基于單片機(jī)的智能語音小車控制系統(tǒng)設(shè)計

文/田亞立 梁波

語音識別技術(shù)目前是相當(dāng)重要的人機(jī)接口技術(shù)。采用語音識別作為人機(jī)交換技術(shù)具有快捷、實用等顯著優(yōu)點。伴隨著工業(yè)自動化技術(shù)及汽車工業(yè)自動化的迅猛發(fā)展，研究智能小車也逐漸受到大家的關(guān)注。微電子技術(shù)的快速發(fā)展為人們的生活提供了諸多便利，尤其是51單片機(jī)、ARM、DSP等微型計算機(jī)的發(fā)展快速的推動著科技的發(fā)展。將單片機(jī)等微型計算機(jī)的控制功能與傳感器檢測技術(shù)、語音識別技術(shù)等有機(jī)結(jié)合，已經(jīng)成為智能化不可缺少的部分。小車的語音識別、自動尋跡、紅外避障等技術(shù)，不僅可以在智能兒童玩具中應(yīng)用，還可以應(yīng)用在無人駕駛、工廠自動化 、服務(wù)機(jī)器人等諸多領(lǐng)域。本設(shè)計是一種以晶宏公司的STC89C52單片機(jī)為控制器，將語音識別與、自主尋跡及避障功能有機(jī)結(jié)合，有一定的實際應(yīng)用價值。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計方案

本設(shè)計采用STC89C52單片機(jī)作為主控芯片，通過LD3320語音模快識別語音信號，單片機(jī)采集語音模塊的信號，將信號處理后送電機(jī)驅(qū)動模塊，驅(qū)動小車運(yùn)行。小車行駛的狀態(tài)有：前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停車。當(dāng)小車在行駛過程中遇到障礙物，紅外避障檢測模塊檢測周圍障礙物，小車自動停止或轉(zhuǎn)向。利用紅外光電傳感器檢測黑色軌跡。小車的行駛狀態(tài)通過LCD1602液晶顯示出來。

隨著我國的發(fā)展進(jìn)入全新時代，政治參與也逐漸被賦予了更深的意義，只有充分了解政治參與理論，積極參與政治生活，提出自己的意見和建議，才能不斷推動我國政治的發(fā)展，提升我國的國際競爭力。

本智能小車系統(tǒng)由單片機(jī)控制模塊、語音控制模塊、避障模塊、自動循跡模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊及液晶顯示模塊等組成。系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖2：電機(jī)驅(qū)動模塊原理圖

圖3：紅外傳感器工作電路

2 硬件設(shè)計

教師提供了耐熱性Taq酶發(fā)現(xiàn)、同功酶分子結(jié)構(gòu)特點等材料，幫助學(xué)生理解生物如何依賴環(huán)境、適應(yīng)環(huán)境，從分子水平上分析進(jìn)化的本質(zhì)就是生物大分子物質(zhì)的演化，幫助學(xué)生形成生命基本觀念中的“進(jìn)化觀與生態(tài)觀”。

2.1 電源模塊

LD3320語音識別芯片，內(nèi)部已經(jīng)固化了優(yōu)化算法，通過口令觸發(fā)模式和垃圾詞語吸收模式可以提高語音識別的準(zhǔn)確度。設(shè)計中語音通訊采用的是串口通訊，直接與STC89C52的RXD信號相連接。工作中將采集的語音信號送入到LD3320，進(jìn)行解析并提取語音信息，將提取的語音信息與列表中的關(guān)鍵詞進(jìn)行對比與匹配，找出最匹配的關(guān)鍵詞，送入到STC89C52單片機(jī)中。

語音小車的硬件部分主要有電源模塊、主控模塊、語音識別模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、避障模塊、循跡模塊和液晶顯示等組成。

2.2 主控模塊

采用STC89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制器，通過與語音模塊、避障模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、顯示模塊等設(shè)備相互配合，在STC89C52中編寫控制程序來實現(xiàn)對智能小車的控制。

2.3 語音識別模塊

電源模塊在小車的運(yùn)行過程中，需要給單片機(jī)、電機(jī)、各大模塊及傳感器供電。為了保證系統(tǒng)的可靠供電，所以選擇了可充電的7.2V/1300的NI-MH電池組作為供電電源。

2.4 電機(jī)驅(qū)動模塊

左右兩邊的電機(jī)為語音小車的運(yùn)動提供動力。設(shè)計中采用了一個電機(jī)驅(qū)動專用集成芯片LD298N來完成電機(jī)的驅(qū)動。STC89C52單片機(jī)通過I/O將控制信號送到電機(jī)驅(qū)動模塊，L298N經(jīng)過處理后的輸出信號送入到電機(jī)的電源端，兩組信號的值控制著電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，通過改變單片機(jī)I/O口的狀態(tài)（例如00：左電機(jī)停轉(zhuǎn)，10左電機(jī)正轉(zhuǎn)，01左電機(jī)反轉(zhuǎn)等）來控制小車完成前進(jìn)、后退、左拐、右拐等動作。電機(jī)驅(qū)動模塊工作原理如圖2所示。

半夜里女人出來，問手捧雜志的艾莉，都認(rèn)識哪國文字？艾莉說，中文，英文，日文，法文，意大利文……女人問，越南文呢？艾莉說，一點點。女人問，柬埔寨文呢？艾莉說，皮毛。女人問，廠家造你時輸入進(jìn)去的程序？艾莉說，我是智能玩偶，我可以學(xué)。女人問，出廠時你就這樣風(fēng)騷？艾莉說，出廠時我還是女嬰。與你一樣，我也是從女嬰長成女人的。女人問，你有名字吧？艾莉說，我叫艾莉。怎么稱呼你？女人想了想，說，叫我主人吧！

2.5 紅外避障模塊

紅外傳感器安裝在小車的左右兩側(cè)下方。循跡的跑道是預(yù)設(shè)的，需要人為設(shè)置黑色的條狀線，當(dāng)發(fā)射管發(fā)射的紅外線遇到淺色地面時，會發(fā)生漫反射，接受管可以接受到信號，指示燈亮。當(dāng)遇到黑色線條時，紅外線被吸收，接收管接收不到信號，指示燈滅。當(dāng)左邊的傳感器接受不到信號，需控制單片機(jī)向左旋轉(zhuǎn)。當(dāng)左邊的傳感器接受不到信號，需控制單片機(jī)向右旋轉(zhuǎn)。若想提高檢測的可靠性可左右各裝兩個傳感器。紅外傳感器工作電路如圖3所示。

2.6 ST188紅外傳感器尋跡模塊

紅外避障傳感器是由發(fā)射管與接收管組成的，發(fā)射管發(fā)射紅外線，當(dāng)檢測到障礙物時，接收管接受到紅外線反射信號，經(jīng)過LM324比較器后，輸出一個低電平信號送給單片機(jī)。本小車只設(shè)計了避開障礙物的功能。檢測距離可以通過旋轉(zhuǎn)電位器的旋鈕來調(diào)節(jié)，有效的檢測距離范圍是2～30cm。

2.7 顯示模塊

崇禮東溝為清水河源頭，起于崇禮區(qū)北部與張北縣交界的樺皮嶺山腳下［2］，自東北向西南，流經(jīng)清三營、獅子溝、白旗、西灣子等村鎮(zhèn)［3］，在中山溝附近與正溝匯合，匯流口以上流域面積766km2，河道長84km，河道縱坡1.21%。西灣子鎮(zhèn)建有崇禮水文站，控制流域面積430km2，具有1958～1961年、1982～2011年共34年不連續(xù)實測洪水資料。

3 軟件設(shè)計

軟件的設(shè)計包括：主程序控制的設(shè)計、語音控制設(shè)計、紅外循障設(shè)計、紅外循跡設(shè)計、顯示報警設(shè)計等。

3.1 主程序模塊

在語音程序設(shè)計中采用定時器中斷的方式，執(zhí)行完初始化程序后，開始語音識別，語音識別要設(shè)置麥克風(fēng)的輸入通道及其增益值，增益值設(shè)置在45H左右，當(dāng)有語音信號輸入時，通過相關(guān)運(yùn)算函數(shù)對采集到的信息進(jìn)行分析、處理，得到對應(yīng)的語音數(shù)據(jù)，語音控制流程如圖5所示。

設(shè)計采用LCD1602液晶顯示屏，LCD1602可以顯示數(shù)字和符號等，通過字庫軟件可以方便的生成設(shè)計中所需要的漢字的編碼。設(shè)計中主要用LCD1602顯示智能小車行駛運(yùn)動的方向、行駛狀態(tài)等信息。

3.2 語音控制

系統(tǒng)上電后，啟動初始化程序，判斷有無中斷發(fā)生，若有中斷發(fā)生判斷是語音中斷還是避障中斷。當(dāng)發(fā)生語音中斷時，執(zhí)行語音子程序。當(dāng)發(fā)生避障中斷時，執(zhí)行避障子程序。執(zhí)行完子程序后，送電機(jī)控制信號并啟動液晶顯示子程序，主程序流程如圖4所示。

3.2 小車紅外避障控制

在紅外避障的控制程序中，首先檢測是否有障礙物。當(dāng)檢測到有障礙物時，判斷是做左邊的傳感器檢測都到的還是右邊的傳感器檢測到的，若是左邊，則小車需先后退，然后右轉(zhuǎn)。如過是右邊的傳感器檢測到的，則小車應(yīng)該先后退再左轉(zhuǎn)。

3.3 小車循跡流程圖

給STC89C52單片機(jī)定時器0預(yù)置初值，使其在P1.4及P1.5口產(chǎn)生PWM方波信號，來改變電機(jī)兩端的電壓，就可以控制小車運(yùn)行速度。小車行駛時，單片機(jī)不間斷地掃描與紅外傳感器的信號，判斷是否遇到黑線，并將檢測到的黑線信息后，進(jìn)行判斷處理，并將信號傳送到L298N電機(jī)驅(qū)動模塊來控制電機(jī)，使小車沿黑線行駛。小車尋跡流程如圖6所示。

4 結(jié)束語

本智能小車控制系統(tǒng)以晶宏公司的STC89C52單片機(jī)為控制器，采用C語言在Keil軟件進(jìn)行編程。其基本過程如下：首先通過麥克風(fēng)采集語音信息，送入到LM3320識別語音模塊，從列表中找到與之匹配的關(guān)鍵詞，將結(jié)果送給STC89C52單片機(jī)，單片機(jī)將收到的信號后，進(jìn)過判斷處理，將控制信息送給電機(jī)驅(qū)動模塊，來控制小車則完成前進(jìn)、后退、左拐、右拐等動作。避障及循跡部分通過紅外傳感器來檢測信號，將檢測到的信號送到單片機(jī)，由單片機(jī)處理后控制小車的行駛狀態(tài)。實現(xiàn)了一個集語音識別、自動循跡、避障、液晶顯示等功能于一體的智能小車控制系統(tǒng)系統(tǒng)，通過實物驗證，取得了較好的效果。系統(tǒng)成本費(fèi)用低，操作簡單，具有擴(kuò)展升級空間，在生活中應(yīng)用范圍廣，非常實用。

在臨床中接診之后應(yīng)當(dāng)及時按照患者的病史、癥狀、體征及輔助檢查結(jié)果快速判斷，篩選出高危胸痛，并及時處理，提高患者預(yù)后效果。在鑒別中因為患者的疼痛情況、病史以及疼痛部位等存在差異，所以為了有效提升鑒別診斷效果，需要在診斷初期，做好全面的檢查，綜合進(jìn)行初步判斷。100例患者中94例患者通過有效治療后痊愈或好轉(zhuǎn)出院（94.00%）。

圖4：主程序流程圖

圖5：語音控制流程圖

圖6：小車循跡控制流圖