用单片机实现语音控制机器人

1、 .14/14用单片机实现语音控制机器人制作人：磊 pb02023035 卢恒 pb02006088题目：用凌阳单片机实现语音识别功能并传递给PIC单片机信号，由PIC单片机控制机器人实现动作关键字：PIC单片机，凌阳单片机，语音控制单片机在现今生活中占有越来越重要的地位，用语音控制单片机实现控制更具有广泛的应用价值。用语音控制舞蹈机器人做一些动作是我们这次实现的功能，虽然这在语音控制方面仍处于起步阶段，但他体现了语音控制的原理和基本实现，也为更高级的运用打下了基础。原理：语音识别原理语音识别电路基本结构如上图所示：语音识别分为特定发音人识别（Speaker Dependent）和非特定发音人

2、识别（Speaker Independent）两种方式。特定发音人识别是指语音样板由单个人训练，对训练人的语音命令识别准确率较高，而其他人的语音命令识别准确率较低或不识别。非特定发音人识别：是指语音样板由不同年龄、不同性别、不同口音的人进行训练，可以识别一群人的命令。语音样板的提取非常重要。我们将标准模式的存储空间称之为“词库”，而把标准模式称之为“词条”或“样板”。所谓建立词库，就是将待识别的命令进行频谱分析，提取特征参数作为识别的标准模式。识别过程首先要滤除输入语音信号的噪音和进行预加重处理，提升高频分量，然后用线性预测系数等方法进行频谱分析，找出语音的特征参数作为未知模式，接着与预先存储

3、的标准模式进行比较，当输入的未知模式与标准模式的特征相一致时，便被机器识别，产生识别结果输出。如果输入的语音与标准模式的特征完全一致固然好，但是语音含有不确定因素，完全一致的条件往往不存在，事实上没有人能以绝对一样的语调把一个词说两遍，因此，预先制定好计算输入语音的特征模式与各特征模式的类似程度，或距离度的算法规则固化在ROM中，把该距离最小，即最类似的模式作为识别相应语音的手段。当然，影响识别率的因素还有一些，如连续发音（如英语）与断续发音（如汉语）的不同（二者区别在于单词间隔有200ms以上的空隙时间）。本程序采用特定人识别方式，将训练的标准样板存于部RAM中（掉电丢失），每次上电复位后都

4、要进行训练，硬件电路硬件电路比较简单，MIC选用驻极体电容话筒，这种话筒具有灵敏度高、无方向性、重量轻、体积小、频率响应宽、保真度好等优点，驻极体话筒的偏压由SPCE061A的VMIC管脚提供。其硬件电路如下图所示。SPCE061A的A/D转换器有8个通道，其中有1个通道是MIC-IN输入，它专门用于对语音信号进行采样。语音信号经MIC转换成电信号，由隔直电容隔掉直流成分，然后输入至SPCE061A部前置放大器。SPCE061A部自动增益控制电路AGC能随时跟踪、监视前置放大器输出的音频信号电平，当输入信号增大时，AGC电路自动减小放大器的增益；当输入信号减小时，AGC电路自动增大放大器的增益

5、，可使进入A/D的信号保持在最佳电平，又可使削波减至最小，A/D转换器对输入的音频信号进行8kHz采样，并按照凌阳音频编码格式进行编码，每秒将占用16kBits的存储器空间。2.机器人的控制。我们控制的机器人是“小强”，他总共有三个电机需要控制。行走由一个直流电机控制，手部有两个步进电机控制。对每一个电机规定固定的端口，由PIC控制电机驱动电路H桥的使能端从而实现各种动作的控制。在这里，PIC单片机时刻监视凌阳单片机的信号位，不同的电平组合进行不同的动作，实现语音控制。程序设计语音识别程序。程序包括三部分：训练样本、识别和语音提示。由于语音样本是存在部RAM中，掉电将丢失，所以在每次上电复位时

6、都必须重新训练，训练过程主要是靠调用库函数 BSR_Train 来完成，为了防止误命令，每条语音命令训练2遍，只有2次命令一样时才成功，BSR_Train函数有8种可能的返回值：0训练成功；-1没有检测到命令；-2需要再训练一次，每条命令训练2次，第一次训练成功则返回-2；-3环境太吵；-4存储器满；-5两次命令不一样；-6命令序号超出围；-7命令已存在；训练成功则训练下一条，否则继续训练。语音识别程序包括识别程序和中断服务程序。识别程序完成选取词库、初始化A/D和定时器TimerA、识别运算与识别结果处理，整个流程图如图。中断服务程序定时读取A/D转换结果，并存入缓冲区，A/D的输入为MIC

7、通道的语音信号。语音识别和放音分时复用TimerA FIQ 中断，由标志位判断是语音识别处理还是放音处理。中断服务程序的流程图如图所示。识别程序如下：/=/ 工程名称： Guard_SD.spj/ 功能描述: 语音识别DEMO程 /每次上电复位后请训练3条命令，第一条为触发命令/后两条为控制命令，/ 涉与的库：CMacro.lib/ 组成文件:main.c/ FIQ.asm/hardware.asm/InitIO.asm/ hardware.inc/hardware.h /=#include bsrsd.h#define NAME_ID 0 x100#define COMMAND_ONE_ID

8、 0 x101#define COMMAND_TWO_ID 0 x102#define RSP_INTRO0 /0. I am your body guard.#define RSP_NAME1 /1. Please give me your name.#define RSP_FIRE2 /2. Say Fire.#define RSP_GUARD3 /3. Say Guard.#define RSP_AGAIN4 /4. Say again.#define RSP_NOVOICE5 /5. No voice detected.#define RSP_NAMEDIFF6 /6. Two giv

9、en names are different.#define RSP_HERE7 /10. Im here#define RSP_STANDBY8 /8. Iam standing by.#define RSP_GUNSHOT9 /11. Gun sound.#define RSP_READY10 /13. Im ready!int gActivated = 0;/global variables/1触发命令识别成功/0无触发命令/* 播放提示语音 */input：播放序号/output：NO/*/void PlayRespond(int Result)BSR_StopRecognizer()

10、; /关闭识别器SACM_A2000_Initial(1); /初始化播放器SACM_A2000_Play(Result, 3, 3); /播放提示语音while(SACM_A2000_Status()&0 x0001) != 0)SACM_A2000_ServiceLoop();SACM_A2000_Stop(); /停止播放BSR_InitRecognizer(BSR_MIC); /初始化识别器/BSR_EnableCPUIndicator(); /* 训练命令函数 */input：命令序号、提示语序号/output：0训练成功 -1训练失败/*/int TrainWord(int Wor

11、dID, int RespondID)int res;PlayRespond(RespondID);while(1)res = BSR_Train(WordID,BSR_TRAIN_TWICE);if(res = 0) /训练成功break;switch(res)case -1: /没有检测到命令PlayRespond(RSP_NOVOICE);return -1;case -2: /需要再训练一次PlayRespond(RSP_AGAIN);break;case -3: /环境太吵return -1;case -4: /存储器满 return -1;case -5: /两次命令不一样Play

12、Respond(RSP_NAMEDIFF);return -1;case -6: /命令序号超出围return -1;case -7: /命令已存在return -1;return 0;/* 主程序 */*/int main()int res, timeCnt=0;InitIO();BSR_DeleteSDGroup(0);/初始化存储器，选用SPCE061A部RAM存储语音样本 PlayRespond(RSP_INTRO);while(TrainWord(NAME_ID,1) != 0) ; /训练用户名while(TrainWord(COMMAND_ONE_ID,2) != 0) ; /训

13、练第一条命令while(TrainWord(COMMAND_TWO_ID,3) != 0) ; /训练第二条命令BSR_InitRecognizer(BSR_MIC);/初始化识别器 /BSR_EnableCPUIndicator(); PlayRespond(RSP_STANDBY);/播放提示语?Im standing by.while(1)res = BSR_GetResult(); /进行识别，获取识别结果if(res 0)/识别成功if(gActivated) /如果已经触发timeCnt = 0;switch(res)case NAME_ID: /用户名PlayRespond(RS

14、P_HERE);break;case COMMAND_ONE_ID: /第一条命令PlayRespond(RSP_GUNSHOT);gActivated = 0;break;case COMMAND_TWO_ID: /第二条命令PlayRespond(RSP_READY);gActivated = 0;else /没有触发if(res = NAME_ID)PlayRespond(RSP_HERE);gActivated = 1;timeCnt = 0;else if (gActivated)if (+timeCnt 450)/如果已经触发，但没有命令识别出来PlayRespond(RSP_NO

15、VOICE); gActivated = 0;timeCnt = 0;中断服务程序如下：/=/文件名称:FIQ.asm/功能描述:中断放音/=.PUBLIC _FIQ/EXTERNAL _BSR_FIQ_Routine.EXTERNAL _gIsStopRecog /This variable = 0 if recognizer is busy, / = 1 if recognizer is stopped, / = 2 if recognizer is paused.PUBLIC _BREAK,_IRQ0, _IRQ1, _IRQ2, _IRQ3, _IRQ4, _IRQ5, _IRQ6,

16、_IRQ7/INCLUDE A2000.inc;.INCLUDE hardware.inc.DEFINEP_WatchDog_Clear0 x7012.TEXT_FIQ: PUSH R1,R4 TO SP /寄存器入栈R1 = P_INT_Ctrl /读中断标志位R1 &= 0 x2000 JZ FIQ_ret /不是TimerA FIQ中断R1 = _gIsStopRecog JNZ TimerA_is_S480TimerA_is_Recognize: /TimerA FIQ为语音识别服务call _BSR_FIQ_Routine /语音识别服务函数JMP FIQ_ret TimerA_is

17、_S480:/TimerA FIQ为放音服务CALL F_FIQ_Service_SACM_S480; /放音服务函数FIQ_ret: R1 = 0 xa800; P_INT_Clear = R1; /清中断标志POP R1,R4 FROM SP; /寄存器出栈reti; _BREAK: _IRQ0:_IRQ1: _IRQ2: _IRQ3: _IRQ4: _IRQ5: _IRQ6: _IRQ7:.END2.机器人控制程序。以下为pic 单片机的程序，用 c 语言编写。#include #include_CONFIG (HS & PROTECT & PWRTEN & BOREN & WDTDIS

18、);/_CONFIG (HS & UNPROTECT & PWRTEN & BORDIS & WDTEN);/_CONFIG (HS & PROTECT & PWRTEN & BORDIS & WDTEN);#define mg1 RC0/行走电机#define mg2 RC1#define ml1 RC2 /左脚电机#define ml2 RC3 #define mr1 RC4 /右脚电机#define mr2 RC5 #define ma RD1 /锁存器输入#define mb RD2 #define mc RD3 #define md RD4#define control1 RD5/锁

19、存器#define control2 RD6 #define control3 RD7#define input1 RB4/PORTB 设为输入接至凌阳单片机的输出端口#define input2 RB5/控制 小强的动作 #define input3 RB6/中断通过 PORTB 电平变化而引发#define on 1/控制锁存器开关#define off 0#define right 1/步进电机转向标志#define left 0#define freq 2000unsigned int length;/步进电机步长unsigned int tag;/正反转unsigned int in

20、put=0;void stop()/停止mg1=0;mg2=0;void forward()/前进mg1=0;mg1=1;void backward()/后退mg1=1;mg1=0;void turnleft()/左转mr1=1;mr2=0;ml1=1;ml2=0;void turnright()/右转mr1=0;mr2=1;ml1=0;ml2=1;void turnstop()/停止转弯mr1=0;mr2=0;ml1=0;ml2=0;void interrupt control (void) if(TMR1IF&TMR1IE)TMR1IF=0;if(tag=right)switch(leng

21、th)case 1:ma=1;mb=0;mc=0;md=0;break;/TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break;case 2:ma=1;mb=1;mc=0;md=0;break;/TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break;case 3:ma=0;mb=1;mc=0;md=0;break;/TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break;case 4:ma=0;mb=1;mc=1;md=0;break;/TMR1H

22、=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break;case 5:ma=0;mb=0;mc=1;md=0;break;/TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break;case 6:ma=0;mb=0;mc=1;md=1;break;/TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break; case 7:ma=0;mb=0;mc=0;md=1;break;/TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;

23、break;case 8:ma=1;mb=0;mc=0;md=1;break;/TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break;else if(tag=left)switch(length)case 8:ma=1;mb=0;mc=0;md=0;break;/TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break;case 7:ma=1;mb=1;mc=0;md=0;break;/TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break;case

24、6:ma=0;mb=1;mc=0;md=0;break;/TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break;case 5:ma=0;mb=1;mc=1;md=0;break;/TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break;case 4:ma=0;mb=0;mc=1;md=0;break;/TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break;case 3:ma=0;mb=0;mc=1;md=1;break;/TMR1H=(65536-

25、freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break; case 2:ma=0;mb=0;mc=0;md=1;break;/TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break;case 1:ma=1;mb=0;mc=0;md=1;break;/TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break;else if(tag=3)ma=0;mb=0;mc=0;md=0;length+;if(length=9)length=1; TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256; if(T0IE&T0IF)/如果是 PORTB 外接电平变化引起的中断T0IF=0;if(RBIF&RB