基于SPCE061A语音识别系统交通信号灯毕业设计.docx

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基于SPCE061A语音识别系统交通信号灯毕业设计

毕业设计（论文）

题目

基于SPCE061A语音识别系统交

通信号灯设计

系（院）

自动化系

专业

机械设计制造及其自动化

班级

学生姓名

学号

指导教师

职称

二〇一一年六月二十日

独创声明

本人郑重声明：

所呈交的毕业设计（论文），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。

据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。

本声明的法律后果由本人承担。

作者签名:

二〇一一年月日

毕业设计（论文）使用授权声明

本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。

本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。

（保密论文在解密后遵守此规定）

作者签名:

二〇一一年月

基于SPCE061A语音识别系统交通信号灯设计

摘要

近年来，城市化进程和社会经济得到了飞速发展。

在此影响下，城市交通需求与机动车辆迅速增加，交通堵塞情况日益严重，大气和噪音污染呈上升趋势，恶性交通事故频发。

交通问题成为困扰许多大城市发展的通病，交通拥堵成为制约城市经济和社会发展的“瓶颈”。

建设方便、安全、高效率、低公害、有利于生态和环境保护、以公共交通为主体的多元化城市交通系统成为交通建设的新目标。

通过改善交叉口交通信号灯控制从而缓解交通拥堵问题已迫在眉睫。

本文采用的是以凌阳十六位SPCE061A单片机为开发核心，设计出的智能交通灯控制系统。

充分利用其语音识别方面技术的优越性对交通灯控制系统做了智能化改进。

通过语音播放配合完成交通灯控制的一般过程。

并能对外部紧急情况（警笛声）进行语音识别，实现交通灯的智能控制，具有一定的实用价值，而且有很广阔的发展前景。

关键词：

SPCE061A，智能交通灯，语音识别

SpeechRecognitionSystemBasedonTrafficLightsSPCE061ADesign

Abstract 

Inrecentyears,urbanizationhasbeenrapidsocialandeconomicdevelopment.Inthisundertheinfluenceofurbantransportdemandandtherapidincreaseofmotorvehicles,trafficcongestionisbecomingmoreserious,airandnoisepollutionisrising,viciousfrequenttrafficaccidents.Trafficproblemsasthedevelopmentofacommonproblemthatplaguesmanylargecities,trafficcongestionasaconstrainttourbaneconomicandsocialdevelopmentofthe"bottleneck."Constructionofconvenient,safe,highefficiency,lowpollution,isconducivetoecologicalandenvironmentalprotection,tothediversificationofpublictransportasthemainurbantransportsystemtobecomethenewtargetoftransportationconstruction.Byimprovingtheintersectiontrafficlightstoeasetrafficcongestionisimminent.

SunplususedinthispaperistodevelopsixteenSPCE061Amicrocontrollercore,designofintelligenttrafficlightcontrolsystem.Termsoffulluseofitsspeechrecognitiontechnology,trafficlightcontrolsystem,thesuperiorityofintelligentimprovementmade​​.Playbyvoicewiththecompletionofthegeneralprocessofthetrafficlightcontrol.Andtoexternalemergencysituations（sirensound）forspeechrecognition,intelligentcontroloftrafficlightstoachieve,withsomepracticalvalue,andtherearebroadprospectsfordevelopment.

Keywords：

SPCE061A,Intelligenttrafficlights,Voicerecognition

第一章绪论

1.1研究背景

随着社会的不断发展以及城市化进程的加快，机动车越来越普及，城市所面临的交通问题也越来越严重。

交通拥挤以及由之所导致的时间损失、能源消耗、交通事故和环境问题等所造成的巨大损失已成为一个急待解决的难题。

解决好城市交通信号灯控制问题将是保障交通有序、安全、快速运行的重要环节。

交通是城市经济活动的命脉，对城市经济的发展、人民生活水平的提高都起着十分重要的作用。

智能交通系统作为21世纪交通运输体系的发展方向，受到了世界各国的广泛重视，它是解决现代交通拥挤、有效提高道路利用率的根本出路。

因此设计新型的交通灯控制系统,对缓解交通阻塞,提高畅通率具有十分现实的意义。

目前,为了解决城市交通需求量迅速增加的问题，主要采用以下两种方法:

一是在“硬件”方面,加强交通基础设施建设,新建道路、互通立交桥或对现有的公路进行改造以增加车辆通行能力；二是在“软件”方面,对交通流进行智能化的管理控制,充分发挥现有路网的通行潜力,最大程度上使交通流做到有序流动。

比较而言,对交通系统的智能化改造在短时间内可望取得一定的实效。

因此，采用先进的自动化控制方法对交通进行控制成为必须要解决的问题。

结合先进的智能控制算法和先进的嵌入式系统研究开发出适合中国国情、性能价格比高的交通控制器成为一项特别紧迫的任务。

基于以上描述以及结合我国现阶段自身特点，语音识别系统交通信号灯的研究具有重大的社会意义。

本设计是基于SPCE061A语音识别交通信号灯系统，可以在交通信号灯转换过程中加有语音提示，根据各地交警提出不同的语音要求进行个性化的设计，能够有效的减少交通事故的发生，提高道路通行能力，疏导交通的作用。

同时与其他的交通灯系统相比该系统更具功能化和人性化。

因此语音识别交通信号灯系统必将获得长足的发展。

1.2当今国内外交通信号灯控制系统发展状况

近百年来，伴随着经济的发展，全球汽车业以惊人的速度发展，汽车已经成为人们日常生活不可缺少的交通工具。

但是，随着城市化进程的加快，机动车日益普及，人们在享受机动车所带来的巨大便利的同时，也面临着交通拥挤的烦恼。

目前，交通拥挤问题不同程度的普遍存在于各个国家和地区，由此产生了一系列的问题，如环境污染、交通事故频繁发生、交通拥挤等，给国家和人们的生命财产带来了很大的损失。

解决交通拥挤的直接办法就是修建更多的路桥以提高路网的通行能力。

然而，由于修建路桥的巨额投资和城市空间的严格限制等原因，使这一方法的有效性大打折扣。

因此，解决交通问题的最有效的方法之一就是建立城市交通信号灯系统。

1.2.1国外交通信号灯控制系统发展状况

国外对城市交通信号灯系统研究的比较早，1858年英国伦敦主要街头上就安装了以燃煤气为光源的红蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。

这是世界上最早的交通信号灯。

1868年英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上安装了世界上最早的煤气红绿灯。

它由红绿两色以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。

1914年电气启动的红绿灯出现在美国。

这种红绿灯由红黄绿三色圆形的投光器组成，安装在纽约市5号大街的一座高塔上。

红灯表示“停止”，绿灯表示“通行”。

1918年又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。

1963年加拿大多伦多市建立了一套使用IBM650型计算机作为交通控制器的集中协调感应控制信号系统，实现了1000多个交通路口的联网，标志着城市道路交通信号灯控制系统的发展进入了一个新的阶段。

到目前为止，人们相继完成了很多区域交通控制系统，其中最有代表性的有TRANSYT、SCOOT、SCATS、RHODES等。

世界上已有300多个大城市采用了先进的区域自适应式交通信号灯控制系统。

近年来，英国、澳大利亚、欧洲和美国等均在某些城市建立了交通信号灯控制系统。

在这些系统中，大部分都在各路口附近安装有磁性环路检测器，并由各路口的控制装置或工作人员将交通控制参数通过电话线、电缆、闭路电视线等通讯网络输入微处理器，用小型计算机进行集中控制。

1.2.2国内交通信号灯控制系统发展状况

我国对城市交通信号灯系统的应用和研究工作起步较晚。

随着我国城市道路交通问题越来越严重，政府对城市交通控制系统日益重视并采取相应的解决措施，采用引进与开发相结合的方针，使我国的交通系统在一定程度上起了缓解交通拥挤的作用，提高了城市道路的运行率。

我国自上世纪70年代开始自己研发智能交通系统，交通系统中信号机的质量水平有了明显的提高。

特别是在公共安全行业标准GA47-2002《道路交通信号控制机》实施后，国内各企业在研发、生产时认真贯彻标准，提高了质量意识加强了质量管理，并且能够生产集中协调式信号机的企业明显增加，从整体上看，我国信号机产品制造和研发水平及信号机的技术水平得到了明显提高。

国内不少研发机构相继研发建立了一系列的交通系统，其中应用比较成功的有公安部交通管理研究所HTUTC系统、浙大中控ACS系统、青岛海信HICON系统、深圳市自行研发的SMOOTH系统、上海宝康MITCO系统以及金科交通科技JK-C系列小型交通控制系统。

这些系统都不同程度的发挥着改善交通拥挤的作用，这些系统跟国外的系统相比，价格有所下降，但是目前还是最主要应用在国内的一些大城市的繁华路口。

1.3论文的主要研究内容

本设计是基于SPCE061A语音识别系统交通信号灯设计，能控制东西南北的通行。

利用SPCE061A单片机的相关知识实现交通信号灯的智能调整，实现人性化的语音播报功能和紧急状况处理功能，对红绿灯的工作状态转换和紧急状况进行语音提示并能够根据路口需要，通过相应的软件设置红、绿灯的倒计时时长。

第二章单片机概述及工作原理

2.1单片机概述

随着嵌入式系统、片上系统等概念的提出、普遍接受及应用，单片机的发展又进入了一个新的阶段，单片机的体积更小、功能更全、可靠性更高。

由于其明显的优势，单片机在智能仪表、家用电器、智能玩具、通信系统、机械加工等各个领域都获得了广泛的应用。

可以这样认为，单片机技术已成为现代电子技术应用领域十分重要的技术之一，是电子技术应用领域工程技术人员必备的知识和技能，他能够使你设计的产品更具智能化和先进性。

2.1.1单片机的特点及发展

单片微型计算机，简称单片机，是微型计算机的一个分支。

它是在一块芯片上集成（嵌入）了CPU、一定容量的RAM和ROM存储器、I/O接口等而构成的微型计算机。

单片机问世以来的发展道路与微处理器是不同的。

微处理器向着高速运算、数据分析与处理能力、大规模容量存储等方向发展，以提高通用计算机的性能。

单片机则是从工业测控对象、环境、接口特点出发，向着增强控制功能、提高工业环境下的可靠性、灵活方便地构成应用计算机系统的界面接口的方向发展。

因此，单片机有着自己的特点，主要是：

（1）可靠性高。

随着IC制造技术的发展，芯片的集成度越来越高，则其可靠性也随着大幅度提高。

（2）性价比高。

总有一款能够既满足价格又满足性能要求。

（3）高度的选择灵活性。

当前的单片机从8位、16位到32位应有尽有。

尤其在微小系统使用的8位机，系列、种类、型号五花八门应有尽有，从它们内部集成的部件来看，有不同大小的存储器和外围设备模块。

（4）完备的软硬件开发手段。

（5）专用性越来越强。

由于IC技术的发展，推动了单片机的专用性发展，出现了很多的语言、图像、通信、数据处理等专用类单片机。

（6）由于体积小，易于构成嵌入式系统。

单片机发展过程：

第一阶段（1976-1978）：

单片机的控索阶段。

以Intel公司的MCS–48为代表。

MCS–48的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有Motorola、Zilog等，都取得了满意的效果。

这就是SCM的诞生年代，“单机片”一词即由此而来。

第二阶段（1978-1982）单片机的完善阶段。

Intel公司在MCS–48基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS–51。

它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。

（1）完善的外部总线。

MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。

（2）CPU外围功能单元的集中管理模式。

（3）体现工控特性的位地址空间及位操作方式。

（4）指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。

第三阶段（1982-1990）：

8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。

Intel公司推出的MCS–96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。

随着MCS–51系列的广应用，许多电气厂商竞相使用80C51为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路路功能，强化了智能控制的特征。

第四阶段（1990—）：

微控制器的全面发展阶段。

随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。

2.1.2单片机系统的应用

　单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：

（1）在智能仪器仪表上的应用

　　单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。

采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。

例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。

（2）在工业控制中的应用

　　用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。

例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。

（3）在家用电器中的应用

　　可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。

（4）在计算机网络和通信领域中的应用

　　现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。

（5）单片机在医用设备领域中的应用

　　单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。

此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。

可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。

不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。

它由主机、键盘、显示器等组成。

还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。

这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机。

顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。

因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。

它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。

现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。

各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词——“智能型”，如智能型洗衣机等。

现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。

究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。

目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。

导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。

更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。

它主要是作为控制部分的核心部件。

因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。

2.2凌阳SPCE061A单片机工作原理

SPCE061A是凌阳科技推出的一个16位结构的微控制器。

它的内核采用凌阳公司最新推出的16位微处理器芯片。

SPCE061A即具有体积小、集成度高、可靠性好且易于扩展的特点，又具有较强的中断处理能力、高性能的价格比和功能强、效率高的指令系统及低能耗、低电压的特点。

2.2.1SPCE061A的结构及性能

SPCE061A芯片的性能：

（1）16位的高性能u課sp内核单片机

（2）CPU时钟范围：

0.32MHz~49MHz

（3）片内32k字的Flash程序存储器、2k字的SRAM数据存储器

（4）2个16位I/O端口

（5）14个中断源

（6）1通道专用音频A/D转换通道

（7）7通道A/D转换通道

（8）内置MIC放大电路和自动增益（AGC）放大电路

（9）2路电流输出型的D/A转换通道

（10）2个16位通用定时器/计数器

（11）实时实钟（RTC）

（12）低电压复位、低电压监测

（13）内置在线仿真接口（ICE）

（14）具有保密功能

（15）具有WatchDog功能

ICE-SCK

ICE-SDA

图2-1SPCE061A的内部结构图

2.2.2SPCE061A最小系统

SPCE061的最小系统组成如图2-2所示，在OSC0、OSC1端接上晶振及谐振电容，并在锁相环压控振荡器的阻容输入VCP端接上相应的电容和电阻即可工作。

在其它不用的电源端和地段接上0.1µF或100µF的去耦电容可以提高系统的抗干扰能力。

图2-2SPCE061A最小系统原理图

2.2.3SPCE061A开发方法

SPCE061A的开发是通过在线调试器PROBE实现的。

它既是一个编程器（即程序烧写器），又是一个实时在线调试器。

用它可以替代在单片机应用项目的开发过程中常用的软件工具——硬件在线实时仿真器和程序烧写器。

它利用SPCE061A片内置的在线仿真电路ICE（In-CircuitEmulator）接口和凌阳公司的在线串行编程技术。

PROBE工作于凌阳IDE集成开发环境软件包下，其5芯的仿真头直接连接到目标电路板上SPCE061A相应管脚，直接在目标电路板上的CPU---SPCE061A调试、运行用户编制的程序。

PROBE的另一头是标准25针打印机接口，直接连接到计算机打印口与上位机通讯，在计算机IDE集成开发环境软件包下，完成在线调试功能。

第三章系统总体方案设计

3.1系统设计总述

一般情况下，传统的交通信号灯系统只有简单的红黄绿三种交通信号灯在交替变换，没有数码管倒计时显示，更没有信号灯转换时的语音提示。

单纯的红绿灯转换往往给司机和行人带来一种焦急的心理感应，总是等着红灯变绿灯的时刻，其次，运用延时的方法实现红绿灯的循环闪烁，定时不太准确，可扩展性差，不利于增加新的功能。

本论文设计的交通信号灯系统解决了传统交通信号灯的不足，它具有精确的秒表倒计时，同时加上数码管倒计时显示，让司机和行人一目了然，当红绿灯转换和紧急状况时还具有语音提示，并能够根据路口需要通过相应的软件设置红绿灯的倒计时时长。

因此具有一定的发展潜力和开发价值。

因此，本论文设计是基于SPCE061A语音识别系统交通信号灯的设计。

根据十字路口红绿灯交替变换的特点，采用凌阳单片机SPCE061A来实现交通路口的管理。

本系统硬件电路有两大部分组成：

凌阳SPCE061A单片机最小系统的外围电路和模拟交通灯控制板，通过两个I/O口连接。

软件系统设计包括主程序，倒计时和信号灯的显示子程序，语音播报程序，紧急状态程序和语音识别程序。

3.2系统总体结构

本系统由一块61板和一块模拟交通灯控制板组成，61板和模拟交通灯控制板通过I/O口连接。

系统以一片SPCE061A为核心，检测键盘模块和流量检测模块。

根据检测结果按照程序设定的方式去控制红绿灯模块、倒计时数码管模块和放音模块。

根据以上所述系统总体结构框图如图3-1所示。

61板模拟交通灯控制板

红绿灯模块

倒计时数码管模块

放音模块

键盘模块

流量检测模块

SPCE061A

图3-1 模拟交通灯控制系统结构图

 3.3系统总体流程

按照路口交通运行的实际情况，在本系统中，设定系统的工作情况如下。

本系统是循环显示系统，可根据交通灯的显示规律设计软件。

设有一个十字路口东、西、南、北四个方向，以东、西路口绿灯亮为一个循环的开始。

则一个循环过程中各路口状态为：

首先，东西方向绿灯亮,倒计时显示；南北方向红灯亮，倒计时显示；

其次，东西方向黄灯闪，倒计时显示；南北方向黄灯闪，倒计时显示；并有语音提示：

“南北方向通行，请遵守交通规则”；

再次，东西方向红灯亮，倒计时显示；南北方向绿灯亮，倒计时显示；

最后，东西方向黄灯闪，倒计时显示；南北方向黄灯闪，倒计时显示；并有语音提示：

“东西方向通行，请遵守交通规则”；到此本次循环结束。

重复以上四个步骤即可。

发生紧急事件时，按下按钮执行中断程序，四个路口红灯全亮，延时一定的时间后，按键恢复正常状态。

交通路口模拟图如图3-2所示。

图3-2交通路口模拟