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基于单片机的语音控制小车系统设计与实现
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请填写真实有效的信息，以便工作人员联系您，我们为您严格保密。多功能语音控制小车的设计与实现冯平，张治中（重庆；作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被；冯平，张治中，FENGPing，ZHANGZhi；重庆邮电大学,通信网与测试技术重点实验室,重庆,；DIGITALCOMMUNICATION2009；参考文献(8条)；1.姜志玲简易智能电动车的设计[期刊论文]-华东；3.肖毅.肖明单片机抗干扰技术及应用[期刊
多功能语音控制小车的设计与实现冯平，张治中（重庆邮电大学通信网与测试技术重点实验室，重庆４０００６５）摘要：重点讨论其基本功能部分。采用凌阳公司的ＳＰＣＥ０６１Ａ１６位单片机作为语音控制小车的检测和控制核心，配合ＳＰＣＥ０６１Ａ的语音特色，利用系统的语音播放和语音识别资源，通过控制ｂ＇Ｏ接口电路传输控制信息，最终实现多功能语音控制小车的基本功能。经反复试验，结果表明语音识别准确率高，控制效果良好。关键词：ＳＰＣＥ０６１Ａ单片机；语音控制；小车；光电传感器Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｖｏｉｃｅ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｓｍａｌｌＦＥＮＧＰｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＺｈｉ－ｚｈｏｎｇ（ＫｅｙＬａｂ∞ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＮｅｔｗｏｒｋｓａｎｄＴｅｓｔｉｎｇｃａｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｏｅｔｓａｎｄＴｅｌｅｏｎｎｍｎｍｉｃａｔｉｏｎｓ。Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００６５，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢａｓｅｄｗａｓｏｎｔｈｅｖｏｉｃｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＭＣＵＳｕｎｐｌｕｓＳＰＣＥ０６１Ａ，ｔｈｅｃａｒｓｍａｌｌｃａｒｏｆｍｕｈｉｆｕｎｃｔｉｏｎｖｏｉｃｅ―ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｖｏｉｃｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎａｎｄｖｏｉｃｅｂｒｏａｄｃａｓｔ，ａｎｄｉｔｓｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｉｎ－ｂａｓｉｃｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｍｕｈｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｖｏｉｃｅ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｓｍａｌｌｃａｒｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｙＩ／Ｏｉｎｔｅｒｆａｃｅｃｉｒｃｕｉｔ．Ａｔｌａｓｔ，ｔｈｅａｒｅｒｅａｌｉｚｅｄ．Ａｆｔｅｒｒｅｐｅａｔｅｄｔｅｓｔ，ｔｈｅｔｅｓｔｉｎｇｒｅｓｅｔｖｅｒｉｆｉｅｓｉｔｓｈｉ【Ｓｈａｃｃｕｒａｃｙｏｆｖｏｉｃｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎａｎｄｇｏｏｄｃｏｎｔｒｏｌｅｆｆｅｃｔ．ｓｅｎｓｏｒＫｅｙｗｏｒｄｓ：ＭＣＵＳＰＣＥ０６１Ａ；ｖｏｉｃｅｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｍａｌｌｃａｒ；ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ０引言储存并显示个数液晶显示距离和过程ｆ显示随着电子技术的不断发展，自动化已经不再是一个新鲜的话题，无人驾驶的小汽车…也必将进入实用阶段。现在已经存在的各种玩具车越来越受到家长和孩子的喜爱，但是由于玩具车都是手动或遥控的，其智能化程度不是很高，为此，我们模拟将来的智能小车【２Ｊ，以凌阳ＳＰＣＥ０６１Ａ单片机口一１为核心，完成语音控制智能小车”１的设计与制作。本文主要讨论语音控制小车基本功能（语音控制小车的前进、后退、左拐、右拐）的软硬件设计与实现。图１系统总体框图前进后退ＰＷＭ动力控制系统回蛩耐皇堕―＝＝：―＋ｌ和速度寻光定位ｌ～。――――＿１光电感应网络Ｉ矫正转向ｌ桥臂转向ｌｌ桥臂转向ｌ三垄蔓塑Ｉ皇堕１系统硬件设计该语音控制系统主要采用凌阳ＳＰＥＣ０６１Ａ单片机为核心，并通过各种传感器实现其各种功能，其硬件设计总体框图如图ｌ所示。从图ｌ可知其主要功能模块包括车体、控制板、驱动模块、方向控制等模块。下面依次介绍各种模块的具体电路设计。１．１小车控制板的设计与实现小车控制板是使小车执行各项行使功能的核心部分，应该包括传送６ｌ板Ｉ／０接口信号的接口电路，给电机、６ｌ板、控制板提供电源的电源电路以及使电机工作的电机驱动电路。其中Ｉ／Ｏ信号主要为控制电机需要的ＩＯＢ８一ＩＯＢｌｌ这４路信号，以及实现其他扩展功能所需而添加的传感器的Ｉ／Ｏ端口，同时整个小车需要有４个电源信号，即电池电源，控制板工作电源、６１板工作电源和６１板的Ｉ／Ｏ输出收稿１５ｔ期：２００９－０１－０３一８７一万方数据电源。本设计中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Ｄｌ后产生６ｌ板电源ＶＣＣ一６１（Ｄ１主要是防止电源接反，可以省去），通过６ｌ板的Ｖｉｏ跳线产生６１板的端口电源（Ｖ１）控制板的部分电路。１．２继电器驱动电路的设计由于单片机Ｉ／Ｏ口提供的电流太小，不能直接驱动继电器。在这里采用８０５０来提供一个开关电压，实现Ｉ／０口对继电器的驱动，用ＩＮ４００７去掉继电器断开时线圈产生的反向电流，保护８０５０。动力驱动由后轮驱动实现，负责小车的直线方向运动，包括前进和后退，后轮驱动电路是一个全桥驱动电路，４个三极管组成４个桥臂每两两组成一组，再分别用另外的２个三极管来分别控制这两个组的导通与关断，而这２个三极管则由ＩＯＢ９和ＩＯＢ８控制，这样就可以通过ＩＯＢ８和ＩＯＢ９控制４个桥臂的导通与关断控制后轮电机的运行状态，使之正转反转或者停转，进而控制小车的前进和后退。１．３方向电机控制电路的设计方向控制由前轮驱动实现，包括左转和右转，前轮驱动电路也是一个全桥驱动电路，依然利用４个三极管来组成４个桥臂，还是每两个组成１组，仍然分别利用２个三极管来控制其每组的导通与关断，而ＩＯＢＩＯ和ＩＯＢｌｌ则用来控制这２个三极管，这样就可以通过ＩＯＢｌ０和ＩＯＢｌｌ控制前轮电机的正转和反转，进而控制小车的左转和右转，从而控制了小车方向的具体转向问题。结合以上对前轮和后轮的状态分析，得到小车的运行状态与输入的对照表，如表１所示。表１基本的输入与小车运动状态对照表！竺竖！！！Ｑ璺！！坐塑塑塑亘皇塑盟皇盟尘生００００停转停转停０００１正转停转前进００１０反转停转倒退０１０１正转正转左前转１００１ｌＥ转反转右Ｉｉｉ『转另外还有一些不常用的运行状态，比如右后转、左后转等，结合以上对前轮和后轮的状态分析，其端口对照如表２所示：表２特殊的输入与小车的运动状态对照表丝呈！！！竺璺！旦！Ｑ塑！Ｑ塑巫皇丛煎皇丝型：兰０１ｌ０反转正转右后转１０１０反转反转左后转一８８一ＤＩＧＩＴＡＬＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ／２００９．１万方数据１．４显示电路的设计显示电路采用共阴极数码管ＬＧ５６４１ＡＨ进行动态显示，ＬＧ５６４１ＡＨ具有４位数码管，这４个数码管的段选ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ分别接在一起，每一个都拥有一个共阴的位选端，通过动态显示可轮流显示时间和路程，这有利于节省Ｉ／Ｏ口。系统显示时间的精度为１Ｓ，显示路程的精度为０．０１ｍ。用ＩＯＢ８一ＩＯＢｌｌ口作为位选控制，ＩｏＡ８一ＩＯＡｌｌ口传输要显示的数据，数据线和位选线直接接凌阳ＳＰＣＥ０６１Ａ单片机的Ｉ／Ｏ口即可，因为Ｉ／０口输出电流很小不会对ＬＥＤ造成损坏，它的电压值却足以驱动ＬＥＤ，这不像别的单片机还要外接驱动电路和电阻，采用凌阳ＳＰＣＥ０６１Ａ单片机大大减化了设计过程和硬件电路。２软件设计整个语音控制系统的软件流程‘６１如图２所示，主要分为４部分：即初始化部分、训练部分、识别部分、重训操作。巨亟困上《螽＞《连多÷匝巫卜几玉ｂ离奇攀＜《銮＞』―］匝卿＜呸Ｉｌ、ｉ銮＞叫巫巫ｐ图２主程序流程图初始化部分：初始化操作将１０８１３一ＩＯＢｌ０设置为输出端，用以控制电机，将ＩＯＡ的低８位ＩＯＡ０～ＩＯＡ７设置为下拉的输入端，用来连接按键。训练部分：训练部分完成的工作就是建立语音模型。程序一开始就会去判断小车是否被训练过，如果没有训练过则会要求对其进行训练，并且会在训练成功之后将训练的模型存储到Ｆｌａｓｈ当中，在以后使用时就不需要重新训练了；如果已经训练过则会把存储在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，直接置待命标志，然后等待动作命令。只有检测到待命标志，小车才会根据相应的辨识结果执行动作；如果没有待命标志即使识别到动作命令也不会执行动作。小车在执行完对应的命令之后，将清除待命标志，结束待命状态。重训操作：考虑到有重新训练的需求，所以在这里设置了重新训练的按键，程序运行时循环扫描该按键，什么时间检测到此键按下，则将擦除语音模型存储区首单元（０ｘｅ０００）所在的页，等待复位到来。复位后，程序重新从头开始执行，当检测到语音模型存储区首地址为０ｘｆｆｆｆ（擦除后的值）时会要求重新对其进行训练。当其收到３次辨识循环，小车则会停止，并进行路程的显示和播报，路程的显示采用动态显示，且采用四位显示单位为厘米，显示子程序流程图如图３所示，显示的同时会有语音播报时间和路程，语音主要采用凌阳ＳＡＣＭ一￥４８０―１的语音播报功能。图３显示子程序流程图３系统测试本系统经测试基本功能（语音控制小车的前进后退左右转）运行效果良好，达到了预期的目的，同时其他功能部分也进入了调试阶段。语音控制和音频播放带给人耳目一新的感觉。本系统机械性能要求较高，所以为了更好地实现语音辨识，噪声不能太大，行使速度也不宜太快，这是需要进一步解决的问题。我们将在后续的设计中适当予以改进。万方数据４结语本系统采用凌阳ＳＰＣＥ０６１Ａ１６位单片机实现。内部集成了２Ｋ字的ＲＡＭ，３２Ｋ字的Ｆｌａｓｈ加上用凌阳ＳＰＣＥ０６１Ａ１６位单片机实现不需要外扩程序存储器和ＲＡＭ，也不用外接语音芯片，即可实现语音辨识和一系列职能动作。由于采用了高性能的ＭＣＵ，省掉了大量的外围器件，如外扩ＲＡＭ，ＲＯＭ存储器等，使硬件结构大大简化，提高了系统的可靠性。其软件编程采用Ｃ和汇编混合编程来实现，集两种语言的优点于一体，极大限度地简化了编程过程，丰富了编程思想，给我们设计带来了极大的方便。如果采用别的单片机则一般要２个单片机才能实现所有功能，硬件电路也更加复杂。若要实现语音播报功能和语音辨识，即使多用几个其他类型的单片机也不可能实现，而凌阳单片机提供了很好的语音播放和录制机制以及简单的ＡＰＩ接口编程。利用凌阳单片机技术来实现语音控制功能将会广泛地运用在通信等领域哺Ｊ。参考文献：［１］姜志玲．简易智能电动车的设计［Ｊ］．华东交通大学学报，２００５，２２（５）：２４－２８．［２］张飞舟，沈程智，范跃祖．利用单片机实现智能控制［Ｊ］．电子技术应用，１９９８，１７（９）：２１．２３．［３］肖毅，肖明．单片机抗干扰技术及应用［Ｊ］．电子产品世界，２００２，９（２）：１３－１６．［４］罗亚非．凌阳１６位单片机应用基础［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，２００５：９―１０．［５］颜利彪，范蟠果．基于单片机的简易智能电动车［Ｊ］．电子技术，２００４，４１（４）：２５－２８．［６］马丽静．基于单片机控制的语音识别系统的软件开发［Ｊ］．电脑开发与应用，２００３，１８（５）：３７―３８．［７］李晶皎．嵌入式语音技术及凌阳１６位单片机应用［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，２００３：６－８．［８］赵予婴，崔剑，陈小麟．ＳＰＣＥ０６１Ａ微控制器在单片机语音实验中的应用［Ｊ］．实验室研究与探索，２００４，２３（１）：１５．１９．作者简介：冯平（１９８４一），女，重庆人，硕士研究生，主要研究方向为通信网协议与系统软件、传感器技术与单片机技术在通信中的综合应用。Ｅ．ｍａｉｌ：ｆｐｐ２４５＠１６３．ｃｏｉｎ；张治中（１９７２一），男。湖北恩施人，教授，博士生导师，主要研究方向为第三代移动通信测试技术、宽带信息网络和ＮＧＮ网络。一８９―多功能语音控制小车的设计与实现作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：冯平， 张治中， FENG Ping， ZHANG Zhi-zhong重庆邮电大学,通信网与测试技术重点实验室,重庆,400065数字通信DIGITAL COMMUNICATION)0次 参考文献(8条) 1.姜志玲 简易智能电动车的设计[期刊论文]-华东交通大学学报 .张飞舟.沈程智.范跃祖 利用单片机实现智能控制 1998(09)3.肖毅.肖明 单片机抗干扰技术及应用[期刊论文]-电子产品世界 .罗亚非 凌阳16位单片机应用基础 20055.颜利彪.范蟠果 基于单片机的简易智能电动车[期刊论文]-电子技术 2004(04)6.马丽静 基于单片机控制的语音识别系统的软件开发[期刊论文]-电脑开发与应用 .李晶皎 嵌入式语音技术及凌阳16位单片机应用 20038.赵予婴.崔剑.陈小麟 SPCE061A微控制器在单片机语音实验中的应用[期刊论文]-实验室研究与探索 2004(01) 相似文献(10条)1.期刊论文 瞿少成.艾宁.赵桥.Qu Shaocheng.Ai Ning.Zhao Qiao 基于SPCE061A单片机的无线语音控制智能小车的研制 -电子测量技术)
本文介绍了一种无线语音通信控制的智能小车的研制过程,给出了智能小车控制系统的硬件和软件设计.以SPCE061A单片机作为控制核心,使用无线语音传输方式采集语音信号,实现语音的实时检测与特定人声音的智能识别;通过红外光电传感器GY10-W3-3E1检测障碍物,实现了自动避障.实验结果表明,该系统实现了无线语音控制与系统智能避障,且功耗低,性能稳定,具有较强的推广价值.2.期刊论文 刘冬.朱莉佳.许斌 基于SPCE061A单片机无线语音控制的智能玩具车硬件设计 -中国教育技术装备2009,\
介绍一种无线语音控制的智能玩具车系统的硬件设计.该系统以SPCE061A单片机为检测和控制核心,对语音信号进行实时检测、处理和识别,井通过无线语音输入模块实现对玩具车的无线语音控制,通过红外光电传感器实现自动避障.反复试验表明,本系统语音信号识别准确率高,控制效果好,性能稳定.3.期刊论文 陈秀华.赵悦.唐毅谦.Chen Xiuhua.Zhao Yue.Tang Yiqian 基于SPCE061A单片机的语音控制机器人的设计 -中国水运（学术版）)
利用凌阳16位单片机的特性,根据语音识别的基本原理,设计了一种语音控制机器人,利用C语言和汇编语言进行系统软件编程,最终完成了可以通过对语音的识别,自动完成向前走、倒退、左转、右转、跳舞、向左瞄准、向右瞄准、发射、连续发射等功能的智能机器人的设计.4.期刊论文 车爱静.文环明.张艳 基于凌阳SPCE061A单片机的语音控制系统 -电脑开发与应用)
语音控制技术是目前广泛应用和研究的重要技术,对人机交互的智能系统具有重要价值,利用凌阳16位单片机的特性,根据语音识别的基本原理,设计了一种语音控制系统,经反复试验,证明语音识别准确率高,控制效果好.另有一优点:只有经过训练的特定训练人发出语音命令,系统才响应,因而保密性高.5.期刊论文 房鑫 基于SPCE061A的智能声控热水器 -数字技术与应用2009,\
本方案使用了凌阳科技公司的SPCE061A单片机作为主控制器,采用一线制数字温度传感器DS18B20作为温度传感器,实现水温的测量,采用LED显示温度,并具有温度数字语音播报功能.加热过程中,通过PID算法实现对电炉功率和水温的控制.在沐浴的过程中,还可通过语音的控制对水的开关进行控制.这些功能方便了使用者使用,体现出SPCE061A实用的功能.6.期刊论文 曹庆峰.李琪.王立志.仪维.秦峰 智能消防机器人的研究与开发 -机电一体化)
以凌阳16位单片机SPCE061A为控制核心,设计实现智能消防机器人的相关功能.它包括语音控制系统、自动检测系统、自动躲避障碍和自动记录系统,灭火后能自动返回出发地点.7.期刊论文 王茜.姚娅川.WANG Qian.YAO Ya-chuan 基于SPCE061A单片机的语音识别系统开发 -四川理工学院学报（自然科学版）)
文章给出了基于16位单片机SPCE061A的语音识别系统的软件和硬件设计.该系统实现了语音的采集、回放、特征提取、单词识别等功能.利用SPCE061A的语音处理优势构成的各种嵌入式系统具有广阔的应用前景.8.学位论文 吴荣芳 多功能智能小车的研制 2007
近年来，生活小区的发展十分迅速，面积急剧增大。考虑到生活小区内路面情况简单，行人多、机动车少，采用无人驾驶的电力通勤车最为适合。考虑到这些实际因素，对近年来竞赛机器人平台技术进行了深入研究，并结合自身的知识水平，为此研制出这个无人驾驶多功能小车的自动运行演示系统，以期能够在此基础上设计出一套生活小区无人驾驶汽车自动运行系统，并希望能够为后续研究提供参考价值。
本文首先对多功能智能小车所涉及到的技术做了介绍和比较。多功能智能小车的研制课题涉及到机械电子、传感器技术、驱动控制技术、自动控制、人工智能等多个领域的研究及技术融合。研制出一个智能小车的实验平台，设计的智能小车自动运行系统，采用一片凌阳SPCE061A单片机作为小车的检测和控制核心；采用红外传感器检测到开关信号送到单片机进行识别，从而发出相应的控制指令控制智能小车循线行驶；采用脉冲调制的光电传感器进行障碍物的识别与避障，提高了传感器的抗外界干扰能力，并且降低了小车的功耗；小车的动作出指示灯显示并加入了语音控制功能。
其次，对智能小车的避障和循迹进行了认真研究，查阅了大量文献，可以利用模糊控制算法来分析和解决避障、循迹问题，实现了小车避障、循迹的平滑处理。
本课题研制的演示系统高度的智能化、人性化，并且具备良好的安全性、环保性，可以为无人驾驶汽车的后续研究提供宝贵的经验。9.期刊论文 谭建军.TAN Jianjun 一种基于SPCE061A单片机的燃气炉灶语音控制装置 -现代电子技术)
燃气炉灶的安全使用一直是人们关心的问题,将计算机控制技术引入到燃气炉灶的控制中,是解决燃气炉灶安全使用的最好途径.介绍一种基于SPCE061A单片机为核心,充分利用SPCE061A单片机的语音处理功能,控制功能,实现利用语音提示和语音命令对燃气炉灶的点火、火力调节、关闭燃气、火焰异常熄灭时紧急关闭燃气等功能的控制.经过实验测试,该装置具有工作稳定可靠,对于提高燃气炉灶的安全性,节能降耗等都有明显的效果,将语音控制技术应用于燃气炉灶的控制,填补了该类产品的市场空白,有非常好的市场应用前景.10.期刊论文 冯玉爽.罗中明.王黎黎.FENG Yu-shuang.LUO Zhong-ming.WANG Li-li 基于SPCE061A单片机的语音智能小车设计 -哈尔滨理工大学学报)
介绍了一种语音智能小车控制系统的设计.该系统方案以凌阳SPCE061A单片机为基础,实现对智能小车的语音控制.给出了系统的硬件构成,简述了SPCE061A 单片机的内部资源,分析了语音识别的基本原理,从软件设计角度具体阐述了特定人语音识别在智能小车上的实现过程.实验表明这种应用是成功的.
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