥控的电动小车的硬件设计部分和使用软件智能控制部分。

语音遥控的电动小车在硬件设计部分采用SPCE061A精简开发板和控制板，在软件智能控制部分，采用语音控制方式，使小车可以“听懂”人的命令，实现小车的前进后退等功能。

控制系统采用的是AT89S51单片机，编程语言使用的是汇编语言，动力系统使用的是伺服马达，能源系统使用的是9V电池。

关键词：

SPCE061A软件智能控制硬件设计

一、引言

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。

以往做这方面的设计，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，如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是一款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，“基于单片机技术的语音控制小车设计”实现了对小车前进、后退、左转、右转、停车等语音控制功能.

二、设计要求

2.1功能要求：

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。

2.2参数说明

车体：

双电机两轮驱动

供电：

电池（四节AA：

1.2V×4或1.5V×4）

工作电压：

DC4V~6V

工作电流：

运动时约200mA

三、特性简介

SPCE061A是一款性价比很高的十六位单片机，使用它可以非常方便灵活的实现语音的录放，该芯片拥有8路10位精度的ADC，其中一路为音频转换通道，并且内置有自动增益电路。

这为实现语音录入提供了方便的硬件条件。

两路10位精度的DAC，只需要外接功放（SPY0030A）即可完成语音的播放。

该单片机具有一套易学易用的指令系统和集成开发环境，在此环境中，它支持标准C语言编程，也支持C语言与汇编语言的互相调用。

另外还提供了语音录放的库函数，只要了解库函数的使用，就可以很容易的完成语音的录放、识别等功能，这些都为软件开发提供了方便的条件。

SPCE061A特性：

16位μ’nSP微处理器；

工作电压：

内核工作电压VDD为3.0V~3.6V（CPU），I/O口工作电压VDDH为VDD~5.5V（I/O）；

CPU时钟：

0.32MHz~49.152MHz；

内置2K字SRAM；

内置32K闪存ROM；

可编程音频处理；

晶体振荡器；

系统处于备用状态下（时钟处于停止状态），耗电小于；

2个16位可编程定时器/计数器（可自动预置初始计数值）；

2个10位DAC（数-模转换）输出通道；

32位通用可编程输入/输出端口；

14个中断源可来自定时器A/B，时基，2个外部时钟源输入，键唤醒；

具备触键唤醒的功能；

使用音频编码SACM_S240方式（2.4K位/秒），能容纳210秒的语音数据；

锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号；

32768Hz实时时钟；

7通道10位电压模-数转换器（ADC）和单通道声音模-数转换器；

声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制（AGC）功能；

具备串行设备接口；

低电压复位（LVR）功和低电压监测（LVD）功能；

内置在线仿真板（ICE，In-CircuitEmulator）接口。

四、方案介绍

小车的运动控制采用语音控制和中断定时控制相结合，通过语音触发小车动作，小车动作之后，随时可以通过语音指令改变小车的运动状态。

在每一次动作触发的同时启动定时器，如果小车由于某些原因不能正常的接收语音指令，则只要定时时间一到，中断服务程序就会发出指令让小车停下来。

图1控制系统所需硬件

图一

五、系统硬件设计

系统的硬件方面，由于大部分的功能实现都是在61板上完成的，只有电机控制部分电路另外设计在一块独立的电路板上，我们称之为控制板。

下面详细的介绍小车的结构和运行原理以及控制电路板的结构和功能实现。

图2系统硬件框图

图3系统硬件组装效果图

5.1车体介绍

语音控制小车为四轮结构。

其中前面两个车轮由前轮电机控制，在连杆和支点作用下控制前轮左右摆动，来调节小车的前进方向。

在自然状态下，前轮在弹簧作用下保持中间位置。

后面两个车轮由后轮电机驱动，为整个小车提供动力。

所以又称前面的轮子为方向轮，后面的两个轮子为驱动轮。

5.2小车的行走原理.

直走：

由小车的结构分析，在自然状态下，前轮在弹簧作用下保持中间状态，这是只要后轮电机正转小车就会前进。

倒车：

倒车动作和前进动作刚好相反，前轮电机仍然保持中间状态，后轮电机反转，小车就会向后运动。

图4小车前进、后退示意图

左转：

前轮电机逆时针旋转（规定为正转），后轮电机正转，这时小车就会在前后轮共同作用下朝左侧前进。

右转：

前轮电机反转，后轮电机正转，这时小车就是会在前后轮共同作用下朝右侧前进。

图5小车转向示意图

5.3控制板原理图

控制板主要包括：

接口电路、电源电路和两路电机的驱动电路，控制板原理图如下。

接口电路：

接口电路负责将61板的I/O接口信号传送给控制电路板，I/O信号主要为控制电机需要的IOB8~IOB11这四路信号，同时为了方便后续的开发和完善，预留了IOB12~IOB15以及IOA8~IOA15接口，可以在这些接口上添加一些传感器。

电源部分：

整个小车有4个电源信号：

电池电源，控制板工作电源，61板工作电源，61板的I/O输出电源。

系统供电由电池提供，控制板直接采用电池供电（VCC），然后经二极管D1后产生61板电源SPCE061A在语音控制小车中的应用（VCC_61），通过61板的Vio跳线产生61板的端口电源（V1）。

图6小车控制电路图

六、系统软件设计

6.1系统的主程序设计

系统的主程序流程如下图所示：

图7主程序流程图

共分为四大部分：

初始化部分、训练部分、识别部分、重训操作。

初始化部分：

初始化操作将IOB8~IOB11设置为输出端，用以控制电机。

必要时还要有对应的输入端设置和PWM端口设置等。

训练部分：

训练部分完成的工作就是建立语音模型。

程序一开始判断小车是否被训练过，如果没有训练过则要求对其进行训练，并且会在训练成功之后将训练的模型存储到Flash，在以后使用时不需要重新训练；如果已经训练过会把存储在Flash中的模型调出来装载到辨识器中。

识别部分：

在识别环节当中，如果辨识结果是名字，停止当前的动作并进入待命状态，然后等待动作命令。

如果辨识结果为动作指令小车会语音告知相应动作并执行该动作，在运动过程中可以通过呼叫小车SPCE061A在语音控制小车中的应用的名字使小车停下来。

重训操作：

考虑到有重新训练的需求，设置了重新训练的按键（61板的KEY3），循环扫描该按键，一旦检测到此键按下，则将擦除训练标志位（0xe000单元），并等待复位。

复位后，程序重新执行，当检测到训练标志位为0xffff时会要求重新对其进行训练。

6.2语音识别的原理简介

语音识别主要分为“训练”和“识别”两个阶段。

在训练阶段，单片机对采集到的语音样本进行分析处理，从中提取出语音特征信息，建立一个特征模型；在识别阶段，单片机对采集到的语音样本也进行类似的分析处理，提取出语音的特征信息，然后将这个特征信息模型与已有的特征模型进行对比，如果二者达到了一定的匹配度，则输入的语音被识别。

语音识别的具体流程如下图所示：

图8语音识别流程图

七、方向电机控制电路

方向控制由前轮驱动实现，包括左转和右转，前轮驱动电路也是一个全桥驱动电路，如图9所示：

Q7、Q8、Q9、Q10四个三极管组成四个桥臂,Q7和Q10组成一组，Q11控制Q8、Q9的导通与关断，Q12控制Q7和Q10的导通与关断，而Q11、Q12由IOB10和IOB11控制，这样就可以通过IOB10和IOB11控制前轮电机的正转和反转，进而控制小车的左转和右转

图9前轮电机驱动电路

当IOB10为高电平、IOB11为低电平时Q8和Q9导通，Q7和Q10截止，前轮电机正转，小车前轮朝左偏转；反之当IOB10为低电平、IOB11为高电平时Q8和Q9截止，Q7和Q10导通，前轮电机反转，小车前轮朝右偏转；而当IOB10、IOB11同为低电平时Q8和Q9截止，Q7和Q10也截止，前轮电机停转，在弹簧作用下前轮被拉回到中间位置，保持直向。

注意：

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