【正文】 理念，可將其移植到諸如汽車，小家電等具有實(shí)際意義的產(chǎn)品中去。 用一小車模型作為接收機(jī) ， 處理器采用 ATMEL 公司的高檔 8位微處理器 ATMEGA16L，接收依然使用 nRF2401 無線模組， 便可以 使小車接 收 人類語言的 遠(yuǎn)程 控制。優(yōu)化人 機(jī)接口，使計(jì)算機(jī)智能化，并且能聽懂 遠(yuǎn)處傳來的 人類語言，以人類的方式思考，徹底擺脫復(fù)雜的計(jì)算機(jī)語言和繁瑣的輸入方式是今后發(fā)展的一大方向。因此人與計(jì)算機(jī)的溝通成為了擺在人類面前嶄新的課題。無線語音遙控智能車 畢業(yè)論文 無線語音遙控智能車 [摘要 ] 20 世紀(jì)中后葉， 隨著大規(guī)模晶體管集成電路制造工藝的飛速發(fā)展，使計(jì)算機(jī)滲透進(jìn)城市的血液，成為人類社會生活中密不可分的一部分。 越來越多種類的計(jì)算機(jī)投入社會生產(chǎn)，如果在人們的社會生活中所接觸到的計(jì)算機(jī)均使用不同的、自身特有的人機(jī)接口 ， 就要求計(jì)算機(jī)使用者掌握多種計(jì)算機(jī)操作語言，這無疑成為人們使用計(jì)算機(jī)的一大障礙。在音頻壓縮處理技術(shù) 以及 無線 遠(yuǎn)程控制技術(shù) 高速發(fā)展的局面下，人們 開始 考慮使用人類語言作為新的 方式和計(jì)算機(jī) 進(jìn)行無線 遠(yuǎn)程對話 。 臺灣凌陽科技推出的 16 位 MCUDSP 混合處理器 SPCE061A 可以實(shí)現(xiàn)上述 的語音識別、數(shù)據(jù)編碼等 功能，若 在其上外擴(kuò)一 nRF2041 雙工無線模塊組成語音遙控器 。在控制者發(fā)出向前、向后、向左、向右等語言命令后， 遙控器上 的凌 陽 SPCE061A 處理器可以自動實(shí)現(xiàn)語音辨識，并且與事先訓(xùn)練的語音模型相比較， 從而通過 nRF2401 輸出不同的控制命令，模型小車接收到不同的指令后，做出不同的響應(yīng)動作 ， 這樣便可以制作出一個(gè)基于無線語音控制的智能小車。 在人類與計(jì)算機(jī)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(jī)對話方式無疑是今后科技發(fā)展的新趨勢 。s own characterized manmachine interface in people39。 凌陽 SPCE061A 單片機(jī)指令系統(tǒng)與開發(fā)環(huán)境 ..................................... 24 語音提 示的錄入 ................................................................................... 26 部分程序代碼解釋 .......................................................................................... 27 7 結(jié)論 .............................................. 26 參考文獻(xiàn) ............................................. 28 致 謝 ............................................. 29 畢業(yè)論文 0 引言 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字化時(shí)代的來臨，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)將觸角伸入社會各行各業(yè)，滲入了城市的血液中，并且在一定程度上取代了人類繁瑣的機(jī)械的勞動。數(shù) 字化、智能化，已經(jīng)成為這場革命的主旋律。 在現(xiàn)代傳感器技術(shù)、音頻視頻壓縮解碼技術(shù) 的跨越式 發(fā)展， 使 計(jì)算機(jī) 實(shí)現(xiàn)了 高度的集成化，功能也逐漸出現(xiàn)全能化、專門化以及智能化的分化發(fā)展方向。也正是因?yàn)槿绱?，運(yùn)用單獨(dú)的處理器就可以實(shí)現(xiàn)智能化人機(jī)對話接口，讓計(jì)算機(jī)像人類一樣思考，通過人類的動作和語言向計(jì) 算機(jī)輸入指令，使計(jì)算機(jī)的操作方式發(fā)生根本性的變革，真正拉近人與計(jì)算機(jī)間的距離。 在日常生活的諸多領(lǐng)域， 電腦已經(jīng)取代 人類，從事大量繁瑣的、重復(fù)性的勞動。所以，針對不同領(lǐng)域不同功能的專門性計(jì)算機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，其運(yùn)算處理能力并不一定非常強(qiáng)大，而是對于特別的應(yīng)用場合在其中整合特殊的功能，使其在特定的場合發(fā)揮最大的作用。隨著信息技術(shù)發(fā)展所帶來應(yīng)用需求的增多，嵌人式計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍和需求越來越廣，性能不斷改進(jìn)，新的架構(gòu)不斷出現(xiàn)，各種單片機(jī)和數(shù)字信號處理器相繼面世。 本次設(shè)計(jì)是在運(yùn)用成品 嵌入式計(jì)算機(jī) 的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)用人類的語言 無線遙控 單片機(jī)的運(yùn)作。 對于 無線語音遙控 智能小車的設(shè)計(jì)， 關(guān)鍵在于 語音識別和無線通信方式的選取 。以往做這方面的設(shè)計(jì)，一般有兩個(gè)途徑：一種方案是單片機(jī)擴(kuò)展設(shè)計(jì)，另一種就是借助于專門的語音處理芯片。專門的語音處理芯片也比較多，像 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(yīng)用基本是不 可能的。 基于上述要求 本次設(shè)計(jì) 擬采用 三 種設(shè)計(jì)方案。 兩 種微控制器 都 具有豐富的片上系統(tǒng)資源 ， 可以通過外加輔助電路的方式實(shí)現(xiàn)語音辨識功能，從而 滿足 對控制指令的 語音采集、壓縮、存儲、解壓和辨識等一系列功能的要求。 在確定設(shè)計(jì)使用單片機(jī)后，還應(yīng)對單片機(jī)加裝部分外圍電路才能使用，其中包括：電源電路、音頻電路、 I/O 電路等。此外還有部分必須的功能電路，如：復(fù)位按鍵，狀態(tài)指示燈等等。 動力來自驅(qū)動后輪的直流電機(jī)，驅(qū)動器采用意法半導(dǎo)體生產(chǎn)的 L298N 直流電機(jī)驅(qū)動器 。 整個(gè)小車的電 源 由一個(gè) 電池 組 提供。首 先對小車進(jìn)行訓(xùn)練，將語音命令轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號存儲在單片機(jī) FLASH 存儲器 中。這些操作都是由預(yù)先編寫并燒錄在單片機(jī)中的C 語言程序控制的。如果能很好的解決這兩個(gè)方面的問題，語音控制小車的制作應(yīng)該會比較順利。計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支 —— 嵌入式計(jì)算機(jī)也在向高度智能化的方將發(fā)展。 實(shí)現(xiàn)使用語音控制單片機(jī)，將人機(jī)接口簡化到人類可以用最自然的方式操作機(jī)器是本次設(shè)計(jì)的目的。根據(jù) 識別的 語音命令來控制啟動、停止、返回 ，完成作品雖 功能單一且 無實(shí)際使用價(jià)值，但可將原理推廣 至 各種智能家電的語音遙控 ， 所以該技術(shù) 具有很高 的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。該實(shí)現(xiàn)方案 遙控器部分 結(jié)構(gòu)如圖 31 所示 ： 圖 21 采用 ATMEGA16L單片機(jī)實(shí)現(xiàn)語音 遙控器 車體主控電路要實(shí)現(xiàn)語音指令的無線接收，舵機(jī)的轉(zhuǎn)向，和直流電機(jī)的調(diào)速。 方案 三 方案三不再給出框圖，其 遙控器部分 為方案二中的遙控 器框圖，車體控制部分的框圖為 圖34 所示。 方案分析 根據(jù)上述 三個(gè) 方案的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖分析，很明顯 語音遙控器 使用 SPCE061A 單片機(jī)內(nèi)置 的 D/A、 數(shù)據(jù) 編碼 和解碼、 存儲、語音辨識等功能 ， 可以 最大限度的簡化外圍電路，方便設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 故 遙控器部分選用 SPCE061A作為主控制器 。兩種微控制器都有 16 的定時(shí)器，故都可以 產(chǎn)生 50Hz 的方波信號 。 而 ATMEGA16L 的 16 位 PWM 的精度可達(dá) 1/65535，近似等于連續(xù)可調(diào)。 因此，車體控制部分采用 8 位微控制器ATMEGA16L，所以最終方案選用方案三。 兩片ATMEGA16L 高檔 8位 單片機(jī)，一片和 nRF2401 模組組成串口無線發(fā)射模塊，另一片作為車體部分的主控制 器 。 主控芯片及其各部分性能 無線語音遙控器主控制器 SPCE061A 介紹 經(jīng)過上述討論，實(shí)現(xiàn)聲音智能控制功能最理想的控制芯片為臺灣凌陽科技推出的SOPC（ System On Programmable Chip） 級 16 位 MCUDSP 混合處理器 SPCE061A 作為處理 語音 指令的控制芯片，其兼有微處理器，數(shù)字信號處理器，存儲器的三重功能，具有豐富的片上系統(tǒng)資源。凌陽內(nèi)嵌 32K 字的 Flash 和 2K 字的 SRAM， ROM 和 RAM 統(tǒng)一編址，屬于馮諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)，這樣的設(shè)計(jì)在制作中方便了 對 語音 指令的壓縮和存儲。耗電小雨 2mA ； 9. 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器（可自動預(yù)置初始計(jì)數(shù)值）； 10. 2 個(gè) 10 位 DAC； 11. 32 位通用可編程輸入 /輸出端口； 12. 14 個(gè)中斷源可來自定時(shí)器 A/B，時(shí)基， 2 個(gè)外部時(shí)鐘源輸； 13. 具備觸鍵喚醒功能； 14. 使用凌陽音頻編碼 SACM_S240方式（ ），能容納 210s 的語音數(shù)據(jù)； 15. 鎖相環(huán) PLL 振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號； 16. 32768Hz 實(shí)時(shí)時(shí)鐘； 17. 7 通道 10位電壓數(shù)模轉(zhuǎn)換器（ ADC）和單通道聲音模數(shù)轉(zhuǎn)換器； 18. 聲音模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動增益控制（ AGC）功能； 19. 具備串口設(shè)備接口； 20. 具有低電壓復(fù)位（ LVR）功能和低電壓監(jiān)測（ LVD）功能； 21. 內(nèi)置在線仿真電路 ICE（ InCircuit Emulator）； 22. 具有保密能力； 23. 具有 Watch Dog 功能 ； 車體主控制器 ATMEGA16L 的介紹 AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和 32 個(gè)通用工作寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的 CISC 微控制器最高至 10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率。 芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。其 DuoCeiverTM 技術(shù)使 nRF2401 可以使用同一天線，同時(shí)接收兩個(gè)不同頻道的數(shù)據(jù)。 其 芯片 框圖如圖 38 所示，其模組原理圖如圖 39 所示 。該芯片的主要特點(diǎn)是 :工作電壓高，最高工作電壓可達(dá) 46V。 其管腳圖和實(shí)物圖分別如圖 3圖 310 所示。 1. 語音指令 的 輸入。其中 7個(gè)通道用于將模擬量信號（電壓信號）轉(zhuǎn)換為數(shù)字量引腳 符號 功能 1 15 SENSING A SENSING B 此兩端與地連接電流檢測電阻，并向驅(qū)動芯片反饋檢測到的信號 2 3 OUT 1 OUT 2 此兩腳是全橋式驅(qū)動器 A的兩個(gè)輸出端，用來連接負(fù)載 4 Vs 電機(jī)驅(qū)動電源輸入端 5 7 IN 1 IN2 輸入標(biāo)準(zhǔn)的 TTL邏輯電平信號，用來控制全橋式驅(qū)動器 A的開關(guān) 6 11 ENABLE A ENABLE B 使能控制端 .輸入標(biāo)準(zhǔn) TTL邏 輯電平信號；低電平時(shí)全橋式驅(qū)動器禁止工作。 2． 語音指令 的訓(xùn)練。即語音訓(xùn)練，內(nèi)容是將人類的語言事先已訓(xùn)練的方式經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換存儲在凌陽 SPCE061A的 FLASH中，并指定每一條語音所要指向的操作，以便在日后的使用中將采集來的語音與存儲的語音相比對， 以 確定 單片機(jī) 需要進(jìn)行的操作。是指語音樣板由不同年齡、不同性別、不同口音的人訓(xùn)練，可以識別一群人的命令； 在本次設(shè)計(jì)中，需要向小車訓(xùn)練：向前、向后、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止等幾項(xiàng)語音指令，以供控制小車時(shí)的辨識使用。其訓(xùn)練具體流程參看后文內(nèi)容。將經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)壓縮存儲， SPCEO61A單片機(jī)的16位 DSP有很強(qiáng)的信息處理能力，最高時(shí)鐘頻率達(dá) MHz，具備運(yùn)算速度高等優(yōu)勢。凌陽壓縮算法中 DVR可用于錄、放音。而 SPCE061A提 出了解決方法： SACMV25． LIB。 在進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換之前，從 MIN_IN輸入的模擬信號要經(jīng)過緩沖器和放大器， AGC功能將通過 MIC—— IN通道輸入的模擬信號放大值控制在一定范圍內(nèi)，然后放大信號經(jīng)采樣 保持模塊送入比較器參與 A/D轉(zhuǎn)換值得確定。 語音辨識是一種以語音模型為指令基礎(chǔ)的控制方式，語音模型的質(zhì)量直接影 響辨識操作的速度和準(zhǔn)確率。系統(tǒng)經(jīng)復(fù)雜的函數(shù)操作將發(fā)布指令與預(yù)先訓(xùn)練的一音模型進(jìn)行比對，如與語音模型相匹配，則輸出控制信號。 使用特定人語音辨識的 語音樣板由單個(gè)人訓(xùn)練 和識別處理組成，如圖： 圖 38 語音辨識流程 值得注意的是，凌陽 SPCEO61A 在接收到控制語音指令后，并不是直接用其進(jìn)行辨識。其具體步驟如圖： 5． 語音指令的發(fā)送和回應(yīng)。車上控制器接收到相應(yīng)指令后 ， 設(shè)置動作標(biāo)志位， 返回回應(yīng)數(shù)據(jù)， 同時(shí) 控制 L298N和舵機(jī) ，使小車做出向前向后轉(zhuǎn)彎的動作。 4 系統(tǒng) 硬件 設(shè)計(jì)方案 根據(jù)需要，系統(tǒng)硬件擬使用兩塊 PCB 板設(shè)計(jì)。另一塊 為 車體 控制 板 ， 用于搭載接口電路，電源電路及電機(jī)驅(qū)動。 遙控器硬件 設(shè)計(jì)方案 在 無線語音遙控智能車 的設(shè)計(jì)中，凌陽 SPCEO61A 單片機(jī)作為 遙控器 的 主 控制器，需要增加一系列的外圍電路的支持才能實(shí)現(xiàn)音頻輸入輸出 和識別 ， 以及 語音命令的 輸出等功能。 1. 電源電路 凌陽 SPCE061A 單片機(jī) 內(nèi)核 和