語音控制的智能小車制造設(shè)計(jì)

語音控制智能小車設(shè)計(jì)摘要：介紹了語音遙控電動(dòng)小車機(jī)械結(jié)構(gòu)及控制部分。在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，對(duì)一般玩具小車做了改善，使小車轉(zhuǎn)向愈加靈活，而且在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)任意角度墨跡和任意速度移動(dòng)；而在控制系統(tǒng)部分，則采取語音控制方法，使小車能夠“聽懂”人命令，娛樂性和互動(dòng)性更強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：語音識(shí)別

智能小車

無線遙控依據(jù)美國玩具協(xié)會(huì)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，多年來全球玩具銷量增幅和全球平均GDP增幅大致相當(dāng)。而全球玩具市場內(nèi)在結(jié)構(gòu)比重卻發(fā)生了重大改變：傳統(tǒng)玩具市場比重下在逐步縮水，高科技含量電子玩具則蒸蒸日上。美國玩具市場高科技電子玩具年銷售額較增加52%，而傳統(tǒng)玩具年銷售額僅增加3%。英國玩具零售商協(xié)會(huì)選出圣誕最受歡迎十大玩具中，在七款玩具配有電子元件。從這些數(shù)字能夠看出，高科技含量電子互動(dòng)式玩具已經(jīng)成為玩具行業(yè)發(fā)展主流。本文設(shè)計(jì)一個(gè)含有語音識(shí)別功效智能遙控小車。該小車傳統(tǒng)手動(dòng)遙控小車機(jī)械部分做了改善，使之能夠?qū)崿F(xiàn)任意角度轉(zhuǎn)向和以任意

速度前進(jìn)，而不象通常小車那樣只能以固定角度轉(zhuǎn)向和以固定速度前進(jìn)，所以愈加靠近真實(shí)車輛。本文還在小車控制系統(tǒng)中采取語音識(shí)別系統(tǒng)，使控制者能夠用語音對(duì)小車進(jìn)行控制，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)動(dòng)作，而且小車和控制者還含有一定交互功效。1智能小車總體結(jié)構(gòu)框圖智能小車關(guān)鍵由轉(zhuǎn)向機(jī)械、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向控制模塊、驅(qū)動(dòng)控制模塊、遙控模塊和語音控制模塊六大部分組成，圖1所表示。2機(jī)械本體結(jié)構(gòu)及工作原理小車為輪式結(jié)構(gòu)，圖2所表示。機(jī)械部分分為轉(zhuǎn)向機(jī)械（圖中橢圓內(nèi)部分）和驅(qū)動(dòng)機(jī)械（圖中橢圓外部分）。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)關(guān)鍵由轉(zhuǎn)向電機(jī)、轉(zhuǎn)向架和兩個(gè)前輪組成。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采取玩具小車常見雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案包含兩個(gè)減速電機(jī)和兩個(gè)后輪。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)工作原理為：轉(zhuǎn)向時(shí)由控制者向小車發(fā)出轉(zhuǎn)向信號(hào)，轉(zhuǎn)向電機(jī)依據(jù)轉(zhuǎn)向信號(hào)正向或反向旋轉(zhuǎn)一定角度，電機(jī)經(jīng)過齒輪、齒條系統(tǒng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向架擺動(dòng)一定角度，最終帶動(dòng)和轉(zhuǎn)向架固定在一起前輪偏擺一定角度。小車在轉(zhuǎn)向時(shí)因?yàn)閮?nèi)、外側(cè)車輪轉(zhuǎn)變半徑不一樣，所以內(nèi)外側(cè)車輪轉(zhuǎn)速也不相同。前輪為從動(dòng)輪，會(huì)依據(jù)轉(zhuǎn)變角度大小自動(dòng)調(diào)整內(nèi)、外側(cè)車輪轉(zhuǎn)速；以后輪為主動(dòng)輪，其轉(zhuǎn)速分別由兩個(gè)電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，不會(huì)依據(jù)轉(zhuǎn)變半徑自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)速。所以小車轉(zhuǎn)變時(shí)，控制系統(tǒng)在控制轉(zhuǎn)向電機(jī)同時(shí)還需要依據(jù)轉(zhuǎn)向角度大小向兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，調(diào)整兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速使之產(chǎn)生特定轉(zhuǎn)速比，從而使轉(zhuǎn)彎順利進(jìn)行。在這里，轉(zhuǎn)彎角度、轉(zhuǎn)速經(jīng)和小車尺寸及轉(zhuǎn)變半徑相關(guān)。3控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)包含兩大部分，一部分在遙控器內(nèi)，用于識(shí)別控制者命令并將響應(yīng)控制信號(hào)發(fā)送出去；部分在小車上，用于接收遙控器發(fā)出控制信號(hào)，并依據(jù)控制信號(hào)控制轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使小車實(shí)現(xiàn)預(yù)期動(dòng)作。3．1遙控器遙控器關(guān)鍵由語音識(shí)別模塊和無線發(fā)送模塊（編碼芯片、射頻發(fā)送模塊）組成，圖3所表示。遙控器工作原理為：控制者經(jīng)過麥克風(fēng)發(fā)出控制命令，該命令經(jīng)過語音識(shí)別模塊識(shí)別后，依據(jù)控制信號(hào)類型產(chǎn)生一個(gè)8位控制碼，語音識(shí)別模塊經(jīng)過其P1端口將控制碼輸出至無線發(fā)送模塊，然后語音識(shí)別模塊發(fā)出控制信號(hào)，控制無線發(fā)送模塊將該控制碼以無線電波形式發(fā)送出去，車載控制部分接收到后便控制小車產(chǎn)生預(yù)期動(dòng)作。3．1．1語音控制模塊

3．2車載控制部分

3．2．2車載處理器

3．2．3電機(jī)控制模塊

該小車各部分采取模塊化設(shè)計(jì)，各個(gè)模塊之間獨(dú)立性強(qiáng)。控制部分采取可編程微處理哭器，能夠在不增加系統(tǒng)硬件情況下方便地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)。本文對(duì)一輛小車進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，語音識(shí)別系統(tǒng)在低噪聲環(huán)境中識(shí)別率很高，在噪聲水平較高場所，識(shí)別率有所下降。小車反應(yīng)靈敏。語音控制模塊關(guān)鍵由Sensory企業(yè)集成語音識(shí)別芯片RSC-364組成。該芯片是專門為語音控制家電產(chǎn)品而設(shè)計(jì)，外圍輔助器件少，采取經(jīng)典應(yīng)用電路時(shí)只需要一個(gè)麥克風(fēng)、一個(gè)晶體振蕩器、一個(gè)小場聲器和多個(gè)電阻、電容即可。該芯片內(nèi)部集成了語音識(shí)別、語音合成、語音身份識(shí)別、錄音回放功效。芯片內(nèi)部采取是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)語音識(shí)別算法，和說話者無關(guān)語音識(shí)別正確率能夠達(dá)成97%，和說話者相關(guān)語音識(shí)別正確率能夠達(dá)成99%。該芯片功效框圖圖4所表示。該芯片內(nèi)部集成了一個(gè)八位可編程微處理器，對(duì)外有16個(gè)可編程控制I/O口，16位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線及對(duì)應(yīng)控制信號(hào)，可方便擴(kuò)展外部ROM和和外部器件通訊。本文中對(duì)RSC-364資源使用情況為：其P1口用于傳輸和控制命令對(duì)應(yīng)控制碼，P0.7口用于開啟無線發(fā)送模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。3．1．2無線發(fā)送模塊為了提升無線收發(fā)可靠性，本文采取集成射頻發(fā)送模塊F05C和編程芯片PT2262組成無線編碼發(fā)送模塊。PT2262外圍電路簡單，只需外接一個(gè)電阻調(diào)整載波頻率。PT2262電源電壓范圍廣，4～15V均能正常工作。PT2262能夠?qū)?2位二進(jìn)制信號(hào)進(jìn)行編碼輸出，足以滿足本文要求。PT2262控制也極為簡單，在PT2262TE端為0時(shí)，PT2262自動(dòng)將地址引腳和數(shù)據(jù)引腳A0～A11數(shù)據(jù)編譯成適合RF電路發(fā)射串行編碼波形，然后經(jīng)過DOUT端口串行輸出。應(yīng)用時(shí)只需將PT2262DOUT端口連接到RF電路數(shù)據(jù)輸入端即可將數(shù)據(jù)經(jīng)過無線電波發(fā)送出去。本文中RF電路選擇集成射頻發(fā)送模塊F05C。F05C采取聲表諧振器穩(wěn)頻，SMT樹脂封裝，頻率一致性很好，免調(diào)度。F05C含有較寬工作電壓范圍及低功耗特征，當(dāng)發(fā)射電壓為3V時(shí)，發(fā)射電流約為2mA，發(fā)射功率較?。?2V為最好工作電壓，含有很好發(fā)射效果，發(fā)射電流約為5～8mA；當(dāng)發(fā)射電壓大于12V時(shí)直流功耗增大，有效發(fā)射功率不再顯著提升。F05系列采取AM方法調(diào)制以降低功耗。因?yàn)楸疚臒o線發(fā)送命令種類較少，所以不需要全部使用PT226212個(gè)數(shù)據(jù)引腳，鑒于RSC-363內(nèi)核和AT89C51均為八位機(jī)，為了數(shù)據(jù)傳輸方法，只使用PT2262低八位數(shù)據(jù)引腳傳輸數(shù)據(jù)，其它四個(gè)數(shù)據(jù)引腳直接接地，其上數(shù)據(jù)沒有意義。車載控制部分關(guān)鍵由無線接收模塊（射頻接收模塊、解碼芯片）、車載處理器和電機(jī)控制模塊（圖中略）組成，圖5所表示。其功效就是接收遙控器發(fā)出無線電信號(hào)產(chǎn)解碼，送入車載處理器，經(jīng)過計(jì)算產(chǎn)生對(duì)應(yīng)控制信號(hào)，控制三個(gè)電壓工作，使小車產(chǎn)生預(yù)期動(dòng)作。3．2．1無線接收模塊無線接收模塊由射頻接收模塊J05C和解碼芯片PT2272組成。J05C是F05C配對(duì)功效模塊。J05C采取超外差電路結(jié)構(gòu)和溫度賠償電路，含有較高接收靈敏度及穩(wěn)定性，芯片內(nèi)含低噪聲射頻放大器、混頻器、當(dāng)?shù)卣袷幤?、中頻放大器、濾波器及限幅比較器，輸出為數(shù)據(jù)電平信號(hào)。其功效是自動(dòng)接收無線電波并對(duì)電波進(jìn)行處理，輸出適合解碼芯片解碼或單片機(jī)解碼波形。PT2272是PT2262配對(duì)芯片，其外圍電氣特征和PT262相同。工作時(shí)，PT2272自動(dòng)對(duì)從DIN端口輸入編碼波形進(jìn)行解碼，解碼成功則將地址和數(shù)據(jù)輸出到對(duì)應(yīng)地址引腳和數(shù)據(jù)引腳，同時(shí)將EN端口置為高電平，數(shù)據(jù)在各個(gè)引腳上排列次序和PT2262完全楨。和無線發(fā)送模塊相對(duì)應(yīng)，這里也只使用其低八位數(shù)據(jù)引腳傳輸八位有效數(shù)據(jù)。

車載處理器采取常見MCS-51系列單片機(jī)AT89C51。AT89C51是8位單片機(jī)，其片內(nèi)集成有4K程序存放器，能夠滿足通常應(yīng)用。單片機(jī)有8位外部數(shù)據(jù)部遲疑不決和16位外部尋址地址線，支持外擴(kuò)程序存放器和數(shù)據(jù)存放器。片內(nèi)集成兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，兩個(gè)外部中止口，32位雙向I/O口。在本文應(yīng)用中，單片機(jī)采取中止工作方法。P2口和無線接收模塊解碼芯片數(shù)據(jù)端口低8位相連，用于接收解碼數(shù)據(jù)。解碼芯片EN端口和單片機(jī)外部中止口INT0相連，解碼芯片解碼成功時(shí)會(huì)自動(dòng)經(jīng)過EN端口向單片機(jī)申請(qǐng)中止，單片機(jī)進(jìn)入中止處理程序，接收解碼后數(shù)據(jù)。因?yàn)镋N端口是高電平有效，而INT0是低電平有效，所以EN需要經(jīng)過一個(gè)反向器和INT0連接。單片機(jī)P1口用來輸出PWM波，控制轉(zhuǎn)向電機(jī)和兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。每個(gè)電機(jī)需要兩個(gè)端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，分別用于電機(jī)正反向選擇。P1口每位具體定義為：P1.0和P1.1用來控制轉(zhuǎn)向電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)；P1.2和P1.3用來控制左后輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)；P1.4和P1.5用來控制右后輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。

圖5電機(jī)驅(qū)動(dòng)采取雙向PWM脈寬調(diào)制方法控制。采取這種控制方法能夠方便地實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速改變。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖6所表示。其工組原理為當(dāng)P1.0端口為高電平、P1.1端口為低電平時(shí)，三極管Q5導(dǎo)通，Q5導(dǎo)通又造成Q3和Q2導(dǎo)通，則電流從電源經(jīng)過Q2、直流電機(jī)和Q3組成回路；當(dāng)P1.0端口為低電平、P1.1端口為高電平時(shí)，三極管Q6導(dǎo)通，Q6導(dǎo)通又造成Q4和Q1導(dǎo)通，則電流從電源經(jīng)過Q1、直流電機(jī)和Q4和Q1導(dǎo)通，則電流從電源經(jīng)過Q1、直流電機(jī)和Q4組成回路，且電流方向和前面相反，即電機(jī)轉(zhuǎn)向發(fā)生改變。經(jīng)過控制P1.0口和P1.1口電平高低和高電平導(dǎo)通時(shí)間，就能夠控制電機(jī)正、反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速。4試驗(yàn)結(jié)