《基于单片机的语音控制智能小车系统设计（附实物图和程序）》5600字（论文）

PAGE基于单片机的语音控制智能小车系统设计目录23944摘要 169061绪论 232761.1发展现状 2168551.2研究目的及意义 2255731.3完成的任务及要求 2225571.3.1设计任务 2211151.3.2设计要求 2275862设计方案及硬件模块 377992.1系统设计方案 39392.2系统设计框图 3300832.3硬件模块 42.3.1STC89C52单片机模块4120822.3.2LD3320语音识别模块 5228122.3.4L298N电机驱动芯片 6266672.3.5红外避障模块 7146602.3.6BY8001MP3模块 894922.3.7无线收发模块 896973模块程序设计及流程 9153503.1系统设计流程 1037863.2电机驱动模块 1043903.3语音识别模块 11270703.4红外避障模块 1241913.5MP3播放模块 13237934.实物检测及分析 142014.1语音识别模块的检测 14224714.2智能小车分析 1411691结论 1529718参考文献 1632390附录 1725681附录1小车相关电路图及实物图 172320附录2小车响应程序 19PAGE1摘要：智能化本作为现代社会的优秀产物，是未来的发展方向,它能够使产品依照预先设定的模式在特殊的环境中运行工作。智能小车，能够通过计算机编程使行驶方向、启动停止等方面进行改变，无需人工干预。本文设计以STC89C52单片机控制的智能小车,给语音识别模块LD3320结合MP3模块和无线收发模块，加上交互功能，进行识别用户指令,根据读取的信息,小车在接收到特定的指令后,通过单片机最小系统来控制小车动作实现前进、左转、后退、右转等操作并可以播放指定音乐。采用C语言进行编程,进行语音的识别,以及模块间的通信与控制。通过红外传感器检测并找到相应的位置,在不同的障碍点,通过红外传感器检测,由单片机控制完成避障功能。关键词：智能小车；无线收发模块；语音模块LD3320；红外传感器1绪论1.1发展现状智能化本作为现代社会的优秀产物，是未来的发展方向,它能够使产品依照预先设定的模式在特殊的环境中运行工作。遥控小车不是智能化的体现，其多种基础功能都需要人为的控制才能执行,动作受限较大且不方便。而智能小车则有所不同，智能小车能够通过使用计算机编程的方法进行编程，提前设定功能的指令，只要发出指令，小车就可执行对应功能，总体来说，智能小车比遥控小车更适应当代社会的发展及要求。实现对小车行驶方向、速度控制以及播放音乐等功能，智能小车的优点就是不存在过多的人为干预。它是一种凝聚了计算机、通信、信息、导航多方面领域的技术,是比较典型的新鲜且优秀的技术综合体。1.2研究目的及意义机器人的使用范围已经渗透到很多的领域。而且智能机器人的发展水平确实体现了一个国家相关技术水平的高低，从机器人诞生到现在，目前已经发展到了第三代机器人就是智能机器人。智能机器人即具备“感知、行动”的机器，不仅装有多种传感器，而且能拥有在识别作业环境的基础上进行自主决策的能力，智能机器人其拥有人类大脑的一些相似功能，并且操作机动。

智能小车，它的另一种称呼俗称是轮式机器人，特别适合一些人类无法适应或工作的环境中工作。首先机器人本身就是20世纪自动化的成功项目，早已经和人类社会生活、生产不可分割。其次学习制作智能小车及了解相关工作原理也也是对4年大学学习生活的一个较好的检测，其对今后的学习以及从事相关的工作具有极其重大的帮助，有着相当有益的影响。1.3完成的任务及要求1.3.1设计任务设计以STC89C52单片机控制的智能小车,利用语音模块LD3320识别用户指令,语音识别正常后判断该指令是否是预先设定的指令，如果是先前设定的指令，单片机根据读取的指令信息，进行相关的操作执行。通过红外传感器检测并找到相应的位置,在不同的障碍点,通过红外传感器检测,由单片机控制完成避障功能。LD3320语音识别模块结合MP3模块，实现人与机器的简单交流，实现特定指令对应特定音乐，MP3模块播放相关音乐。1.3.2设计要求本文设计以STC89C52单片机控制的智能小车,利用语音模块LD3320识别用户指令,单片机根据读取的信息,通过红外传感器检测并找到相应的位置,在不同的障碍点,通过红外传感器检测,由单片机控制完成避障功能。LD3320语音识别模块结合MP3模块，实现人与机器的简单交流，播放相关音乐及执行语音对应的指令。（1）能够语音控制小车实现小车“前进”“后退”等相关功能。（2）特定的语音控制对应特定的音乐播放，MP3模块可以播放音乐。（3）在控制小车行进的基础上加入红外避障功能2设计方案及硬件模块2.1系统设计方案小车设计主要包括电机驱动模块、红外传感器组成的避障模块、LD3320芯片为基础的语音识别模块、无线装置收发模块、MP3音乐播放模块及单片机最小系统。电机驱动模块为小车提供动力并可控制小车电机转速功率，与相应的语音控制结合，实现小车的左转、右转、停止等功能。红外避障模块为红外传感器与电机控制的结合，红外传感器识别到前方有障碍物时，控制电机转向，实现小车自动避障。LD3320语音识别模块，其语音模块的主要功能是先进行语音信号采集，然后对语音信号进行识别处理，最后将处理信息传递给下一模块，进行相关操作执行。by8001是MP3音乐播放模块，可通过语音识别模块与其结合形成语音交互功能模块，当特定的语音识别成功，将其转化为数字信号给MP3模块，播放对应的音乐。无线收发模块是当语音输入时，识别模块进行识别，再将信号传给小车，使小车进行相应的操作。单片机控制模块是整个设计系统的核心模块，几个模块相互结合，使小车实现所需要的功能。2.2系统设计框图小车设计主要包括电机驱动模块、红外传感器组成的避障模块、LD3320芯片为基础的语音识别模块、无线装置收发模块、MP3音乐播放模块及单片机最小系统。下图为图2-1小车设计框图。图2-1小车设计框图2.3硬件模块2.3.1STC89C52单片机模块STC89C52单片机是一种常用的带8k字节闪烁可编程可擦除只读存储器的微处理器。其主要功能如下表2-1功能表所示表2-1STC89C52单片机主要功能主要功能特性8k字节Flash512字节RAM32位I/O口线三个16位定时器/计数器一个6向量2级中断结构全双工串行口4个8bit可编程I/O口看门狗定时器STC89C52具备44个引脚，其中存在4个8bit可编程I/O输入输出端口。下图为图2-2单片机最小工作系统图2-2STC89C52单片机最小工作系统2.3.2LD3320语音识别模块LD3320是一种特别的语音识别控制芯片，其芯片上集成单声道模数转换器与双声道数模转换接口，无需外接其它辅助的存储设备，就可以直接实现语音识别及功能定义指令的功能。可以将麦克风直接接到芯片AD转换引脚上就可以采集语音指令信号；芯片也能实现播放声文件功能，语音模块可提供500mW的音频驱动内置放大器。芯片工作电压为3.3V。芯片在同一时刻最多可以在将近50条候选语音指令中进行识别，还可以程序设置动态关键词指令从而能识别到更多的指令。下图为图2-3LD3320语音识别模块。图2-3LD3320语音识别模块2.3.4L298N电机驱动芯片L298N电机驱动模块在使用时必须与单片机共地，可以使控制所用的逻辑电平在同一个地作参考，方便分析电路。L298N可方便用单片机的I/O口来进行控制电机的运作，不仅操作简单方便且具有一定的优点。L298N具有两个使能控制端，通过使能端用以控制两个直流电机，高电平电机工作，单片机也可直接对使能端写入0或1高低电平控制L298N是否工作。下表为表2-2L298N的工作关系表表2-2L298N工作关系表ENAIN1IN2电机运行状态HHL正转HLH反转HIN2IN1快速停止LXX停止下图为图2-4L298N电机驱动模块。图2-4L298N电机驱动模块2.3.5红外避障模块红外避障模块为红外传感器与电机控制的结合，红外传感器识别到前方有障碍物时，小车停止行进，电机控制小车左转，实现小车自动避障。红外传感器是利用红外线为介质的一种传感器，根据不同的功能还可继续细分种类。红外传感技术如今在现代社会的多个方向及领域都具有比较明显且常见的应用。红外传感器原理如图2-5所示图2-5红外传感器原理图2.3.6BY8001MP3模块BY8001是一种小巧高效的MP3模块。该芯片可用TF卡进行语音内容存储，也可以使用连接装备将其与电脑连接进行内容更换。支持UART异步串口控制：支持播放、暂停、音量加减、上下曲、选曲播放等功能。自带音量、曲目和掉电记忆功能。装备TF卡座，可以插卡来替换语音内容，支持读取U盘，还可以经过USB数据线直接连接电脑。下图为图2-6BY8001模块。图2-6BY8001模块2.3.7无线收发模块NRF24L01Z为无线收发模块，优点是进行编程使用时比较方便，并且可以与单片机直接连接，内置专门的稳压电路，因此具有良好的通信效果。功耗低，性能强，设计更加方便。如图2-7NRF24L01Z模块所示图2-7NRF24L01Z模块3模块程序设计及流程3.1系统设计流程系统初始化：LD3320初始化配置、串口通信初始化、电机驱动初始化等。系统初始化后，系统就可以开始运行，语音控制小车自行行进，并且可以避障，当遇到其他语音指令控制时，进行其他功能。语音识别流程是语音模块程序的主要部分，识别流程中首先是单片机读取存入的识别指令，然后将读取到的识别指令写入语音芯片的寄存器中，芯片对采集的指令进行匹配处理，而后将处理结果经SPI方式反馈给处理器。处理器同样对收到的语音指令进行匹配处理，进而根据指令输出相应的控制命令，通过无线收发装置传输信号，外部模块执行相应的动作。下图为图3-1系统设计流程图。图3-1系统设计流程图3.2电机驱动模块电机模块共分为两个部分分别为一路直流电机和一路舵机。直流电机控制有转动方向控制与转动速度控制，转动方向通过控制引脚高低电平控制，速度通过PWM控制。舵机角度转动通过PWM占空比进行控制。通过控制L298N的使能端及信号输入口，来控制小车的方向，使小车左转、右转等。电机驱动流程图如图3-2电机驱动流程图图3-2电机驱动流程图3.3语音识别模块通过初始化程序给LD3320芯片中写入相应寄存器的值与语音识别列表，用以控制识别流程，在识别流程中，系统通过读取LD3320寄存器的值来获取语音识别流程当前运行到的状态。若检测寄存器的值不正确或流程出现错误，程序会对识别流程进行重启。每次识别的结果无论是否成功都会产生一个中断信号，控制器根据该中断信号来获取语音识别的结果。每次得到的识别结果都是从最优候选寄存器中的来的，从而实现识别的准确度。 语音识别过程如下图3-3语音识别流程图所示图3-3语音识别流程图3.4红外避障模块红外避障模块为红外传感器与电机控制的结合，红外传感器识别到前方有障碍物时，小车进行下一步操作的执行，小车进行左转，实现小车自动避障功能。红外传感器是利用红外线为介质的一种传感器，根据不同的功能还可继续细分种类。红外传感技术在现今的社会中的多个领域都具有明显及常见的应用。红外避障流程如图3-4红外避障流程图所示图3-4红外避障流程图3.5MP3播放模块BY8001芯片为MP3播放模块，通过LD3320模块进行语音识别，将识别的信息指令传给控制模块，控制模块控制MP3播放模块进行音乐播放及小车相关状态的改变。BY8001是一种小巧高效的MP3模块。该芯片可用TF卡进行语音内容存储，也可以使用连接装备将其与电脑连接进行内容更换。可以插卡来替换语音内容，支持读取U盘，还可以经过USB数据线直接连接电脑。MP3模块运行流程如图3-5MP3运行流程图图3-5MP3语音播报流程图4.实物检测及分析4.1语音识别模块的检测该模块语音识别的检测是通过语音输入，判断所输入的语音是否与程序预先设定的语音指令一致，能否完成该语音对应的功能。本设计的语音识别模块为LD3320芯片，并连接无线收发模块，使小车可以通过语音实现中远距离的控制。检测时，先打开小车启动电源开关，再打开手中的语音控制模块。说出“智能小车”，则语音识别模块开始响应，指示灯亮，继续说出下一步指令，小车开始执行相关功能。语音识别功能如表4-1所示表4-1语音控制指令语音指令小车检测智能小车前进小车开始行进智能小车右转小车开始右转智能小车停止小车停止智能小车后退小车后退智能小车歌曲名播放相关歌曲语音控制模块为LD3320结合无线收发装置，实物图如图4-1所示图4-1语音控制模块4.2智能小车分析小车语音控制必须等说出“智能小车”后，指示灯亮，再继续说出相关指令，否则小车未必会响应指令。小车红外避障功能不是特别灵敏，由于该红外传感器的安装角度问题，只能对正前方一定角度及距离的阻挡物进行避障。无线收发装置NRF24L01Z并不能长距离的进行信号传输，其性能不是特别好，在无干扰的情况下传输距离更长下图为智能小车机体部分，如图4-2所示图4-2小车机体实物图结论设计的语音控制智能小车作为智能机器人的基础延伸，也是对自己大学四年技能学习的检测。设计以STC89C52单片机控制的智能小车,利用语音模块LD3320识别用户指令,单片机根据读取的信息,小车收到相关指令信息后,控制模块控制驱动电机及语音播放模块，使语音控制智能小车可以基本实现设计要求的功能。通过红外传感器检测并找到相应的位置,在不同的障碍点,通过红外传感器检测,由单片机控制完成避障功能。LD3320语音识别模块结合MP3模块，实现人与机器的简单交流，实现特定指令对应特定音乐，MP3模块播放相关音乐。该小车进行检验时，语音控制并不是十分的灵敏，有可能是因为未等到语音识别模块响应，也有可能是因为存在有一定的干扰，使小车并不能及时响应语音控制。红外避障功能也存在一定的缺陷，其避障距离不稳定，且因为红外传感器的安装位置及角度，有时候并不能及时避障。无线模块的传输距离有限，该模块并不是最好的选择。小车还可以进一步优化，如更换高效的传输速度及距离的无线模块等。参考文献[1]黄凯荣.语音控制智能小车的设计[J].电子制作,2020(15):41-44+6.[2]张伟.基于语音控制的自主寻迹与避障智能小车设计[J].九江学院学报(自然科学版),2020,35(02):49-50+77.[3]卫静婷,陈利伟,黎斌,谭露雯,钟佳胜.基于STM32的语音控制和自动避障智能小车的设计[J].电子测试,2019(15):24-25+20.[4]姬晓鹏.基于语音识别的智能小车运动系统优化设计[J].国外电子测量技术,2019,38(08):48-51.[5]孙永胜,娄树勇,刘思梦,李大林.具有语音识别功能的声控小车的设计与实现[J].电子测试,2019(04):21-22+114.[6]黄扬帆.电子工艺实训教程[M].重庆大学出版社:,201808.199.[7]周伟,林凡强.单片微机原理及应用[M].重庆大学出版社:,201808.263.[8]吴静进,何尚平,万彬.MCS-51单片机原理与应用[M].重庆大学出版社:,201901.294.[9]苏学军,谢存祥,于文龙.基于STM32的语音声纹识别系统设计[J].电子测量技术,2020,43(24):1-5.[10]彭登峰.具有避障及循迹功能的智能小车系统设计[J].数字技术与应用,2020,38(11):7-9.[11]GuentherFrankH..NeuralControlofSpeech[M].TheMITPress:2016-07-15.[12]YigangHe,XueQing.AutomaticControl,MechatronicsandIndustrialEngineering:ProceedingsoftheInternationalConferenceonAutomaticControl,MechatronicsandIndustrialEngineering(ACMIE2018),October29-31,2018,Suzhou,China[M].CRCPress:2019-03-20[13]MohammadSadraey.AutomaticFlightControlSystems[M].Morgan&ClaypoolPublishers:2020-02-14.

附录附录1小车相关电路图及实物图附录2小车响应程序case0xfe:qianjin();//收到指令1，小车前进 break;case0xf7:turnright1();//收到指令2，小车右转