模擬AGV的音控小車的設計與制作

李雯雯， 孔 勐， 胡金花

（合肥師范學院 電子信息工程學院，安徽 合肥230601）

本設計利用凌陽單片機的語音功能，模擬自動導航小車［1］設計并制作了一個音控小車。凌陽單片機、前輪轉向電機、后輪驅動電機以及車體共同構成一個帶有語音識別的系統［2］，可以根據麥克風采集的語音信號和事先訓練好的語音庫的特征語音進行對比，選擇執行相應的動作，外加兩個反射式紅外傳感器［3］實時監控小車的行進范圍，防止小車在行使過程中碰撞，實現實時避障功能［4］。

1 系統設計方案

聲控小車部分主要分為車身緊急校正模塊、語音輸入模塊、語音輸出模塊、小車動作執行模塊、中心控制模塊［5］。系統中聲控小車部分的原理框圖［6］如圖1所示：

圖1 聲控小車原理框圖

圖1中兩個外部中斷連接的是兩個反射式紅外傳感器，主要用于感測車庫內標出的白色邊界線，從而控制小車在一個合理的區域內動作。MIC是聲控小車的語音輸入模塊，主要用于接收智能車庫的語音命令。SPK是聲控小車的語音輸出模塊，主要用于發出對語音命令的應答。M1是小車的前輪轉向執行電機，由一個普通直流電機以及一些連動齒輪組成。M2是小車的后輪驅動電機，由一個減速電機以及一些齒輪組構成。

本系統主控芯片采用SPCE061A［7］。以μ’nSPTM［8］為核心的SPCE061A微控制器是適用于數字語音識別應用領域中的一種最經濟的選擇；交流減速電機是采用交流單相電容運轉的電機，它適合于在低速傳動裝置中作驅動組件，能起到簡化機械結構和降低能耗的作用，它具有運行穩定、轉矩大、容易控制等特點；普通直流電機用做轉向電機，調速范圍大，工作范圍大，并且轉速高，響應速度快，適合用于音控小車的轉向；電機驅動（L298N）是SGS公司的產品。其額定工作電流為1A，最大可達1.5A；Vss電壓最小4.5V，最大可達36V；Vs電壓最大36V；紅外反射式光電傳感器［9］，其紅外反射光強法的測量原理是將發射信號經調制后送紅外管發射，光敏管接收調制的紅外信號。

2 硬件電路設計

聲控小車的車身是用玩具車改裝而成，中央控制單元采用凌陽61板，電源部分是由三塊手機電池組成，前輪電機采用普通直流電機，后輪驅動電機采用減速電機，電機驅動芯片采用L298。

2.1 電機驅動電路設計方案：

L298N作為驅動芯片，一方面要接受來自單片機的控制信號，通過L298N的使能控制端ENA、ENB控制芯片的工作狀態。另一方面要給步進電機以輸入信號（OUT1口～OUT4口），使電機轉動。L298與步進電機的連接電路如圖2所示：

圖2 L298連接圖

2.2 傳感器電路設計方案：

反射式光電傳感器，它包括一個可以發射紅外光的固態發光二極管和一個用作接收器的固態光敏二極管（或光敏三極管）。在車前方安裝了左右兩個反射式紅外傳感器。它們分別接單片機的EXT1和EXT2外部中斷，從而保證了實時性，達到了系統的設計要求。反射式紅外傳感器接線圖如圖3所示：

圖3 反射式紅外傳感器接線圖

3 軟件設計

3.1 行使狀態控制電路的設計：

整個小車的行駛狀態由兩個電機來控制，MOTOR 1控制左拐和右拐，MOTOR 2控制前進、倒退。具體行使狀態控制如表1所示。

表1 行使狀態控制表

3.2 語音辨識設計：

凌陽的SPCE061A是16位單片機，具有DSP功能，有很強的信息處理能力，具備運算速度高的優勢，為語音的播放、錄放、合成及辨識提供了條件。

特定語者（Speaker Dependent，SD）模式即辨認特定的使用者，使用者可針對特定語者辨認詞匯，即在啟動小車前，系統將會提示輸入語音命令作簡單快速的訓練紀錄，在這里輸入“啟動”“停止”“返回”和“模式切換”四個語音命令，通過使用者的聲音特性加以辨認。進入語音適應（speaker adaptation，SA）階段，使用者只要經過一段時間的訓練后，即可擁有不錯的辨識率。語音識別電路基本結構圖和語音識別原理圖如圖4和圖5所示：

圖4 語音識別電路結構

圖5 語音識別原理圖

3.3 辨識主程序如圖6所示：

圖6 辨識主程序流程

3.4 中斷部分

由于凌陽單片共有9個中斷相量即FIQ、IRQ0－IRQ6及UART IRQ。而9個中斷向量共安置了14個中斷源，這樣就出現了一個中斷向量中包含多個中斷源的情況，當編寫中斷服務子程序時注意判斷和區分同一中斷向量下的中斷源。

4 小結

模擬AGV的音控小車以凌陽16位單片機為控制核心，能夠識別使用者的語音指令，并且按照指令完成前進、倒車、左傳、右轉以及倒庫等動作；外加的兩個反射式紅外傳感器實時監控小車動作，防止小車在行駛過程中碰撞［10］，實現了實時避障功能。模擬AGV的聲控小車實物如圖7所示：

圖7 聲控小車實物圖

整個系統運行穩定，達到了設計要求，并且充分體現了凌陽16位單片機在數字信號處理及語音處理方面的優越性。

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