1、 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 南京江苏海事职业技术学院 2012 届专科生毕业设计（论文）I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
2、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 单片机江苏海事职业技术学院 2012 届专科生毕业设计（论文）IIAbstractThe loss of visual sight causes a great deal of inconvenience.
3、The advancement of modern technology has brought a lot of guide device, such as guide crabsticks, guide glasses, and guide robots. This article, aiming for more knowledge of speech recognition technology, introduces a blind robot in the form of car modal. The car modal applies speech recognition tec
4、hnology, and tries to integrate the technology with guide products. The major steps are as follows:（1）Making elementary analysis and learning the speech recognition system of the SPCE061A. Get an understanding of the process and key technology of its speech recognition system. Put forward a couple o
5、f methods to deal with its limited capacity. （2）Having a general knowledge of controlling the movement of robot, the key point is the H bridge motor drive circuit.（3）Grasping the relative knowledge of the visual system of robots. Bring forward the proposal of using infrared sensor to avoid obstacle.
6、Keywords Speech recognition; Guide robot; Infrared sensors; SPCE061A 江苏海事职业技术学院 2012 届专科生毕业设计（论文）III目 录摘 要 .IAbstract.II目 录 .III第 1 章 绪论 .11.1 背景 .11.2 论文的内容与组织安排 .1第 2 章 凌阳单片机简介 .32.1 凌阳 SPCE061A 单片机封装及管脚定义 .32.1.1 凌阳 SPCE061A 单片机最小系统设计 .52.1.2 凌阳单片机开发环境简介 .62.2 凌阳单片机的特点 .7第 3 章 语音识别基础 .93.1 语音识别的分
7、类 .93.2 语音识别的基本原理 .103.3 语音识别的方法 .10第 4 章 语音识别系统硬件设计 .134.1 凌阳 61 开发板简介 .134.1.1 输入输出（I/O）接口电路 .144.1.2 音频输入电路 .154.1.3 语音放大模块 .164.1.4 电源电路 .164.2 语音智能小车车体介绍 .174.2.1 智能小车车体结构设计 .174.2.2 小车的行进原理分析 .184.3 直流电机驱 动电路设计 .194.3.1 全桥驱动电路原理 .194.3.2 前后轮电机驱动设计 .204.4 红外避障模块设计 .22第 5 章 基于凌阳单片机的语音识别系统 .235.1
8、 语音压缩简介 .235.1.1 凌阳语音压缩解决方案 .24江苏海事职业技术学院 2012 届专科生毕业设计（论文）IV5.1.2 提示语音的录入与处理 .255.2 系统初始化与语音的训练 .285.2.1 系统初始化 .285.2.2 语音训练 .295.3 语音的辨识 .305.3.1 分组语音识别简介 .325.3.2 识别成功后动作执行子程序 .33总 结 .36致 谢 .37参考文献 .38附录 1 系统实物图 .39附录 2 语音识别 API 简介 .40附录 3 源代码 .41江苏海事职业技术学院 2012 届专科生毕业设计（论文）1第 1 章 绪论1.1 背景根据中国卫生部
9、 2006 年月公布的全国防盲治盲规划（20062010 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
10、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江苏海事职业技术学院 2012 届专科生毕业设计（论文）2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
11、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。江苏海事职业技术学院 2012 届专科生毕业设计（论文）3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（Static RAM）和 32K 的 Flas
12、h；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 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。
13、因此，以 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；江苏海事职业技术学院 2012 届专科生毕业设计（论文）4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 2-2 LQFP80 封装 图 2-3 PLCC84 封装在 PLCC84 封装中，有 15 个空余脚，用户
14、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(4148,53,5460 脚) I/O 口 A ，共 16 个IOB0 IOB15(51,8176,6864 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
15、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_SCKICE_SDA（18 脚） ICE 数据脚，接在线调试器 PROBE 的数据脚ICE_SDAPVIN（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
16、的第二运放输入脚江苏海事职业技术学院 2012 届专科生毕业设计（论文）5MICOUT（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 02.5V 。 （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 C
17、PU 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 5VVDD（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。
