智能声控小车毕业论文.doc
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毕业设计（论文）
题目智能声控小车
英文题目Theintelligentvoicecontroldolly
学生姓名
学号
指导教师
专业电子科学与技术
二零11年11月
摘要
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。
采用凌阳公司的SPCE061A16位单片机作为语音控制小车的检测和控制核心，配合SPCE061A的语音特色，利用系统的语音播放和语音识别资源，通过控制I/O接口电路传输控制信息，从而控制全桥驱动电路最终实现多功能语音控制小车的基本功能。
利用编程进行语音的“训练”和“识别”。
设计出具有如下功能的语音声控小车:
能够根据录制的语音命令来控制小车的启动、停止、返回、拐弯。
关键词：
SPCE061A，语音识别，全桥驱动，小车
Abstract
Speechprocessingtechnologyisanewtechnology,itincludesnotonlythevoicerecordingandplayback,andinthespeechcompressionencodinganddecoding,speechrecognitionandallkindsofprocessingtechnology.Beforethedesign,generallytherearetwoways:
asinglechipdesignschemeisextended,andtheotherisbyspecialspeechprocessingchip.BasedonthevoicecharacteristicsofMCUSunplusSPCE061A，thesmallcarofmuhifunctionvoice—controlledwasdesigned．Thecarsystemiscomposedofvoicerecognitionandvoicebroadcast，anditstransmissionandcontrollinginformationiscontrolledbyI／Ointerfacecircuit．Inordertocontrolfullbridgedrivecircuitatlastthebasicfunctionsofmuhifunctionalvoice-controlledsmallcararerealized．Weuseprogrammingforvoice"training"and"recognition".Ithasthefollowingfeatures:
Accordingtorecordedthevoicecommandtocontrolthecartostart,stop,return,andturn.
Keywords:
SPCE061A，SpeechRecognition，Full-bridgedriver，Trolley
目录
第一章绪论…………………………………………………1
1.1引言………………………………………………………1
1.2目前的发展概况……………………………………………1
1.3智能声控的应用研究………………………………………1
1.4课题的提出背景与实际意义…………………………………1
第二章系统方案………………………………………………3
2.1总体方案选择………………………………………………3
2.2系统硬件方案………………………………………………4
2.3系统软件方案………………………………………………5
第三章系统硬件设计…………………………………………6
3.1车体介绍…………………………………………………6
3.1.1小车的行走原理…………………………………………7
3.2控制板原理………………………………………………9
3.2.1全桥驱动原里………………………………………………9
3.2.2动力电机驱动……………………………………………11
3.2.3方向电机控制电路…………………………………………12
3.3芯片特性简介………………………………………………14
3.3.1SPCE061A特性简介…………………………………………14
3.3.2开发板61板简介……………………………………………15
3.4电源模块……………………………………………………15
第四章系统软件设计……………………………………………16
4.1系统的主程序流程……………………………………………16
4.1.1初始化部分………………………………………………16
4.1.2训练部分…………………………………………………17
4.1.3识别部分…………………………………………………17
4.1.4重训操作…………………………………………………17
4.2主函数模块程序……………………………………………17
4.3语音识别的原理………………………………………………18
4.4语音训练识别程序……………………………………………18
4.5语音动作子程序………………………………………………19
4.6中断子程序……………………………………………………22
结论………………………………………………………………24
致谢………………………………………………………………25
参考文献…………………………………………………………26
附录………………………………………………………………27
绪论
1.1引言
随着电子业的发展，自动化已不再是一个新鲜的话题，无人驾驶的小汽车也必将进入实用阶段，未来驾驶汽车，不再是只能依靠手动、语音等方式也有可能成为未来汽车的辅助驾驶途径之一。
单片机作为计算机技术的一个重要分支、嵌人式系统的核心，广泛用于工业控制、智能仪器、家用电器、智能产品等领域。
当前电子设计系统已进入了片上系统时代，单片机的功能也越来越强，使其真正成为系统单片机。
本系统模拟将来的智能小车，采用SPCE061A单片机作为检测和控制核心，该单片机是一个16位结构的微控制器，基于nSPTM内核，具有DSP运算功能，内置1O位A／D及D／A转换器，丰富的软硬件支持，而SPCE061A单片机集成度高，扩展方便，可靠性好。
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的语音特色实现了对小车前进、后退、左转、右转、停车等语音控制功能。
1.2目前的发展概况
声控技术其实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
1.3智能声控的应用研究
可以让驾驶员对汽车发出语音指令，控制车内的收音机、电话和车内温度。
声控技术将成为接入网络和其他各种自动服务的关键。
“随着汽车电子技术的飞速发展，汽车智能化技术正在逐步得到应用。
汽车智能化技术使汽车的操纵越来越简单,动力性和经济性越来越高，行驶安全性越来越好，这是未来汽车发展的趋势。
目前正逐步应用于汽车的智能控制技术。
1.4课题的提出背景与实际意义
科技的进步需要技术不断的提升，一块大而复杂的模拟电路花费了工程师们巨大的精力，繁多的元器件增加制作的成本，而现在只需要一块几厘米的长方单片机通过写入简单的程序就可以使以前的电路简单很多。
单片机技术的出现，不管在开发或是工作上都为我们带来了意想不到的惊喜。
1916年第一台电子计算机诞生至今，只有60年得时间，依靠微电子技术和半导体技术的进步，从电子管到晶体管到集成电路在到大规模集成电路，现在一块芯片上完全可以集成几百万甚至上千万之晶体管，使得计算机体积更小，功能更强，特别是近20年时间里，技术及技术获得飞速的发展。
计算机在工农业，科研教育国防和航空航天领域获得了广泛的应用，技术及技术已经是一个国家现代科技水平的重要标志。
机器人的应用越来越广泛，几乎渗透到所有领域。
机器人的发展体现了一个国家技术水平的高低，现代机器人从其诞生到现在，己经发展到了第三代。
第一代机器人是示教再现型机器人。
它们装有记忆存储器，由人将作业的各种操作要求示范给机器人，使之记住操作的程序和要领。
当它接到再现命令时，则自主地再现示教的动作。
第二代机器人是装有小型计算机和简单传感器的离线编程的工业机器人。
它能感知外界信息和进行“思维”，比第一代机器人更灵活、更能适应环境变化的需要。
第三代是智能机器人。
智能机器人是“具有感知、思维和动作的机器”。
它装有多种传感器，能识别作业环境，能自主决策，具有人类大脑的部分功能，且动作灵活，是人工智能技术发展到高级阶段的产物。
智能小车，也就是轮式机器人，具有广泛的用途，尤其适合那些人类无法工作的环境中工作，无人生产线，仓库，服务机器人，航空航天等领域。
作为20世纪自动化领域的重大成就，机器人已经和人类社会的生产、生活密不可分。
应此为了使智能小车工作在最佳状态，进一步研究及完善其速度和方向的控制是非常有必要的。
其次学习智能小车的制作也是对大学4年学习的一个很好的检测，对今后的学习和工作具有很大的帮助。
第二章系统方案
2.1总体方案选择
方案一：
采用MCS-51系列单片机实现，由于有语音识别和语音播放功能，所以需要扩展语音识别模块和语音播放模块，这样必然造成端口的资源紧张，所以还必须加入接口扩展芯片。
该实现方案结构如图2-1所示。
图2-1采用MCS-51系列单片机实现语音控制小车
方案二：
采用SPCE061A实现语音控制小车方案，由于SPCE061A内部具有语音识别和语音播放功能，所以只需要扩展基本的MIC和语音功放即可，该方案结构如图2-2所示。
图2-2基于SPCE061A的语音控制小车实现方案
比较以上两个方案，方案二结构简单，易于操作，故选择方案二。
2.2系统硬件方案
系统的结构框图如图2-3示。
图2-3系统结构框图
系统组成主要包括以下两部分：
SPCE061A精简开发板、语音小车控制电路板。
图中的语音输入部分MIC_IN、按键输入KEY、声音输出部分的功率放大环节等已经做到了精简开发板——61板上，为我们使用提供了很大的方便。
在电机的驱动方面，采用全桥驱动技术，利用四个I/O端口分为两组分别实现两个电机的正转、反转和停三态运行。
2.3系统软件方案
小车运动控制子程序就是控制前后电动机的正转和反转，程序识别出使用者说出何种语音命令后，根据I／0口输出和小车运动姿态的状态的对应关系，对相应的I／0口置位或清零，输出到电机驱动电路，控制电机运转，小车作相应的动作。
第三章系统硬件设计
3.1车体介绍
语音控制小车为四轮结构，如图3-1所示。
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，如图3-2所示。
图3-1车体侧视图
图3-2车体侧视图
3.2小车的行走原理
前进：
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，这时只要后轮电机正转小车就会前进。
如图3-3所示；
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，如图3-4所示；
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，如图3-5所示；
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，如图3-6所示。
图3-3小车前进原理图
图3-4小车倒车示意图
图3-5小车左转示意图
图3-6小车右转示意图
3.3控制板原理
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。
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。
3.3.1全桥驱动原理
全桥驱动又称H桥驱动，下面介绍一下H桥的工作原理：
H桥一共有四个臂，分别为B1~B4，每个臂由一个开关控制，示例中为三极管
Q1~Q4。
如果让Q1、Q2导通Q3、Q4关断，如图3-7所示，此时电流将会流经Q1、负载、Q2组成的回路，电机正转。
图3-7B1、B2工作时的H桥电路简图
图3-8B3、B4工作时的H桥电路简图
如果让Q1、Q2关断Q3、Q4导通，如图3-8所示，此时电流将会流经Q3、负载、Q4组成的回路，电机反转。
如果让Q1、Q2关断Q3、Q4也关断，负载Load两端悬空，如图3-9所示，此时电机停转。
这样就实现了电机的正转、如果让Q1、Q2导通Q3、Q4也导通，那么电流将会流经Q1、Q4组成的回路以及Q2和Q3组成的回路，如图3-10所示，这时桥臂上会出现很大的短路电流。
在实际应用时注意避免出现桥臂短路的情况，这会给电路带来很大的危害，严重的会烧毁电路。
图3-9B1~B4全部停止工作时的H桥简图
图3-10B1~B4全部工作时的H桥简图反转、停止三态控制。
3.3.2动力电机驱动
动力驱动由后轮驱动实现，负责小车的直线方向运动，包括前进和后退，后轮驱动电路是一个全桥驱动电路，如图3-11所示：
Q1、Q2、Q3、Q4四个三极管组成四个桥臂，Q1和Q4组成一组，Q2和Q3组成一组，Q5控制Q2、Q3的导通与关断，Q6控制Q1和Q4的导通与关断，而Q5、Q6由IOB9和IOB8控制，这样就可以通过IOB8和IOB9控制四个桥臂的导通与关断控制后轮电机的运行状态，使之正转反转或者停转，进而控制小车的前进和后退。
图3-11后轮电机驱动电路
当IOB8为高电平、IOB9为低电平时Q1和Q4导通，Q2和Q3截止，后轮电机正转，小车前进；反之当IOB8为低电平、IOB9为高电平时Q1和Q4截止，Q2和Q3导通，后轮电机反转，小车倒退；而当IOB8、IOB9同为低电平时Q1、Q2、Q3和Q4都截止，后轮电机停转，小车停止运动。
注意：
IOB8和IOB9不能同时置高电平，这样会造成后轮驱动全桥短路现象。
3.3.3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，Q7、Q8、Q9、Q10四个三极管组成四个桥臂，Q7和Q10组成一组，Q8和Q9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。
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：
IOB10、IOB11不能同时为高电平，这样会造成前轮驱动全桥的桥臂短路。
结合以上对前轮和后轮的状态分析，得到小车的运行状态与输入的对照表，如下
表3.1基本的输入与小车运动状态对照表
IOB11
IOB10
IOB9
IOB8
后电机
前电机
小车
0
0
0
0
停转
停转
停
0
0
0
1
正转
停转
前进
0
0
1
0
反转
停转
倒退
0
1
0
1
正转
正转
左前转
1
0
0
1
正转
反转
右前转
另外还有一些不常用的运行状态，比如右后转、左后转等，结合以上对前轮和后轮的状态分析，其端口对照如表3.2所示：
表3.2输入与小车的运动状态对照表
IOB11
IOB10
IOB9
IOB8
后电机
前电机
小车
0
1
1
0
正转
正转
右后转
1
0
1
0
正转
反转
左后转
注意：
为了小车的安全请不要出现以下两种组合情况：
表3.3禁止的输入状态列表
IOB11
IOB10
IOB9
IOB8
后电机
前电机
小车
*
*
1
1
停转
*
停
1
1
*
*
*
停转
停
3.4芯片特性简介
3.4.1SPCE061A特性简介
SPCE061A是凌阳科技研发生产的性价比很高的一款十六位单片机，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。
另外凌阳十六位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2μA@3.6V；
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。
3.4.2开发板61板简介
“61板”是SPCE061AEMUBOARD的简称，是以凌阳16位单片机SPCE061A为核心的精简开发－仿真－实验板，大小相当于一张扑克牌。
“61板”除了具备单片机最小系统电路外，还包括有电源电路、复位电路、ICE电路、音频电路（含MIC输入部分和DAC音频输出部分）等，“61板”可以采用电池供电。
图3-12所示为该精简开发板的实物图。
图3-1261板实物图
3.5电源模块
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（VCC_61），通过61板的Vio跳线产生61板的端口电源（V1）。
二极管D1作用：
1、降压，4节电池提供的电压VCC最大可达到6V，D1可有效地降压。
2、保护，D1可以防止电源接反烧坏61板。
第四章系统软件设计
4.1系统的主程序流程
升级会员 