運動小車多功能控制系統(tǒng)

1、哈爾濱師范大學 學年論文 題 目 運動小車多功能控制系統(tǒng) 學 生 指導教師 年 級 專 業(yè) 系 別 學 院 哈爾濱師范大學2011年6月論文提要 隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，自動化已經(jīng)不再是一個新鮮的話題，無人駕駛的小汽車也必將進入實用階段。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單片機為核心，完成語音控制智能小車的設計與制作。 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、后退、左拐、右拐）的軟硬件設計與實現(xiàn)。運動小車多功能控制系統(tǒng)摘 要：重點討論其基本功能部分。采用凌陽

2、公司的SPCE061A16位單片機作為語音控制小車的檢測和控制核心，配合SPCE061A的語音特色，利用系統(tǒng)的語音播放和語音識別資源，通過控制I/O接口電路傳輸控制信息，最終實現(xiàn)多功能語音控制小車的基本功能。經(jīng)反復試驗，結(jié)果表明語音識別準確率高，控制效果良好。關(guān)鍵詞：SPCE061A單片機 語音控制 小車 光電傳感器一、系統(tǒng)硬件設計 該語音控制系統(tǒng)主要采用凌陽SPEC061A單片機為核心，并通過各種傳感器實現(xiàn)其各種功能，其硬件設計總體框圖如圖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計。圖1-1 系統(tǒng)總體框圖（一）小車控制板的

3、設計與實現(xiàn) 小車控制板是使小車執(zhí)行各項行使功能的核心部分，應該包括傳送61板I/O接口信號的接口電路、給電機61板控制板提供電源的電源電路以及使電機工作的電驅(qū)動電路。其中I/O信號主要為控制電機需要的IOB8IOB11這4路信號，以及實現(xiàn)其他擴展功能所需而添加的傳感器的I/O端口，同時整個小車需要有4個電源信號，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。本設計中系統(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)動電路的設計 由于單片機I/O口提供的電流太小，不能直接驅(qū)動繼電器。在這里采用8050來提供一個開關(guān)電壓，實現(xiàn)I/O口對繼電器的驅(qū)動，用IN4007去掉繼電器斷開時線圈產(chǎn)生的反向電流，保護,8050。 動力驅(qū)動由后輪驅(qū)動實現(xiàn)，負責小車的直線方向運動，包括前進和后退，后輪驅(qū)動電路是一個全橋驅(qū)動電路，4個三極管組成4個橋臂每兩兩組成一組，再分別用另外的2個三極管來分別控制這兩個組的導通與關(guān)斷，而這,2個三極管則由IOB9和IOB8控制，這樣就可以通過IOB8和IOB9控制4個橋臂的導通與關(guān)斷控制后輪電機的運行狀態(tài)，使之正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)或者停轉(zhuǎn)"進而控制小車的前進和后退。（三）方向電

5、機控制電路的設計方向控制由前輪驅(qū)動實現(xiàn)，包括左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，前輪驅(qū)動電路也是一個全橋驅(qū)動電路，依然利用4個三極管來組成4個橋臂，還是每兩個組成,1組，仍然分別利用,2個三極管來控制其每組的導通與關(guān)斷，而IOB10和IOB11 則用來控制這2個三極管，這樣就可以通過IOB10和IOB11控制前輪電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn),進而控制小車的左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn),從而控制了小車方向的具體轉(zhuǎn)向問題。結(jié)合以上對前輪和后輪的狀態(tài)分析，得到小車的運行狀態(tài)與輸入的對照表，如表1-1基本的輸入與小車運動狀態(tài)對照表所示。表1-1 基本的輸入與小車運動狀態(tài)對照表另外還有一些不常用的運行狀態(tài)，比如右后轉(zhuǎn)，左后轉(zhuǎn)等，結(jié)合以上對前輪和后輪的分析，

6、其端口對照如表1-2所示：（四）顯示電路的設計 顯示電路采用共陰極數(shù)碼管LG5641AH進行動態(tài)顯示，LG5641AH具有4位數(shù)碼管，這,4個數(shù)碼管的段選a、b、c、d、e、f、g分別接在一起，每一個都擁有一個共陰的位選端，通過動態(tài)顯示可輪流顯示時間和路程，這有利于節(jié)省I/O口。系統(tǒng)顯示時間的精度為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單片機的I/O口即可，因為I/O口輸出電流很小不會對LED造成損壞，它的電壓值卻足以驅(qū)動LED。 區(qū)別于以往的單片機需要外接驅(qū)動電路和電阻的不足，本

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

8、在識別環(huán)節(jié)當中，如果辨識結(jié)果是名字，直接置待命標志，然后等待動作命令。只有檢測到待命標志，小車才會根據(jù)相應的辨識結(jié)果執(zhí)行動作；如果沒有待命標志即使識別到動作命令也不會執(zhí)行動作。小車在執(zhí)行完對應的命令之后，將清除待命標志，結(jié)束待命狀態(tài)。 重訓操作：考慮到有重新訓練的需求，所以在這里設置了重新訓練的按鍵，程序運行時循環(huán)掃描該按鍵，什么時間檢測到此鍵按下，則將擦除語音模型存儲區(qū)首單元（0xe000）所在的頁，等待復位到來。復位后，程序重新從頭開始執(zhí)行，當檢測到語音模型存儲區(qū)首地址為0xffff（擦除后的值）時會要求重新對其進行訓練。 當其收到3次辨識循環(huán)，小車則會停止，并進行路程的顯示和播報，路程的

9、顯示采用動態(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，顯示的同時會有語音播報時間和路程，語音主要采用凌陽SACM_S480的語音播報功能。三、系統(tǒng)測試 本系統(tǒng)經(jīng)測試基本功能（語音控制小車的前進后退左右轉(zhuǎn)）運行效果良好，達到了預期的目的，同時其他功能部分也進入了調(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)機械性能要求較高，所以為了更好地實現(xiàn)語音辨識，噪聲不能太大，行使速度也不宜太快，這是需要進一步解決的問題，我們將在后續(xù)的設計中適當予以改進。4結(jié)語 本系統(tǒng)采用凌陽SPCE061A16位單片機實現(xiàn)。內(nèi)部集成了2K字的RAM, 32K字的Flash加上用凌陽SPCE06

10、1A16位單片機實現(xiàn)不需要外擴程序存儲器和RAM，也不用外接語音芯片，即可實現(xiàn)語音辨識和一系列職能動作。由于采用了高性能的MCU，省掉了大量的外圍器件，如外擴RAM，ROM存儲器等，使硬件結(jié)構(gòu)大大簡化，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現(xiàn)，集兩種語言的優(yōu)點于一體，極大限度地簡化了編程過程，豐富了編程思想，給我們設計帶來了極大的方便。如果采用別的單片機則一般要2個單片機才能實現(xiàn)所有功能，硬件電路也更加復雜。若要實現(xiàn)語音播報功能和語音辨識，即使多用幾個其他類型的單片機也不可能實現(xiàn)，而凌陽單片機提供了很好的語音播放和錄制機制以及簡單的API接口編程。利用凌陽單片機技術(shù)來實現(xiàn)語音控制功能將會廣泛地運用在通信等領域。參考文獻：1 姜志玲：簡易智能電動車的設計J，華東交通大學學報，2005,22（5）2 張飛舟，沈程智，范躍祖:利用單片機實現(xiàn)智能控制J,電子技術(shù)應用1998,17（9）3 肖毅，肖明。單片機抗干擾技術(shù)及應用J。電子產(chǎn)品世界2002,9（2）4 羅亞非.凌陽16位單片機應用基礎M.北京：北京航空航天大學出版社2005，9-105 顏利彪，范蟠果。基于單片機的簡易智能電動車J。電子技術(shù)2004，41（4）6 馬麗靜.基于單片機控制的語音識別系統(tǒng)的軟件開