《基于單片機的語音控制智能小車系統(tǒng)設計（附實物圖和程序）》5600字（論文）

PAGE基于單片機的語音控制智能小車系統(tǒng)設計目錄23944摘要 169061緒論 232761.1發(fā)展現(xiàn)狀 2168551.2研究目的及意義 2255731.3完成的任務及要求 2225571.3.1設計任務 2211151.3.2設計要求 2275862設計方案及硬件模塊 377992.1系統(tǒng)設計方案 39392.2系統(tǒng)設計框圖 3300832.3硬件模塊 42.3.1STC89C52單片機模塊4120822.3.2LD3320語音識別模塊 5228122.3.4L298N電機驅動芯片 6266672.3.5紅外避障模塊 7146602.3.6BY8001MP3模塊 894922.3.7無線收發(fā)模塊 896973模塊程序設計及流程 9153503.1系統(tǒng)設計流程 1037863.2電機驅動模塊 1043903.3語音識別模塊 11270703.4紅外避障模塊 1241913.5MP3播放模塊 13237934.實物檢測及分析 142014.1語音識別模塊的檢測 14224714.2智能小車分析 1411691結論 1529718參考文獻 1632390附錄 1725681附錄1小車相關電路圖及實物圖 172320附錄2小車響應程序 19PAGE1摘要：智能化本作為現(xiàn)代社會的優(yōu)秀產(chǎn)物，是未來的發(fā)展方向,它能夠使產(chǎn)品依照預先設定的模式在特殊的環(huán)境中運行工作。智能小車，能夠通過計算機編程使行駛方向、啟動停止等方面進行改變，無需人工干預。本文設計以STC89C52單片機控制的智能小車,給語音識別模塊LD3320結合MP3模塊和無線收發(fā)模塊，加上交互功能，進行識別用戶指令,根據(jù)讀取的信息,小車在接收到特定的指令后,通過單片機最小系統(tǒng)來控制小車動作實現(xiàn)前進、左轉、后退、右轉等操作并可以播放指定音樂。采用C語言進行編程,進行語音的識別,以及模塊間的通信與控制。通過紅外傳感器檢測并找到相應的位置,在不同的障礙點,通過紅外傳感器檢測,由單片機控制完成避障功能。關鍵詞：智能小車；無線收發(fā)模塊；語音模塊LD3320；紅外傳感器1緒論1.1發(fā)展現(xiàn)狀智能化本作為現(xiàn)代社會的優(yōu)秀產(chǎn)物，是未來的發(fā)展方向,它能夠使產(chǎn)品依照預先設定的模式在特殊的環(huán)境中運行工作。遙控小車不是智能化的體現(xiàn)，其多種基礎功能都需要人為的控制才能執(zhí)行,動作受限較大且不方便。而智能小車則有所不同，智能小車能夠通過使用計算機編程的方法進行編程，提前設定功能的指令，只要發(fā)出指令，小車就可執(zhí)行對應功能，總體來說，智能小車比遙控小車更適應當代社會的發(fā)展及要求。實現(xiàn)對小車行駛方向、速度控制以及播放音樂等功能，智能小車的優(yōu)點就是不存在過多的人為干預。它是一種凝聚了計算機、通信、信息、導航多方面領域的技術,是比較典型的新鮮且優(yōu)秀的技術綜合體。1.2研究目的及意義機器人的使用范圍已經(jīng)滲透到很多的領域。而且智能機器人的發(fā)展水平確實體現(xiàn)了一個國家相關技術水平的高低，從機器人誕生到現(xiàn)在，目前已經(jīng)發(fā)展到了第三代機器人就是智能機器人。智能機器人即具備“感知、行動”的機器，不僅裝有多種傳感器，而且能擁有在識別作業(yè)環(huán)境的基礎上進行自主決策的能力，智能機器人其擁有人類大腦的一些相似功能，并且操作機動。

智能小車，它的另一種稱呼俗稱是輪式機器人，特別適合一些人類無法適應或工作的環(huán)境中工作。首先機器人本身就是20世紀自動化的成功項目，早已經(jīng)和人類社會生活、生產(chǎn)不可分割。其次學習制作智能小車及了解相關工作原理也也是對4年大學學習生活的一個較好的檢測，其對今后的學習以及從事相關的工作具有極其重大的幫助，有著相當有益的影響。1.3完成的任務及要求1.3.1設計任務設計以STC89C52單片機控制的智能小車,利用語音模塊LD3320識別用戶指令,語音識別正常后判斷該指令是否是預先設定的指令，如果是先前設定的指令，單片機根據(jù)讀取的指令信息，進行相關的操作執(zhí)行。通過紅外傳感器檢測并找到相應的位置,在不同的障礙點,通過紅外傳感器檢測,由單片機控制完成避障功能。LD3320語音識別模塊結合MP3模塊，實現(xiàn)人與機器的簡單交流，實現(xiàn)特定指令對應特定音樂，MP3模塊播放相關音樂。1.3.2設計要求本文設計以STC89C52單片機控制的智能小車,利用語音模塊LD3320識別用戶指令,單片機根據(jù)讀取的信息,通過紅外傳感器檢測并找到相應的位置,在不同的障礙點,通過紅外傳感器檢測,由單片機控制完成避障功能。LD3320語音識別模塊結合MP3模塊，實現(xiàn)人與機器的簡單交流，播放相關音樂及執(zhí)行語音對應的指令。（1）能夠語音控制小車實現(xiàn)小車“前進”“后退”等相關功能。（2）特定的語音控制對應特定的音樂播放，MP3模塊可以播放音樂。（3）在控制小車行進的基礎上加入紅外避障功能2設計方案及硬件模塊2.1系統(tǒng)設計方案小車設計主要包括電機驅動模塊、紅外傳感器組成的避障模塊、LD3320芯片為基礎的語音識別模塊、無線裝置收發(fā)模塊、MP3音樂播放模塊及單片機最小系統(tǒng)。電機驅動模塊為小車提供動力并可控制小車電機轉速功率，與相應的語音控制結合，實現(xiàn)小車的左轉、右轉、停止等功能。紅外避障模塊為紅外傳感器與電機控制的結合，紅外傳感器識別到前方有障礙物時，控制電機轉向，實現(xiàn)小車自動避障。LD3320語音識別模塊，其語音模塊的主要功能是先進行語音信號采集，然后對語音信號進行識別處理，最后將處理信息傳遞給下一模塊，進行相關操作執(zhí)行。by8001是MP3音樂播放模塊，可通過語音識別模塊與其結合形成語音交互功能模塊，當特定的語音識別成功，將其轉化為數(shù)字信號給MP3模塊，播放對應的音樂。無線收發(fā)模塊是當語音輸入時，識別模塊進行識別，再將信號傳給小車，使小車進行相應的操作。單片機控制模塊是整個設計系統(tǒng)的核心模塊，幾個模塊相互結合，使小車實現(xiàn)所需要的功能。2.2系統(tǒng)設計框圖小車設計主要包括電機驅動模塊、紅外傳感器組成的避障模塊、LD3320芯片為基礎的語音識別模塊、無線裝置收發(fā)模塊、MP3音樂播放模塊及單片機最小系統(tǒng)。下圖為圖2-1小車設計框圖。圖2-1小車設計框圖2.3硬件模塊2.3.1STC89C52單片機模塊STC89C52單片機是一種常用的帶8k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的微處理器。其主要功能如下表2-1功能表所示表2-1STC89C52單片機主要功能主要功能特性8k字節(jié)Flash512字節(jié)RAM32位I/O口線三個16位定時器/計數(shù)器一個6向量2級中斷結構全雙工串行口4個8bit可編程I/O口看門狗定時器STC89C52具備44個引腳，其中存在4個8bit可編程I/O輸入輸出端口。下圖為圖2-2單片機最小工作系統(tǒng)圖2-2STC89C52單片機最小工作系統(tǒng)2.3.2LD3320語音識別模塊LD3320是一種特別的語音識別控制芯片，其芯片上集成單聲道模數(shù)轉換器與雙聲道數(shù)模轉換接口，無需外接其它輔助的存儲設備，就可以直接實現(xiàn)語音識別及功能定義指令的功能。可以將麥克風直接接到芯片AD轉換引腳上就可以采集語音指令信號；芯片也能實現(xiàn)播放聲文件功能，語音模塊可提供500mW的音頻驅動內(nèi)置放大器。芯片工作電壓為3.3V。芯片在同一時刻最多可以在將近50條候選語音指令中進行識別，還可以程序設置動態(tài)關鍵詞指令從而能識別到更多的指令。下圖為圖2-3LD3320語音識別模塊。圖2-3LD3320語音識別模塊2.3.4L298N電機驅動芯片L298N電機驅動模塊在使用時必須與單片機共地，可以使控制所用的邏輯電平在同一個地作參考，方便分析電路。L298N可方便用單片機的I/O口來進行控制電機的運作，不僅操作簡單方便且具有一定的優(yōu)點。L298N具有兩個使能控制端，通過使能端用以控制兩個直流電機，高電平電機工作，單片機也可直接對使能端寫入0或1高低電平控制L298N是否工作。下表為表2-2L298N的工作關系表表2-2L298N工作關系表ENAIN1IN2電機運行狀態(tài)HHL正轉HLH反轉HIN2IN1快速停止LXX停止下圖為圖2-4L298N電機驅動模塊。圖2-4L298N電機驅動模塊2.3.5紅外避障模塊紅外避障模塊為紅外傳感器與電機控制的結合，紅外傳感器識別到前方有障礙物時，小車停止行進，電機控制小車左轉，實現(xiàn)小車自動避障。紅外傳感器是利用紅外線為介質的一種傳感器，根據(jù)不同的功能還可繼續(xù)細分種類。紅外傳感技術如今在現(xiàn)代社會的多個方向及領域都具有比較明顯且常見的應用。紅外傳感器原理如圖2-5所示圖2-5紅外傳感器原理圖2.3.6BY8001MP3模塊BY8001是一種小巧高效的MP3模塊。該芯片可用TF卡進行語音內(nèi)容存儲，也可以使用連接裝備將其與電腦連接進行內(nèi)容更換。支持UART異步串口控制：支持播放、暫停、音量加減、上下曲、選曲播放等功能。自帶音量、曲目和掉電記憶功能。裝備TF卡座，可以插卡來替換語音內(nèi)容，支持讀取U盤，還可以經(jīng)過USB數(shù)據(jù)線直接連接電腦。下圖為圖2-6BY8001模塊。圖2-6BY8001模塊2.3.7無線收發(fā)模塊NRF24L01Z為無線收發(fā)模塊，優(yōu)點是進行編程使用時比較方便，并且可以與單片機直接連接，內(nèi)置專門的穩(wěn)壓電路，因此具有良好的通信效果。功耗低，性能強，設計更加方便。如圖2-7NRF24L01Z模塊所示圖2-7NRF24L01Z模塊3模塊程序設計及流程3.1系統(tǒng)設計流程系統(tǒng)初始化：LD3320初始化配置、串口通信初始化、電機驅動初始化等。系統(tǒng)初始化后，系統(tǒng)就可以開始運行，語音控制小車自行行進，并且可以避障，當遇到其他語音指令控制時，進行其他功能。語音識別流程是語音模塊程序的主要部分，識別流程中首先是單片機讀取存入的識別指令，然后將讀取到的識別指令寫入語音芯片的寄存器中，芯片對采集的指令進行匹配處理，而后將處理結果經(jīng)SPI方式反饋給處理器。處理器同樣對收到的語音指令進行匹配處理，進而根據(jù)指令輸出相應的控制命令，通過無線收發(fā)裝置傳輸信號，外部模塊執(zhí)行相應的動作。下圖為圖3-1系統(tǒng)設計流程圖。圖3-1系統(tǒng)設計流程圖3.2電機驅動模塊電機模塊共分為兩個部分分別為一路直流電機和一路舵機。直流電機控制有轉動方向控制與轉動速度控制，轉動方向通過控制引腳高低電平控制，速度通過PWM控制。舵機角度轉動通過PWM占空比進行控制。通過控制L298N的使能端及信號輸入口，來控制小車的方向，使小車左轉、右轉等。電機驅動流程圖如圖3-2電機驅動流程圖圖3-2電機驅動流程圖3.3語音識別模塊通過初始化程序給LD3320芯片中寫入相應寄存器的值與語音識別列表，用以控制識別流程，在識別流程中，系統(tǒng)通過讀取LD3320寄存器的值來獲取語音識別流程當前運行到的狀態(tài)。若檢測寄存器的值不正確或流程出現(xiàn)錯誤，程序會對識別流程進行重啟。每次識別的結果無論是否成功都會產(chǎn)生一個中斷信號，控制器根據(jù)該中斷信號來獲取語音識別的結果。每次得到的識別結果都是從最優(yōu)候選寄存器中的來的，從而實現(xiàn)識別的準確度。 語音識別過程如下圖3-3語音識別流程圖所示圖3-3語音識別流程圖3.4紅外避障模塊紅外避障模塊為紅外傳感器與電機控制的結合，紅外傳感器識別到前方有障礙物時，小車進行下一步操作的執(zhí)行，小車進行左轉，實現(xiàn)小車自動避障功能。紅外傳感器是利用紅外線為介質的一種傳感器，根據(jù)不同的功能還可繼續(xù)細分種類。紅外傳感技術在現(xiàn)今的社會中的多個領域都具有明顯及常見的應用。紅外避障流程如圖3-4紅外避障流程圖所示圖3-4紅外避障流程圖3.5MP3播放模塊BY8001芯片為MP3播放模塊，通過LD3320模塊進行語音識別，將識別的信息指令傳給控制模塊，控制模塊控制MP3播放模塊進行音樂播放及小車相關狀態(tài)的改變。BY8001是一種小巧高效的MP3模塊。該芯片可用TF卡進行語音內(nèi)容存儲，也可以使用連接裝備將其與電腦連接進行內(nèi)容更換。可以插卡來替換語音內(nèi)容，支持讀取U盤，還可以經(jīng)過USB數(shù)據(jù)線直接連接電腦。MP3模塊運行流程如圖3-5MP3運行流程圖圖3-5MP3語音播報流程圖4.實物檢測及分析4.1語音識別模塊的檢測該模塊語音識別的檢測是通過語音輸入，判斷所輸入的語音是否與程序預先設定的語音指令一致，能否完成該語音對應的功能。本設計的語音識別模塊為LD3320芯片，并連接無線收發(fā)模塊，使小車可以通過語音實現(xiàn)中遠距離的控制。檢測時，先打開小車啟動電源開關，再打開手中的語音控制模塊。說出“智能小車”，則語音識別模塊開始響應，指示燈亮，繼續(xù)說出下一步指令，小車開始執(zhí)行相關功能。語音識別功能如表4-1所示表4-1語音控制指令語音指令小車檢測智能小車前進小車開始行進智能小車右轉小車開始右轉智能小車停止小車停止智能小車后退小車后退智能小車歌曲名播放相關歌曲語音控制模塊為LD3320結合無線收發(fā)裝置，實物圖如圖4-1所示圖4-1語音控制模塊4.2智能小車分析小車語音控制必須等說出“智能小車”后，指示燈亮，再繼續(xù)說出相關指令，否則小車未必會響應指令。小車紅外避障功能不是特別靈敏，由于該紅外傳感器的安裝角度問題，只能對正前方一定角度及距離的阻擋物進行避障。無線收發(fā)裝置NRF24L01Z并不能長距離的進行信號傳輸，其性能不是特別好，在無干擾的情況下傳輸距離更長下圖為智能小車機體部分，如圖4-2所示圖4-2小車機體實物圖結論設計的語音控制智能小車作為智能機器人的基礎延伸，也是對自己大學四年技能學習的檢測。設計以STC89C52單片機控制的智能小車,利用語音模塊LD3320識別用戶指令,單片機根據(jù)讀取的信息,小車收到相關指令信息后,控制模塊控制驅動電機及語音播放模塊，使語音控制智能小車可以基本實現(xiàn)設計要求的功能。通過紅外傳感器檢測并找到相應的位置,在不同的障礙點,通過紅外傳感器檢測,由單片機控制完成避障功能。LD3320語音識別模塊結合MP3模塊，實現(xiàn)人與機器的簡單交流，實現(xiàn)特定指令對應特定音樂，MP3模塊播放相關音樂。該小車進行檢驗時，語音控制并不是十分的靈敏，有可能是因為未等到語音識別模塊響應，也有可能是因為存在有一定的干擾，使小車并不能及時響應語音控制。紅外避障功能也存在一定的缺陷，其避障距離不穩(wěn)定，且因為紅外傳感器的安裝位置及角度，有時候并不能及時避障。無線模塊的傳輸距離有限，該模塊并不是最好的選擇。小車還可以進一步優(yōu)化，如更換高效的傳輸速度及距離的無線模塊等。參考文獻[1]黃凱榮.語音控制智能小車的設計[J].電子制作,2020(15):41-44+6.[2]張偉.基于語音控制的自主尋跡與避障智能小車設計[J].九江學院學報(自然科學版),2020,35(02):49-50+77.[3]衛(wèi)靜婷,陳利偉,黎斌,譚露雯,鐘佳勝.基于STM32的語音控制和自動避障智能小車的設計[J].電子測試,2019(15):24-25+20.[4]姬曉鵬.基于語音識別的智能小車運動系統(tǒng)優(yōu)化設計[J].國外電子測量技術,2019,38(08):48-51.[5]孫永勝,婁樹勇,劉思夢,李大林.具有語音識別功能的聲控小車的設計與實現(xiàn)[J].電子測試,2019(04):21-22+114.[6]黃揚帆.電子工藝實訓教程[M].重慶大學出版社:,201808.199.[7]周偉,林凡強.單片微機原理及應用[M].重慶大學出版社:,201808.263.[8]吳靜進,何尚平,萬彬.MCS-51單片機原理與應用[M].重慶大學出版社:,201901.294.[9]蘇學軍,謝存祥,于文龍.基于STM32的語音聲紋識別系統(tǒng)設計[J].電子測量技術,2020,43(24):1-5.[10]彭登峰.具有避障及循跡功能的智能小車系統(tǒng)設計[J].數(shù)字技術與應用,2020,38(11):7-9.[11]GuentherFrankH..NeuralControlofSpeech[M].TheMITPress:2016-07-15.[12]YigangHe,XueQing.AutomaticControl,MechatronicsandIndustrialEngineering:ProceedingsoftheInternationalConferenceonAutomaticControl,MechatronicsandIndustrialEngineering(ACMIE2018),October29-31,2018,Suzhou,China[M].CRCPress:2019-03-20[13]MohammadSadraey.AutomaticFlightControlSystems[M].Morgan&ClaypoolPublishers:2020-02-14.

附錄附錄1小車相關電路圖及實物圖附錄2小車響應程序case0xfe:qianjin();//收到指令1，小車前進 break;case0xf7:turnright1();//收到指令2，小車右轉