基于單片機(jī)的語(yǔ)音控制小車設(shè)計(jì)

1、題目：基于單片機(jī)的語(yǔ)音控制小車設(shè)計(jì)目錄1 引言 3 2 語(yǔ)音控制小車設(shè)計(jì)要求 32.1 功能要求 .32.2 參數(shù)說明 .33 spce061a 特性簡(jiǎn)介 3 4 系統(tǒng)總體方案介紹 4 5 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì) 76.1 系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì) .76.2 主程序.86.3 語(yǔ)音識(shí)別的原理簡(jiǎn)介 .127 結(jié)束語(yǔ) 121基于單片機(jī)技術(shù)的語(yǔ)音控制小車設(shè)計(jì)1、 引言語(yǔ)音處理技術(shù)是一門新興的技術(shù)，它不僅包括語(yǔ)音的錄制和播放，還涉及語(yǔ)音的壓縮編碼和解 碼，語(yǔ)音的識(shí)別等各種處理技術(shù)。以往做這方面的設(shè)計(jì)，一般有兩個(gè)途徑：一種方

2、案是單片機(jī)擴(kuò)展 設(shè)計(jì)，另一種就是借助于專門的語(yǔ)音處理芯片。普通的單片機(jī)往往不能實(shí)現(xiàn)這么復(fù)雜的過程和算法， 即使勉強(qiáng)實(shí)現(xiàn)也要加很多的外圍器件。專門的語(yǔ)音處理芯片也比較多，如 isd 系列、pm50 系列等， 但是專門的語(yǔ)音處理芯片功能比較單一，想在語(yǔ)音之外的其他方面應(yīng)用基本是不可能的。spce061a 是一款 16 位nsp 結(jié)構(gòu)的微控制器。該芯片帶有硬件乘法器，能夠?qū)崿F(xiàn)乘法運(yùn)算、 內(nèi)積運(yùn)算等復(fù)雜的運(yùn)算。它不僅運(yùn)算能力強(qiáng)，而且處理速度快，單周期最高可以達(dá)到 49mhz。spce061a 內(nèi)嵌 32k 字的 flash 程序存儲(chǔ)器以及 2k 的 sram。同時(shí)該 soc 芯片具有 adc 和 da

3、c 功能，其 mic_adc 通道帶有 agc 自動(dòng)增益環(huán)節(jié)，能夠很輕松的將語(yǔ)音信號(hào)采集到芯片內(nèi)部，兩 路 10 位的電流輸出型 dac，只要外接一個(gè)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(shí)現(xiàn)語(yǔ)音處理功能。借助于 spce061a 的語(yǔ)音特色，“基于單片機(jī)技術(shù)的語(yǔ)音控制小車設(shè)計(jì)” 實(shí)現(xiàn)了對(duì)小車前進(jìn)、后 退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停車等語(yǔ)音控制功能.2、 語(yǔ)音控制小車設(shè)計(jì)要求2.1功能要求：1. 可以通過簡(jiǎn)單的 i/o 操作實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)功能；2. 配合 spce061a 的語(yǔ)音特色，利用系統(tǒng)的語(yǔ)音播放和語(yǔ)音識(shí)別資源，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制的功能；

4、3.可以在行走過程中聲控改變小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；4.在超出語(yǔ)音控制范圍時(shí)能夠自動(dòng)停車。2.2 參數(shù)說明車體：雙電機(jī)兩輪驅(qū)動(dòng)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(yùn)動(dòng)時(shí)約 200ma3. spce061a 特性簡(jiǎn)介spce061a 是一款性價(jià)比很高的十六位單片機(jī)，使用它可以非常方便靈活的實(shí)現(xiàn)語(yǔ)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(zhuǎn)換通道，并且內(nèi)置有自動(dòng)增益電路。這為實(shí)現(xiàn)語(yǔ) 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(yǔ)音 的播放。該單片機(jī)具有一套易學(xué)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(biāo)準(zhǔn)c 語(yǔ)言 編程，也支持 c 語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言的互相調(diào)用。另外還提供了語(yǔ)音錄放的庫(kù)函數(shù)，只要了解庫(kù)函數(shù)的 使用，就可以很容易的完成語(yǔ)音的錄放、識(shí)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(nèi)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(shí)鐘：0.32mhz49.152mhz；內(nèi)置 2k 字 sram；內(nèi)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(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài))，耗電小于 2 a3.6v；2

6、個(gè) 16 位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù)值)；2 個(gè) 10 位 dac(數(shù)-模轉(zhuǎn)換)輸出通道；32 位通用可編程輸入/輸出端口；14 個(gè)中斷源可來(lái)自定時(shí)器 a / b，時(shí)基，2 個(gè)外部時(shí)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(yǔ)音數(shù)據(jù)；鎖相環(huán) pll 振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)；32768hz 實(shí)時(shí)時(shí)鐘；7 通道 10 位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)和單通道聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器；聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動(dòng)增益控制(agc)功能；具備串行設(shè)備接口；低電壓復(fù)位(lvr)功和低電壓監(jiān)測(cè)(lvd)功能；

7、內(nèi)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(yùn)動(dòng)控制采用語(yǔ)音控制和中斷定時(shí)控制相結(jié)合，通過語(yǔ)音觸發(fā)小車動(dòng)作，小車動(dòng)作之后， 隨時(shí)可以通過語(yǔ)音指令改變小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在每一次動(dòng)作觸發(fā)的同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器，如果小車由于 某些原因不能正常的接收語(yǔ)音指令，則只要定時(shí)時(shí)間一到，中斷服務(wù)程序就會(huì)發(fā)出指令讓小車停下 來(lái)。程序下載電纜被控對(duì)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(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件方面，由于大部分的功能實(shí)現(xiàn)都是在 61 板上完成的，只有電機(jī)控制部分電路另外設(shè) 計(jì)在一塊獨(dú)立的電路板上，我們稱之為控制板。

8、下面詳細(xì)的介紹小車的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理以及控制電 路板的結(jié)構(gòu)和功能實(shí)現(xiàn)。keymic方向控制橋路方向電機(jī)濾波spce061a驅(qū)動(dòng)控制橋路驅(qū)動(dòng)電機(jī)圖 2系統(tǒng)硬件框圖5.1 車體介紹語(yǔ)音控制小車為四輪結(jié)構(gòu)。其中前面兩個(gè)車輪由前輪電機(jī)控制，在連桿和支點(diǎn)作用下控制前輪左 右擺動(dòng)，來(lái)調(diào)節(jié)小車的前進(jìn)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(gè)車輪 由后輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)，為整個(gè)小車提供動(dòng)力。所以又稱前面的輪子為方向輪，后面的兩個(gè)輪子為驅(qū)動(dòng)輪。5.2 小車的行走原理.直走：由小車的結(jié)構(gòu)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(jī)正 轉(zhuǎn)小車就會(huì)前進(jìn)。倒車：倒車動(dòng)作和前進(jìn)動(dòng)作剛好相反，前

9、輪電機(jī)仍然保持中間狀態(tài)，后輪電機(jī)反轉(zhuǎn)，小車就會(huì)向后 運(yùn)動(dòng)。4圖 4小車前進(jìn)、后退示意圖左轉(zhuǎn)：前輪電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（規(guī)定為正轉(zhuǎn)），后輪電機(jī)正轉(zhuǎn)，這時(shí)小車就會(huì)在前后輪共 同作用下朝左側(cè)前進(jìn)。右轉(zhuǎn)：前輪電機(jī)反轉(zhuǎn)，后輪電機(jī)正轉(zhuǎn)，這時(shí)小車就是會(huì)在前后輪共同作用下朝右側(cè)前進(jìn)。圖 5小車轉(zhuǎn)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(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，控制板原理圖如下。接口電路：接口電路負(fù)責(zé)將 61 板的 i/o 接口信號(hào)傳送給控制電路板，i/o 信號(hào)主要為控制電機(jī) 需要的 iob8iob11 這四路信號(hào)，同時(shí)為了方便后續(xù)的開發(fā)和完善，預(yù)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(gè)小車有 4 個(gè)電源信號(hào)：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(yǔ)音控制小車中的應(yīng)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(shè)計(jì)6.1 系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)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(xùn)練部分、識(shí)別部分、重訓(xùn)操作。初始化部分：初始化操作將 iob8iob11 設(shè)置為輸出端

11、，用以控制電機(jī)。必要時(shí) 還要有對(duì)應(yīng)的輸入端設(shè)置和 pwm 端口設(shè)置等。訓(xùn)練部分：訓(xùn)練部分完成的工作就是建立語(yǔ)音模型。程序一開始判斷小車是否被訓(xùn) 練過，如果沒有訓(xùn)練過則要求對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練，并且會(huì)在訓(xùn)練成功之后將訓(xùn)練的模型存儲(chǔ) 到 flash，在以后使用時(shí)不需要重新訓(xùn)練；如果已經(jīng)訓(xùn)練過會(huì)把存儲(chǔ)在 flash 中的模型 調(diào)出來(lái)裝載到辨識(shí)器中。識(shí)別部分：在識(shí)別環(huán)節(jié)當(dāng)中，如果辨識(shí)結(jié)果是名字，停止當(dāng)前的動(dòng)作并進(jìn)入待命狀 態(tài)，然后等待動(dòng)作命令。如果辨識(shí)結(jié)果為動(dòng)作指令小車會(huì)語(yǔ)音告知相應(yīng)動(dòng)作并執(zhí)行該動(dòng) 作，在運(yùn)動(dòng)過程中可以通過呼叫小車 spce061a 在語(yǔ)音控制小車中的應(yīng)用的名字使小車 停下來(lái)。重訓(xùn)操作：考慮到

12、有重新訓(xùn)練的需求，設(shè)置了重新訓(xùn)練的按鍵（61 板的 key3），7循環(huán)掃描該按鍵，一旦檢測(cè)到此鍵按下，則將擦除訓(xùn)練標(biāo)志位（0xe000 單元），并等待 復(fù)位。復(fù)位后，程序重新執(zhí)行，當(dāng)檢測(cè)到訓(xùn)練標(biāo)志位為 0xffff 時(shí)會(huì)要求重新對(duì)其進(jìn)行訓(xùn) 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(shí)現(xiàn)小車的語(yǔ)音控制/ 涉及的庫(kù)： 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(jìn)/ 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(gè)名字吧#define s_act1 1 /前進(jìn)#define s_act2 2 /倒車，請(qǐng)注意#define s_act3 3 /左拐#define s_act4 4 /右拐#define s_rdy 5 /yeah#define s_again 6 /請(qǐng)?jiān)僬f一遍#define s_novoice 7 /沒有聽到任何聲音 #define s_cmddiff 8 /說什么暗語(yǔ)呀#define s_noisy 8 /說什么暗語(yǔ)呀#define s_start 9 /準(zhǔn)備就緒，開

18、始辨識(shí) #define s_gjg 10 /拐就拐#define s_dczy 11 /倒車，請(qǐng)注意extern unsigned int bsr_sdmodel100; / 外 部 變 量 bsr_sdmodel100，辨識(shí)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(yùn)行時(shí)間定時(shí)，調(diào)整該參數(shù)控 制運(yùn)行時(shí)間unsigned int uitimecon

19、t; /運(yùn)行時(shí)間計(jì)時(shí)/=/ 語(yǔ)法格式： void delay();/ 實(shí)現(xiàn)功能： 延時(shí)/ 參數(shù)： 無(wú)/ 返回值： 無(wú)/=int trainword(unsigned int wordid,unsigned int sndid)int result;playsnd(sndid,3);while(1)result = bsr_train(wordid,bsr_train_twice); / 訓(xùn)練兩次，獲得訓(xùn)練9結(jié)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(cè)出聲音/需要訓(xùn)練第二次/環(huán)境太吵/數(shù)據(jù)庫(kù)滿/檢測(cè)出聲音不同/序號(hào)錯(cuò)誤/train 標(biāo)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(chǔ)器 ram/讀存儲(chǔ)單元 0xe000/沒有經(jīng)過訓(xùn)練（0xe000 內(nèi)容為 0xffff） /訓(xùn)練/存儲(chǔ)訓(xùn)練結(jié)果（語(yǔ)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