基于单片机的语音遥控车设计说明.doc

第1章 绪论1.1 课题研究的意义随着科技技术的发展,电子产品日新月异的发展,声控产品使用率的提高,为人类的生活带来了巨大的变化,随着近几年来信号处理技术的不断发展与提升,语音辨识的应用已真正走入人们的日常生活,声控系统的应用也不再遥不可及,家用电器的操作,不再需以遥控器的繁多按键为控制接口,取而代之是我们用平常说话的模式来驱使家电动作,诸如多种智能电器,人们在也不必为种类繁多操作复杂的遥控器而烦恼,人们可以很清松的操作各种各样的电器产品,达到更符合人性化的操作接口设计随着语音技术的不断发展,人们不光可以用语音来控制家电,声控产品也越来越受人们的欢迎,成为了21世纪发展的一大前景而全球玩具市场的在结构比重却发生了重大变化：传统玩具的市场比重下在逐步缩水,高科技含量的电子玩具则蒸蒸日上高科技含量的电子互动式玩具已经成为玩具行业发展的主流所以我们要设计一个具有语音识别功能的智能小车该小车对传统的小车的做了改进,在小车的控制系统中采用语音识别系统,使控制者可以用语音对小车进行控制[1]本设计主要应用语音识别技术,来完成语音控制小车的目的,将语音识别技术应用在实际设计当中,为以后进一步学习应用语音技术打下基础,也可以为他人设计语音产品提供参考。

1.2 国外研究的现状随着语音处理技术的发展,语音识别系统的实用性将进一步提高国外已有多种基于语音识别产品的应用,基于特定任务和环境的听写机也已经进入应用阶段许多发达国家,如美国、日本、国以IBM、APPLE、AT&T、Micr0Soft等著名公司都看好语音一识别的应用前景,为语音识别系统的实用化投以巨资,语音识别技术实用化进程大大加速21世纪初期的成果主要集中于实现机器<计算机>的同声传译系统以及多环境背景下的语音识别技术我国在语音识别技术领域发展进步很快,在近五到十年语音识别系统的应用将更加广泛各种各样的语音识别系统产品将出现在市场上,如凌阳智能语音识别机器人,提高了语音信息处理速度,可以快速对语音进行应答采用了先进的非特定人语音识别技术,对口音和噪声不敏感更加入了独有的噪声检测技术,当环境噪声很大时,能给用户相应的提示；并且加入了可信度评估和拒识技术,对于命令以外的语音或者干扰声音可以拒识在语音交流的过程中,抗噪音能力得到了很大的提高随着语音识别技术与机器人技术的进一步结合,未来高智能的人机交流将不是梦想但在短期还不可能造出具有和人相比拟的语音识别系统,要建成这样一个系统仍然是人类面临的一个大的挑战,我们只能一步步朝着改进语音识别系统的方向前进。

无线遥控小车的出现大大的缩减了人在危险环境中工作和对危害性任务的作业的直接参与,如在军事侦察、扫雷排险、防核化污染等这些危险与恶劣的环境中因此,无线遥控小车在这方面的领域中,特别是近些年,发展迅速,并利用这种思想,从小车发展到大车20XX卡基·梅隆大学与美国国防工业制造的Gladiator〔角斗士〕,是一种可无线遥控,并具有自动侦察与搜索能力的无人地面车20XX斯洛伐克研究出"天蝎座"无线遥控机器人车——简易爆炸装置的克星20XX为了确保飞机起降安全,我国机场有关方面组织专家技术攻关,研制成功无人驾驶遥控驱鸟车,走出了一条利用高科技驱鸟的新路人员通过遥控器操作,可以变速,在1公里围从机场南端到北端来回行驶,具有全天候使用、承担重复强度大、自动化程度高的优点20XX8月法国ＥＣＡ公司新近推出的"INBOT"微型无人车,该车可通过掌上电脑或与操纵杆连接的个人计算机控制,虽然貌不惊人,但发展前景却不容小视,无论爆炸物处理还是战术侦察都是它的强项20XX6月,科技大学机械工程学院完成气动遥控消防小车的设计,该车动力均以气动为主,通过手持遥控器发出预设指令,在各功能的协调配合下,该车完全可代替消防人员进入复杂危险环境实施救灾作业,从而确保消防人员的人身安全。

此外该设备绿色环保,节能减排,有较好的应用价值,具有良好的市场推广前景20XX11月开始,我国科技创新协会首届遥控小车比赛正式启动科技创新协会会员通过组员之间的配合,查阅资料,从零开始历经4个月,自主设计制作出了一辆辆可以左右转向,前后行进的遥控小车,经过不断调试,无线遥控小车最终成功启动20XX德国与瑞士联合组建的"地雷狼"系统公司最近展出了新型中型"地雷狼"MW330扫雷车该车可以选择人员操作和远程遥控两种方式,在操作模式中能够抵御重型反坦克地雷的攻击20XX5月就读于西班牙加泰罗尼亚理工学院的两名大学生亚历克斯.洛维特和哈维尔·萨卢埃尼亚,制造了世界首架利用汽水铝罐拉环作为燃料的无线遥控小车DAlH2Orean人类对于语音技术的接触大概要追溯到爱迪生在1875年发明留声机和贝尔在1876年发明随后,语音正式成为了可以被人造物有效存储、传输的信号此后的语音技术逐渐分化出三个方向最早开展的是物理信号层次的处理,主要是为了获得清晰的语音信号后来,人们开始了语音技术的第二分支——语音合成,这门学科的研究,也就是根据文字制造声音1936年AT&T的贝尔实验室〔Bell Lab〕发明了世界上第一个基于语音技术的电子语音合成器,这个东西在二战时期被悄悄的用在罗斯福和邱吉尔的通话中,以保证通话的安全。

语音技术的第三分支是语音识别语音识别作为语音合成的逆过程,基本的任务就是把语音转化为文字,它的难度要比语音合成高出很多,成为了语音技术中最具挑战性的分支从1966年到1972年,对隐马尔可夫模型的研究极大的鼓舞了语音技术工程师和研究者们,以及政府的热情从1971年开始,美国组织了包括麻省理工学院等著名研究机构,一起建立一个进行基于语音技术的连续语音识别的计算机系统这是当时规模最大的语音技术项目与此同时,1971年的剑桥大学工程系,一个新的语音技术实验室被建立起来这个实验室建立之初的目标就是对机器学习相关的技术进行研究,力图使英国这个科学大国继续能在语音技术领域也占据一席之地数字信号处理成为70年代最为火热的语音技术的领域之一以此为基础的语音识别也在众多世界著名的大学、研究所和公司紧锣密鼓的开展起来到了80年代初,语音技术的研究已经初具规模,形成了不同的门派以及各自的系统进入二十一世纪后,世界围新兴的语音技术公司更是层出不穷,思必驰作为其中一员,在语音识别、语音评测方面的研究取得了重大突破[8]思必驰以源于剑桥大学的语音技术为起点,自主研发了国际创新的第二代智能语音分析和人机对话技术与目前使用的第一代语音技术相比,第二代智能语音技术大大减小了对使用环境和方式的限制,并能够对不同口音进行快速的自适应调整,具有优异的语音分析精度和稳健的人机对话性能。

第二代语音技术使得机器智能得以更充分的体现,同时也将引导智能语音技术的下一次应用高潮1.3 研究的容和要求本设计主要研究的容是以单片机为核心进行语音遥控车的设计,包括硬件电路和软件程序的设计硬件电路的设计主要包括语音识别模块、控制核心模块、小车驱动模块与转向控制模块等；软件设计主要是完成相应电路的功能,要求能够进行语音识别,能够通过语音信号控制小车前进、后退、左转和右转的动作 / 第2章 方案论证2.1方案论证根据设计要求,制订了如下三套方案：方案一： 采用MCS-51系列中的89S52单片机以89S52为控制核心,利用声控传感器和专门的语音处理芯片,并采用桥式驱动电路来实现对小车的前进转向进行控制,并能够做出应答的功能89S52是一款八位单片机,应用围广,价格便宜是其最大优点但由于89S52单片机的闪存只有8K,且无法置DAC电路,必须通过外围电路实现另外,语音识别是一门新兴的技术,不止包括语音的录制和播放,还包括语音的压缩,编码和解码和语音的识别,这些都要进行大量的计算, 如果用89S52来实现,需要扩展语音识别模块和语音播放模块,这样必然造成端口的资源紧,而其实现起来比较困难且效率很低。

实现该方案结构如图 2-1所示IOMCS-51IO接口扩展模块接口总线语音模块电机驱动图 2-1 采用MCS-51系列单片机实现语音控制小车方案二：采用以TMS320VC5402这款DSP芯片为语音处理系统的核心部分来实现语音控制方案其主要优点包括：采用改进的哈佛结构,带有专用硬件逻辑CPU<40位算术逻辑单元,包括1个40位桶形移位器和二个40位累加器；一个17×17乘法器和一个40位专用加法器,允许16位带或不带符号的乘法>,片存储器<八个辅助寄存器及一个软件栈>,片外专用的指令集,允许使用业界最先进的定点DSP C语言编译器最重要的是其运算处理速度的高效,可以快速处理大量的语音数据,实时性好,但费用价格昂贵该方案如图2-2所示音频信号放大及A/D转换DSP芯片方向控制桥路方向电机驱动电机驱动控制桥路D/A转换及音频信号放大语音信号SPK图2-2 基于TMS320VC5402的语音识别小车方案三：采用SPCE061A实现语音控制小车方案,由于SPCE061A部集成有语音识别和语音播放功能模块,所以只需要扩展基本的MIC和语音功放即可,另外凌阳SPCE061A单片机提供32个I/O口,一片SPCE061A单片机即可实现所有功能,这为设计过程提供了极大方便。

该方案结构如图 2-3所示 MIC输入模块SPCE061A电机驱动模块语音输出模块图 2-3 基于SPCE061A的语音控制小车实现方案比较以上三种方案可见,方案一应用围广价格便宜但系统复杂且难以实现语音控制；方案二中TMS320VC5402这款DSP芯片虽然有强大的数据处理功能,但要完成语音识别功能,软件上实现起来比较复杂且价格昂贵；方案三应用围广,一般价格略高；因此,选择方案一2.2 系统原理框图根据设计要求,首先通过麦克风将声音信号采集,通过放大电路将信号放大,在将放大的信号,送给AD转换器,由AD转换器将模拟信号转换成数字信号,再将数字信号送给语音处理识别芯片,语音处理识别芯片将信号处理识别后,将处理识别结果送给89S52单片机,再由单片机将识别结果进一步处理,将输出结果送给外围放大电路,由外围放大电路去驱动小车的不同动作,从而实现设计目的流程图如图2-4：小车驱动模块AT89S52单片机语音识别模块图2-4系统原理框图语音识别模块：用于接收、识别外界发出的语音信号并转换成数字信号AT89S52单片机：把收到的信号转换成小车的控制信号小车驱动模块：用于控制小车前进、停止和转向的控制模块。

第3章 硬件单元电路设计整个系统的硬件电路主要包括核心主控制和语音识别两个部分主控制部分为AT89S52单片机,语音识别部分为LD3320语音识别芯片3.1 AT89S52单片机最小系统AT89S52是一种低功耗、高性能的 CMOS8位微控制器,具有8KB在系统可编程Flash存储器；是用Atmel公司高密度非易失性存储技术制造,片上Flash允许程序存储器在系统可编程,也适用于常规编程器AT89S52具有8KB Flash,256BRAM,32位I/O口线,看门狗定时器,2个数据指针,3个16位定时器/计数器,1个6向量2级中断结构,全双工串行口,片晶振及时钟电路另外,AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作,支持2种软件,可选择节电模式在空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作在掉电保护方式下,RAM容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,知道下一个中断或硬件复位为止AT89S52是在电子设竞赛中最常用的单片机之一[2]。