【正文】 最后，我要再一次感謝所有在此期間幫助過我的人，我衷心的祝福你們！ 。特別是在我即將踏上工作崗位的同時，給了我這樣一個鍛煉、學(xué)習(xí)的機會，使我加深了對以前知識的理解，拓寬了知識面，也提高了我對所學(xué)知識的綜合的應(yīng)用能力。 同時，我要感謝我的母校 —— 天津工程師范學(xué)院。張 老師 在已經(jīng)非常繁忙的工作中，依然指導(dǎo)我完成了本次畢業(yè)設(shè)計。相信此次畢業(yè)設(shè)計一定會為我們在不久的將來踏上工作崗位打下了良好的實踐基礎(chǔ)。為期兩個多月的畢業(yè)設(shè)計過程中，我以這四年來所學(xué)的知識為基礎(chǔ)，獨立設(shè)計制作以 凌陽 SPCE061A 單片機 和 ATMEL 的 ATMEGA16L 為基礎(chǔ)的 無線 語音 遙控智能 車的設(shè)計。本人從中受益匪淺。在人類與計算機的關(guān)系日益密切的今天，更為便捷、更為人性化、更為智能化的人機對話方式無疑是今后科技發(fā)展的新趨勢。 對于 無線語音遙控 智能小車來講，本次設(shè)計的作品并 無太大實用價值 ，但 有很大實際意義， 其 中 聲音控制機器操作的思路是今后簡化人機接口的方 向。 在 SPCE061A 集成函數(shù)庫帶來方便的同時，我也感受到了其源代碼的不透明， 當(dāng)想增加自己特定的功能時，不知如何下手。若要實現(xiàn)語音播報功能和語音辨識，不是多用幾個別的類型的單片機就可實現(xiàn)的，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。 它 的軟件編程采用 C 和匯編混合編程來實現(xiàn)，集兩種語言之優(yōu)點于一體，它們的完美結(jié)合極大限度地簡化了編程過程，豐富了編程思想，給開發(fā)者帶來了莫大的方便。 由于采用了高性能的 MCU，省掉了大量的外圍器件，使 得 硬件結(jié)構(gòu)大大簡化，提高了系統(tǒng)的可靠性。 目前， ARTMEL公司所發(fā)布的最新版本為 AVR ，可以在 ATMEL公司的官方網(wǎng)站 圖 57 AVRStudio開發(fā)環(huán)境 畢業(yè)論文 結(jié)論 本次對于 無線語音遙控 智能小車的設(shè)計采 用凌陽 SPCE061A 十六位單片機 和 AVR 系列 ATMEGA16L 高檔 8 位單片機配合 實現(xiàn)。 AVRStudio也可采用 C語言編程，支持第三方 C編譯器。它提供了源文件的編輯器，用于軟件仿真的 芯片仿真器和在線硬件仿真 (ICE)的接口。 AVRStudio是 Atmel公司推出的 AVR單片機集成開發(fā)環(huán)境。這個概念實現(xiàn)了指令的單時鐘周期運行。程序存儲器里的指令通過一級流水線運行。 PROBE 的另一頭是標準 25 針打印機接口，直接連接到計算機打印口與微機通信，在計算機 IDE 集成開發(fā)環(huán)境軟件包下，實現(xiàn)在線調(diào)試。它利用了 SPCE06lA 片內(nèi)置的在線仿真電路 ICE(In－Circuit Emulator）接口和凌陽公司的在線串行編程技術(shù)。使用它的的軟件仿真功能可以在不連接仿真板的情況下通過模擬硬件的部分功能來調(diào)試程序。 在編程工作結(jié)束后，將會對聲控小車進行程序的輸入。聲控小車的各種動作，以及指令以及工作方式都要通過 C語言與匯編語言編寫，并進行摸擬，調(diào)試等操作。在編程中也可以使用匯編偽指令，這樣能使句子所表達的意思的結(jié)構(gòu)更加清晰，能夠增強可讀性，使匯編器的編譯效率提高。 下車接收到語音指令后，共有五種動作可以響應(yīng) ，為了更好的描述用 K 表示 T/C2 產(chǎn)生的 PWM占空比， J 表示 舵機的擺角，定義 90 度的位置為 0，左擺為負，右擺為正， Dir 表示 L298N 方向控制位， 10表示向前， 01表示向后， 11或 00 停止， 則 指令和動作的對應(yīng)表 5所示： DATA 車體響應(yīng) 獲取辨識結(jié)果 if(gActivated) Y switch(res) 前 進 后 退 左 轉(zhuǎn) 右 轉(zhuǎn) 名 字 發(fā) 0x50 發(fā) 0x51 發(fā) 0x52 發(fā) 0x53 發(fā) 0x54 定時等待 返回 DATA+5 N 播報響應(yīng) 返回 Y N 圖 54 無線數(shù)傳流程圖 畢業(yè)論文 表 5 車體響應(yīng) 動作 據(jù) 此 設(shè)計的軟件流程圖如圖 55所示。 DATA 指令意義 0x50 小車名字指令 0x51 前進指令 0x52 后退指令 0x53 左轉(zhuǎn)指令 0x54 右轉(zhuǎn)指令 表 4 數(shù)傳指令意義 畢業(yè)論文 車體主控程序軟件 流程 設(shè)計 當(dāng)車體主控制器檢測接收到語音指令時， 先返回 DATA+5，告知遙控器自己進行了響應(yīng)。 每次 nRF2401 發(fā)送的數(shù)據(jù)格式如下： 表 3 無線通信數(shù)據(jù)格式 開 始 初始化語音辨識 定時采集語音 有效語音指令 無線發(fā)送指令 結(jié) 束 是i 否i 8 位數(shù)據(jù)頭 8 位有效數(shù)據(jù) DATA 16 位 CRC 畢業(yè)論文 其中， 一字節(jié)的有效數(shù)據(jù) DATA 共有五個 ，分別代表的意義如 表 4： 遙控器發(fā)送指令后，怎么知道小車部分是否接收到或是否響應(yīng)了呢？所以，還需要一個應(yīng)答機制， 小車在接收到語音指令后， 在執(zhí)行響應(yīng)動作之前返回一個響應(yīng)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)為 DATA+5， 則遙控器通過接收到的應(yīng)答信號 DATA+5 可以判斷小車的相應(yīng)狀況，然后進行相應(yīng)的語音播報， 若超過一定時間沒有 收到相應(yīng)信號，則遙控器會再次發(fā)送語音控制指令。 首先，我需要自己定義一 個無線通信協(xié)議， nRF2401 圖 53 識別子程序流程圖 無線 模組，每次發(fā)送有效數(shù)據(jù)最少 1字節(jié)，最多 32字節(jié)，發(fā)送前模組自動為數(shù)據(jù)增加數(shù)據(jù)頭和交驗尾。 其流程圖如圖示 。 圖 52 訓(xùn)練流程圖 開始訓(xùn)練 訓(xùn)練名稱 成功否？ 訓(xùn)練前進指令 成功否？ 訓(xùn)練后退指令 成功否？ 訓(xùn)練左 轉(zhuǎn)指令 成功否？ 訓(xùn)練右轉(zhuǎn)指令 成功否？ 播報成功提示 訓(xùn)練結(jié)束 是i 是i 是i 是i 是i 否i 否i 否i 否i 否i 畢業(yè)論文 在識別環(huán)節(jié)當(dāng)中，如果辨識結(jié)果是名字， 便等待下一個動 作指令 。 識別部分 在系統(tǒng)方案的選取及程序的開發(fā)中，語音的識別及處理是整個系統(tǒng)的核心及難點．識別對象的選取會對程序運行、識別的效果及實用性起決定的作用．應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用情況選擇決定，以獲得最佳的識別效率。 訓(xùn)練部分 訓(xùn)練部分完成的工作就是建立語音模型。同時，初始化 DAC1 和 DAC2 準備播放響應(yīng)指令，初始化 T/C 為 PWM 模式，準備對語音數(shù)據(jù)進行采樣 。 12345678 9101112131415U*L298NPA0PA1OC2+Mmottor畢業(yè)論文 5. 系統(tǒng) 軟件設(shè)計 方案 語音遙控器的主程序 流程設(shè)計 語音遙控器 的 主程序流程分為 四 大部分：初始化部分、訓(xùn)練部分、識別 部分、 無線通信部分 和 指令響應(yīng)播報部分 。其中 C、 D分別為 IN1或 IN2； L為低電平， H為高電平，※為不管是低電平還是高電平 ， Ven為 Enable上的電壓 。 12Y18MHz20pFC120pFC210uFC310KR1+5VPB0 (XCK/T0)40PB1 (T1)41PB2 (AIN0/INT2)42PB3 (AIN1/OC0)43PB4 (SS)44PB5 (MOSI)1PB6 (MISO)2PB7 (SCK)3RESET4PD0 (RXD)9PD1 (TXD)10PD2 (INT0)11PD3 (INT1)12PD4 (OC1B)13PD5 (OC1A)14PD6 (ICP)15PD7 (OC2)16XTAL27XTAL18GND6PC0 (SCL)19PC1 (SDA)20PC2 (TCK)21PC3 (TMS)22PC4 (TDO)23PC5 (TDI)24PC6 (TOSC1)25PC7 (TOSC2)26AREF29AVCC27GND28PA7 (ADC7)30PA6 (ADC6)31PA5 (ADC5)32PA4 (ADC4)33PA3 (ADC3)34PA2 (ADC2)35PA1 (ADC1)36PA0 (ADC0)37VCC5VCC17GND18VCC38GND39U1 ATmega16L8AIRXTXOC1BOC1AOC2PWR_UPCECSDR1CLK1DATA1畢業(yè)論文 直流動力電機驅(qū)動電路 圖 47 電機驅(qū)動電路 L298N的主要功能和性能參數(shù)，前面都已經(jīng)詳細介紹過 ， 在此不再贅述 。 另外 PC0PC5用來模擬 nRF2401 的通信時序， 傳給響應(yīng)數(shù)據(jù)或讀出語音指令。 主控制器最小系 統(tǒng) 圖 46 車體主控制器最小系統(tǒng) 圖 在上圖中， OCR1A 和 OCR1B 為兩路 16 位定時 /計數(shù)器的輸出引腳，能夠產(chǎn)生高精度，低頻率 PWM 脈沖信號 ，占空比 1/65535 布進可調(diào)， 近似于連續(xù)可調(diào)， 用來驅(qū)動舵機轉(zhuǎn)向。 無線模組接收到語音指令后， 傳遞給單片機， 然后微處理器根據(jù)指令返回不同的響應(yīng)信號，控制舵機和動力電機做出不同的響應(yīng)動作。 圖 44 I/O接口電路示意圖 在一些情況下，需要對SPCE061A 進行硬件復(fù)位，有阻容電路完成上電復(fù)位功能，通電就自動復(fù)位，另外，還可以按鍵外部復(fù)位。 接口電路 凌陽 SPCE061A 的 兩路 16 位 I/O 接口 引出， 因為一般邏輯電路都是 8 位并行總線， 所以 SPCE061A 的 I/O 接口分為 4 組，每組 8 個端口加兩個電源線， 電源電壓 可由雙刀雙擲選擇為 5V。在 P9上 接一個 2pin 的插針外接喇叭 ， 即可實現(xiàn)提示語音 輸出功能。 SPCE061A 自帶雙通道 DAC 圖 43 DAC輸出電路 1KR2220uFC4MK13KR33KR4224C5224C6MICN MICP VMIC10KR510KR6VADREF104C747uFC8C9470KR7AGC+54217 836U7SPY0030104C18224C211KR331KRP2VCC12P9DAC100pFC19畢業(yè)論文 音頻輸出， DAC DAC2轉(zhuǎn)換輸出的模擬量電流信號分別通過 DAC1和 DAC2管腳輸出， DAC 輸出為電流型輸出，所以 DAC 輸出 經(jīng)過 SPY0030 音頻放大，以驅(qū)動喇叭放音 。 2） DAC輸出電路 在語音訓(xùn)練的過程中， 凌陽 SPCE061A 需要輸出信號提示音 ，以讓訓(xùn)練者了解其工作狀態(tài)，方便進行語音訓(xùn)練。同時使入電路可以實現(xiàn) 自動增益（ AGC）控制。為提高輸入的聲音質(zhì) 量， MIC 輸入電路還應(yīng)具備一定的濾波降噪功能。另外，在 LM7805 的前端入一個二極管，目的在于防止電源接反而對 整個電路 造成損壞。 需要增加的外圍電路有：電源電路、 MIC 輸入電路、 音頻 輸出電路、 無線傳輸電路、 復(fù)位電路、 I/O 接口電路 。 本章將對硬件系統(tǒng)各部分作具體分析。其中一塊 為 語音遙控器 ， 用于搭載凌陽 SPCE061A 單片機 、 電源電路、音 頻電路、 I/O 電路等外圍電路。 SPCE061A 接收到響應(yīng)數(shù)據(jù)后，可知小車已經(jīng)響應(yīng)了語音指令，便語音播報當(dāng)前小車的 響應(yīng)