運(yùn)動(dòng)小車多功能控制系統(tǒng)

1、哈爾濱師范大學(xué) 學(xué)年論文 題 目 運(yùn)動(dòng)小車多功能控制系統(tǒng) 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 年 級(jí) 專 業(yè) 系 別 學(xué) 院 哈爾濱師范大學(xué)2011年6月論文提要 隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化已經(jīng)不再是一個(gè)新鮮的話題，無人駕駛的小汽車也必將進(jìn)入實(shí)用階段。現(xiàn)在已經(jīng)存在的各種玩具車越來越受到家長和孩子的喜愛。但是由于玩具車都是手動(dòng)或遙控的，其智能化程度不是很高，為此，我們模擬將來的智能小車，以凌陽SPCE061A單片機(jī)為核心，完成語音控制智能小車的設(shè)計(jì)與制作。 本文主要討論語音控制小車基本功能（語音控制小車的前進(jìn)、后退、左拐、右拐）的軟硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。運(yùn)動(dòng)小車多功能控制系統(tǒng)摘 要：重點(diǎn)討論其基本功能部分。采用凌陽

2、公司的SPCE061A16位單片機(jī)作為語音控制小車的檢測(cè)和控制核心，配合SPCE061A的語音特色，利用系統(tǒng)的語音播放和語音識(shí)別資源，通過控制I/O接口電路傳輸控制信息，最終實(shí)現(xiàn)多功能語音控制小車的基本功能。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，結(jié)果表明語音識(shí)別準(zhǔn)確率高，控制效果良好。關(guān)鍵詞：SPCE061A單片機(jī) 語音控制 小車 光電傳感器一、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 該語音控制系統(tǒng)主要采用凌陽SPEC061A單片機(jī)為核心，并通過各種傳感器實(shí)現(xiàn)其各種功能，其硬件設(shè)計(jì)總體框圖如圖1所示。從圖1可知其主要功能模塊包括車體、控制板、驅(qū)動(dòng)模塊、方向控制等模塊。 下面依次介紹各種模塊的具體電路設(shè)計(jì)。圖1-1 系統(tǒng)總體框圖（一）小車控制板的

3、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 小車控制板是使小車執(zhí)行各項(xiàng)行使功能的核心部分，應(yīng)該包括傳送61板I/O接口信號(hào)的接口電路、給電機(jī)61板控制板提供電源的電源電路以及使電機(jī)工作的電驅(qū)動(dòng)電路。其中I/O信號(hào)主要為控制電機(jī)需要的IOB8IOB11這4路信號(hào)，以及實(shí)現(xiàn)其他擴(kuò)展功能所需而添加的傳感器的I/O端口，同時(shí)整個(gè)小車需要有4個(gè)電源信號(hào)，即電池電源，控制板工作電源、61板工作電源和61板的I/O輸出電源。本設(shè)計(jì)中系統(tǒng)供電由電池提供"控制板直接采用電池供電VCC,然后經(jīng)二極管D1后產(chǎn)生61板電源VCC_61(D1主要是防止電源接反，可以省去），通過61板的Vio跳線產(chǎn)生61板的端口電源（V1）控制板的部分電路。

4、（二）繼電器驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 由于單片機(jī)I/O口提供的電流太小，不能直接驅(qū)動(dòng)繼電器。在這里采用8050來提供一個(gè)開關(guān)電壓，實(shí)現(xiàn)I/O口對(duì)繼電器的驅(qū)動(dòng)，用IN4007去掉繼電器斷開時(shí)線圈產(chǎn)生的反向電流，保護(hù),8050。 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)由后輪驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，負(fù)責(zé)小車的直線方向運(yùn)動(dòng)，包括前進(jìn)和后退，后輪驅(qū)動(dòng)電路是一個(gè)全橋驅(qū)動(dòng)電路，4個(gè)三極管組成4個(gè)橋臂每?jī)蓛山M成一組，再分別用另外的2個(gè)三極管來分別控制這兩個(gè)組的導(dǎo)通與關(guān)斷，而這,2個(gè)三極管則由IOB9和IOB8控制，這樣就可以通過IOB8和IOB9控制4個(gè)橋臂的導(dǎo)通與關(guān)斷控制后輪電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，使之正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)或者停轉(zhuǎn)"進(jìn)而控制小車的前進(jìn)和后退。（三）方向電

5、機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)方向控制由前輪驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，包括左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，前輪驅(qū)動(dòng)電路也是一個(gè)全橋驅(qū)動(dòng)電路，依然利用4個(gè)三極管來組成4個(gè)橋臂，還是每?jī)蓚€(gè)組成,1組，仍然分別利用,2個(gè)三極管來控制其每組的導(dǎo)通與關(guān)斷，而IOB10和IOB11 則用來控制這2個(gè)三極管，這樣就可以通過IOB10和IOB11控制前輪電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn),進(jìn)而控制小車的左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn),從而控制了小車方向的具體轉(zhuǎn)向問題。結(jié)合以上對(duì)前輪和后輪的狀態(tài)分析，得到小車的運(yùn)行狀態(tài)與輸入的對(duì)照表，如表1-1基本的輸入與小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)照表所示。表1-1 基本的輸入與小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)照表另外還有一些不常用的運(yùn)行狀態(tài)，比如右后轉(zhuǎn)，左后轉(zhuǎn)等，結(jié)合以上對(duì)前輪和后輪的分析，

6、其端口對(duì)照如表1-2所示：（四）顯示電路的設(shè)計(jì) 顯示電路采用共陰極數(shù)碼管LG5641AH進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，LG5641AH具有4位數(shù)碼管，這,4個(gè)數(shù)碼管的段選a、b、c、d、e、f、g分別接在一起，每一個(gè)都擁有一個(gè)共陰的位選端，通過動(dòng)態(tài)顯示可輪流顯示時(shí)間和路程，這有利于節(jié)省I/O口。系統(tǒng)顯示時(shí)間的精度為1S，顯示路程的精度為0.01m。用IOB8-IOB11口作為位選控制，IOA8-IOA11口傳輸要顯示的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)線和位選線直接接凌陽SPCE061A單片機(jī)的I/O口即可，因?yàn)镮/O口輸出電流很小不會(huì)對(duì)LED造成損壞，它的電壓值卻足以驅(qū)動(dòng)LED。 區(qū)別于以往的單片機(jī)需要外接驅(qū)動(dòng)電路和電阻的不足，本

7、系統(tǒng)采用凌陽SPCE061A單片機(jī)大大減化了設(shè)計(jì)過程和硬件電路。二、軟件設(shè)計(jì)整個(gè)語音控制系統(tǒng)的軟件流程如圖2所示，主要分為4部分：即初始化部分，訓(xùn)練部分，識(shí)別部分，重訓(xùn)操作。 初始化部分：初始化操作將IOB13IOB10設(shè)置為輸出端，用以控制電機(jī)，將IOA的低8位IOA0IOA7設(shè)置為下拉的輸入端，用來連接按鍵。 訓(xùn)練部分：訓(xùn)練部分完成的工作就是建立語音模型。程序一開始就會(huì)去判斷小車是否被訓(xùn)練過，如果沒有訓(xùn)練過則會(huì)要求對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練，并且會(huì)在訓(xùn)練成功之后將訓(xùn)練的模型存儲(chǔ)到Flash當(dāng)中，在以后使用時(shí)就不需要重新訓(xùn)練了；如果已經(jīng)訓(xùn)練過則會(huì)把存儲(chǔ)在Flash中的模型調(diào)出來裝載到辨識(shí)器中。 識(shí)別部分：

8、在識(shí)別環(huán)節(jié)當(dāng)中，如果辨識(shí)結(jié)果是名字，直接置待命標(biāo)志，然后等待動(dòng)作命令。只有檢測(cè)到待命標(biāo)志，小車才會(huì)根據(jù)相應(yīng)的辨識(shí)結(jié)果執(zhí)行動(dòng)作；如果沒有待命標(biāo)志即使識(shí)別到動(dòng)作命令也不會(huì)執(zhí)行動(dòng)作。小車在執(zhí)行完對(duì)應(yīng)的命令之后，將清除待命標(biāo)志，結(jié)束待命狀態(tài)。 重訓(xùn)操作：考慮到有重新訓(xùn)練的需求，所以在這里設(shè)置了重新訓(xùn)練的按鍵，程序運(yùn)行時(shí)循環(huán)掃描該按鍵，什么時(shí)間檢測(cè)到此鍵按下，則將擦除語音模型存儲(chǔ)區(qū)首單元（0xe000）所在的頁，等待復(fù)位到來。復(fù)位后，程序重新從頭開始執(zhí)行，當(dāng)檢測(cè)到語音模型存儲(chǔ)區(qū)首地址為0xffff（擦除后的值）時(shí)會(huì)要求重新對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練。 當(dāng)其收到3次辨識(shí)循環(huán)，小車則會(huì)停止，并進(jìn)行路程的顯示和播報(bào)，路程的

9、顯示采用動(dòng)態(tài)顯示，且采用四位顯示單位為厘米，顯示子程序流程圖如圖3所示，顯示的同時(shí)會(huì)有語音播報(bào)時(shí)間和路程，語音主要采用凌陽SACM_S480的語音播報(bào)功能。三、系統(tǒng)測(cè)試 本系統(tǒng)經(jīng)測(cè)試基本功能（語音控制小車的前進(jìn)后退左右轉(zhuǎn)）運(yùn)行效果良好，達(dá)到了預(yù)期的目的，同時(shí)其他功能部分也進(jìn)入了調(diào)試階段。語音控制和音頻播放帶給人耳目一新的感覺。本系統(tǒng)機(jī)械性能要求較高，所以為了更好地實(shí)現(xiàn)語音辨識(shí)，噪聲不能太大，行使速度也不宜太快，這是需要進(jìn)一步解決的問題，我們將在后續(xù)的設(shè)計(jì)中適當(dāng)予以改進(jìn)。4結(jié)語 本系統(tǒng)采用凌陽SPCE061A16位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。內(nèi)部集成了2K字的RAM, 32K字的Flash加上用凌陽SPCE06

10、1A16位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)不需要外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器和RAM，也不用外接語音芯片，即可實(shí)現(xiàn)語音辨識(shí)和一系列職能動(dòng)作。由于采用了高性能的MCU，省掉了大量的外圍器件，如外擴(kuò)RAM，ROM存儲(chǔ)器等，使硬件結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，提高了系統(tǒng)的可靠性。其軟件編程采用C和匯編混合編程來實(shí)現(xiàn)，集兩種語言的優(yōu)點(diǎn)于一體，極大限度地簡(jiǎn)化了編程過程，豐富了編程思想，給我們?cè)O(shè)計(jì)帶來了極大的方便。如果采用別的單片機(jī)則一般要2個(gè)單片機(jī)才能實(shí)現(xiàn)所有功能，硬件電路也更加復(fù)雜。若要實(shí)現(xiàn)語音播報(bào)功能和語音辨識(shí)，即使多用幾個(gè)其他類型的單片機(jī)也不可能實(shí)現(xiàn)，而凌陽單片機(jī)提供了很好的語音播放和錄制機(jī)制以及簡(jiǎn)單的API接口編程。利用凌陽單片機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)語音控制功能將會(huì)廣泛地運(yùn)用在通信等領(lǐng)域。參考文獻(xiàn)：1 姜志玲：簡(jiǎn)易智能電動(dòng)車的設(shè)計(jì)J，華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2005,22（5）2 張飛舟，沈程智，范躍祖:利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)智能控制J,電子技術(shù)應(yīng)用1998,17（9）3 肖毅，肖明。單片機(jī)抗干擾技術(shù)及應(yīng)用J。電子產(chǎn)品世界2002,9（2）4 羅亞非.凌陽16位單片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社2005，9-105 顏利彪，范蟠果?；趩纹瑱C(jī)的簡(jiǎn)易智能電動(dòng)車J。電子技術(shù)2004，41（4）6 馬麗靜.基于單片機(jī)控制的語音識(shí)別系統(tǒng)的軟件開