用單片機實現(xiàn)語音控制機器人

1、 .14/14用單片機實現(xiàn)語音控制機器人制作人：磊 pb02023035 盧恒 pb02006088題目：用凌陽單片機實現(xiàn)語音識別功能并傳遞給PIC單片機信號，由PIC單片機控制機器人實現(xiàn)動作關(guān)鍵字：PIC單片機，凌陽單片機，語音控制單片機在現(xiàn)今生活中占有越來越重要的地位，用語音控制單片機實現(xiàn)控制更具有廣泛的應(yīng)用價值。用語音控制舞蹈機器人做一些動作是我們這次實現(xiàn)的功能，雖然這在語音控制方面仍處于起步階段，但他體現(xiàn)了語音控制的原理和基本實現(xiàn)，也為更高級的運用打下了基礎(chǔ)。原理：語音識別原理語音識別電路基本結(jié)構(gòu)如上圖所示：語音識別分為特定發(fā)音人識別（Speaker Dependent）和非特定發(fā)音人

2、識別（Speaker Independent）兩種方式。特定發(fā)音人識別是指語音樣板由單個人訓練，對訓練人的語音命令識別準確率較高，而其他人的語音命令識別準確率較低或不識別。非特定發(fā)音人識別：是指語音樣板由不同年齡、不同性別、不同口音的人進行訓練，可以識別一群人的命令。語音樣板的提取非常重要。我們將標準模式的存儲空間稱之為“詞庫”，而把標準模式稱之為“詞條”或“樣板”。所謂建立詞庫，就是將待識別的命令進行頻譜分析，提取特征參數(shù)作為識別的標準模式。識別過程首先要濾除輸入語音信號的噪音和進行預加重處理，提升高頻分量，然后用線性預測系數(shù)等方法進行頻譜分析，找出語音的特征參數(shù)作為未知模式，接著與預先存儲

3、的標準模式進行比較，當輸入的未知模式與標準模式的特征相一致時，便被機器識別，產(chǎn)生識別結(jié)果輸出。如果輸入的語音與標準模式的特征完全一致固然好，但是語音含有不確定因素，完全一致的條件往往不存在，事實上沒有人能以絕對一樣的語調(diào)把一個詞說兩遍，因此，預先制定好計算輸入語音的特征模式與各特征模式的類似程度，或距離度的算法規(guī)則固化在ROM中，把該距離最小，即最類似的模式作為識別相應(yīng)語音的手段。當然，影響識別率的因素還有一些，如連續(xù)發(fā)音（如英語）與斷續(xù)發(fā)音（如漢語）的不同（二者區(qū)別在于單詞間隔有200ms以上的空隙時間）。本程序采用特定人識別方式，將訓練的標準樣板存于部RAM中（掉電丟失），每次上電復位后都

4、要進行訓練，硬件電路硬件電路比較簡單，MIC選用駐極體電容話筒，這種話筒具有靈敏度高、無方向性、重量輕、體積小、頻率響應(yīng)寬、保真度好等優(yōu)點，駐極體話筒的偏壓由SPCE061A的VMIC管腳提供。其硬件電路如下圖所示。SPCE061A的A/D轉(zhuǎn)換器有8個通道，其中有1個通道是MIC-IN輸入，它專門用于對語音信號進行采樣。語音信號經(jīng)MIC轉(zhuǎn)換成電信號，由隔直電容隔掉直流成分，然后輸入至SPCE061A部前置放大器。SPCE061A部自動增益控制電路AGC能隨時跟蹤、監(jiān)視前置放大器輸出的音頻信號電平，當輸入信號增大時，AGC電路自動減小放大器的增益；當輸入信號減小時，AGC電路自動增大放大器的增益

5、，可使進入A/D的信號保持在最佳電平，又可使削波減至最小，A/D轉(zhuǎn)換器對輸入的音頻信號進行8kHz采樣，并按照凌陽音頻編碼格式進行編碼，每秒將占用16kBits的存儲器空間。2.機器人的控制。我們控制的機器人是“小強”，他總共有三個電機需要控制。行走由一個直流電機控制，手部有兩個步進電機控制。對每一個電機規(guī)定固定的端口，由PIC控制電機驅(qū)動電路H橋的使能端從而實現(xiàn)各種動作的控制。在這里，PIC單片機時刻監(jiān)視凌陽單片機的信號位，不同的電平組合進行不同的動作，實現(xiàn)語音控制。程序設(shè)計語音識別程序。程序包括三部分：訓練樣本、識別和語音提示。由于語音樣本是存在部RAM中，掉電將丟失，所以在每次上電復位時

6、都必須重新訓練，訓練過程主要是靠調(diào)用庫函數(shù) BSR_Train 來完成，為了防止誤命令，每條語音命令訓練2遍，只有2次命令一樣時才成功，BSR_Train函數(shù)有8種可能的返回值：0訓練成功；-1沒有檢測到命令；-2需要再訓練一次，每條命令訓練2次，第一次訓練成功則返回-2；-3環(huán)境太吵；-4存儲器滿；-5兩次命令不一樣；-6命令序號超出圍；-7命令已存在；訓練成功則訓練下一條，否則繼續(xù)訓練。語音識別程序包括識別程序和中斷服務(wù)程序。識別程序完成選取詞庫、初始化A/D和定時器TimerA、識別運算與識別結(jié)果處理，整個流程圖如圖。中斷服務(wù)程序定時讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，并存入緩沖區(qū)，A/D的輸入為MIC

7、通道的語音信號。語音識別和放音分時復用TimerA FIQ 中斷，由標志位判斷是語音識別處理還是放音處理。中斷服務(wù)程序的流程圖如圖所示。識別程序如下：/=/ 工程名稱： Guard_SD.spj/ 功能描述: 語音識別DEMO程 /每次上電復位后請訓練3條命令，第一條為觸發(fā)命令/后兩條為控制命令，/ 涉與的庫：CMacro.lib/ 組成文件:main.c/ FIQ.asm/hardware.asm/InitIO.asm/ hardware.inc/hardware.h /=#include bsrsd.h#define NAME_ID 0 x100#define COMMAND_ONE_ID

8、 0 x101#define COMMAND_TWO_ID 0 x102#define RSP_INTRO0 /0. I am your body guard.#define RSP_NAME1 /1. Please give me your name.#define RSP_FIRE2 /2. Say Fire.#define RSP_GUARD3 /3. Say Guard.#define RSP_AGAIN4 /4. Say again.#define RSP_NOVOICE5 /5. No voice detected.#define RSP_NAMEDIFF6 /6. Two giv

9、en names are different.#define RSP_HERE7 /10. Im here#define RSP_STANDBY8 /8. Iam standing by.#define RSP_GUNSHOT9 /11. Gun sound.#define RSP_READY10 /13. Im ready!int gActivated = 0;/global variables/1觸發(fā)命令識別成功/0無觸發(fā)命令/* 播放提示語音 */input：播放序號/output：NO/*/void PlayRespond(int Result)BSR_StopRecognizer()

10、; /關(guān)閉識別器SACM_A2000_Initial(1); /初始化播放器SACM_A2000_Play(Result, 3, 3); /播放提示語音while(SACM_A2000_Status()&0 x0001) != 0)SACM_A2000_ServiceLoop();SACM_A2000_Stop(); /停止播放BSR_InitRecognizer(BSR_MIC); /初始化識別器/BSR_EnableCPUIndicator(); /* 訓練命令函數(shù) */input：命令序號、提示語序號/output：0訓練成功 -1訓練失敗/*/int TrainWord(int Wor

11、dID, int RespondID)int res;PlayRespond(RespondID);while(1)res = BSR_Train(WordID,BSR_TRAIN_TWICE);if(res = 0) /訓練成功break;switch(res)case -1: /沒有檢測到命令PlayRespond(RSP_NOVOICE);return -1;case -2: /需要再訓練一次PlayRespond(RSP_AGAIN);break;case -3: /環(huán)境太吵return -1;case -4: /存儲器滿 return -1;case -5: /兩次命令不一樣Play

12、Respond(RSP_NAMEDIFF);return -1;case -6: /命令序號超出圍return -1;case -7: /命令已存在return -1;return 0;/* 主程序 */*/int main()int res, timeCnt=0;InitIO();BSR_DeleteSDGroup(0);/初始化存儲器，選用SPCE061A部RAM存儲語音樣本 PlayRespond(RSP_INTRO);while(TrainWord(NAME_ID,1) != 0) ; /訓練用戶名while(TrainWord(COMMAND_ONE_ID,2) != 0) ; /訓

13、練第一條命令while(TrainWord(COMMAND_TWO_ID,3) != 0) ; /訓練第二條命令BSR_InitRecognizer(BSR_MIC);/初始化識別器 /BSR_EnableCPUIndicator(); PlayRespond(RSP_STANDBY);/播放提示語?Im standing by.while(1)res = BSR_GetResult(); /進行識別，獲取識別結(jié)果if(res 0)/識別成功if(gActivated) /如果已經(jīng)觸發(fā)timeCnt = 0;switch(res)case NAME_ID: /用戶名PlayRespond(RS

14、P_HERE);break;case COMMAND_ONE_ID: /第一條命令PlayRespond(RSP_GUNSHOT);gActivated = 0;break;case COMMAND_TWO_ID: /第二條命令PlayRespond(RSP_READY);gActivated = 0;else /沒有觸發(fā)if(res = NAME_ID)PlayRespond(RSP_HERE);gActivated = 1;timeCnt = 0;else if (gActivated)if (+timeCnt 450)/如果已經(jīng)觸發(fā)，但沒有命令識別出來PlayRespond(RSP_NO

15、VOICE); gActivated = 0;timeCnt = 0;中斷服務(wù)程序如下：/=/文件名稱:FIQ.asm/功能描述:中斷放音/=.PUBLIC _FIQ/EXTERNAL _BSR_FIQ_Routine.EXTERNAL _gIsStopRecog /This variable = 0 if recognizer is busy, / = 1 if recognizer is stopped, / = 2 if recognizer is paused.PUBLIC _BREAK,_IRQ0, _IRQ1, _IRQ2, _IRQ3, _IRQ4, _IRQ5, _IRQ6,

16、_IRQ7/INCLUDE A2000.inc;.INCLUDE hardware.inc.DEFINEP_WatchDog_Clear0 x7012.TEXT_FIQ: PUSH R1,R4 TO SP /寄存器入棧R1 = P_INT_Ctrl /讀中斷標志位R1 &= 0 x2000 JZ FIQ_ret /不是TimerA FIQ中斷R1 = _gIsStopRecog JNZ TimerA_is_S480TimerA_is_Recognize: /TimerA FIQ為語音識別服務(wù)call _BSR_FIQ_Routine /語音識別服務(wù)函數(shù)JMP FIQ_ret TimerA_is

17、_S480:/TimerA FIQ為放音服務(wù)CALL F_FIQ_Service_SACM_S480; /放音服務(wù)函數(shù)FIQ_ret: R1 = 0 xa800; P_INT_Clear = R1; /清中斷標志POP R1,R4 FROM SP; /寄存器出棧reti; _BREAK: _IRQ0:_IRQ1: _IRQ2: _IRQ3: _IRQ4: _IRQ5: _IRQ6: _IRQ7:.END2.機器人控制程序。以下為pic 單片機的程序，用 c 語言編寫。#include #include_CONFIG (HS & PROTECT & PWRTEN & BOREN & WDTDIS

18、);/_CONFIG (HS & UNPROTECT & PWRTEN & BORDIS & WDTEN);/_CONFIG (HS & PROTECT & PWRTEN & BORDIS & WDTEN);#define mg1 RC0/行走電機#define mg2 RC1#define ml1 RC2 /左腳電機#define ml2 RC3 #define mr1 RC4 /右腳電機#define mr2 RC5 #define ma RD1 /鎖存器輸入#define mb RD2 #define mc RD3 #define md RD4#define control1 RD5/鎖

19、存器#define control2 RD6 #define control3 RD7#define input1 RB4/PORTB 設(shè)為輸入接至凌陽單片機的輸出端口#define input2 RB5/控制 小強的動作 #define input3 RB6/中斷通過 PORTB 電平變化而引發(fā)#define on 1/控制鎖存器開關(guān)#define off 0#define right 1/步進電機轉(zhuǎn)向標志#define left 0#define freq 2000unsigned int length;/步進電機步長unsigned int tag;/正反轉(zhuǎn)unsigned int in

20、put=0;void stop()/停止mg1=0;mg2=0;void forward()/前進mg1=0;mg1=1;void backward()/后退mg1=1;mg1=0;void turnleft()/左轉(zhuǎn)mr1=1;mr2=0;ml1=1;ml2=0;void turnright()/右轉(zhuǎn)mr1=0;mr2=1;ml1=0;ml2=1;void turnstop()/停止轉(zhuǎn)彎mr1=0;mr2=0;ml1=0;ml2=0;void interrupt control (void) if(TMR1IF&TMR1IE)TMR1IF=0;if(tag=right)switch(leng

21、th)case 1:ma=1;mb=0;mc=0;md=0;break;/TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break;case 2:ma=1;mb=1;mc=0;md=0;break;/TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break;case 3:ma=0;mb=1;mc=0;md=0;break;/TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break;case 4:ma=0;mb=1;mc=1;md=0;break;/TMR1H

22、=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break;case 5:ma=0;mb=0;mc=1;md=0;break;/TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break;case 6:ma=0;mb=0;mc=1;md=1;break;/TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break; case 7:ma=0;mb=0;mc=0;md=1;break;/TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;

23、break;case 8:ma=1;mb=0;mc=0;md=1;break;/TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break;else if(tag=left)switch(length)case 8:ma=1;mb=0;mc=0;md=0;break;/TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break;case 7:ma=1;mb=1;mc=0;md=0;break;/TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break;case

24、6:ma=0;mb=1;mc=0;md=0;break;/TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break;case 5:ma=0;mb=1;mc=1;md=0;break;/TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break;case 4:ma=0;mb=0;mc=1;md=0;break;/TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break;case 3:ma=0;mb=0;mc=1;md=1;break;/TMR1H=(65536-

25、freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break; case 2:ma=0;mb=0;mc=0;md=1;break;/TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break;case 1:ma=1;mb=0;mc=0;md=1;break;/TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256;break;else if(tag=3)ma=0;mb=0;mc=0;md=0;length+;if(length=9)length=1; TMR1H=(65536-freq)/256;TMR1L=(65536-freq)%256; if(T0IE&T0IF)/如果是 PORTB 外接電平變化引起的中斷T0IF=0;if(RBIF&RB