【正文】 提示音獲取語音數(shù)據(jù)識別出語音命令？向小車發(fā)送相應命令NY 語音識別模塊程序流程圖Y第4章 系統(tǒng)軟件的設計 單片機的C語言程序設計簡介單片機的開發(fā)語言主要有匯編語言和C語言，很多人認為匯編語言易學易用，因為沒有太多的語法。但是對于一個較大規(guī)模的軟件系統(tǒng)使用匯編語言開發(fā)將遇到很大的困難。開發(fā)周期長、代碼可讀性差、不易維護。而C語言就克服了匯編語言的很多缺點，和匯編語言相比具有以下幾個顯著的優(yōu)點：（1）C語言是一種結構化的編程語言，可以減輕程序員的負擔，讓程序員把更多的精力放在功能的實現(xiàn)上；（2）代碼的可讀性好、容易理解、結構清晰、易于維護；（3）可移植性好，因為C語言不依賴于任何一種硬件系統(tǒng)。鑒于以上幾點，本系統(tǒng)的軟件部分全部采用C語言來編寫。并且使用Keil C51編譯器可以產(chǎn)生高效、緊湊的代碼，執(zhí)行效率毫不遜色于使用匯編語言編寫的程序。 系統(tǒng)的三種工作模式小車具有3種工作模式，分別是手動控制模式、自動尋找光源模式和重放路線模式，對應3個模式處理函數(shù)：shoudong()、zidong()、zouluxian()。3種模式之間可以通過“模式切換”鍵互相切換。在手動控制模式下，操作者可以通過遙控器上的按鍵和語音識別系統(tǒng)控制小車的前進、后退、左轉、右轉、停止、漏粉等動作。并且可以打開記錄路線開關，讓小車自動把行駛的路線記錄到AT24C08存儲器中。在手動控制的行駛過程中，若小車遇到障礙，將自動停止，并發(fā)出聲、光報警信號。在尋找光源模式下，小車可以通過光源檢測機構尋找到光源的方向，然后采取一定的方式自動行駛到光源的附近。在自動行駛的過程中，若遇到障礙則小車會采取一定的避障策略，繞開障礙繼續(xù)向光源駛去。在重放路線模式下，小車可以從AT24C08中讀出先前記錄的路線信息，并且自動按照所記錄的路線行駛。在重放過程中操作者按下“停止”鍵或小車遇到障礙將結束本次的路線重放，等待選擇下一條需要重放的路線或切換到其他模式。 手動模式的設計初始化等待一個消息消息分類處理 手動模式處理流程：等待一個消息是通過調用getmsg()函數(shù)完成，該函數(shù)返回消息值，然后按照消息值對消息進行分類處理。在該模式下，若操作者按下“模式切換”鍵，然后選擇需要切換到的模式，手動模式處理函數(shù)將返回需要切換到模式值，然后由main()函數(shù)調用相應的模式處理函數(shù)。 自動尋找光源模式的設計 功能分析自動尋找光源功能要求能夠完成的功能是：檢測到光源的方向，然后用程序控制小車行駛到光源的附近。該功能模塊由兩個單片機配合完成，其中從單片機負責障礙的檢測和光源方向的檢測，然后將光源和障礙信息報告給主單片機。主單片機則根據(jù)從單片機所報告的信息根據(jù)一定規(guī)則控制小車的運動。關于從單片機探測障礙和光源方向的尋找在上一章已做介紹，本節(jié)將著重介紹主單片機怎樣通過障礙信息和光源角度信息控制小車行駛到光源的附近。 尋找光源的策略總的設計思路是這樣的。主單片機先給從單片機發(fā)送“開始尋找光源”消息，命令從單片機啟動轉動機構旋轉一周檢測光源的方向。若找到了光源則給主單片機發(fā)送光源的角度信息；若沒有找到光源，則給主單片機發(fā)送“未找到光源”消息。若沒有找到光源，主單片機控制小車行駛一段距離后再命令從單片機尋找一次光源，直到發(fā)現(xiàn)了光源為止。若已經(jīng)找到了光源的方向，則主單片機根據(jù)前后的障礙情況和光源的角度控制小車前進、后退、左轉前進、左轉后退、右轉前進或右轉后退一段距離后，再重新命令從單片機尋找一次光源，直到前方有障礙并且光源就在正前方就認為已經(jīng)行駛到了光源的附近，完成了尋找光源的任務，給出提示信息。 自動尋找光源的軟件設計。每次尋找一次光源后按照前后方的障礙情況分四種情況處理。其中前、后方都有障礙說明小車陷入困境，無法再自動行駛。、。在處理處理2和處理3中，每次小車轉彎的角度是固定的，前進或后退的距離由此時光源的角度計算而得。計算的依據(jù)是讓小車前進一段距離后能盡可能的正對著光源。 該功能模塊存在的一些問題目前該模塊的設計還不夠完善。存在的主要問題是，對是否已經(jīng)行駛到光源附近的判斷不夠準確和靈活，只有當光源在正前方（一定角度范圍內），并且前方有障礙時才判定已經(jīng)行駛到光源的附近。這就有可能出現(xiàn)這樣的情況：小車已經(jīng)行駛到光源的附近，但卻沒有判定出來，從而小車將在光源的附近來回的徘徊。初始化停車命令從單片機尋找一次光源等待6秒成功提示已到光源附近？前后障礙情況？處理1處理2處理3無路可走結束YN前有障后有障前無障后有障前有障后無障前無障后無障 尋找光源流程圖左轉前進發(fā)現(xiàn)光源？光源在哪？轉正前進右轉前進轉正前進YN 處理1流程圖左側前方右側右轉后退發(fā)現(xiàn)光源？光源在哪？找到光源左轉后退左轉前進YN 處理2流程圖左側前方右側左轉前進發(fā)現(xiàn)光源？光源在哪？轉正前進右轉前進轉正前進YN 處理3流程圖左側前方右側 走數(shù)字及路線重放模式的設計該模式下主要完成路線的重放和自動走數(shù)字功能。其中路線重放功能在前面的章節(jié)已做介紹，本節(jié)不再贅述。下面介紹走數(shù)字功能的設計。走數(shù)字功能是要實現(xiàn)由程序控制小車按照一定的路線行駛并在適當?shù)臅r候打開或關閉漏粉開關，最終能在地面留下一條由漏下的粉末形成的軌跡，顯示出數(shù)字“2”、“3”、“5”或“8”等。這是靠在程序中按照一定的時序控制小車前進、后退、走弧線等動作實現(xiàn)的。 本章小結本章中介紹了系統(tǒng)軟件部分的設計思路和程序框架。軟件是一個智能系統(tǒng)的靈魂，軟件設計的好壞直接決定著系統(tǒng)智能化的程度和系統(tǒng)功能的完善程度。有一些功能用硬件可以實現(xiàn)，用軟件也同樣可以實現(xiàn)，只是所花費的代價有所不同，往往用軟件來實現(xiàn)更為靈活一點。一個系統(tǒng)追求的目標應該是用盡可能簡單的軟件和硬件實現(xiàn)盡可能多、盡可能完善可靠的功能。第5章 系統(tǒng)的組裝、調試和測試 系統(tǒng)的組裝、調試系統(tǒng)的調試過程主要分模塊調試和系統(tǒng)統(tǒng)調。其中系統(tǒng)的模塊調試在各模塊的設計過程中完成，基本上按照“設計—調試—修改”這樣的過程反復進行直到能達到設計要求。系統(tǒng)的統(tǒng)調主要是系統(tǒng)軟件的調試。在軟件的設計過程中使用了偉福仿真器，用仿真器代替單片機能夠及時的看到程序的運行結果，這個軟件的調試帶來了很大的方便。 遙控距離的測試： 遙控距離的測試結果 米方向前后左右距離可以看出操作者在小車的后方，遙控的距離最遠，這是因為小車上的紅外接收頭沖著后方。想提高遙控效果可以再使用一個紅外接收頭沖著前方，然后兩個接收頭的輸出信號進行與或。 時間顯示功能的測試： 時間顯示功能測試結果 秒顯示時間180180180實際時間179179180由表格中的測試數(shù)據(jù)可以看出，時間顯示的比較準確，這是通過不斷的調整定時器0的計數(shù)初值實現(xiàn)的，因為定時器的中斷響應過程以及重置計數(shù)初值需要花費一定的時間。 里程顯示功能的測試： 里程顯示測試結果 厘米顯示里程371467337實際里程369468334里程顯示功能所顯示的里程和實際里程誤差在177。3厘米內，這個誤差主要來源于里程檢測傳感器的機械誤差。后輪每轉過一圈，里程檢測傳感器能夠檢測到8個脈沖，這樣傳感器本身的誤差應該是1/8圈，大約在177。2厘米左右。 超聲測障礙功能的測試超聲探測障礙功能分別在手動控制模式和自動尋找光源模式下進行了測試，： 超聲測障功能測試結果 序號123456手動模式成功成功失敗成功失敗成功自動模式失敗成功成功成功成功失敗障礙探測功能失效主要原因是，有些時候小車的行駛方向不是正對著障礙，這樣超聲發(fā)射傳感器發(fā)射的超聲波束經(jīng)過障礙物反射后就偏離了超聲接收傳感器，也就探測不到障礙的存在。經(jīng)過多次測試發(fā)現(xiàn)，當小車的行駛方向和障礙物的反射面之間的夾角小于45度左右時就很難再探測到障礙的存在。 走數(shù)字功能的測試由于時間倉促，這一功能缺少仔細的調試，所以最終該功能完成的并不是很好。 行駛路線記錄與重放功能的測試： 路線記錄與重放功能測試結果路線存放位置第0頁第1頁第2頁第3頁結果成功成功成功成功該功能可以記錄四條行駛路線，分別存放于AT24C08的四個頁面當中，每條路線最多可記錄127個命令。 自動尋找光源功能的測試： 自動尋找光源功能測試結果序號123結果成功成功失敗時間4分23秒3分55秒5分09秒測試中，使用6W的熒光燈做光源，測試場地是公寓的走廊。前兩次測試成功，最后數(shù)碼管上給出提示信息“Find”，第三次測試，到最后小車雖然也行駛到了光源的附近，但由于小車對這一點的判斷還不夠準確，所以不能給出提示信息。可以通過軟件的方法增強小車對“是否已經(jīng)行駛到光源附近”的判定功能。 語音識別功能的測試由于受凌陽單片機內部的SRAM容量的限制，語音識別模塊只能錄制5條語音命令，分別是“前進”、“后退”、“左轉”、“右轉”和“停止”。語音識別模塊的識別效果很好，基本上每次都能正確的識別出語音命令。只是“左轉”和“右轉”命令的語音比較相似，所以在訓練這兩條語音命令時應注意要加大這兩個詞發(fā)音時的差別，提高識別能力。另外，應該注意的一點是，在環(huán)境噪聲比較大的場合，語音識別模塊會被“誤觸發(fā)”。 本章小結本章對小車的一些主要性能指標進行了測試，并對測試結果進行了分析，基本實現(xiàn)了預定的性能指標，但是目前系統(tǒng)中也還存在著一些問題。超聲測障模塊由于超聲波本身的特性，在小車行駛方向和障礙物的反射面之間夾角太小的情況下將探測不到障礙；走數(shù)字功能由于缺少調試，所以完成的也不是很好；尋找光源模塊由于對是否已經(jīng)行駛到光源附近的判斷不是很準確，也存在著問題。結論本設計基本完成了題目要求的各項功能，包括以紅外遙控方式控制小車的啟停、任意曲線行走、測距避障、顯示行進距離和時間、記錄與重放路線以及尋找光源等功能。采用主從式雙單片機結構，以及軟件上的多任務結構可以使系統(tǒng)同時去做多件事情，提高了CPU的利用率和系統(tǒng)的靈活性。遙控器上使用了自制的前、后、左、右四方向搖桿開關和另外5個功能開關，并且裝有聲控系統(tǒng)，操作簡便；小車上提供了數(shù)碼管、發(fā)光二極管和蜂鳴器組成的聲光提示系統(tǒng)，各種信息一目了然，操作界面非常友好。系統(tǒng)中也還存在一些問題有待于解決，超聲測距避障功能、自動尋找光源功能和走數(shù)字功能都有還需要進一步的去完善。可以將超聲波傳感器放到旋轉平臺上去，這樣超聲波傳感器可以在轉動平臺的帶動下對周圍360度范圍內的障礙情況進行探測。由于設計和論文撰寫的時間倉促，所以文中難免會有疏漏和不妥之處，并且系統(tǒng)PCB板圖也未能全部完成，在此表示歉意。致謝本設計能夠順利完成，還承蒙付老師以及身邊的很多同學的指導和幫助。在設計過程中，付老師給予了悉心的指導，最重要的是給了我解決問題的思路和方法，并且在設計環(huán)境和器材方面給予了大力的幫助和支持，在此，我對付老師表示最真摯的感謝！感謝評閱老師百忙之中抽出時間對本論文進行了評閱！另外，我要對小車的原設計者徐銘澤等幾位同學提供了大量資料和幫助表示感謝；對幫助過我的所有同學表示感謝！參考文獻[1]馬忠梅，籍順心,[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004：1187.[2]陳明計，周立功， 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