1、无线语音遥控智能车摘要 20 世纪中后叶，随着大规模晶体管集成电路制造工艺的飞速发展，使计算机渗透进城市的血液，成为人类社会生活中密不可分的一部分。越来越多种类的计算机投入社会生产，如果在人们的社会生活中所接触到的计算机均使用不同的、自身特有的人机接口，就要求计算机使用者掌握多种计算机操作语言，这无疑成为人们使用计算机的一大障碍。因此人与计算机的沟通成为了摆在人类面前崭新的课题。在音频压缩处理技术以及无线远程控制技术高速发展的局面下，人们开始考虑使用人类语言作为新的方式和计算机进行无线远程对话。优化人机接口，使计算机智能化，并且能听懂远处传来的人类语言，以人类的方式思考，彻底摆脱复杂的计算机语
2、言和繁琐的输入方式是今后发展的一大方向。台湾凌阳科技推出的 16 位 MCU-DSP 混合处理器 SPCE061A 可以实现上述的语音识别、数据编码等功能，若在其上外扩一 nRF2041 双工无线模块组成语音遥控器。用一小车模型作为接收机，处理器采用 ATMEL 公司的高档 8 位微处理器 ATMEGA16L，接收依然使用 nRF2401 无线模组，便可以使小车接收人类语言的远程控制。在控制者发出向前、向后、向左、向右等语言命令后，遥控器上的凌阳 SPCE061A 处理器可以自动实现语音辨识，并且与事先训练的语音模型相比较，从而通过 nRF2401 输出不同的控制命令，模型小车接收到不同的指令
3、后，做出不同的响应动作，这样便可以制作出一个基于无线语音控制的智能小车。今后，根据语音控制机器人的设计理念，可将其移植到诸如汽车，小家电等具有实际意义的产品中去。在人类与计算机的关系日益密切的今天，更为便捷、更为人性化、更为智能化的人机对话方式无疑是今后科技发展的新趋势。关键词 无线语音遥控小车；凌阳 SPCE061A 处理器；语音辨识； ATMEGA16L；nRF2401 无线模组Wireless voice remote control carABSTRACT After the middle of the 20th century leaves, as a large-scale tra
4、nsistor integrated circuit manufacturing process of rapid development, computers infiltrate into the cities of blood, human social life are inseparable part. Computer is gradually replacing humans, engage in complex, repetitive calculations or labor. More and more types of computers into the communi
5、ty production, The computer of more and more kinds puts into social production, if computer touched use different, ones own characterized man-machine interface in peoples social life, require the computer user to grasp many kinds of computer operation language, This undoubtedly becomes a great obsta
6、cle that people use the computer. So people and communication of the computer have become the brand-new subject in front of the mankind .Under the circumstances that the audio frequency compresses the situation of high-speed development of treatment technology, people consider using human language a
7、s the new interactive way. Optimize the man-machine interface, Make the computer intelligent and understand the human language, thinks in a human way, it is a general orientation that will developed to get rid of the complicated computer language and the tedious input way is a general orientation th
8、at will developed in the future.SPCE061A produce by Lingyang science and technology co.,Taiwan. It can proform the function that described above, enable its control one model car, to make the car can accept human control of language. Sends out forward, backward, towards left, towards right and so on
9、 the language orders after the master, the car embarks insults the positive SPCE061A processor to be possible to process may realize the pronunciation identification automatically, and with the pronunciation model which trains beforehand compares, output comparison result control car direct current
10、machine running status.From now on, according to the voice control robot design idea, might transplant it to such as the automobile, the small household electrical appliances and so on has in the practical significance product.In human and computer relational close today, more convenient, a more use
11、r friendly, more intellectualized man-machine conversation way without doubt will day by day be the next technical development new tendencyKey Words： SPCE061A processor Intelligent voice control car目 录0 前言 .22 无线语音遥控智能车设计概述 .42.1 设计目的 42.2 设计实现总体功能 43 系统总体方案 .53.1 方案论证 53.1.1 方案一 .53.1.2 方案二 .53.1.3
12、 方案三 .53.2 方案分析 .74 芯片的介绍 .73.2.1 主控芯片及其各部分性能 .83.2.2 SPCE061A 用于语音遥控智能小车中的功能 103.3 无线语音遥控智能车电机驱动控制方案 155 系统设计方案 154.1 系统整体设计方案 154.2 主控板设计方案 .154.3 控制板设计方案 .184.4 中断方案 .196.声音控制智能小车软件设计 206.1 语音控制实现流程 .216.2 语音识别主程序流程 .236.3 语音识别子程序设计 246.3.1 训练子程序： 256.3.2 识别子程序 .256.3.3 动作子程序 .256.3.4 中断子程序 .256.
13、4 程序开发环境与代码录入 256.4.1 凌阳 SPCE061A 单片机指令系统与开发环境 .266.4.2 语音提示的录入 .266.5 部分程序代码解释 277 结论 27参考文献 29致 谢 30电子科学与技术专业毕业设计论文0 引言随着现代科学技术的飞速发展，数字化时代的来临，计算机和网络已经将触角伸入社会各行各业，渗入了城市的血液中，并且在一定程度上取代了人类繁琐的机械的劳动。世界也正面临一场大规模的新的工业革命，又称为信息革命。数字化、智能化，已经成为这场革命的主旋律。让计算机像人类一样动作一样思考，并拥有人的记忆和人的逻辑，使人类从繁琐的键盘操作和按键输入中解脱出来是电脑智能化
14、面对的重要课题。在现代传感器技术、音频视频压缩解码技术的跨越式发展，使计算机实现了高度的集成化，功能也逐渐出现全能化、专门化以及智能化的分化发展方向。计算机的微处理器的功能也不仅仅局限于计算和处理数据，同时也将存储和硬件解码等外围电路也集成到其中。也正是因为如此，运用单独的处理器就可以实现智能化人机对话接口，让计算机像人类一样思考，通过人类的动作和语言向计算机输入指令，使计算机的操作方式发生根本性的变革，真正拉近人与计算机间的距离。现代计算机的性能已经相当强大，运算能力已经不可限量，而且还在飞速发展。在日常生活的诸多领域，电脑已经取代人类，从事大量繁琐的、重复性的劳动。但是在这些领域中，大型的
15、计算机不能充分发挥自身性能，而且在成本方面也毫无经济性可言。所以，针对不同领域不同功能的专门性计算机应运而生，其运算处理能力并不一定非常强大，而是对于特别的应用场合在其中整合特殊的功能，使其在特定的场合发挥最大的作用。嵌入式计算机应运而生，嵌人式计算机作为计算机的一个重要分支，得到了越来越广泛的应用。随着信息技术发展所带来应用需求的增多，嵌人式计算机的应用范围和需求越来越广，性能不断改进，新的架构不断出现，各种单片机和数字信号处理器相继面世。嵌人式操作系统与 PC 操作系统相比，嵌人式操作系统不要求全能，但必须能够依据系统设计规格，高效率地发挥硬件的运算能力，使产品达到效率价格比的优化。本次设
16、计是在运用成品嵌入式计算机的基础上，实现用人类的语言无线遥控单片机的运作。为了更明确的显示声音对单片机的遥控作用，使单片机控制一远处可自由运动的小车，通过小车行走方式的不同表现，体现声控单片机的运行情况。对于无线语音遥控智能小车的设计，关键在于语音识别和无线通信方式的选取。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，还涉及语音的压缩电子科学与技术专业毕业设计论文编码和解码，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
17、语音处理芯片也比较多，像 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。而无线通信技术现在多采用无线数字通信模块，其通信协议可以自己设定，通信频率可以在一定范围内可以改变，使传输数据的可靠性、安全性都大大提高。 基于上述要求本次设计拟采用三种设计方案。在芯片方面，ATMEGA16L 微处理器和凌阳 SPCE061A 微处理器以及二者的组合应用是三种备选方案。两种微控制器都具有丰富的片上系统资源，可以通过外加辅助电路的方式实现语音辨识功能，从而满足对控制指令的语音采集、压缩、存储、解压和辨识等一系列功能的要求。在指令系统方面，两者都
18、支持 C 语言，省去了繁琐重复的堆栈操作，方便了程序员的编写，和读取。在确定设计使用单片机后，还应对单片机加装部分外围电路才能使用，其中包括：电源电路、音频电路、I/O 电路等。使其保证单片机各项功能的实现。此外还有部分必须的功能电路，如：复位按键，状态指示灯等等。在小车车体方面，采用后轮同轴差速驱动，前轮舵机转向的模型车。动力来自驱动后轮的直流电机，驱动器采用意法半导体生产的 L298N 直流电机驱动器。由一个舵机摆臂摆动不同的角度实现前轮的转向。整个小车的电源由一个 7.2V 镍氢电池组提供。语音指令的识别过程是利用单片机的特定人语音识别功能来实现的。首先对小车进行训练，将语音命令转换为数
19、字信号存储在单片机 FLASH 存储器中。在需要控制小车的时候，单片机通过采集声音信号，并量化处理为数字信号后，与存储器中预先存储的控制命令进行辨识，结果以字节数据方式从无线模组发出，小车接收到控制指令后，控制驱动芯片和舵机，使小车完成响应动作。这些操作都是由预先编写并烧录在单片机中的 C 语言程序控制的。在整个设计中，两个难点在于单片机外围电路的设计和控制程序的编写。如果能很好的解决这两个方面的问题，语音控制小车的制作应该会比较顺利。电子科学与技术专业毕业设计论文1 无线语音控制智能车设计概述1.1 设计目的随着电子工业的发展，计算机技术随着集成度的提高，和大规模集成电路的发展。计算机的一个
20、重要分支嵌入式计算机也在向高度智能化的方将发展。让机器能像人一样思考，理解人的语言已不再是一个新鲜的话题。实现使用语音控制单片机，将人机接口简化到人类可以用最自然的方式操作机器是本次设计的目的。本次拟设计能用语音无线遥控的智能小车。根据识别的语音命令来控制启动、停止、返回，完成作品虽功能单一且无实际使用价值，但可将原理推广至各种智能家电的语音遥控，所以该技术具有很高的实际应用价值。1.2 设计实现总体功能1. 利用单片机的语音采集、播放、语音识别资源，实现人类语音的命令识别；2. 通过数字无线传输模组，将控制指令无线发送；3. 接收无线语音指令，实现控制小车的前进、后退、左转、右转等功能；4.
21、 在超出控制范围（开阔处大于 100 米）时能够自动停车； 电子科学与技术专业毕业设计论文ATMEGA16L舵 机驱动电机nRF2401 无线模组图 2-2 采用 ATMEGA16L 实现车体控制2 系统总体方案2.1 方案论证2.1.1 方案一采用 AVR 系列 8 位单片机 ATMEGA16L 实现语音遥控器，由于有语音识、和语音播放和无线数传功能，所以需要扩展语音识别模块和语音播放模块还有无线发射接收模块，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。该实现方案遥控器部分结构如图 3-1 所示：图 2-1 采用ATMEGA16L单片机实现语音遥控器车体主控电路要实现语音 指令的
22、无线接收，舵机的转向， 和直流电机的调速。采用 AVR 系 列8 位单片机 ATMEGA16L 实现 小车主控制部分结构框图如图 3-2 所示：电子科学与技术专业毕业设计论文SPCE061A舵 机驱动电机nRF2401 无线模组图 2-4 采用 ATMEGA16L 实现车体控制2.1.2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 3-3 所示：图 2-3 基于SPCE061A的语音控制小车实现方案基于SPCE61A单片机的车体部分控制框图结构如图3-4所示，在硬件表现和
23、结构上和基于ATMEGA16L的没有区别。2.1.3 方案三方案三不再给出框图， 其遥控器部分为方案二中的遥 控器框图，车体控制部分的框 图为图 3-4 所示。即方案三由 方案二的遥控器和方案一的车 体控制部分组合而成。2.2 方案分析电子科学与技术专业毕业设计论文根据上述三个方案的实现结构图分析，很明显语音遥控器使用 SPCE061A 单片机内置的 D/A、数据编码和解码、存储、语音辨识等功能，可以最大限度的简化外围电路，方便设计与实现。AVR 单片机需要通过扩展种总线扩展辨识、输入输出等功能，虽然也可以实现同样的功能，但是增加了设计难度和设计成本。故遥控器部分选用SPCE061A 作为主控
24、制器。在车体控制上，两方案中硬件结构基本相同，但是通过深入分析可知，舵机从 0 度180 度的转动需要一个 50Hz、占空比 2.5%-12.5%连续可调的方波信号，即 PWM 信号。两种微控制器都有 16 的定时器，故都可以产生 50Hz 的方波信号。但是，SPCE061A 的 PWM 控制器只用 4 位，即只能 6.25%布进可调，不能使方波占空比 2.5%-12.5%连续可调。而 ATMEGA16L 的 16 位 PWM 的精度可达1/65535，近似等于连续可调。除此以外，直流电机的转速也由 PWM 控制，而SPCE061A 没有 8 位的定时器，不能产生较高频率的 PWM 信号，而
25、ATMEGA16L 有两个 8 位 T/C，一个 16 位 T/C，可以产生几 Hz 到几十 KHz 的 PWM 信号。因此，车体控制部分采用 8 位微控制器 ATMEGA16L，所以最终方案选用方案三。电子科学与技术专业毕业设计论文3 系统芯片功能介绍在无线语音遥控智能车的设计中，主要包含四片芯片和两个模组，芯片中包括一片凌阳 SPCE061A 16 位单片机，用于语音命令的识别、发送以及命令的语音播放。两片 ATMEGA16L 高档 8 位单片机，一片和 nRF2401 模组组成串口无线发射模块，另一片作为车体部分的主控制器。最后一块为 L298N 直流电机驱动芯片，用于接收车体主控制器的
26、控制信号，驱动直流电机为小车提供前进的动力。3.1 主控芯片及其各部分性能 3.1.1 无线语音遥控器主控制器 SPCE061A 介绍经过上述讨论，实现声音智能控制功能最理想的控制芯片为台湾凌阳科技推出的SOPC（System On Programmable Chip）级 16 位 MCU-DSP 混合处理器 SPCE061A 作为处理语音指令的控制芯片，其兼有微处理器，数字信号处理器，存储器的三重功能，具有丰富的片上系统资源。凌阳 SPCE061A 具有 nSP的指令系统提供具有较高运算速度的 16 位*16 位的乘法运算指令和内积运算指令，增添了 DSP 功能，使得 nSPTM系列运用在复
27、杂的数字信号处理方面既很便利，又比专用的 DSP 芯片廉价。凌阳内嵌32K 字的 Flash 和 2K 字的 SRAM，ROM 和 RAM 统一编址，属于冯诺依曼结构计算机，这样的设计在制作中方便了对语音指令的压缩和存储。电子科学与技术专业毕业设计论文图 3-1 凌阳 SPCE061A 单片机 图 3-2 ATMEGA16L 管脚图 SPCE061A 的主要性能：1. 16 位 nSP核心高档微控制器；2. 工作电压：VVD 为 2.6V-3.6V（CPU）,VDDH 为 VDD-5.5V（I/O） ；3. CPU 时钟：0.32MHz-49.152MHz；4. 内置 2K 字 SRAM；5.
28、 内置 32K 字 FLASH；6. 可编程音频控制器；7. 晶体振荡器；8. 系统处于设备状态。耗电小雨 2mA 3.6V；9. 2 个 16 位可编程定时器/计数器（可自动预置初始计数值） ；10. 2 个 10 位 DAC；11. 32 位通用可编程输入/输出端口；12. 14 个中断源可来自定时器 A/B，时基，2 个外部时钟源输；13. 具备触键唤醒功能；14. 使用凌阳音频编码 SACM_S240 方式（2.4Kbps） ，能容纳 210s 的语音数据；15. 锁相环 PLL 振荡器提供系统时钟信号；16. 32768Hz 实时时钟；17. 7 通道 10 位电压数模转换器（ADC
29、）和单通道声音模数转换器；18. 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；19. 具备串口设备接口；20. 具有低电压复位（LVR）功能和低电压监测（LVD）功能；21. 内置在线仿真电路 ICE（In-Circuit Emulator） ；22. 具有保密能力；23. 具有 Watch Dog 功能；3.1.2 车体主控制器 ATMEGA16L 的介绍AVR 内核具有丰富的指令集和 32 个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算逻单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。电子科学与技术专业毕业设计论文这种结构大大提高了代码效
30、率，并且具有比普通的 CISC 微控制器最高至 10 倍的数据吞吐率。ATmega16L 有如下特点:1. 16K 字节的系统内可编程 Flash(具有同时读写的能力，即 RWW)；2. 512 字节 EEPROM，1K 字节 SRAM；3. 32 个通用 I/O 口线；4. 32 个通用工作寄存器； 5. 用于边界扫描的 JTAG 接口，支持片内调试与编程；6. 三个具有比较模式的灵活的定时器/ 计数器(T/C)；7. 片内/外中断，片内经过标定的 RC 振荡器；8. 可编程串行 USART，有起始条件检测器的通用串行接口；9. 8 路 10 位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP 封装)
31、 的 ADC；10. 具有片内振荡器的可编程看门狗定时器；11. 一个 SPI 串行端口；12. 四通道 PWM，两路 8 位，两路 16 位；13. 六个可以通过软件进行选择的省电模式：空闲模式、ADC 噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、Standby 模式以及扩展的 Standby 模式14. 速度等级：0 - 8 MHz；15. 工作电压：2.7 - 5.5V；3.1.3 nRF2401 无线传输模组的主要特性：电子科学与技术专业毕业设计论文图 3-3 nRF2401 芯片框图nRF2401 是单片射频收发芯片，工作于 2.42.5GHz ISM 频段，01Mbps 数据传输速率，125
32、 阶（梯度 1MHz）收发频率，地址检验和 CRC 校验。芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm 的功率发射时，工作电流只有 10.5mA，接收时工作电流只有 18mA，多种低功率工作模式，节能设计更方便。其 DuoCeiverTM 技术使nRF2401 可以使用同一天线，同时接收两个不同频道的数据。nRF2401 适用于多种无线图 3-4 nRF2401 功能模块原理图通信的场合，如无线数据传输系统、无线鼠标、遥控开锁、遥控玩具等 。其芯片框图如图 3-8 所示，其模组原理图如图 3-9 所示。图 3-
33、5 L298N 管脚图 图 3-6 L298N 实物图4.1.4 直流电机驱动芯片L298N的介绍电子科学与技术专业毕业设计论文L298 是 ST 公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片的主要特点是:工作电压高，最高工作电压可达 46V;输出电流大，瞬间峰值电流可达 3A，持续工作电流为2A；内含两个 H 桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器、线圈等感性负载；采用标准 TTL 逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作；有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控
34、制电路。其管脚图和实物图分别如图 3-9、图 3-10 所示。 表 1 L298N 引脚功能表4.2 无线语音遥控器中 SPCE061A 的功能在本次设计中，关键地问题之一在于人声的 A/D 转换存储与识别，SPCE061A 提供引脚符号 功能115SENSING ASENSING B此两端与地连接电流检测电阻，并向驱动芯片反馈检测到的信号23OUT 1OUT 2此两脚是全桥式驱动器A的两个输出端，用来连接负载4 Vs 电机驱动电源输入端57IN 1IN2输入标准的TTL逻辑电平信号，用来控制全桥式驱动器A的开关611ENABLE AENABLE B使能控制端.输入标准TTL逻辑电平信号；低电
35、平时全桥式驱动器禁止工作。8 GND 接地端，芯片本身的散热片与8脚相通9 Vss 逻辑控制部分的电源输人端口1012IN 3IN 4输入标准的TTL逻辑电平信号，用来控制全桥式驱动器B的开关1314OUT 3OUT 4此两脚是全桥式驱动器B的两个输出端，用来连接负载电子科学与技术专业毕业设计论文了语音输入压缩以及辨识的先进技术。1. 语音指令的输入。凌阳 SPCE061A 利用麦克风的指令输入系统，SPCE061A 内置由 DA 转换器 DACO 和逐次逼近寄存器 SAR 组成的逐次逼近式 8 通道 10 位 AD 转换器，以及采样保持电路。其中 7 个通道用于将模拟量信号（电压信号）转换为
36、数字量信号，可以直接通过引线(IOA 0-IOA 6）输人(Line_Inl-Line_ln7)另外一个通道只用于语音输人，即通过内置自动增益控制放大器的麦克风通道（MIC-In）输人，是语音采集专用通道，也可设置为普通 A/D 输入。2语音指令的训练。语音遥控器作为机器，一定是不能先天理解人类的语言的，所以，必须教会它人类语言的含义。即语音训练，内容是将人类的语言事先已训练的方式经过模数转换存储在凌阳SPCE061A的FLASH中，并指定每一条语音所要指向的操作，以便在日后的使用中将采集来的语音与存储的语音相比对，以确定单片机需要进行的操作。凌阳SPCE061A对于不同的辨识能力提供以下两种
37、语音训练方式：1）特定发音人识别SD（Speaker Dependent），是指语音样板由单个人训练，可用于语音提示，而DVR用来录音和放音；2） 非特定发音人识别 SI（Speaker Independert）。是指语音样板由不同年龄、不同性别、不同口音的人训练，可以识别一群人的命令；在本次设计中，需要向小车训练：向前、向后、左转、右转、停止等几项语音指令，以供控制小车时的辨识使用。值得注意的是，使用非特定发音人识别需要利用大量的 DVR 存储不同人训练的语音，但是凌阳 SPCE061A 并不能提供大量的内存空间供存储使用，由于设计条件有限，无法扩展必要的存储芯片完成存储语音的功能，故选择使
38、用特定发音人识别。其训练具体流程参看后文内容。3对训练的语音指令的存储。将经A/D转换后的数据压缩存储，SPCEO61A单片机的16位DSP有很强的信息处理能力，最高时钟频率达49.152 MHz，具备运算速度高等优势。这些为语音的录放、合成及辨识提供了条件。凌阳压缩算法中DVR可用于录、放音。语音的编码、存储、解码处理是通过操作麦克风输人所生成的WAVE文件完成的，但在这个环节上会出现的一个问题为其占用的存储空间很大，对SPCEO61A单片机的32K FLASH来说想要存储大量的信息显然是不可能的。而SPCE061A提出了解决方法：SACMV25LIB。该库将A/D、编码、解码、存储及DA做
39、成相应的模块，对于每个模块电子科学与技术专业毕业设计论文都有其应用程序接口API，所以只须了解每个模块所要实现的功能及其参数的内容，然后调用该API函数即可实现相应功能。在进行A/D转换之前，从MIN_IN输入的模拟信号要经过缓冲器和放大器，AGC功能将通过MICIN通道输入的模拟信号放大值控制在一定范围内，然后放大信号经采样-保持模块送入比较器参与A/D转换值得确定。4. SPCE061A的语音辨识。语音辨识是一种以语音模型为指令基础的控制方式，语音模型的质量直接影响辨识操作的速度和准确率。具体步骤是经过两次语音采集，即训练和发布指令。系统经复杂的函数操作将发布指令与预先训练的一音模型进行比
40、对，如与语音模型相匹配，则输出控制信号。具体原理如图：图 3-7 语音辨识原理简图凌阳16位微处理器的SPCE061A核心实现与计算机连接采用有线方案，通过并口将预先设计的小车控制程序烧写到SPCE061A单片机，以识别各种语音指令系统的处理过程为：当向控制器发出语音命令时，声波通过MIC输入，将相应的信号传递到SPCE061A处理芯片，在芯片中通过相关的程序与预先训练好的语音模型进行比较、识别及处理，根据识别的结果进行判断、转换，然后发出相应的控制指令到无线模组，无线发送语音指令。使用特定人语音辨识的语音样板由单个人训练和识别处理组成，如图：图 3-8 语音辨识流程值得注意的是，凌阳 SPC
41、EO61A 在接收到控制语音指令后，并不是直接用其进行辨电子科学与技术专业毕业设计论文识。图 3-9 语音识别电路结构为了提辨识的正确率，语音信号要经过语音识别电路，将语音信号经过滤波器降噪、加重等处理后进行预测、量化等一系列操作进行模数转换，以数字形式进行过零次数能量相关函数等方法进行匹配运算，输出辨识结果。其具体步骤如图：5语音指令的发送和回应。在对遥控器发出语音指令后凌阳 SPCEO61A 将人发出的指令与训练时的音频进行辨识后确定指令，由串口无线模组 nRF2401 发射。车上控制器接收到相应指令后，设置动作标志位，返回回应数据，同时控制 L298N 和舵机，使小车做出向前向后转弯的动
42、作。SPCE061A 接收到响应数据后，可知小车已经响应了语音指令，便语音播报当前小车的响应。4 系统硬件设计方案根据需要，系统硬件拟使用两块 PCB 板设计。其中一块为语音遥控器，用于搭载凌阳 SPCE061A 单片机、电源电路、音频电路、 I/O 电路等外围电路。另一块为车体控制板，用于搭载接口电路，电源电路及电机驱动。本章将对硬件系统各部分作具体分析。4.1 遥控器硬件设计方案在无线语音遥控智能车的设计中，凌阳 SPCEO61A 单片机作为遥控器的主控制器，需要增加一系列的外围电路的支持才能实现音频输入输出和识别，以及语音命令的输出等功能。需要增加的外围电路有：电源电路、MIC 输入电路
43、、音频输出电路、无线传输电路、复位电路、I/O 接口电路。 1. 电源电路凌阳 SPCE061A 单片机内核和 nRF2401 模组电源电压要求为 3.3V，其他逻辑器件要求 5V 供电，设计中采用 DC9V 供电，直流电压先通过 LM7805 得到 5V 直流电源为逻辑电路供电，然后通过 SPY0029 稳压到 3.3V，为整个单片机内核和 nRF2401 供电。另外，在 LM7805 的前端入一个二极管，目的在于防止电源接反而对整个电路造成损坏。 电子科学与技术专业毕业设计论文关S1W-PBDiodeVIN3GO2U7.JR54LM80C图 4-1 电源电路图2.音频电路1）MIC 输入电
44、路在使用 SPCE061A 的语音训练和声音控制的时候，需要使用 MIC 输入电路将语音信图 4-2 MIC 输入电路号接收，并传送至 SPCE061A 进行处理。为提高输入的声音质量，MIC 输入电路还应具备一定的滤波降噪功能。电路中的性滤波器就能很好的实现这个功能。同时使入电路可以实现自动增益（AGC）控制。其中 X1 是语音的 MIC 输入端。2）DAC 输出电路KuF6AE9电子科学与技术专业毕业设计论文在语音训练的过程中，凌阳 SPCE061A 需要输出信号提示音，以让训练者了解其工作状态，方便进行语音训练。另外还要播报小车的工作状态。SPCE061A 自带双通道DAC图 4-3 D
45、AC 输出电路音频输出， DAC1、DAC2 转换输出的模拟量电流信号分别通过 DAC1 和 DAC2 管脚输出， DAC输出为电流型输出，所以 DAC 输出经过 SPY0030 音频放大，以驱动喇叭放音。这为单片机的音频设计提供了极大方便。在 P9 上接一个 2pin 的插针外接喇叭，即可实现提示语音输出功能。DAC 电路中，SPY0030 是凌阳的一款音频放大芯片，相当于 LM386，但是它比 LM386 音质好，可以工作在 2.4-6.0V 范围内，最大输出功率可达 700mW。3.I/O 接口电路接口电路凌阳SPCE061A的两路 16位 I/O 接口引出，因为一般逻辑电路都是 8 位
46、并行总线，所以SPCE061A的 I/O 接口+5-421736USPY0CKRV9DApFIOB.TX电子科学与技术专业毕业设计论文分为 4 组，每组 8 个端口加两个电源线，电源电压可由双刀双掷选择为 3.3V 或 5V。另外，串口和 IOB7 及 IOB10 复用，在此设计中用该资源将语音命令传输给串口nRF2401 模组进行无线发射。图 4-4 I/O 接口电路示意图4.复位电路在一些情况下，需要对 SPCE061A 进行硬件复位，有阻容电路完成上电复位功能，通电就自动复位，另外，还可以按键外部复位。 图 4-5 复位电路图4.2 车体控制硬件设计方案 车体控制部分电路主要由 nRF2
47、401 无线模组、ATMEGA16L 最小系统电路、舵机驱动电路和 L298N 直流电机驱动电路组成。无线模组接收到语音指令后，传递给单片机，然后微处理器根据指令返回不同的响应信号，控制舵机和动力电机做出不同的响应动作。下面详细介绍各部分的电气结构和工作原理。4.2.1 主控制器最小系统VC.7KR10SET2YMHzpFu3+5PB(X/)AINO6D9LGUmega-W_电子科学与技术专业毕业设计论文图 4-6 车体主控制器最小系统图在上图中，OCR1A 和 OCR1B 为两路 16 位定时/计数器的输出引脚，能够产生高精度，低频率 PWM 脉冲信号，占空比 1/65535 布进可调，近似
48、于连续可调，用来驱动舵机转向。OC2 为 8 位定时/计数器 2 输出引脚，用来产生高频 PWM 信号，调节直流驱动电机的转速，占空比 1/255 布进可调。另外 PC0-PC5 用来模拟 nRF2401 的通信时序，传给响应数据或读出语音指令。串口 nRF2401 无线模组的原理图和此处一样，只是其发射的数据改为 ATMEGA16L 串口接收到的数据，即 SPCE061A 串口发出的语音指令。4.2.2 直流动力电机驱动电路图4-7 电机驱动电路L298N的主要功能和性能参数，前面都已经详细介绍过，在此不再赘述。由于只用到了一个直流动力电机，为了增加驱动能力，我将L298N的两路驱动并联实用
49、，实现方法为，将OUT1和OUT4 并联为OUT1，OUT2和OUT3并联为OUT2，IN1和IN4并联为IN1，IN2和IN3并联为IN2，EnableA和EnableB并联为Enable，则L298的逻辑控制如下表3.1。其中C、D分别为IN1或IN2；L为低电平，H为高电平，为不管是低电平还是高电平，Ven为Enable上的电压。表2 L298对直流电机控制的逻辑真值表输入 输出C=H；D=L 正转Ven=HC=L；D=H 反转13456790U*NV.PAO+-Mmotr电子科学与技术专业毕业设计论文C=D 制动Ven=L C=；D= 没有输出，电机不工作4.2.3 舵机驱电路AVR 系列高档 8 位单片机的 IO 驱动能力很强，无需外接驱动电路，需特殊说明的是舵机的额定电压为 6 伏，这里采用 7.2 伏直接供电，虽然超出额定电压，但不会损坏舵机，省掉一个电压转换芯片的同时，还提高了舵机的响应灵敏度。 5. 系统软件设计方案5.1 语音遥控器的主程序流程设计开 始初始化If(BSR_flag)语音训练成功否
