语音识别智能小车毕业论文设计

声明

本人郑重声明：所呈交的毕业论文〔设计〕是本人在导师的指导下取得的成果。对本论文〔设计〕的研究做出重要奉献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。因本毕业论文〔设计〕引起的法律结果完全由本人承当。本毕业论文〔设计〕成果归兰州商学院所有。

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毕业论文〔设计〕作者签名：年月日

语音识别智能小车摘要本文介绍一款语音识别智能小车的设计。该小车以SPCE061A为控制核心，可通过语音识别对其行驶状态和控制模式进行控制和切换。本设计主要完成了各局部硬件模块的设计，同时实现了智能小车的语音识别、语音播放、模式切换、行驶状态控制、无线遥控等功能的软件设计，从而使小车和控制者具有一定的交互功能。测试说明，小车可以根据控制者的操作做出相应的动作。[关键词]SPCE061A语音识别无线遥控交互功能

ABSTRACTThispaperintroducesspeechrecognitionofintelligentcardesign.ThecartoSPCE061Aascontrolcore,whatbutthroughthespeechrecognitionontheoperationandcontrolmodelcontrolandswitch.Thisdesignmaincompletedeachpartofthedesignofthehardwaremodules,andrealizetheintelligenceofthecarspeechrecognition,speechbroadcast,modeswitch,drivingstatecontrol,wirelessremotecontrolfunctionsofsoftwaredesign,soastomakethecarandthecontrollershavecertaininteractivefunction.Testsshowthat,accordingtotheoperationofthecarcancontrollermakecorrespondingaction.[KeyWords]SPCE061A,Voicecontrol,Wirelessmodule,Interactivefunction

目录一、引言 1二、概述和方案论证 2〔一〕控制核心的选择及其简介 3〔二〕小车车体的方案选择 4〔三〕无线接收电路模块和遥控器及简介 5〔四〕避障模块 5三、硬件设计 6〔一〕系统电源电路 6〔二〕语音识别电路 7〔三〕语音播放电路 7〔四〕壁障电路 8〔五〕小车车体与驱动电路 81、小车车体结构 82、电机驱动电路 9〔六〕小车总体硬件实物图 11〔七〕PCB的设计 11四、软件设计 12〔一〕主程序设计 12〔二〕语音播放子程序设计 13五、测试和说明 15〔一〕说明 151、端口定义 152、操作说明 153、命令简介 154、考前须知 16〔二〕测试 16六、结论 16参考文献 18致谢 19附录 20语音识别智能小车一、引言随着科学技术的开展，电子产品日新月异，自动语音识别技术的应用真正走入了人们的日常生活，声控系统的应用也不再遥不可及，家用电器和玩具的操作，不再需要以遥控器的繁多按键为控制接口，取而代之的是我们平常说话的模式来驱使家用电器和玩具动作，诸如多种智能电器、玩具小车。根据美国玩具协会的调查统计，近年来全球玩具销量增幅与全球平均GDP增幅大致相当，而全球玩具市场的内在结构比重却发生了重大变化，如传统玩具的市场比重正在逐步缩水，却高科技含量的电子玩具那么蒸蒸日上，美国玩具市场的高科技电子玩具的年销量额2021年较2021年增长52%，而传统玩具的年销额仅增长3%。英国玩具零售商协会选出的2021年圣诞节最受欢送的十大玩具中，其中有七款嵌入了电子元件。从这些数据可以看出，高科技含量的电子互动式玩具已经成为玩具行业开展的主流。本文设计以语音识别智能小车为载体来研究语音识别技术，目的在于通过独立设计并制作一辆具有语音识别智能化的玩具小车，获得工程整体设计的能力，所以立“语音识别智能小车〞一题作为尝试。本论文的内容安排如下：第一局部引言，主要介绍了选题背景和本次设计的主要内容。第二局部包括本次设计的概述和方案的论证。第三局部介绍了系统的硬件电路设计。第四局部介绍了软件设计。第五局部主要介绍本小车的说明和测试。最后对本设计做一结论，阐述本设计的完成情况。二、概述和方案论证本设计采用凌阳APCE061A作为核心控制器，采用分步的设计理念，设计一个硬件模块，调试一个模块，再对该模块设施软件控制，直到每个模块调试成功，最后综合各个模块，从而让小车具有自动避障，语音控制小车前进、左转、右转、后退，模式切换和语音播放，自动带路，遥控控制等功能。系统系统设计结构方框图如图2-1所示。图2-1系统设计结构方框图小车总体功能的描述，小车上面有一个总开关，当开关闭合时，小车开始工作，播放训练语音提示，此时就可以进行语音训练，训练过程中有训练成功和失败提示音，语音训练完成后即可进入模式切换和语音控制，之后根据选择的模式，对小车进行控制。在语音模式下，可以选择工作模式，在语音识别模式下，可以识别前进、后退、左转和右转四个命令。当小车接到模式命令时，那么进入遥控模式，在遥控模式下，控制者可以根据遥控器上的相应按键来遥控小车做其相应的动作，不管在语音模式还是遥控模式下，当小车前进和后退时都会调用避障子函数，进行避障。当按两次以上的后退操作时，模式切换到语音控制模式，从而实现了两种模式的自动切换。开发一个电子系统，对核心处理器以及子模块的选型是相当重要的。下面根据设计要求，针对各模块需要完成的功能，本着简单、实用、廉价、容易操作、稳定的原那么，对各模块进行充分的理论分析和方案论证。〔一〕控制核心的选择及其简介因为所设计的小车具有语音识别、遥控和语音播放等功能，所以对控制核心的要求比拟高。方案一：51单片机+LD3320语音识别芯片。该套方案，电路复杂，本钱高，编程困难。方案二：选用具有强大语音功能的SPCE061A单片机。该方案电路设计困难，但编程简单，价格低廉。根据以上方案比拟，本设计选择方案二。SPCE061A是继μ＇nSPTM系列产品SPCE500A等之后，凌阳科技推出的又一个16位结构的微控制器。SPCE061A里内嵌了32k字的闪存FLASH。较高的处理速度，使μ＇nSPTM能够非常容易地快速处理复杂的数字信号，以μ＇nSPTM为核心的SPCE061A微控制器，也适用在数字语音识别应用领域。SPCE061A在2.6-3.6V工作电压范围内，工作速度范围为0.32-49.115MHz，较高的工作速度使其应用领域进一步拓宽。2k字节的SRAM和32k字节的闪存FLASH仅占一页存储空间，32位可编程的多功能I/O端口，两个16位定时器/计数器，32768Hz实时时钟，低电压复位/监测功能，8通道10位模—数转换输入功能，并具有内置自动增益控制功能的麦克风输入方式，双通道10位DAC方式的音频输出功能。SPCE061A是数字声音和语音识别产品的一种非常经济的应用。61板是SPCE061AEMUBOARD的简称，是以凌阳16位单片机SPCE061A为核心的精简开发－仿真－实验板，大小相当于一张扑克牌，是“凌阳科技大学方案〞专为大学生、电子爱好者等进行电子实习、课程设计、毕业设计、电子制作及电子竞赛所设计的，也可作为单片机工程初期研发使用。61板除了具备单片机最小系统电路外，还包括有电源电路、音频电路〔含MIC输入局部和DAC音频输出局部〕、复位电路等，采用电池供电，方便学生随身携带，使学生在掌握软件的同时，熟悉单片机硬件的设计制作，锻炼学生的动手能力，也为单片机学习者和开发者创造了一个良好的学习条件和开发新产品的平台。〔二〕小车车体的方案选择方案一：四轮车。用市场上现成的小车或自己制作四轮驱动的的小车，这样的小车结构简单，有很好的外观，由于是四轮驱动，所以小车运行稳定，但较为突出的缺点是转向不够灵活。方案二：三轮车。通过购置电机、车轮、万向轮、覆铜板等自己组装三轮车，这样的小车不够好看，但转向灵活，可以更好的组装别的模块，同时价格廉价。所以选择自制三轮车轮作为本次的设计车体。经上述比拟，选择方案二作为本次设计的载体。〔三〕无线接收电路模块和遥控器及简介方案一：红外遥控器+红外接收头。该方案电路设计简单，可是编程不好实现，同时遥控距离太小。方案二：无线遥控器+无线就收模块。该方案编程简单，遥控距离远。综合上述方案比拟，选择方案二。遥控主要用来控制小车的运行模式以及运行状态，该遥控器主要由HX2262芯片制作而成，再由其无线发射电路编码并通过天线发射出去，实物图如图2-2〔左〕所示，小车接收局部采用接收模块进行解码，从而实现遥控功能，实物图如图2-2〔右〕所示。图2-2遥控器、接收模块实物图〔四〕避障模块障碍物的探测是实现避障前提，故探测障碍物的传感器决定电动车避障方案的选择。方案一：超声波传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的鼓励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，可以较远距离探测到障碍物，小车根据障碍物的距离，提前自动调整绕过障碍物，可该传感器价格较高。方案二：采用红外对管。其工作原理是一个红外光发射红外光，另一个用来接收红外光，当有障碍物时能接收到红外光，无障碍物时接收不到红外光，从而设计电路，检测上下电平，从而实现壁障。方案三：采用光电开关。实现的电路较简单，但检测障碍物得距离不好控制，同时价格较高。经上述方案比拟，采用方案二。三、硬件设计在系统设计方案论证的根底上，根据设计要求，对各模块的硬件进行系统设计。〔一〕系统电源电路一个电子系统的电源就像一个人的心脏，为系统提供着运转的血液。所以电源设计的好坏，直接影响着系统的稳定性、健全性，同时对小车来说，电源更为重要，因为小车上有两电机，工作电流接近1A，所以设计的电路应将主控制器电源和电机驱动电源分开，还有该系统有数字局部和模拟局部，为了防止信号的干扰，对数字地和模拟地的别离尤为关键，本系统采用0Ω电阻对两种地进行隔离，从而确保了系统的稳定。小车系统上，各个芯片的工作电压不同，所以此电路首先用LM7805芯片将电池提供的12V电压转换成5V，再将5V经LM1117转换成3.3V，这样就可以为电路提供合适的电压，电路图见附录一。〔二〕语音识别电路本电路采用咪头〔MIC〕采集声音，再经由C8、C11、R8、R6组成的高通滤波器对信号进行滤波，最后送入单片机，由单片机内部的DSP模块来处理信号，电路如3-1所示。图3-1语音采集电路图〔三〕语音播放电路本电路主要的作用是播放声音，电路由R12、R13、C9、C5组成的双低图3-2语音播放电路图通滤波电路对单片机输出的模拟信号进行滤波，在经SPY0030运放对信号进行放大，最后送到扬声器，从而发出声响，电路如图3-2所示。〔四〕避障电路本电路那么采用红外对管，其工作机理是发射管持续发射红外线，当前面没有障碍物时，红外线不返回，那么红外接收管就收不到红外线，小车继续向前行驶，相反，当前面有障碍物时，红外接收管能接收到红外线，C1端输出低电平，再经LM339组成的比拟器，对信号整形，之后将信号送到单片机进行处理，此时小车会躲开障碍物，从而实现避障功能。避障检测局部电路如图3-3所示，整体图见附录一。图3-3避障检测电路图〔五〕小车车体与驱动电路1、小车车体结构车体驱动方式已经在确定，在购置电机、车轮、底板之后，对其零部件进行组合，最后小车的实物图如图3-4所示。图3-4小车车体实物图该小车为三轮结构，车的结构示意图如图3-5所示，前面有一万向轮，后面有两轮用于驱动和控制方向。小车运动时后两轮既是驱动轮，又是方向的控制轮，转向的细节是由小车结构算出其内轮和外轮的比值，在进行差分控制，就可实现转向。图3-5车体示意图2、电机驱动电路对电机驱动电路局部电路的设计规那么和性能、控制方法的分析。经分析，小车在行驶过程中内侧两轮走过的距离肯定是一样的，同样外侧两轮也是一样的。所以采用的都是全桥驱动电路，采用差分控制方法对其控制，同时电机转动过程中可能会产生反向电流，最后灌入单片机，从而烧坏单片机，所以此电路在设计时还参加了光耦〔TLP521_4GB〕，对其控制电路和驱动电路进行有效隔离，还有由于电机工作的额定电流大，电势变化幅度大，最后产生纹波比拟大，影响电路的性能，再设计电路时对数字地和模拟地采用0Ω电阻进行了有效地隔离，从而确保了电路的稳定性、平安性。其光耦电路如图3-6所示，电机驱动电路见附录一。图3-6光耦电路图现对三轮的工作方式做详细的介绍。同时管脚号对应为：IOA7-J14D1、IOA6-J14D2、IOA5-J14D3、IOA4-J14D4，驱动电路的工作原理，当IOA7输出低电平，IOA6输出高电平，从而驱动电路OUT1输出9V，OUT2输出0V，这时电机两端有电压差，即此时左电机正转，相反左电机反转，如果IOA7和IOA6同时输出高电平或低电平，那么左电机不转。右电机同理。表3-1输入与小车运动状态对照表IOA7IOA6IOA5IOA4左右转数比〔左、右〕左电机右电机小车0/00/1001:1停止停止停止10101:1正转正转前进01012:3反转反转后退10102:3正转正转左转10103:2正转正转右转结合以上对左轮和右轮的状态分析，得到小车的运行状态与输入的对照表，如表3-1所示。〔六〕小车总体硬件实物图对各个模块的聚集和整理以后，绘制了总体电路图见附录一，然后进行硬件的组装，组装好的小车如图3-7所示。图3-7硬件完成后的小车总体图〔七〕PCB的设计一个系统的设计不仅包括软件的设计，同样有着其为重要的硬件电路设计和PCB制作，在设计好整体电路图之后，自己也完成整体的PCB的设计，PCB的设计有特殊性，在PCB的绘制过程中，EMS的设计好坏，直接影响电路的成败。自己在系统的学了PCB的制作之后，终于完成了PCB的设计，图见附录二。四、软件设计在方案论证局部已经对小车的总体功能有所描述了，也完成了小车所有的硬件，这里那么将以小车总体功能和硬件为根底进行系统的软件设计。其中由于语音识别程序局部根本都是用的凌阳提供的函数库里的函数，而且在主程序里有所介绍，在本章将不再单独说明。〔一〕主程序设计主程序的作用是程序入口点，可以把它想象成进入小区的一个大门，你这有进了这个大门后才能去其它的房间〔如子函数〕里进行具体的操作。本主程序负责把小车的各个功能连接起来，以实现小车预期的功能。图5-1为小车主程序的流程图。具体程序可参考附录三。流程简述，翻开小车的电源开关，首先执行端口、定时器、中断、串口通信、存储器等初始化，然后进入训练子程序，开始训练，之后调用语音识别子程序，每次训练成功之后，调用语音播放子程序，播放训练成功提示音，接着再训练一次，直到两次训练成功。训练完成后初始化语音识别存储器，再进入死循环,进行语音识别，判断语音命令并执行相关动作，当识别到模式时，控制模式切换到遥控模式，这时就可以通过遥控器来控制小车的运行状态，当后退函数执行两次之后，自动切换到语音模式，从而可反复切换模式，改变行驶状态。在此过程中需要一直清看门狗，要重新训练，按复位键。图5-1主程序流程图〔二〕语音播放子程序设计语音播放程序很多函数都是有函数库提供，所以语音播放函数比拟简单，其分为两局部，一是播放流程控制如图5-2所示；一是中断播放效劳程序如图5-3所示。具体的程序可参考附录三。图5-2播放流程图图5-3中断播放效劳流程图五、测试和说明〔一〕说明语音识别智能小车总体实物图如图3-7所示，在这里对小车做简单的操作与功能说明。1、端口定义IOA4～IOA7：控制驱动电机,有4PIN排线连接；IOA0和IOA1转向灯电路接口；IOA11、IOA12、IOA14、IOA15分别连接无线遥控器的数据接口；所有连接都已经连接好，使用者不要随便拆卸。2、操作说明安装电池后，翻开小车前端顶部的电源开关，小车会语音提示“开始训练〞，然后可按照语音提示进行训练，提示顺序依次为“1〞、“2〞、“3〞、“4〞、“5〞，每一个指令需要训练两次。训练成功后语音播放一段音乐“BEGINING〞，这时就可以对小车进行语音模式选择，当控制者说到“模式〞时，小车播放语音提示，同时切换到遥控模式，此时就可以用遥控器对其小车进行控制,具体操作A-前进、B-左转、C-右转、D-后退，之后会自动切换到语音模式。3、命令简介在程序中我们可以通过五条语句来控制小车运动，在程序一开始为训练模式，然后提示训练剩下的四条命令，训练完毕开始辨识，当识别到指令后作出相应的应答，具体提示音和输入语音见表5-1所示，发布指令与应答见如表5-1所示。特别说明，“Hoo〞〔每条命令要训练两次，而训练完一次后会提示该音，用户需要再一次输入该命令声音〕，“OHOH〞〔当训练出错时，发出此声，用户需要重新训练当前的命令〕，音乐-BEGINING〔完成训练，进入辨识状态〕，在每次提示音结束后1-2秒再输入命令或当上次应答结束1-2秒后再发布命。表5-1提示音与输入语音提示音输入语音命令应答1模式模式Logog(音乐)2前进前进Lalalalalala3左转左转I’mfine4右转右转Happynewyear5后退后退Iloveyoutoo4、考前须知小车采用可充电锂电池供电，装在小车下面，使用和充电时一定要注意正负极，同时供电电池一定要电量充足。〔二〕测试完成所有的硬件设计和模块组装之后，经测试，小车可以按设计要求正确按控制者的命令做其对应动作，也能正确的切换到遥控模式，同时小车也能按遥控操作做出前进、左转、右转、后退，之后自动切换到语音控制模式。六、结论根据本次设计要求，我系统地阅读了大量的资料，并认真分析了设计课题的需求，还系统学习了凌阳单片机的工作原理及其使用方法，并单独设计语音识别智能小车的整个工程。在此次设计中，由于实验一直在宿舍进行，同时宿舍还限电，所以给自己带来了很多困难，但我不断克服困难，经过不懈钻研和努力，精心方案和购置所需电子元器件，并系统的进行了多项试验，最终做出了整个小车的硬件系统，然后结合课题任务和小车硬件进行了程序的编写，最终顺利的通过了系统软硬件的联机调试，成功实现设计任务所要求的语音控制、模式切换、遥控控制三大功能。通过本次毕业设计，不仅是对我大学四年所学知识的考查，更是对我的自学能力和收集资料能力以及动手能力的考验。本次毕业设计使我对一个工程的整体设计有了更深刻地认识，并能独立设计出其接口电路，并通过本次设计，使自己的焊接水平、电路原理图的设计、PCB的绘制有了更进一步的提高。本次毕业设计还使我意识到了实验的重要性，在硬件制作和软件调试的过程中，出现了很多问题，最终都是通过分步实验的方法来解决的，除此之外，通过本次毕业设计，极大的锻炼了我思考和分析问题的能力，并对机电一体化有了一个更深的认识。这次设计美中缺乏的事，由于实习的原因，让自己的设计时间大打折扣，还有在实习过程中，由于学校有事，自己不得提前返校，从而自己绘制的PCB板没有拿到，给自己的设计带了很大地障碍，使小车的功能不够完美，但我相信自己还会继续研究本智能小车，使其更具智能化、人性化。总之，在毕业设计的过程中，无论是对于实物设计方法还是理论知识，我都有了新的认识，受益匪浅，这将鼓励我在今后工作中再接再厉，不断完善自己的理论知识，提高实践运作能力。

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致谢值此毕业论文完成之际，谨向四年间教导过我的学院领导、老师，给予我本次设计指导的李海燕老师，电子设计生涯启蒙老师刘鸿国表示诚挚的感谢！从论文的开题，到系统的分析、设计、编程实现，以至论文的成稿，李老师给了我诸多的帮助和悉心的指导，其严谨的作风和认真的工作态度感染了我，使我认识到，学习不仅要注重方法，更要有严谨、主动的态度，这将对我以后的工作学习产生深远的影响！再次向我的指导教师李海燕老师致以最诚挚的谢意！感谢四年来给予我帮助的同学、舍友，没有他们我的大学不可能过的如此顺利，更不会有我今天的成就。祝愿母校明天更辉煌！

附录附录一总电路原理图图A系统电路原理图附录二系统电路PCB图图B系统电路PCB图附录三局部源程序代码#include"bsrSD.h" #include"SPCE061A.h"#include"define.h"ucharLoop_Flag=0; ucharLoop_Flag0=0; voidPlay_Sound(unsignedintIndex); voidReTrainBS(void); voidCarYaoKong(void){ *P_IOA_Dir=0x00ff; *P_IOA_Attrib=0x00ff; *P_IOA_Data=0x0000; if(*P_IOA_Data==0x8000) { *P_IOA_Data=0x0000; CarAdvance(1,10); //Loop_Flag=0; } if(*P_IOA_Data==0x4000) { *P_IOA_Data=0x0000; CarTurnLeft(10); //Loop_Flag=0; } if(*P_IOA_Data==0x2000) { *P_IOA_Data=0x0000; CarTurnRight(10); //Loop_Flag=0; } if(*P_IOA_Data==0x1000) { *P_IOA_Data=0x0000; Loop_Flag0++; CarRetreat(6000); if(Loop_Flag0>=2) { Loop_Flag=0; } }}intmain(void){ uintLoop_Counter; intres; ReTrainBS(); Play_Sound(12); //开始识别命令 BSR_InitRecognizer(BSR_MIC); while(1) { if(Loop_Flag==0) { res=BSR_GetResult(); switch(res) { case0x100: Play_Sound(9); Loop_Flag++; Loop_Counter=0; break; case0x101: Play_Sound(7); *P_IOA_Data=0x0000; CarAdvance(1,6000); Loop_Counter=0; break; case0x102: Play_Sound(5); LedL(); *P_IOA_Data=0x0000; CarTurnLeft(1600); Loop_Counter=0; break; case0x103: Play_Sound(8); LedR(); *P_IOA_Data=0x0000; CarTurnRight(1600); Loop_Counter=0; break; case0x104: Play_Sound(6); *P_IOA_Data=0x0000; CarRetreat(6000); Loop_Counter=0; break; default: break; } Loop_Counter++; if(Loop_Counter>=600) { Loop_Counter=0; } } if(Loop_Flag) { CarYaoKong(); } *P_Watchdog_Clear=0x0001; }}#include"A2000.h" #include"bsrSD.h" #defineP_Watchdog_Clear (unsignedint*)0x7012#defineNAME_ID 0x100#defineCOMMAND_ONE_ID 0x101#defineCOMMAND_TWO_ID 0x102#defineCOMMAND_THREE_ID 0x103#defineCOMMAND_FORE_ID 0x104#defineRSP_INTR 0#defineRSP_NAME 1#defineRSP_FIRE 2#defineRSP_GUARD 3#defineRSP_AGAIN 4#defineRSP_NOVOICE 5#defineRSP_NAMEDIFF 6#defineRSP_CMDDIFF 7#defineRSP_STAR 8#defineRSP_MASTER 9#defineRSP_HERE 10#defineRSP_GUNSHOT 0#defineRSP_PATROL 11#defineRSP_READY 12#defineRSP_COPY 13#defineRSP_NOISY 14voidPlay_Sound(unsignedintIndex){ unsignedintStatus=1; BSR_StopRecognizer(); SACM_A2000_Initial(1); SACM_A2000_Play(Index,3,3); while(Status==1) { SACM_A2000_ServiceLoop(); if((SACM_A2000_Status()&0x0001)==0) { Status=0; SACM_A2000_Stop(); } *P_Watchdog_Clear=0x0001; } BSR_InitRecognizer(BSR_MIC); BSR_EnableCPUIndicator();}unsignedintTrainCommand(unsignedintCommand_ID,unsignedintPlayBack_Res_ID){ unsignedintuiBack,Status=1; intres; Play_Sound(PlayBack_Res_ID); while(Status==1) { res=BSR_Train(Command_ID,BSR_TRAIN_TWICE); switch(res) { case0: Stat