基于單片機的語音控制小車設計

1、題目：基于單片機的語音控制小車設計目錄1 引言 3 2 語音控制小車設計要求 32.1 功能要求 .32.2 參數(shù)說明 .33 spce061a 特性簡介 3 4 系統(tǒng)總體方案介紹 4 5 系統(tǒng)硬件設計 55.1 車體介紹.55.2 小車的行走原理 .55.3 控制板原理圖 .6 6 系統(tǒng)軟件設計 76.1 系統(tǒng)的主程序設計 .76.2 主程序.86.3 語音識別的原理簡介 .127 結束語 121基于單片機技術的語音控制小車設計1、 引言語音處理技術是一門新興的技術，它不僅包括語音的錄制和播放，還涉及語音的壓縮編碼和解 碼，語音的識別等各種處理技術。以往做這方面的設計，一般有兩個途徑：一種方

2、案是單片機擴展 設計，另一種就是借助于專門的語音處理芯片。普通的單片機往往不能實現(xiàn)這么復雜的過程和算法， 即使勉強實現(xiàn)也要加很多的外圍器件。專門的語音處理芯片也比較多，如 isd 系列、pm50 系列等， 但是專門的語音處理芯片功能比較單一，想在語音之外的其他方面應用基本是不可能的。spce061a 是一款 16 位nsp 結構的微控制器。該芯片帶有硬件乘法器，能夠實現(xiàn)乘法運算、 內積運算等復雜的運算。它不僅運算能力強，而且處理速度快，單周期最高可以達到 49mhz。spce061a 內嵌 32k 字的 flash 程序存儲器以及 2k 的 sram。同時該 soc 芯片具有 adc 和 da

3、c 功能，其 mic_adc 通道帶有 agc 自動增益環(huán)節(jié)，能夠很輕松的將語音信號采集到芯片內部，兩 路 10 位的電流輸出型 dac，只要外接一個功放就可以完成聲音的播放。以上介紹的這些硬件資源 使得該 spce061a 能夠單芯片實現(xiàn)語音處理功能。借助于 spce061a 的語音特色，“基于單片機技術的語音控制小車設計” 實現(xiàn)了對小車前進、后 退、左轉、右轉、停車等語音控制功能.2、 語音控制小車設計要求2.1功能要求：1. 可以通過簡單的 i/o 操作實現(xiàn)小車的前進、后退、左轉、右轉功能；2. 配合 spce061a 的語音特色，利用系統(tǒng)的語音播放和語音識別資源，實現(xiàn)語音控制的功能；

4、3.可以在行走過程中聲控改變小車運動狀態(tài)；4.在超出語音控制范圍時能夠自動停車。2.2 參數(shù)說明車體：雙電機兩輪驅動供電：電池（四節(jié) aa：1.2v4 或 1.5v4）2工作電壓：dc 4v6v工作電流：運動時約 200ma3. spce061a 特性簡介spce061a 是一款性價比很高的十六位單片機，使用它可以非常方便靈活的實現(xiàn)語音的錄放，該 芯片擁有 8 路 10 位精度的 adc，其中一路為音頻轉換通道，并且內置有自動增益電路。這為實現(xiàn)語 音錄入提供了方便的硬件條件。兩路 10 位精度的 dac，只需要外接功放（spy0030a）即可完成語音 的播放。該單片機具有一套易學易用的指令系統(tǒng)

5、和集成開發(fā)環(huán)境，在此環(huán)境中，它支持標準c 語言 編程，也支持 c 語言與匯編語言的互相調用。另外還提供了語音錄放的庫函數(shù)，只要了解庫函數(shù)的 使用，就可以很容易的完成語音的錄放、識別等功能，這些都為軟件開發(fā)提供了方便的條件。spce061a 特性：16 位 nsp 微處理器；工作電壓：內核工作電壓 vdd 為 3.0v3.6v(cpu)，i/o 口工作電壓 vddh 為 vdd5.5v(i/o)； cpu 時鐘：0.32mhz49.152mhz；內置 2k 字 sram；內置 32k 閃存 rom；可編程音頻處理；晶體振蕩器；系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時鐘處于停止狀態(tài))，耗電小于 2 a3.6v；2

6、個 16 位可編程定時器/計數(shù)器(可自動預置初始計數(shù)值)；2 個 10 位 dac(數(shù)-模轉換)輸出通道；32 位通用可編程輸入/輸出端口；14 個中斷源可來自定時器 a / b，時基，2 個外部時鐘源輸入，鍵喚醒；具備觸鍵喚醒的功能；使用音頻編碼 sacm_s240 方式(2.4k 位/秒)，能容納 210 秒的語音數(shù)據(jù)；鎖相環(huán) pll 振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號；32768hz 實時時鐘；7 通道 10 位電壓模-數(shù)轉換器(adc)和單通道聲音模-數(shù)轉換器；聲音模-數(shù)轉換器輸入通道內置麥克風放大器和自動增益控制(agc)功能；具備串行設備接口；低電壓復位(lvr)功和低電壓監(jiān)測(lvd)功能；

7、內置在線仿真板(ic e，in-c ircuitem ulator)接口。4、系統(tǒng)總體方案介紹小車的運動控制采用語音控制和中斷定時控制相結合，通過語音觸發(fā)小車動作，小車動作之后， 隨時可以通過語音指令改變小車的運動狀態(tài)。在每一次動作觸發(fā)的同時啟動定時器，如果小車由于 某些原因不能正常的接收語音指令，則只要定時時間一到，中斷服務程序就會發(fā)出指令讓小車停下 來。程序下載電纜被控對象小車spce061a控制板控 制 程序 下 載3線圖 1控制系統(tǒng)所需硬件5、系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)的硬件方面，由于大部分的功能實現(xiàn)都是在 61 板上完成的，只有電機控制部分電路另外設 計在一塊獨立的電路板上，我們稱之為控制板。

8、下面詳細的介紹小車的結構和運行原理以及控制電 路板的結構和功能實現(xiàn)。keymic方向控制橋路方向電機濾波spce061a驅動控制橋路驅動電機圖 2系統(tǒng)硬件框圖5.1 車體介紹語音控制小車為四輪結構。其中前面兩個車輪由前輪電機控制，在連桿和支點作用下控制前輪左 右擺動，來調節(jié)小車的前進方向。在自然狀態(tài)下，前輪在彈簧作用下保持中間位置。后面兩個車輪 由后輪電機驅動，為整個小車提供動力。所以又稱前面的輪子為方向輪，后面的兩個輪子為驅動輪。5.2 小車的行走原理.直走：由小車的結構分析，在自然狀態(tài)下，前輪在彈簧作用下保持中間狀態(tài)，這是只要后輪電機正 轉小車就會前進。倒車：倒車動作和前進動作剛好相反，前

9、輪電機仍然保持中間狀態(tài)，后輪電機反轉，小車就會向后 運動。4圖 4小車前進、后退示意圖左轉：前輪電機逆時針旋轉（規(guī)定為正轉），后輪電機正轉，這時小車就會在前后輪共 同作用下朝左側前進。右轉：前輪電機反轉，后輪電機正轉，這時小車就是會在前后輪共同作用下朝右側前進。圖 5小車轉向示意圖5.3 控制板原理圖控制板主要包括：接口電路、電源電路和兩路電機的驅動電路，控制板原理圖如下。接口電路：接口電路負責將 61 板的 i/o 接口信號傳送給控制電路板，i/o 信號主要為控制電機 需要的 iob8iob11 這四路信號，同時為了方便后續(xù)的開發(fā)和完善，預留了 iob12iob15 以及 ioa8ioa15

10、 接口，可以在這些接口上添加一些傳感器。5電源部分：整個小車有 4 個電源信號：電池電源，控制板工作電源，61 板工作電源，61 板的 i/o 輸出電源。系統(tǒng)供電由電池提供，控制板直接采用電池供電（vcc），然后經(jīng)二極管 d1 后產(chǎn)生 61 板電源 spce061a 在語音控制小車中的應用（vcc_61），通過 61 板的 vio 跳線產(chǎn)生 61 板的端口電源 （v1）。圖 6 小車控制電路圖6、系統(tǒng)軟件設計6.1 系統(tǒng)的主程序設計系統(tǒng)的主程序流程如下圖所示：6圖 7主程序流程圖共分為四大部分：初始化部分、訓練部分、識別部分、重訓操作。初始化部分：初始化操作將 iob8iob11 設置為輸出端

11、，用以控制電機。必要時 還要有對應的輸入端設置和 pwm 端口設置等。訓練部分：訓練部分完成的工作就是建立語音模型。程序一開始判斷小車是否被訓 練過，如果沒有訓練過則要求對其進行訓練，并且會在訓練成功之后將訓練的模型存儲 到 flash，在以后使用時不需要重新訓練；如果已經(jīng)訓練過會把存儲在 flash 中的模型 調出來裝載到辨識器中。識別部分：在識別環(huán)節(jié)當中，如果辨識結果是名字，停止當前的動作并進入待命狀 態(tài)，然后等待動作命令。如果辨識結果為動作指令小車會語音告知相應動作并執(zhí)行該動 作，在運動過程中可以通過呼叫小車 spce061a 在語音控制小車中的應用的名字使小車 停下來。重訓操作：考慮到

12、有重新訓練的需求，設置了重新訓練的按鍵（61 板的 key3），7循環(huán)掃描該按鍵，一旦檢測到此鍵按下，則將擦除訓練標志位（0xe000 單元），并等待 復位。復位后，程序重新執(zhí)行，當檢測到訓練標志位為 0xffff 時會要求重新對其進行訓 練。6.2 主程序:/ the information contained herein is the exclusive property of/ sunnnorth technology co. and shall not be distributed, reproduced,/ or disclosed in whole in part without

13、 prior written permission./ (c) copyright 2003 sunnorth technology co./ all rights reserved/ the entire notice above must be reproduced on all authorized copies. /= /= / 工程名稱： car_demo/ 功能描述： 實現(xiàn)小車的語音控制/ 涉及的庫： cmacro1016.lib/ bsrv222sdl.lib/ sacmv26e.lib/ 組成文件： main.c/ flash.asm, hardware.asm,isr.asm

14、/ hardware.h,s480.h, hardware.inc/ 硬件連接： ioa0-key1/ ioa1-key2/ ioa2-key3/ iob8-前進/ iob9-倒車/ iob10-左拐/ iob11-右拐/= #include #include #define p_ioa_data (volatile unsigned int *)0x7000#define p_ioa_dir (volatile unsigned int *)0x7002#define p_ioa_attrib (volatile unsigned int *)0x7003#define p_iob_data

15、 (volatile unsigned int *)0x7005#define p_iob_dir (volatile unsigned int *)0x7007#define p_iob_attrib (volatile unsigned int *)0x7008#define p_timera_data (volatile unsigned int *)0x700a#define p_timera_ctrl (volatile unsigned int *)0x700b#define p_timerb_data (volatile unsigned int *)0x700c#define

16、p_timerb_ctrl (volatile unsigned int *)0x700d#define p_watchdog_clear (volatile unsigned int *)0x70128#define p_int_mask (volatile unsigned int *)0x702d#define p_int_clear (volatile unsigned int *)0x7011#define name_id 0x100#define command_go_id 0x101#define command_back_id 0x102#define command_left

17、_id 0x103#define command_right_id 0x104#define s_name 0 /給我取個名字吧#define s_act1 1 /前進#define s_act2 2 /倒車，請注意#define s_act3 3 /左拐#define s_act4 4 /右拐#define s_rdy 5 /yeah#define s_again 6 /請再說一遍#define s_novoice 7 /沒有聽到任何聲音 #define s_cmddiff 8 /說什么暗語呀#define s_noisy 8 /說什么暗語呀#define s_start 9 /準備就緒，開

18、始辨識 #define s_gjg 10 /拐就拐#define s_dczy 11 /倒車，請注意extern unsigned int bsr_sdmodel100; / 外 部 變 量 bsr_sdmodel100，辨識器自帶extern void f_flashwrite1word(unsigned int addr,unsigned int value);extern void f_flasherase(unsigned int sector);unsigned int uitimeset = 3; /運行時間定時，調整該參數(shù)控 制運行時間unsigned int uitimecon

19、t; /運行時間計時/=/ 語法格式： void delay();/ 實現(xiàn)功能： 延時/ 參數(shù)： 無/ 返回值： 無/=int trainword(unsigned int wordid,unsigned int sndid)int result;playsnd(sndid,3);while(1)result = bsr_train(wordid,bsr_train_twice); / 訓練兩次，獲得訓練9結果if(result=0)break;switch(result)case -1:playsnd(s_novoice,3);return -1;case -2:playsnd(s_agai

20、n,3);break;case -3:playsnd(s_noisy,3);return -3;case -4:return -4;case -5:playsnd(s_cmddiff,3);return -5;case -6:return -6;default:break;return 0;int main(void) unsigned int bs_flag;*p_ioa_dir=0xff00;*p_ioa_attrib=0xff00;*p_ioa_data=0x0000;*p_iob_dir=0x0f00;*p_iob_attrib=0x0f00;*p_iob_data=0x0000;bs

21、r_deletesdgroup(0);bs_flag=*(unsigned int *)0xe000;if(bs_flag=0xffff)trainsd();storesd();/沒有檢測出聲音/需要訓練第二次/環(huán)境太吵/數(shù)據(jù)庫滿/檢測出聲音不同/序號錯誤/train 標志位/初始化 ioa,ioa07 下拉輸入/初始化 iob,iob811 同向輸出/初始化存儲器 ram/讀存儲單元 0xe000/沒有經(jīng)過訓練（0xe000 內容為 0xffff） /訓練/存儲訓練結果（語音模型）10elseloadsd();playsnd(s_start,3);bsr_initrecognizer(bsr_mic);while(1)bsr();if(*p_ioa_data)&0x0004)f_flasherase(0xe000);while(1);子程序：void f_flasherase(unsi