基于SPCE061A單片機(jī)無(wú)線語(yǔ)音控制的智能玩具車硬件設(shè)計(jì)

劉 冬 朱莉佳 許 斌

摘要 介紹一種無(wú)線語(yǔ)音控制的智能玩具車系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)以SPCE061A單片機(jī)為檢測(cè)和控制核心,對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)、處理和識(shí)別,并通過(guò)無(wú)線語(yǔ)音輸入模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)玩具車的無(wú)線語(yǔ)音控制,通過(guò)紅外光電傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障。反復(fù)試驗(yàn)表明,本系統(tǒng)語(yǔ)音信號(hào)識(shí)別準(zhǔn)確率高,控制效果好,性能穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞 SPCE061A;無(wú)線語(yǔ)音控制;語(yǔ)音識(shí)別;智能避障

中圖分類號(hào):TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1671-489X(2009)27-0081-02

Hardware Circuit Design for Wireless Voice Controlled Intelligent Toy Car based on SPCE061A//Liu Dong, Zhu Lijia, Xu Bin

Abstract The hardware circuit design for a wireless voice controlled intelligent toy car is introduced. The SPCE061A is the examination and control core of the system, which can detect process and recognize real-time voice single, and by wireless transmission way, this system can be wireless voice controlled. By applying infrared-photoelectric sensor, the system can avoid the obstacles automatically. The system is tested again and again through an experimental circuit and shows its high accuracy of speech recognition, good effect of controlling, stable and reliable.

Key words SPCE061A; wireless voice control; voice recognition; intelligently avoiding obstacle

Authors address Department of Information Technology, Huazhong Normal University, Wuhan, 430079, China

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步,科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,面向智能化方向的科學(xué)技術(shù)更成為當(dāng)代社會(huì)的重要科學(xué)。智能機(jī)器人融合機(jī)械、電子、傳感器、計(jì)算機(jī)硬件、軟件、人工智能等眾多學(xué)科的知識(shí),在工業(yè)生產(chǎn)、勘探、人性化服務(wù)等方面發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。隨著機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和面臨的挑戰(zhàn)以及自動(dòng)化程度的進(jìn)一步提高,已對(duì)機(jī)器人功能提出許多新的更高的要求。但智能機(jī)器人是個(gè)系統(tǒng)工程,它的研發(fā)在技術(shù)層面的難度和規(guī)模都比較大,在短期內(nèi)普及使用的可能性較小。而具有初步機(jī)器人功能的智能玩具以其體積小、價(jià)格較低、功能強(qiáng)大、娛樂(lè)性強(qiáng)等特點(diǎn),加之開(kāi)發(fā)難度相對(duì)較低,而具有廣闊的市場(chǎng)需求。智能化已成為玩具行業(yè)的新趨勢(shì),讓語(yǔ)音技術(shù)融入玩具中,不僅可以賦予玩具“聽(tīng)”“說(shuō)”的交流能力,使其更加生動(dòng)、智能,還有利于在兒童中普及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù),推動(dòng)語(yǔ)音技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。本文采用SPCE061A為智能小車的核心,利用SPCE061A自身的語(yǔ)音特色和豐富資源,給出無(wú)線語(yǔ)音控制的智能玩具車的硬件設(shè)計(jì)方案。

1 無(wú)線語(yǔ)音玩具車系統(tǒng)介紹和總體框架

這是一個(gè)嵌入式語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)和一個(gè)電動(dòng)小車控制系統(tǒng)合成設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)的硬件主要由無(wú)線語(yǔ)音輸入模塊、語(yǔ)音輸出模塊、SPCE061A單片機(jī)、光電檢測(cè)模塊、驅(qū)動(dòng)控制模塊以及車模組成。圖1為系統(tǒng)方案總體框架圖。

用戶通過(guò)無(wú)線話筒輸入語(yǔ)音命令,語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)FM調(diào)制器后發(fā)送出去,被小車上的FM接收器接收,再經(jīng)過(guò)解調(diào)還原出語(yǔ)音命令。SPCE061A根據(jù)語(yǔ)音命令對(duì)小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整;設(shè)在車體兩旁的紅外線傳感器不斷檢測(cè)行進(jìn)過(guò)程中是否有障礙物,并根據(jù)接收的反射信號(hào)調(diào)整小車的運(yùn)動(dòng)方向。通過(guò)這2種手段實(shí)現(xiàn)小車的智能避障,使小車能夠適應(yīng)更加復(fù)雜的環(huán)境。小車在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)調(diào)整時(shí)會(huì)播放相應(yīng)的錄音,從而增強(qiáng)整個(gè)智能玩具車系統(tǒng)的交互性。

2 無(wú)線語(yǔ)音玩具車系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 無(wú)線語(yǔ)音輸入模塊SPCE061A單片機(jī)具有聲音模數(shù)轉(zhuǎn)換通道,內(nèi)置麥克風(fēng)放大電路和自動(dòng)增益控制電路。為了實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的智能避障功能,使系統(tǒng)適應(yīng)更加復(fù)雜的環(huán)境,所以采用無(wú)線輸入語(yǔ)音信號(hào)的方式。這樣也可以避免環(huán)境噪音對(duì)語(yǔ)音識(shí)別效率的影響。語(yǔ)音信號(hào)發(fā)送部分采用中心頻率為80.6 M的調(diào)頻方案,利用KS8803 FM調(diào)制芯片,采用晶振鎖相技術(shù),可以滿足語(yǔ)音調(diào)制的良好線性要求。語(yǔ)音接收部分采用中心頻率為80.6 M的語(yǔ)音調(diào)頻解調(diào)方案,采用CXA1691BM FM解調(diào)芯片,利用晶振鎖相技術(shù),使其能夠準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)80.6 M中心頻率,解調(diào)后可以降低信號(hào)噪音,保持語(yǔ)音信號(hào)的質(zhì)量。FM接收器輸出的語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)VR1衰減后通過(guò)C11、C13進(jìn)入SPCE061A的MIC端口。可以通過(guò)調(diào)整VR1,使語(yǔ)音信號(hào)電平與SPCE061A的MIC端口電平匹配。電路圖如圖2所示。

2.2 語(yǔ)音輸出模塊播放錄音時(shí),數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)內(nèi)置DAC轉(zhuǎn)換成模擬語(yǔ)音信號(hào)輸出,模擬語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)音頻集成放大器SPY0030,再驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器播放錄音。揚(yáng)聲器的音量可以通過(guò)R9調(diào)節(jié)。電路圖如圖3所示。

2.3 光電檢測(cè)部分如圖4所示,本系統(tǒng)采用2個(gè)型號(hào)為GY10-W3-3E1光電傳感器分設(shè)在車體兩側(cè),接入SPCE061A的IOB6、IOB7,分別檢測(cè)車體前左、前右方向是否有障礙物。當(dāng)有反射信號(hào)時(shí),即前方出現(xiàn)障礙物,傳感器輸出低電平;反之,則輸出高電平。這樣,SPCE061A通過(guò)判斷IOB6、IOB7端口電平的高低就可判斷前方是否有障礙物,進(jìn)而采取相應(yīng)避障動(dòng)作。

2.4 驅(qū)動(dòng)控制部分車體為4輪結(jié)構(gòu),前面2輪由前輪電機(jī)控制,在連接桿和支點(diǎn)的作用下控制小車的前進(jìn)方向;后面2輪由后輪電機(jī)控制,為小車提供動(dòng)力,控制小車的前進(jìn)和后退。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路使用H橋式功率驅(qū)動(dòng)電路,電路圖如圖5所示。以后輪驅(qū)動(dòng)為例,Q3、Q4、Q5、Q6組成4個(gè)橋臂,Q3和Q6導(dǎo)通時(shí)控制電機(jī)正轉(zhuǎn),Q4和Q5導(dǎo)通時(shí)控制電機(jī)反轉(zhuǎn)。SPCE061A的IOB11和IOB10控制前輪的左右方向,IOB9和IOB8控制后輪的前進(jìn)和后退。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文所敘述的基于SPCE061A的無(wú)線語(yǔ)音控制系統(tǒng),經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)證明,系統(tǒng)便于控制,穩(wěn)定性高,實(shí)現(xiàn)無(wú)線語(yǔ)音控制、智能避障、人車互動(dòng)等目標(biāo)。無(wú)線語(yǔ)音控制可以克服環(huán)境噪音對(duì)語(yǔ)音命令的影響,控制更容易準(zhǔn)確,也使得語(yǔ)音識(shí)別率大大提高,因此系統(tǒng)具有更強(qiáng)的適應(yīng)能力。然而電機(jī)與無(wú)線調(diào)制都有各自供電部分,使整個(gè)系統(tǒng)的電源模塊比較復(fù)雜,還需要以后進(jìn)一步改進(jìn)。小車避障雖然采用語(yǔ)音控制和光電檢測(cè)相結(jié)合的方法,但是避障動(dòng)作較為簡(jiǎn)單,還不能夠做到繞、跨、越等動(dòng)作,還需要進(jìn)一步的拓展。由于SPCE061A的成本低,研制出的智能小車(圖6)性價(jià)比較高,有較高推廣價(jià)值,如可以進(jìn)一步產(chǎn)品化,會(huì)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

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