語音控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖" height:="" src="http://files.chinaaet.com/images/20110905/7719471a-83ce-4f0e-82e6-6dc9e488e318.jpg" />
圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖
方案論證
主控模塊和語音處理模塊的選擇
較MCS-51系列單片機而言,, SPCE061A單片機內(nèi)部集成有32KB的ROM、2KB的SRAM,,更能滿足軟件對空間的要求,,且不需要擴展相關(guān)存儲器。另外,,該類單片機完全支持C語言,,軟件編寫比較方便,語音處理模塊采用凌陽的語音壓縮算法,,也用軟件來實現(xiàn),。該單片機內(nèi)部集成有A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能,,方便實現(xiàn)語音錄放功能,。
電機模塊的選擇
電機模塊選擇直流電機。與步進電機相比較而言,直流電機具有轉(zhuǎn)速快,、控制方便等特點,,更能夠滿足小車較高速行駛情況的要求,如圖2所示,。
圖2 電機控制模塊原理圖
測路程方案的選擇
本文利用紅外對管來實現(xiàn)對小車的路程測量,。在小車的車輪轉(zhuǎn)軸上安裝一個不透光轉(zhuǎn)盤,在轉(zhuǎn)盤邊緣均勻地打N個孔,,當紅外發(fā)射管發(fā)射的紅外光經(jīng)小孔照射到接收管時,,接收管的反向端電平將發(fā)生變化,單片機通過檢測這種電平的變化便可以自行計算出小車的運行路程,。紅外對管還具有體積較小,、安裝較霍爾傳感器更方便、成本低等特點,。
系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
語音控制小車的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要由兩部分組成:一部分是SPCE061A精簡開發(fā)板,,另外一部分是電機控制板。SPCE061A精簡開發(fā)板為系統(tǒng)主控模塊,,電機控制板則驅(qū)動小車的前后兩個電機按系統(tǒng)的要求工作,。
小車控制板主要包括接口模塊、電機控制模塊,、預留傳感器接口以及電源模塊等幾部分,。其中,電源模塊采用集成穩(wěn)壓芯片 L7805,,在輸出端(控制板的JP11)并接了一個470μF的去耦電容和一個 0.1μF的濾波電容,,增強了系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性和抗干擾性能。
電機控制模塊是整個控制板的核心部分,,其根據(jù)61板的具體輸出信號啟動或停止相應的電機,,并調(diào)整電機的正反轉(zhuǎn)方向,實現(xiàn)小車的前進,、倒退等功能,。后電機的控制電路包括方向控制和速度控制兩個單元,前電機的控制電路則只有方向控制單元,??刂茊卧撠熜≤囯姍C的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止三態(tài)控制,。速度控制單元是擴展單元,,以適應不同的場合需求。
紅外對管測小車運行路程部分的原理圖如圖3所示,。
圖3 紅外對管電路原理圖
紅外發(fā)光管D2和接收管U4安裝在同一水平線上,,發(fā)射管D2一直處于發(fā)射工作狀態(tài),。當D2和U4間沒有被擋住,即D2發(fā)射的紅外線照射在U4上時,,U4的2腳和3腳導通,,同時2腳和1腳也導通,此時晶體管Q1的基極電壓為Ub=VDD×R12/(R12R10),,Q1導通,,SPEED端近似于接地,呈低電平狀態(tài),。當D2和U4間被擋住時,,即D2發(fā)射的紅外線不能照射在U4上時,U4的2腳和3腳截止,,同時2腳和1腳也截止,,此時Q1的基極經(jīng)電阻R12和R10接地,即基極電壓為0V,,此時Q1截止,,SPEED端經(jīng)電阻R11接到VDD,呈高電平狀態(tài),。單片機通過檢測這種高低電平的變化來實現(xiàn)小車的路程測量,。
軟件部分
主程序流程
小車的主程序流程圖如圖4所示,主要分為四部分:初始化部分,、訓練部分,、識別部分和重訓操作。
圖4 主程序流程圖
初始化部分的初始化操作會將SPCE061A單片機上的IOB13~IOB10設(shè)置為輸出端,,用以控制電機。將其IOA的低8位IOA0~IOA7設(shè)置為下拉的輸入端,,用來連接按鍵,。
訓練部分完成的工作是建立語音模型。程序一開始會判斷小車是否被訓練過,,如果沒有訓練過,,系統(tǒng)會要求對其進行訓練,并且會在訓練成功之后將訓練的模型存儲到Flash中;如果已經(jīng)訓練過則會把存儲在Flash中的模型調(diào)出,,裝載到辨識器中,。
在識別環(huán)節(jié)當中,如果辨識結(jié)果是名字,,直接置待命標志,,然后等待動作命令。只有檢測到待命標志,,小車才會根據(jù)相應的辨識結(jié)果執(zhí)行動作,。如果沒有待命標志,,即使識別到動作命令也不會執(zhí)行動作。小車在執(zhí)行完對應的命令之后清除待命標志,,結(jié)束待命狀態(tài),。
考慮到有重新訓練的需求,這里設(shè)置了重新訓練的按鍵,。程序運行時循環(huán)掃描該按鍵,,什么時間檢測到此鍵按下,則將擦除語音模型存儲區(qū)首單元(0xe000)所在的頁,,等待復位到來,。復位后,程序重新從頭開始執(zhí)行,,當檢測到語音模型存儲區(qū)首地址為0xffff(擦除后的值)時,,系統(tǒng)會要求重新對其進行訓練。
FIQ中斷服務程序
FIQ中斷服務程序用來調(diào)用語音辨識子程序,,并對a2000格式的語音進行解碼播放,。
調(diào)試及性能分析
系統(tǒng)的調(diào)試以程序為主。硬件調(diào)試時,,首先檢查電路的焊接是否正確,,然后用萬用表測試或通電檢測。軟件調(diào)試則需要分別進行主程序,、FIQ中斷服務程序,、顯示子程序等的編程及調(diào)試。本程序采用單片機匯編語言編寫,,用KEIL uVision2編譯器編程調(diào)試,。軟件調(diào)試直到語音能夠控制小車的行駛狀態(tài),并顯示出小車的行駛距離等功能為止,。
結(jié)語
本文設(shè)計的語音控制系統(tǒng)主要采用16位單片機SPCE061A來實現(xiàn),。軟件編程則是采用C語言和匯編語言的混合編程來實現(xiàn)的,集兩種語言的優(yōu)點于一體,,實現(xiàn)對硬件的實時控制,。通過實驗驗證,該語音控制系統(tǒng)主要可實現(xiàn)以下功能:
(1)可以通過語音命令來控制小車的行駛狀態(tài),,實現(xiàn)前進,、后退、左轉(zhuǎn),、右轉(zhuǎn)等功能;
(2)顯示小車的運行時間以及運行路程;
(3)可以擴展控制板的調(diào)速環(huán)節(jié),,利用系統(tǒng)的PWM資源,實現(xiàn)小車的PWM調(diào)速;
(4)預留多路開關(guān)型傳感器接口,,可以自行安裝各類傳感器,,配合程序?qū)崿F(xiàn)小車的循跡,、避障等功能。