语音遥控小汽车系统设计.docx

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语音遥控小汽车系统设计

2012届毕业生

毕业论文

题目:

语音遥控小汽车控制系统设计

院系名称：

电气工程学院专业班级：

自动化F0803

学生姓名：

申娇学号：

2008482800311

指导教师：

吴兰教师职称：

副教授

2012年5月14日

摘要

随着电子工业技术的发展，市场上语音遥控小汽车越来越受到人们的欢迎，在人们日常生活中起着不可忽略的作用。

目前，声控技术被广泛运用到很多领域。

例如声控手机、声控电视机、声控洗衣机、声控电脑等设备。

本论文对语音遥控小汽车的概况做了描述。

该设计在硬件方面，以凌阳SPCE061A单片机作为本设计的控制核心，以音控小车的控制电路板作为辅助，来设计小车的动作。

在软件方面，通过C语言编程，对音控小车的进行训练以及语言命令的识别。

设计出能够根据录制设定的语音命令来控制小汽车的前进、后退、左转、右转停车等基本功能的语音遥控小汽车。

同时根据SPCE061A的语音特色，实现语音的控制功能。

关键词：

语音，小汽车，SPCE061A，控制

Abstract

Withthedevelopmentoftheelectronicsindustry，theremotevoicecontrolcarsbecomemoreandmorepopulartopeopleonthemarket.And1tplaysanimportantroleinthedailylivesofpeople.Currently，thevoice-activatedtechnologyhasbeenusedinmanyfields.Suchasvoice-activatedphone,voice-activatedTV,voice-activatedwashingmachines,voice-activatedcomputersandotherequipments.

Thisarticlegivesadetailtotheremotevoicecontrolcars.Abouthardwaredesign，thepaperuseSunplusSPCE061Aasthecontrolofcore,thecontrolboardofthevoice-activatedcarasasupplementtodesigntheactionofcar.Aboutthesoftware，weuseClanguageprogrammingforvoicecontrol"training"and"recognition"ofthevoice.designavoiceremotecontrolcat,whichhasthebasicfunctiontocontrolofthecarforward,backward,turnleft,turnrightandstopbythesetofrecordedvoicecommand.Atthesametime,accordingtothevoicecharacteristicsofSPCE061Atoachievethevoicecontrolfunctions.

Firstofall，papersconfirmthesystemofprogram，andthendescribetheworkingprincipleofeachunit'ssoftware，hardwareaswellasintroducethemaincomponentsofthesystem.

Keywords:

voice,car,SPCE061A,control

目次

1引言

1．1研究背景及意义

近些年来，关于语音识别方面的技术已经成为了非常活跃的研究领域。

语音识别系统在我们现实生活中普及使用，已经成为各国研究语音识别的主要方向之一。

以商业玩具市场的调查结果显示，那些含有科学技术量越高的的智能玩具、电子玩具等等，它们的发展就会越迅速。

在玩具行业中，智能化玩具在玩具商业中己经势不可挡，成为了玩具发展的主流。

我国虽然是玩具生产及出口大国，但是在高科技玩具发展方面和国外相比，差距还是非常大的。

所以，及时把精力投入到广泛开展这方面的研究中，无论是对技术的创新应用，还是对社会经济快速发展，都有非常重大的现实意义。

近几十年，我国对语音识别技术方面的研究已经取得了很大的进步，各种具有语音识别功能的玩具已经从实验室中走向了市场，它的智能化操作大大的冲击了玩具的市场。

1.2国内外研究状况

随着计算机技术、传感器技术、和微电于技术的快速发展，而今声控技术已经广泛应用到社会的各个角落，给人们提供各种便利。

l、语音遥控玩具车:

不仅大大提高了声控系统的滤去噪音的能力，而且在语音识别过程中，改善了我们需要注意的准确率的问题，并且利用如今正在使用的软件开发出有各种不同特色的语音芯片，我们把它集成到遥控器上，就做出了利用语音控制的声控玩具车。

2、能够识别主人的看门狗:

在该系统基础上安装对说话者的语音识别功能，并将其软件硬件化，集成到芯片上。

然后将芯片放置在防盗门上，可以使它具有主人叫门立即就开门的功能。

3、在我们现实生活中不可或缺的汽车上装有的语音控制系统:

在驾驶过程中，对于不便于用手的操作，可以通过声控系统实现。

但是实际中汽车里可能存在着大量的噪音，因此，滤噪也是最为关键的技术。

2基本原理

2.1基本原理

2.2常用的实现方案

可采用80C51单片机来实现，它的运用比较广泛，而且价格便宜。

但是由于它没有语音播放和语音识别的功能，所以就需要扩展一个语音播放模块和一个语音识别模块，因此就会使端口资源紧张，所以我们就必须加入一个接口扩展芯片。

另外，语音技术的发展刚刚起步，再设计的过程中我们就必须进行大量的计算，会给我们的方案带来很大的困难。

该实现方案结构如图1所示：

图1采用80C51单片机实现方案结构图

方案二：

利用SPCE061A来实现语音遥控小汽车方案，因为SPCE061A内部本身就包含语音识别模块和语音播放模块，因此我们只需要添加MIC和语音播放就可以了，所以在音控小车的设计过程中，它的系统简洁，结构非常的清晰，外围设备需要比较少。

该实现方案结构如图2所示：

图2采用SPCE061A单片机实现方案结构图

两个方案对比，第二个方案结构更简单，便于操作，因此采用第二个方案。

3总体方案设计

3.1系统结构设计

语音遥控小汽车硬件组成框图如图3：

图3语音遥控小汽车硬件组成

本设计系统的硬件主要由凌阳61板、音控小车的控制板两部分组成。

图中凌阳61板中包含语声音输出模块功率放大环节、按键输入模块KEY、语音输入模块MIC，给我们的设计提供了极大便利。

电机的驱动电路设计，我采用了全桥驱动，通过把四个I/O端口分成两组，对两个电机分别控制，即控制它们的停止、正转和反转状态。

3.2音控小车控制方案

本设计采用语音遥控配合中断定时控制，使小车的状态发生改变。

在我们利用语音信号使小车改变状态后，即小车小车行动以后，我们可以通过向小车发出各种语音信号，使小车的运行状态发生相应的改变。

并且在小车每一次行动发生的同时，定时器立即启动，在小车发生故障时，不能够正常得接收我们所发出的语音信号，当达到了我们所定的时间，中断服务的程序就会作用，立即发出命令，使小车停止运行。

3.3音控小车车体控制方案

（1）小车前进

自然状态下，因为弹簧的作用，小车的前轮要保持向前状态，因此，只需后轮向前转即可，所以我们要控制后轮电机正转就可以实现。

如图4所示：

图4小车前进

（2）小车后退

与小车前进相反，因为弹簧的作用，小车的前轮仍保持向前状态，因此，只需后轮向后转即可，所以我们要控制后轮电机反转就可以实现。

如图5所示：

图5小车后退

（3）小车前行左转

小车后轮向前转时，即后轮电机正转时，我们只需前轮向左转即可，所以我们要控制前轮电机正转就可以实现。

如图6所示：

图6小车前行左转

（4）小车前行右转

小车后轮向前转时，即后轮电机正转时，我们只需前轮向右转即可，所以我们要控制前轮电机反转就可以实现。

如图7所示：

图7小车前行右转

相同的原理，我们还可以实现音控小车的左转倒车和右转倒车，在这里将不再多做解释。

4系统硬件设计

4.1SPCEO61最小系统

SPCEO61最小系统如图8所示，是本设计系统的核心，凌阳61单片机具有极强的处理功能，外部信息通过它处理后在传出，达到了控制的效果。

图8SPCEO61最小系统

4.2语音识别电路模块

语音识别电路模块包括麦克风（MIC）音频输入电路和DAC音频输出功率放大电路电路两部分。

麦克风（MIC）音频输入电路和DAC音频输出电路分别如图9、图10。

当我们对麦克风讲话时，即MIC的波形发生变化时，则MICP和MICN在两个端口会分别产生一组波形，并且是反相的波形，然后它们经过第一级放大器放大，将放大后的语音信号通过MICOUT送到C12、R7及C13阻容电路构成的滤波器滤波以后，通过OPI输入，再次经过第二级放大器放大；接着该语音信号由ADC转换成数字量，储存在寄存器中，这时我们可以运用单片机编辑程序来处理这些数据，如语音数据的压缩及声音识别样本的处理。

图9MIC音频输入电路

图10DAC音频输出电路

4.3KEY模块

按键模块电路如图11所示，S2、S3、S4为都为独立按键，IOA0~IOA2是按键扩展的接口。

当按键没按下时，按键两端引脚断开，当按键按下时，它们实现了一个简便的人机操作界面，我们可以利用编程扫描IO口，单片机便能够识别我们的按键操作。

图11按键电路

4.4控制板电路

控制板电路是由电源电路、接口电路以及电机驱动电路三部分组成。

4.4.1电源电路

音控小车需要电池电源，凌阳61板的工作电源、凌阳61板的I/O输出电源及控制电路板的工作电源。

音控小车所有的电源都是由电池电源来提供的，控制电路板板的工作电源直接连接在电池电源上，即VCC；电池电源经过二极管D1降压成为61板的工作电源，即VCC_61；然后经过61板电源跳线成为61板端口输出电源，即V1。

电源电路如图12所示：

图12电源电路

4.4.2接口电源

接口电路把61板上的I/O信号传输到控制板上，这些信号被用来控制两个驱动电机的IOB8-IOB11的四路信号。

接口电路如图13所示:

图13接口电路

4.4.3电机驱动电路

（1）方向控制桥路

图14方向控制电机驱动电路

我们通过控制前轮驱动的左转和右转来实现小车的方向控制。

前轮驱动电路是是一个小型的直流电机转向控制的常用的H桥驱动电路，如图14所示：

Q7和Q10一组，由Q12来控制Q7和Q10的通断，再由IOB11来控制Q12；Q8和Q9一组，由Q11来控制Q8和Q9的通断，再由IOB10来控制Q11。

可以利用IOB10和IOB11来控制小车前轮电机的正反转，来达到控制小车左右转的目的。

IOB10和IOB11与小车状态关系如表1所示:

表1IOB10和IOB11与小车状态关系

（2）驱动控制桥路

图15动力控制电机驱动电路

我们通过后轮驱动来实现小车的直线运动控制，即前进和后退，后轮的驱动电路也是全桥驱动电路，如图15所示：

Q1和Q4一组，由Q6来控制Q1和Q4的通断，再由IOB8来控制Q6；Q2和Q3一组，由Q5来控制Q2和Q3的通断，再由IOB9来控制Q5。

可以利用IOB8和IOB9来控制小车后轮电机的正反转，来达到控制小车前进和后退的目的。

IOB8和IOB9与小车状态关系如表2所示:

表2IOB8和IOB9与小车状态关系

5系统软件设计

5.1主程序

本设计主程序包括四部分：

：

首先，初始化；其次，语音训练；再次，语音识别；最后，重训操作。

流程图如图16所示：

图16主程序流程图

首先，我们需要判断本次训练是否是第一次程序下载，如果是第一次下载的话，先下载程序，然后再进行语音训练；如果以前已经下载过的话，可以直接进入训练，并且按事先设定的顺序进行语音信号的采集保存再Flash存储器中。

训练完成以后，接着进入语音识别过程，系统将根据采集的语音信号来匹配刚才训练得到的模型，得到匹配的结果并且做出相应的动作或者播报设定的语音资源，完成以后，回到待命状态并准备识别与执行下一条命令。

5.2音控小车语音训练子系统

音控小车训练采用互相问答的方式来训练，每条指令训练两次，且每条指令的训练过程相同，以“前进”指令为例:

首先，音控小车提示“前进”；然后，主人回答小车“前进”；接着，音控小车提示“请再说一遍”（第二次训练的提示音）；最后，再次回答音控小车“前进”（第二次训练）。

上述为一个指令的完整训练流程，假如训练成功完成，音控小车就会自动训练下一条指令，并且提示这一条指令相应的动作；假如训练没有成功完成，音控小车就会提示训练失败的原因并且提示重新训练，这就要求我们重复进行四个指令的训练，直至完成。

小车的整个训练过程包含“名称”“前进”“后退”“左拐”“右拐”五次训练。

音控小车语音训练子系统的流程图如图17所示：

图17音控小车语音训练子系统流程图

结论

这次的设计采用SPCE061A单片机来实现音控小车的语音控制功能。

它具有非常强大的语音信号处理功能，另外，它可以扩展其他外部硬件电路，然后通过编程并输入储存到它的内部，就可以实现其应用系统的各种功能。

这次设计的方案优点是结构非常简单，以一个凌阳单片机就实现了语音的识别、播放和电机的控制，也就是代替了能够语音识别的芯片和普通单片机结合的功能。

相比较的话，本设计方案更为简单，并且成本会降低不少。

总体而言，本次设计的音制小车的操作还是比较简单的，它的语音训练以及识别的成功率还是比较高的，确实是典型语音识别方面的应用方案。

当然，不可避免的，我也遇到了一些困难。

它的开发环境（IDE）是我以前不曾接触的，我需要即时学习，给我带来了许多的不便。

虽然本次的设计没有太大的实用价值，带是它的实际意义还是非常重大的，以声音来控制机器的思路，让我看到了以后生活智能化的可能。

通过这次为期半年的毕业设计，我学到了很多，也成熟了很多。

在设计过程中，除了老师的指导以外，所有的工程全由我自己把握。

材料的搜集、整理，系统的设计，实物的焊接、调试，统统需要我自己来，不懂得就去问老师和其他同学。

每天没有老师的监督，所有的一切全靠自己的自律能力，这不短不长的时间，我不仅通过了自己的考验，也通过了自己的考验。

我知道，这半年的时间没有白费，它也会在以后的生活中影响着我。

致谢

经过了长达半年的构思和设计，通过吴兰老师的指导，圆满完成了本次的设计。

在论文的命题、材料的搜集以及方案的构思方面，老师给予了悉心的教诲。

再次向吴兰老师表示感谢我衷心的感谢。

没有老师您的帮助，我想我无法如此完美的完成我的毕业设计。

当然，在设计以及论文的编写过程中，许多同学还有其它的老师也给与我很大的帮助，并且提出来很多的宝贵意见，正是有了他们的帮助，我完成了本次设计。

他们给我的帮助是我不断地成长起来。

通过本次的毕业设计，我体会到软件的开发不像我们想象中那么简单，它不仅需要我们具有丰富的专业知识、严谨的思路和认真的工作态度，还要求我们能够分析问题并解决问题。

遇到问题是，我们首先要上网找答案，或者到图书馆查资料，接资料。

丰富的资源、资料给予我无穷的帮助，让我解决了许许多多的困难，实在让我没头绪的困难，也在我强大的后援面前迎刃而解。

在这次设计过程中，因为我经验的不足，还有对软件的的生疏，不可避免的，在分析问题和解决问题方面做的不够全面和完善，这需要我在以后的生活中、工作中继续学习。

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附录

主程序