基于spce061a单片机的语音遥控小车的设计

基于spce061a单片机的语音遥控小车的设计内容摘要：

电磁干扰设置的。 图 8是电源部分的电路， 直流电压经过 SPY0029后产生。 SPY0029是凌阳公司设计的电压调整 IC，采用 CMOS工艺。 SPY0029具有静态电流低、驱动能力强、线性调整出色等特点。 VDDH3为 SPCE061A单片机 的 I/O电平参考，接 SPCE061A单片机 的 51脚，这种接法使得 I/O输出高电平为 ； VDDP为 PLL锁相环电源，接 SPCE061A单片机 的 7脚； VDD和 VDDA分别为数字电源与模拟电源，分别接 SPCE061A单片机 的 15脚和 36脚； AVSS1是模拟地，接 SPCE061A单片机 的 24 脚； VSS是数字地，接 SPCE061A单片机 的 38脚； AVSS2接音频输出电路的 AVSS2。 61板电源模块电路如图 55所示， SPCE061A单片机的内核供电为 ，而 I/O端口可接 ~5V，所以在电源模块（ 61板上）中有一个端口电平选择跳线，如图 55中的 J5。 如果系统需要的端口高电平为 ，所以图中的 J5跳线需要跳到 2和 3上。 8 图 55 凌阳 SPCE061A 开发板电源模块 无线发射接收模块 PT226 PT2272 无线发射接收模块是基于 PT2262/PT2272芯片的无线发射接收模块， PT2262/PT2272 是台湾普城公司生产的一种 CMOS 工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路， PT2262/PT2272 最多可有 12 位 (A0A11)三态地址端管脚 (悬空 ,接高电平 ,接低电平 ),任意组合可提供 531441 地址码 ,PT2262 最多可有 6 位 (D0D5)数据端管脚 ,设 定的地址码和数据码从 17 脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。 编码芯片 PT2262 发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字， 解码芯片 PT2272 接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后， VT 脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。 当发射机没有按键按下时， PT2262 不接通电源，其 17 脚为低电平，所以 315MHz 的高频发射电路不工作，当有按键按下时， PT2262 得电工作，其第 17 脚输出经调制的串行数据信号 ，当 17 脚为高电平期间 315MHz 的高频发射电路起振并发射等幅高频信号， 当 17 脚为低平期间 315MHz 的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于 PT2262 的 17 脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ ASK 调制）相当于调制度为 100％的调幅。 图 56 无线发射模块 图 57 无线接收模块 因为无线发射模块考虑到发射距离采用 12V供电，这里我们采用光电隔离。 无线发射模块电路连接如图 58所示。 当语音识别后， IO口电平变为与之对应的数据码 D0、 D D D3 四位，当某一位为“ 1”，光电三极管导通，则在该位上 PT2262输入“ 1”，否则该位 PT2262数据输入“ 0”。 通过这种方法获取并发送 SPCE061A单片机识别语音命令对应的数据码。 无线接收模块通过天线接收到数据码，通过 D0、 D D D3 输出。 SPCE061A单片机通过对 IO的扫描来判断是否有数据码接收， IO口对应 D00、 D0 D0 D03四位。 当有数据码接收时，根据 9 不同的数据码对 H桥驱动 IO口进行不同的电平转换，从而实现对电机的驱动，改变小车的行驶状态。 无线接收模块电路如图 59所示。 图 58 无线发射模块电路连接 图 59 无线接收模块电路连接 小车控制板 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，电路连接如图 510。 接口电路：接口电路负责将 SPCE061A开发板的 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。 电源部分：整个小车有 4 个电源信号：电池电源，控制板工作电源， SPCE061A开发板工作电源， SPCE061A开发板的 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 SPCE061A开发板电源（ VCC_61），通过 SPCE061A开发板的 Vio 跳线产生SPCE061A开发板的端口电源（ 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 SPCE061A开发板。 10 电机驱动部分：分为舵机驱动和动力电机驱动，所以采用双 H桥驱动。 图 510 小车控制板电路图 H桥驱动原理： 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 Q Q2 导通 Q Q4 关断，如图 511所示，此时电流将会流经 Q负载、 Q2 组成的回路，电机正转。 图 511 Q Q2 导通时 H 桥工作状态 11 图 512 Q Q4 导通时电桥工作状态 如果让 Q Q2 关断 Q Q4 导通，如图 512所示，此时电流将会流经 Q负载、 Q4 组成的回路，电机反转。 如果让 Q Q2 关断 Q Q4 也关断，负载 Load两端悬空，此时电机停转，如图514。 这样就实现了电机的正转、反转、停止三态控制。 如果让 Q Q2 导通 Q Q4 也导通，那么电流将会流经 Q Q4 组成的回路以及 Q2 和 Q3 组成的回路，如图 513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 513 Q Q Q Q4 都导通时电机停转 12 图 514 Q Q Q Q4 都不导通时电机停转 小车车体架构 语音控制小车为四轮结构，前面两个车轮由前轮电机控制，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，如果前轮方向有偏差，可调节方向旋钮。 后面两个车轮由后轮电机驱动，为整个小车提供前行动力。 图 515 所示侧视图。 前轮电机反向转动，后轮电机正向转动，这时小车就是会在前后轮共同作用下朝右侧前行，如图 516 所示。 同理实现小车的向前直行，向后倒车，向左转等动作。 图 515 车体侧视图 后轮 前轮 13 图 516 小车顶视右转图 SPCE061A精简开发板 SPCE061A精简开发板（简称 61板），是以凌阳 16位单片机 SPCE061A为核心的精简开发－仿真－实验板，除具备单片机最小系统电路外，还包括有电源电路、音频电路（含 MIC输入电路和 DAC音频输出部分）、复位电路。 61板上有调试器接口（ Probe接口）以及下载线（ EZ_Probe）接口，分别可接凌阳科技的在线调试器、简易下载线，配合 unSP IDE，可方便地在板上实现程序的下载、在线仿真调试。 61板上的主要功能模块如下： （ 1） SPCE061A单片机最小系统外围电路模块； （ 2）电源输入模块； （ 3）音频电路（包含 Mic输入、 DAC音频功放输出）模块； （ 4）按键模块； （ 5） I/O端口接口模块； （ 6）调试、下载接口模块。 系统实物图 实物图分两部分，图 517 为小车实物图；图 518 为语音遥控部分实物图。 14 图 517 小车实物图 图 518 语音遥控部分实物图 15 6 系统软件设计 软件结构 本系统主要包括以下程序：小车训练子程序，语音识别子程序，无线信号发射子程序，电机驱动子程序，中断子程序。 第 一块开发板主程序流程图如图 61所示，第二块开发板主程序流程图如图 62所示。 图 61 第一块开发板主程序流程图 Y N Y N 初始化 训练小车 保存训练结果 进入识别模式 语音识别 清模型存储区 等待复位 重新训练 发射语音识别对应数据码 已训练过 开始 装载语音模型 16 图 62 第二块开发板主流程图 系统的主程序流程如图 61所示，分为四大部分：初始化部分、训练部分、识别部分、重训操作。 初始化部分：初始化操作将 IOB8~IOB11 设置为输出端，用以控制电机。 必要时还要有对应的输入端设置和 PWM 端口设置等。 训练部分：训练部分完成的工作就是建立语音模型。 程序一开始判断小车是否被训练过，如果没有训练过则要求对其进行训练，并且会在 训练成功之后将训练的模型存储到 Flash，在以后使用时不需要重新训练；如果已经训练过会把存储在 Flash 中的模型调出来装载到辨识器中。 识别部分：在识别环节当中，如果辨识结果是名字，通过无线发射模块通知到第二块开发板，停止当前的动作并进入待命状态，然后等待动作命令。 如果辨识结果为动作指令小车会语音告知相应动作并执行该动作，在运动过程中可以通过呼叫小车的名字使小车停下来。 重训操作：考虑到有重新训练的需求，设置了重新训练的按键（ 61 板的 KEY3），循环扫描该按键，一旦检测到此键按下，则将擦除训练标 志位（ 0xe000 单元），并等待复位。 复位后，程序重新执行，当检测到训练标志位为 0xffff时会要求重新对其进行训练。 语音识别原理简介 语音识别主要分为“训练”和“识别”两个阶段。 在训练阶段，单片机对采集到的语音样本进行分析处理，从中提取出语音特征信息，建立一个特征模型；在识别阶段，单片机对采集到的语音样本也进行类似的分析处理，提取出语音的特征信息，然后将这个特征信息模型与已有的特征模型进行对比，如果二者达到了一定的匹配度，则输入的语音被识别。 具体语音识别流程图如图 63所示。 N 播放相应交互语音 执行相应电机操作 Y 接收到数据码 初始化 开始 扫描键盘 17 图 63 语音识别流程图 训练子程序 当程序检测到训练标志位 BS_Flag内容为 0xffff，就会要求操作者对它进行训练操作，训练操作的过程如图 64所示：训练采用两次训练获取结果的方式，以训练名字为例：小车首先会提示：给我取个名字吧，这时你可以告诉它一个名字（比如小强）；然后它会提示：请再说一遍，这时再次告诉它名字（小强），如果两次的声音差别不大，小车就能够成功的建立模型，名称训练成功；如果没能够成功的建立模型，小车会告知失败的原因并要求重新训练。 成功训练名称后会给出下一条待训练指令提示音：前进，参照名称 训练方式训练前进指令。 依次训练小车的名称 — 前进指令 — 倒车指令 — 左转指令 — 右转指令，全部训练成功子程序返回，训练结束。 18 图 64 小车训练流程图 下面是训练部分的子程序，在训练时如果训练不成功 TrainWord()返回值不为 0，要求重复训练，只有当训练成功， TrainWord()返回 0，进行下一条指令训练。 void TrainSD() { while(TrainWord(NAME_ID,S_NAME) != 0)。 //训练名称 while(TrainWord(COMMAND_GO_ID,S_ACT1) != 0)。 //训练第 1 个动作 while(TrainWord(COMMAND_BACK_ID,S_ACT2) != 0)。 //训练第 2 个动作 while(TrainWord(COMMAND_LEFT_ID,S_ACT3) != 0)。 //训练第 3 个动作 while(TrainWord(COMMAND_RIGHT_ID,S_ACT4) != 0)。 //训练第 4 个动作 } 语音识别子程序 语音识别流程如图 65所示：首先获取辨识器的辨识结果，判断是否有语音触发，如果有语音触发则会返回识别结果的 ID号， ID号对应名称或者对应不同的动作。 如果 ID号为名称，则结束运动（如果当前在运动状态），进入待命状态，等待下一次的指令触发；如果 ID号为动作。