【正文】 語音和紅外智能小車設計畢業(yè)論文目 錄1 緒論 1 語音智能小車簡介 1 紅外遙控循跡小車簡介 22 語音小車軟件設計 4 SPCE051A控制芯片的特性簡介 4 語音小車總體方案介紹 5 語音控制過程軟件設計 6 語音識別原理介紹 6 語音小車軟件設計介紹 103 紅外遙控循跡小車軟件設計 11 循跡模塊軟件設計 12 測溫模塊軟件設計 13 DS18B20的新性能 13 DS18B20的外形和內部結構 13 DS18B20的指令及時序 15 DS18B20讀取溫度的流程圖 17 顯示模塊軟件設計 18 LCD12864硬件簡介 18 LCD12864時序簡介 21 LCD12864指令說明 22 LCD12864相關流程圖 23 遙控模塊軟件設計 25 紅外遙控系統(tǒng) 26 遙控發(fā)射器及其編碼 26 遙控信號接收 28 小車控制模塊軟件設計 28 PWM波的產生 29 系統(tǒng)間的通信 30結 論 32致 謝 33附 錄 35附錄1 語音車程序清單 35 主程序所包含的宏定義和函數聲明程序“” 35 語音車主程序“” 38附錄2 遙控和循跡車程序清單 50 紅外遙控主程序 50 PWM波產生程序“” 55 測溫模塊程序“” 57 小車狀態(tài)控制程序“” 62 液晶顯示主程序“” 66 小車控制主程序“” 76II1 緒論現(xiàn)在智能設備是越來越受到人們的青睞，智能產品也是層出不窮，人們在感受這些智能產品給我們的生活生產帶來方便的同時，也對智能產品提出了更高的要求，現(xiàn)在出現(xiàn)了許多具有代表性的智能化產品，例如：智能機器人、無人駕駛飛機等，它們的出現(xiàn)都在不同程度上改變著我們的生活方式。我們對生產車間調研發(fā)現(xiàn)，在很多車間里都存在由人控制的運輸車，而這些運輸車通常是按固定線路行走的，偶爾會出現(xiàn)人為控制和調節(jié)。鑒于以上現(xiàn)象，我們設計出了按固定線路運送貨物的循跡小車模型，針對有特殊要求的運輸車我們設計制作了遙控小車。此外，在許多場合存在裝貨員和自動運貨車不能同步的情況，所以，我們設計出了聲控小車，這樣就可以在裝貨員準備好后向運輸車發(fā)出語音指令，控制運輸車到指定的位置。經過以上的設計我們可以使工廠車間工作更加有效，同時也可以大大地減輕工人的工作量，可以大大增加企業(yè)效益。此外，我們在遙控小車的基礎上增加了遙控測溫模塊，這樣可以將該遙控小車運用于危險環(huán)境下的環(huán)境監(jiān)測，可以遙控小車進入人不可達或高危環(huán)境作業(yè)。本文就將簡單介紹語音小車和遙控以循跡小車的設計思想。 語音智能小車簡介語音處理技術是一門新興的技術，它不僅包括語音的錄制和播放，還涉及語音的壓縮編碼和解碼，語音的識別等各種處理技術。以往做這方面的設計，一般有兩個途徑：一種方案是單片機擴展設計，另一種就是借助于專門的語音處理芯片。普通的單片機往往不能實現(xiàn)這么復雜的過程和算法，即使勉強實現(xiàn)也要加很多的外圍器件。專門的語音處理芯片也比較多，如ISD 系列、PM50 系列等，但是專門的語音處理芯片功能比較單一，想在語音之外的其他方面應用基本是不可能的。 SPCE061A 是一款 16 位μ39。nSP結構的微控制器。該芯片帶有硬件乘法器，能夠實現(xiàn)乘法運算、內積運算等復雜的運算。它不僅運算能力強，而且處理速度快，單周期最高可以達到 49MHz。 SPCE061A 內嵌 32K 字的 FLASH 程序存儲器以及 2K 的SRAM。同時該 SOC 芯片具有 ADC 和 DAC 功能，其 MIC_ADC 通道帶有AGC自動增益環(huán)節(jié)，能夠很輕松的將語音信號采集到芯片內部，兩路 10 位的電流輸出型DAC，只要外接一個功放就可以完成聲音的播放。以上介紹的這些硬件資源使得該SPCE061A 能夠單芯片實現(xiàn)語音處理功能。 借助于SPCE061A的語音特色，語音智能小車實現(xiàn)了對小車前進、后退、左轉、右轉、停車等語音控制功能。： 語音控制小車實物圖 紅外遙控循跡小車簡介遙控技術已經廣泛的運用于我們的日常生活，像電視機、空調、客廳彩燈及窗簾等都是遙控設備的主要應用對象。特別是，現(xiàn)在的遙控設備逐漸地統(tǒng)一化，我們只要通過一部具有紅外功能的手機就可以實現(xiàn)對很多設備的控制。這也使得我們對遙控設備的需求越來越大，對遙控的要求也越來越高。遙控，我們采用的是目前常用的M50462AP系列編碼芯片的遙控器（熊貓、長虹的彩色電視機使用的遙控器），采用51系列單片機對其進行解碼，通過編程可以對其按鍵功能進行重新定義，以實現(xiàn)特定的功能。比如實現(xiàn)系統(tǒng)的模式選擇，對小車的狀態(tài)控制，溫度采集與顯示等?？梢允剐≤嚋蚀_無誤的到達指定的地點，做出相關的操作。循跡小車是采用五組紅外對管制作循跡傳感器。依據紅外對管在黑白不同顏色物體上的輸出電壓不同，再加以比較電路，以使用紅外對管制作的循跡傳感器對黑色軌道具有辨識能力，從而實現(xiàn)小車對軌道的辨識和跟蹤，從而達到循跡的目的。在此基礎上，加上測溫模塊DS18B20和顯示模塊LCD12864，實現(xiàn)對環(huán)境溫度的實時監(jiān)控和關鍵點溫度記錄，并可以通過顯示模塊顯示出相關溫度信息和小車狀態(tài)信息。： 紅外遙控循跡小車實物圖2 語音小車軟件設計語音小車是以凌陽SPCE061A為主控芯片，實現(xiàn)語音的錄入，訓練、播放、識別及相關程序處理。61板控制電機是通過通用IO口控制電子開關CD4052并通過電機驅動芯片L298驅動小車電機做出相應的動作，實現(xiàn)語音對小車的控制。 SPCE051A控制芯片的特性簡介SPCE061A是一款性價比很高的十六位單片機，使用它可以非常方便靈活的實現(xiàn)語音的錄放，該芯片擁有8路10位精度的 ADC，其中一路為音頻轉換通道，并且內置有自動增益電路。這為實現(xiàn)語音錄入提供了方便的硬件條件。兩路10位精度的DAC，只需要外接功放（SPY0030A）即可完成語音的播放。該單片機具有一套易學易用的指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境，在此環(huán)境中，它支持標準C語言編程，也支持C語言與匯編語言的互相調用。另外還提供了語音錄放的庫函數，只要了解庫函數的使用，就可以很容易的完成語音的錄放、識別等功能，這些都為軟件開發(fā)提供了方便的條件。SPCE061A特性：16位μ’nSP微處理器；工作電壓：~(CPU)，I/O口工作電壓VDDH為VDD~(I/O)；CPU時鐘：~； 內置2K字SRAM：內置32K閃存ROM；可編程音頻處理； 晶體振蕩器； 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時鐘處于停止狀態(tài))，耗電小于2μA@； 2個16位可編程定時器/計數器(可自動預置初始計數值)； 2個10位DAC(數模轉換)輸出通道； 32位通用可編程輸入/輸出端口； 14個中斷源可來自定時器A/B，時基，2個外部時鐘源輸入，鍵喚醒； 具備觸鍵喚醒的功能； 使用音頻編碼SACM_S240方式()，能容納210秒的語音數據； 鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號； 32768Hz實時時鐘； 7通道10位電壓模數轉換器(ADC)和單通道聲音模數轉換器； 聲音模數轉換器輸入通道內置麥克風放大器和自動增益控制(AGC)功能； 具備串行設備接口； 低電壓復位(LVR)功和低電壓監(jiān)測(LVD)功能； 內置在線仿真板(ICE，InCircuit Emulator)接口。 語音小車總體方案介紹小車的運動控制采用語音控制，通過語音觸發(fā)小車動作，小車動作之后，運行一段時間將自行停止，可以通過語音指令改變小車的運動狀態(tài)。 通過程序賦給61板的IO口的對應位相應的狀態(tài)字，以控制小車前后兩個輪子對應的電子開關的控制口（B、A），從而控制L298的信號輸入端，這樣就可以分別控制小車的兩個電機實現(xiàn)小車的前進、后退、左轉、右轉停止等狀態(tài)。而兩個電機的控制信號是由兩路占空比可調的PWM波（由IOB8和IOB9輸出）提供，這樣可以靈活控制小車的速度，使控制更為方便。： 語音小車各部分實物圖 語音控制過程軟件設計該系統(tǒng)軟件分為四大部分：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IOB8~IOB11設置為輸出端，用以控制電機。必要時還要有對應的輸入端設置和PWM端口設置等。 訓練部分：訓練部分完成的工作就是建立語音模型。程序一開始判斷小車是否被訓練過，如果沒有訓練過則要求對其進行訓練，并且會在訓練成功之后將訓練的模型存儲到Flash，在以后使用時不需要重新訓練；如果已經訓練過會把存儲在Flash中的模型調出來裝載到辨識器中。 識別部分：在識別環(huán)節(jié)當中，如果辨識結果是名字，停止當前的動作并進入待命狀態(tài)，然后等待動作命令。如果辨識結果為動作指令小車會語音告知相應動作并執(zhí)行該動作。重訓操作：考慮到有重新訓練的需求，設置了重新訓練的按鍵（61板的KEY3），循環(huán)掃描該按鍵，一旦檢測到此鍵按下，則將擦除訓練標志位（0xe000單元），并等待復位。復位后，程序重新執(zhí)行，當檢測到訓練標志位為0xffff時會要求重新對其進行訓練。 語音識別原理介紹語音識別主要分為“訓練”和“識別”兩個階段。在訓練階段，單片機對采集到的語音樣本進行分析處理，從中提取出語音特征信息，建立一個特征模型；在識別階段，單片機對采集到的語音樣本也進行類似的分析處理，提取出語音的特征信息，然后將這個特征信息模型與已有的特征模型進行對比，如果二者達到了一定的匹配度，則輸入的語音被識別。語音識別分為特定人語音識別和非特定人語音識別。為了減小設計的難度和提高語音識別的可靠性，本文采用凌陽61開發(fā)板所帶的特定語者辨別SD（Speaker Dependent）的相關識別API函數來實現(xiàn)語音識別和相關的控制。特定人語音識別即語音樣本由單個人訓練，也只能識別訓練人的語音命令，對他人的命令識別率較低或幾乎不能識別，這個就是所謂的特定人，特定人語音識別由“訓練”和“識別”兩個步驟組成，通過語音訓練生成特征模型，然后再根據這些特征模型來進行識別。現(xiàn)在介紹一些凌陽61開發(fā)板在語音識別過程中所要使用到的SCAM庫中的常用語音識別API函數。初始化部分int BSR_DeleteSDGroup(0)【功能說明】SRAM初始化，即初始化存儲單位。【備注】語音命令的特征模型是通過BSR_Train函數保存在RAM空間中的。如果所需的RAM空間已被舊的特征模型數據占滿，新特征模型則無法保存到RAM中。利用BSR_DeleteSDGroup函數可以把RAM空間中的所有特征模型刪除，釋放出所需的空間。訓練部分int BSR_Train(int CommandID,int TraindMode)【功能說明】訓練函數，是用來實現(xiàn)存儲訓練的語音命令的。它是語音識別的前提，是很重要的一個環(huán)節(jié)?！緟怠緾ommandID：即命令序號，范圍從0x100~0x104，并且對于每組訓練語句都是唯一的。注意：每組訓練語句一般最多只有5條語句。如果需要多條語句，則需要建立多組訓練語句。【返回值】訓練成功，返回0； 沒有聲音，返回1； 需要更多的語音數據來訓練，返回2； 當環(huán)境太吵時，返回3； 當數據庫滿時，返回4； 當兩次輸入命令不同時，返回5； 當序列號超出范圍時，返回6?！緜渥ⅰ俊?在調用訓練程序之前，確保識別器正確的初始化?！?訓練次數是2時，則一定要保證兩次訓練結果接近。● 為了增強可靠性，最好訓練兩次，否則辨識的命令就會傾向于噪聲。● 調用函數后，等待2秒開始訓練，在實際中，聽到擴音器提示語音后就有一個”咔”的聲音后，就可以開始說訓練命令了。辨識部分（1）int BSR_GetResult()?！竟δ苷f明】主要用于在辨識過程中獲取數據，無輸入參數?！痉祷刂怠慨敓o命令識別出來時，返回0； 識別器停止、未初始化或識別未激活，返回1； 當識別不合格時返回2； 當識別出來時返回命令的序號?！緜渥ⅰ吭摵瘮涤糜趩颖孀R。（2）void BSR_StopRecognizer()?！竟δ苷f明】停止辨識?！緜渥ⅰ吭摵瘮凳怯糜谕Ｖ棺R別的，當調用此函數時，TMA_FIQ中斷將關閉。（3）BSR_PauseRecognizer()。它主要用來暫停識別，但不釋放中斷等定義的資源。（4）BSR_ResumeRecognizer()。與3相對應，它是用來恢復被暫停的識別的。（5）BSR_GetRecognizerScore()。用此函數可獲得識別結果的可信度，返回值從4096~4096，數值越大表示輸入語音與特征模型的匹配度越高。（6）BSR_EnableCPUIndicator()。該函數用來開啟CPU狀態(tài)監(jiān)測功能。開啟該功能后，IOA0和IOA1將發(fā)出每16ms電平變化一次的方波。實時監(jiān)控是用來觀察辨識是否正常工作的，如果辨識正常，則會產生一個16ms的連續(xù)穩(wěn)定的方波。否則，如果CPU超載則會產生不穩(wěn)定波形，此時需要刪除命令，或是優(yōu)化程序，否則會丟失語音數據，產生辨識出現(xiàn)錯誤的信息。（7）BSR_DisableCPUIndicator()。與6相對應，它用來關閉CPU狀態(tài)監(jiān)測功能。（8）BSR_ExportSDWord(int CommandID)。使用該函數時，工程里面會自動創(chuàng)建一個100字的數組BSR_SDModel[100]，可以用它來把某條訓練命令的特征模型數據導出到這個數組中。（9）BSR_ImportSDWord(int CommandID)。該函數可以吧BSR_SDModel數組中的數據導入為某條語音命令的特征模型。其中定義的數組unsigned int BSR_SDModel[]，配合BSR_ExportSDWord(int CommandID)和BSR_ImportSDWord(int CommandID)函數使用