基于SPCE061A的智能小車機器人的設計-設計應用

精品文檔-下載后可編輯基于SPCE061A的智能小車機器人的設計-設計應用摘要：介紹了一種基于SPCE061A的智能音控小車機器人的設計過程，給出了智能小車的硬件構(gòu)成。從軟件設計的角度闡述了小車使用語音辨識和中斷技術(shù)的智能控制算法，并詳細說明了語音辨識技術(shù)在智能小車上的實現(xiàn)過程。實驗表明智能小車運作良好。

0引言

隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車無需人工操縱已經(jīng)成為國內(nèi)外一個比較熱門的話題，許多人都希望這個愿望早日實現(xiàn)，使自己在更輕松、自由、安全的過程中完成行程。

實現(xiàn)汽車智能化的技術(shù)非常多，本文利用目前比較熱門的技術(shù)語音控制技術(shù)，實現(xiàn)小車自動前進、后退、左拐、右拐等，當然所設計的小車只是智能汽車的微模型，還處于模擬演示階段，要真正實現(xiàn)智能汽車為人服務還有很長一段距離。

1智能車的控制器

SPCE061A是一款16位獨具語音特色的控制器，片內(nèi)采用的nSPTM（microcontrollerandsignalprocessor）處理器，具有較高的處理速度，能夠完成16位算術(shù)邏輯運算、16×16位硬件乘法運算和DSP內(nèi)積濾波運算，能夠快速處理復雜的數(shù)字信號，不需要額外的專用語音控制芯片，就能實現(xiàn)語音的編解碼等，既節(jié)省了設計成本，又能滿足一定的控制要求?？刂破鞑捎媚K化架構(gòu)，集成了ICE（在線仿真）、鎖相環(huán)振蕩器、時基控制器、7通道10位AD轉(zhuǎn)換器、單通道AD+AGC（自動增益）轉(zhuǎn)換器、雙通道10位DA轉(zhuǎn)換器、通用異步通信接口、串行輸入輸出接口、電壓監(jiān)控等模塊，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1SPCE061A控制器的結(jié)構(gòu)圖

2智能小車的總體設計

智能小車整體主要由語音輸入電路、語音輸出電路、SPCE061A控制器、驅(qū)動電路等組成。小車的SPCE061控制器通過內(nèi)置麥克放大器和自動增益功能的A/D通道、D/A通道實現(xiàn)語音控制，語音觸發(fā)小車動作，小車動作后，隨時可以通過語音指令改變小車的運動狀態(tài)，如果行進過程中遇到前方有障礙，小車會自動停車。

3智能小車的硬件設計

1）語音輸入電路。

小車的語音輸入電路如圖2所示。其中，VMIC提供傳聲器的電源，VSS是系統(tǒng)的模擬地，VCM為參考電壓，1腳和2腳分別是傳聲器X1的正極、負極的輸入引腳。當對著傳聲器講話時，1腳和2腳將隨著傳聲器輸入的聲音產(chǎn)生變化的波形，并在SPCE061A的兩個端口處形成兩路反相的波形，送到SPCE061A控制器內(nèi)部的運算放大器進行音頻放大，經(jīng)過放大的音頻信號，通過ADC轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，保存到相應的寄存器中,然后對這些數(shù)字音頻信號進行壓縮、辨識、播放等處理。

圖2語音輸入電路

2）語音輸出電路。

小車的語音輸入電路如圖3所示。其中，VDDH為參考電壓，VSS是系統(tǒng)的模擬地。音頻信號由SPCE061A的DAC引腳輸出送到電路的9端，通過音量電位器R9的調(diào)節(jié)端送到集成音頻功率放大器SPY0030,經(jīng)音頻放大后，音頻信號從SPY0030輸出經(jīng)J2端口外接揚聲器播放聲音。

圖3語音輸出電路

3）光電檢測電路。

小車的光電檢測電路采用E18-D80NK型號的光電傳感器，它集發(fā)射和接受于一體，紅外發(fā)射管向某一方向發(fā)射紅外線，遇到障礙物后紅外線被反射由接收管接受，從而判斷出小車的前方是否有障礙物，對障礙物的感應距離可以根據(jù)要求通過傳感器上的微調(diào)旋鈕進行調(diào)節(jié)。傳感器前端增加了透鏡，利用聚焦作用遠距離探測物體。傳感器內(nèi)部集成了放大、比較、調(diào)制電路，使傳感器受可見光的影響較小，光電檢測電路的連接圖如圖4所示。

圖4光電檢測電路

4）驅(qū)動電路。

小車的驅(qū)動電路是一個全橋驅(qū)動電路（圖5），Q1,Q2,Q3,Q4四個三極管組成4個橋臂，Q5控制Q2和Q3的導通和關(guān)斷，Q6控制Q1和Q4的導通和關(guān)斷，驅(qū)動電路分別用于后輪動力驅(qū)動電路和前輪方向驅(qū)動電路。當1管腳為高電平，2管腳為低電平時時Q1和Q4導通，Q2和Q3截止，電動機帶動車輪運轉(zhuǎn)；當1管腳為低電平，2管腳為高電平時時Q1和Q4截止，Q2和Q3導通，電動機帶動車輪反向運轉(zhuǎn)。

圖5驅(qū)動電路。

將語音輸入電路的1,2端口分別連接到SPCE061A控制器的MICP,NICN管腳上；將語音輸出電路的9端口連接SPCE061A的DAC1管腳；后輪動力驅(qū)動電路的1,2端連接到SPCE061A的IOB8,IOB9管腳，前輪方向驅(qū)動電路的1,2端連接到SPCE061A的IOB10,IOB11管腳；光電檢測電路的OUT端連接SPCE061A的IOB12管腳，智能小車的整體連接如圖6所示。

圖6智能小車整體連接圖。

4智能小車的軟件設計

智能小車的軟件系統(tǒng)主要采用語音辨識技術(shù)控制小車的自動行駛，從而實現(xiàn)了無需手工操縱，就能人車的互動，智能控制算法如圖7所示。軟件的設計采用C語言編寫，這樣可以使程序代碼簡介易讀，另外程序的設計還使用了SCPE061A的定時中斷技術(shù)，當光電檢測電路檢測到前方有障礙或有停車指令觸發(fā)時，SCPE061A立即作中斷處理使小車停車。

圖7智能算法框圖。

智能小車的軟件設計就在于語音辨識，語音辨識主要分為訓練和辨識（圖8）.在訓練階段，SCPE061A控制器首先對說話人的語音進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換、預加重、自動增益控制等處理，實現(xiàn)語音數(shù)字信號的數(shù)字化，然后對處理后的語音信號進行特征提取，建立語音特征模型，訓練過程主要靠語音函數(shù)庫bsrv222SDL.lib中的BSR_Train（）函數(shù)來完成。在辨識階段SCPE061A控制器對采集到的語音進行同樣的分析處理，提取出語音的特征信息，然后將這個特征信息與已有的特征模型進行對比，如果兩者達到一定的匹配度，則輸入的語音被識別，辨識過程主要靠語音函數(shù)庫bsrv222SDL.lib中的BSR_InitRecognizer（）、BSR_EnableCPUIncator（）、BSR_GetResult（）、BSR_StopRecognizer（）函數(shù)來完成。

圖8語音辨識程序流程圖

5結(jié)語

實驗中智能小車的正確識別率在90%以上，實驗過程中發(fā)現(xiàn)，影響小車正常辨識的因素主要包括周圍環(huán)境的噪聲、人與小車的距離等，這些需要在今后改進。這種語音控制的智能小車機器人將來不僅可以為人服務，稍加擴展，還可以在多種不適合人作業(yè)的