无线语音遥控智能车_毕业设计论文(编辑修改稿)

无线语音遥控智能车_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

*16 位的乘法运算指令和内积运算指令，增添了 DSP 功能，使得μ ’ nSPTM 系列运用在复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。 图 31 凌阳 SPCE061A单片机 图 32 ATMEGA16L管脚图 毕业论文 SPCE061A 的主要性能： 1. 16 位μ ’ nSP™核心高档微控制器； 2. 工作电压： VVD 为 （ CPU） ,VDDH 为 （ I/O）； 3. CPU 时钟： ； 4. 内置 2K 字 SRAM； 5. 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 ； 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（ ），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）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（ InCircuit Emulator）； 22. 具有保密能力； 23. 具有 Watch Dog 功能 ； 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。 这种结构大大提高了代码效率，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 : 毕业论文 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 ) 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 ： ； nRF2401 无线传输模组的主要特性： 图 33 nRF2401芯片框图 nRF2401 是单片射频收发芯片，工作于 ～ ISM 频段， 0~1Mbps 数据传输速毕业论文 率 ， 125 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 ，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 34 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 38 所示，其模组原理图如图 39 所示。 图 35 L298N管脚图 图 36 L298N实物图 直流电机驱动 芯片 L298N的介绍 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，在毕业论文 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 反馈给控制电路。 其管脚图和实物图分别如图 3图 310 所示。 表 1 L298N 引脚功能表 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 D／ A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 A／ D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）转换为数字量引脚 符号 功能 1 15 SENSING A SENSING 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 2 3 OUT 1 OUT 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 5 7 IN 1 IN2 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 6 11 ENABLE A ENABLE B 使能控制端 .输入标准 TTL逻 辑电平信号；低电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 10 12 IN 3 IN 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 13 14 OUT 3 OUT 4 此两脚是全桥式驱动器 B的两个输出端，用来连接负载 毕业论文 信号，可以直接通过引线 (IOA 0IOA 6）输人 (Line_InlLine_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（ MICIn）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 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： SACMV25． LIB。 该库将 A/D、编码、解码、存储及 D／ A做成相应的模块，对于每个模块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 MIC—— IN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。 毕业论文 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对，如与语音模型相匹配，则输出控制信号。 具体原理如图： 图 37 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 38 语音辨识流程 值得注意的是，凌阳 SPCEO61A 在接收到控制语音指令后，并不是直接用其进行辨识。 图 39 语音识别电路结构 毕业论文 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。 遥控器硬件 设计方案 在 无线语音遥控。