无线语音遥控智能车毕业设计论文.doc
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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言
2、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后,做出不同的响应动作,这样便可以制作出
3、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 transistor integrated circ
4、uit 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 community production, The comp
5、uter 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 obstacle that people use the
6、 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 as the new interactive w
7、ay. 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 that will developed in th
8、e 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 the language orders af
9、ter 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 machine running status.
10、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 user friendly, more intell
11、ectualized 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 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
12、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256.4 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
13、解释277 结论27参考文献29致 谢300 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
14、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
15、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
16、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
17、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
18、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
19、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。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
20、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. 在超出控制范围(开阔处大于100米)时能够自动停车; 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
21、,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ATMEGA16L舵 机驱动电机nRF2401无线模组图2-2 采用ATMEGA16L实现车体控制车体主控电路要实现语音指令的无线接收,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: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
22、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,在硬件表现和结构上和基于ATMEGA16L的没有区别。SPCE061A舵 机驱动电机nRF2401无线模组图2-4 采用ATMEGA16L实现车体控制2.1.3 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
23、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
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