【正文】 5 功能說明 25 代碼下載 26 訓練小車 27 聲控小車 28 重新訓練 28總結 30致謝 31參考文獻 32附件1 系統(tǒng)程序說明 33前言語音識別技術是近年來十分活躍的研究領域。以玩具市場為例，具有高科技含量的電子玩具、智能玩具發(fā)展迅猛，電子互動式、智能化玩具已經成為玩具行業(yè)發(fā)展的主流。與機器進行語音交流，讓機器明白你說什么，這是人們長期以來夢寐以求的事情。近二十年來，語音識別技術取得顯著進步，開始從實驗室走向市場。 本文利用凌陽單片機設計一個具有語音識別功能的智能遙控小車。所以此次研究具有較強的實用性和發(fā)展前景。根據(jù)開始語音訓練錄制的語音命令來控制小車的前進、倒退、左轉、右轉和停止；在行駛的過程中小車通過光電傳感器自動檢測障礙物，并且自動避開障礙物繞道行駛。 方案設計與論證本系統(tǒng)為典型的實時控制系統(tǒng)，易用單片機控制來實現(xiàn)，這里以凌陽SPCE061A單片機為主控元件，提出兩種設計方案。其主要設計思想是：小車上，安裝一個霍爾元件利用單片機的IOB3外部中斷判別輪胎轉數(shù)的結果用以計算路程；安裝三個檢測障礙物的光電檢測器和一個碰撞開關，利用IOBIOBIOB6用掃描的方式來控制拐彎和返回；利用單片機的IOB8IOB11控制繼電器選擇小車的正、反向行駛；凌陽SPCE061A十六位單片機提供了豐富的時基信源和時基中斷，給設計者以大量的選擇空間，并給設計者提供精確的時基計數(shù)，其加減速通過大功率電阻消耗功率來實現(xiàn)。方案二：此方案也采用凌陽SPCE061A十六位單片機，與第一種方案不同之處在于利用單片機的IOB8 、IOB9產生控制調速的脈寬和控制小車的正、反行駛，用凌陽SPCE061A十六位單片機的TimeA和TimeB很容易實現(xiàn)脈寬調制，這大大加強了用脈寬調制控制加減速的可選性，但對繼電器要求較高，這里考慮到大眾化設計，采用第一個方案。在凌陽公司提供的開發(fā)環(huán)境中本身就具有關于音頻處理的庫函數(shù)以及音頻壓縮軟件，在進行處理的時候比較容易，所以我們選擇凌陽61的單片機，基本結構如下圖所示：凌陽61單片機及硬件基本結構SPCE061A 是凌陽科技研發(fā)生產的性價比很高的一款十六位單片機，使用它可以非常方便靈活的實現(xiàn)語音的錄放系統(tǒng)，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。兩路10 精度的DAC，只需要外接功放（SPY0030A）即可完成語音的播放。在此環(huán)境中，支持標準C 語言，可以實現(xiàn)C 語言與凌陽匯編語言的互相調用，并且，提供了語音錄放的庫函數(shù)，只要了解庫函數(shù)的使用，就會很容易完成語音錄放，這些都為軟件開發(fā)提供了方便的條件：SPCE061A 片內還集成了一個ICE（在線仿真電路）接口，使得對該芯片的編程、仿真都變得非常方便，而ICE 接口不占用芯片上的硬件資源，結合凌陽科技提供的集成開發(fā)環(huán)境（unSP IDE）用戶可以利用它對芯片進行真實的仿真；而程序的下載（燒寫）也是通過該接口進行下載。與SPCE500A不同的是，在存儲器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調試等功能，SPCE061A里內嵌32K字的閃存（FLASH）。因此，與SPCE500A相比，以μ’nSP?為核心的SPCE061A微控制器是適用于數(shù)字語音識別應用領域產品的一種最經濟的選擇。凌陽的16位單片機就是為適應這種發(fā)展而設計的。圍繞μ’nSP?所形成的16位μ’nSP?系列單片機（以下簡稱μ’nSP?家族）采用的是模塊式集成結構，它以μ’nSP?內核為中心集成不同規(guī)模的ROM、RAM和功能豐富的各種外設接口部件，如圖2所示。除此之外的其它功能模塊均為可選結構，亦即這種結構可大可小或可有可無。這樣做無疑會使每一種派生產品具有更強的功能和更低的成本。另外，模塊化的結構易于系統(tǒng)擴展，以適應不同用戶的需求。 （3）高性能價格比 μ’nSP?家族片內帶有高尋址能力的ROM、靜態(tài)RAM和多功能的I/O口。 （4）功能強、效率高的指令系統(tǒng) μ’nSP?指令系統(tǒng)的指令格式緊湊，執(zhí)行迅速,并且其指令結構提供了對高級語言的支持,這可以大大縮短產品的開發(fā)時間。μ’nSP?家族采用CMOS制造工藝，同時增加了軟件激發(fā)的弱振方式、空閑方式和掉電方式，極大地降低了其功耗。這對于其在野外作業(yè)等領域中的應用具有特殊的意義。與SPCE500A不同的是，在存儲器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調試等功能，SPCE061A里內嵌32K字的閃存（FLASH）。因此，與SPCE500A相比，以μ’nSP?為核心的SPCE061A微控制器是適用于數(shù)字語音識別應用領域產品的一種最經濟的選擇。然后用凌陽語音壓縮工具壓縮，再將壓縮后的文件添加到凌陽公司提供的開發(fā)環(huán)境中，程序經過單片機處理后，語音通過喇叭播放出來。如果匹配成功就執(zhí)行相應的功能，否則重新匹配。圖中的語音輸入部分MIC_ IN、按鍵輸入KEY、聲音輸出部分的功率放大環(huán)節(jié)等已經做到了精簡開發(fā)板——61板上，為我們使用提供了很大的方便。 語音控制小車設計要求 功能要求語音控制小車基于SPCE061A的代表性興趣產品，它配合61板推出，綜合應用了SPCE061A的眾多資源，小車采用語音識別技術，可通過語音命令對其行駛狀態(tài)進行控制。2 電路設計及程序設計 電路設計基礎知識(1) 二極管：英文是diode。電流只能從陽極向陰極方向移動。其實二極管與半導體是完全不同的東西。半導體無論那個方向都能流動電流。 ① 已知型號和管腳排列的三極管，可按下述方法來判斷其性能好壞(a) 測量極間電阻。其中，發(fā)射結和集電結的正向電阻值比較低，其他四種接法測得的電阻值都很高，約為幾百千歐至無窮大。(b) 三極管的穿透電流ICEO的數(shù)值近似等于管子的倍數(shù)β和集電結的反向電流ICBO的乘積。而ICEO的增大將直接影響管子工作的穩(wěn)定性，所以在使用中應盡量選用ICEO小的管子。要求測得的電阻越大越好。一般說來，中、小功率硅管、鍺材料低頻管，其阻值應分別在幾百千歐、幾十千歐及十幾千歐以上，如果阻值很小或測試時萬用表指針來回晃動，則表明ICEO很大，管子的性能不穩(wěn)定。目前有些型號的萬用表具有測量三極管hFE的刻度線及其測試插座，可以很方便地測量三極管的放大倍數(shù)?！　×硗猓河写诵吞柕闹?、小功率三極管，生產廠家直接在其管殼頂部標示出不同色點來表明管子的放大倍數(shù)β值，其顏色和β值的對應關系如表所示，但要注意，各廠家所用色標并不一定完全相同。用萬用表R100或R1k擋測量三極管三個電極中每兩個極之間的正、反向電阻值。這時，要注意萬用表表筆的極性，如果紅表筆接的是基極b。(b) 判定集電極c和發(fā)射極e。在阻值小的一次測量中，黑表筆所接管腳為集電極；在阻值較大的一次測量中，黑表筆所接管腳為發(fā)射極。④ 在路電壓檢測判斷法在實際應用中、小功率三極管多直接焊接在印刷電路板上，由于元件的安裝密度大，拆卸比較麻煩，所以在檢測時常常通過用萬用表直流電壓擋，去測量被測三極管各引腳的電壓值，來推斷其工作是否正常，進而判斷其好壞。主控元件采用凌陽SPCE061A單片機，屬于凌陽u’。較高的處理速度使u’、快速地處理復雜的數(shù)字信號?！?，較高的工作速度使其應用領域更加拓寬。 各部分電路設計 電機的選擇 市場上的電機種類很多，有各自的優(yōu)缺點。如果考慮用單向電機來控制，將不能使電機進行反方向轉動，也就不能實現(xiàn)自動左轉、右轉。 繼電器驅動電路的設計由于單片機I/O口提供的電流太小，不能直接驅動繼電器工作。繼電器驅動電路如下圖所示。具體控制如表4所示行駛狀態(tài)控制電路表4 行駛狀態(tài)控制表行駛狀態(tài)IOB08IOB09IOB10IOB11地址繼電器狀態(tài)前進10100x00A0RE1，RE3閉合倒退01010x0050RE2，RE4閉合左轉01100x0060RE2，RE3閉合右轉10010x0090RE1，RE4閉合注：圖中的兩個電機完全相同，這樣能更好地保持小車的穩(wěn)定性，在前進上兩個電機能在加減速度上完全達到同步，不會走S路線，如果考慮用一個電機控制轉向，而另外一個控制速度和返回的話，由于控制轉向的電機電路未接入分壓電阻，當速度不處于最快速度時，小車前進不能走直線，而是向一邊偏，導致路線不對。凌陽的SPCE061A是16位單片機，具有DSP功能，有很強的信息處理能力，最高時鐘可達到49M，具備運算速度高的優(yōu)勢等等，這為語音的播放、錄放、合成及辨識提供了條件。 麥克錄音輸入及AGC電路下圖是MIC錄放流程圖。辨認特定的使用者即特定語者(Speaker Dependent，SD)模式，使用者可針對特定語者辨認詞匯(可由使用者自行定義，如人名聲控撥號)，即在啟動小車前，系統(tǒng)將會提示輸入語音命令作簡單快速的訓練紀錄，在這里輸入“啟動”“停止”“返回”和“模式切換”四個語音命令，通過使用者的聲音特性來加以辨認。聲學模式訓練復雜聲學、言語條件下的語音輸入語音匹配語音模式訓練語音模型識別結果、理解結果語音處理語言模型語音識別原理圖 語音播報電路音頻部分的原理圖如下所示，在下圖中可以看到兩個跳線，其作用在于可以測量DAC的輸出波形；另外拔掉跳線，可以斷開DAC到喇叭放大的通路，使得DAC通道處于開路狀態(tài)。音頻原理及放大電路圖凌陽音頻壓縮算法根據(jù)不同的壓縮比分為以下幾種：SACMA2000：壓縮比為8:１，8:，8: SACMS480： 壓縮比為80:3，80: SACMS240： 壓縮比為80: 按音質排序：A2000S480S240用凌陽Compress Tool事先把所需要的語音信號錄制好，本系統(tǒng)共包括十多個語音資源，SPCE061A單片機具有32k閃存，使用內部flash即可滿足要求。在它們后面接一個簡單的音頻放大電路和喇叭即可實現(xiàn)語音播報功能，音頻的具體功能主要通過程序來實現(xiàn)。 軟件流程圖及設計思路說明開始語音切換命令語音命令訓練語音啟動訓練掃描IOBIOB5和IOB6等待語音命令進行拐彎和返回處理軟件流程圖 程序設計主程序見附錄（1） 模塊設計 中斷流程圖部分SPCE061單片機有兩個外部中斷，分別為EXT1和EXT2，兩個外部輸入腳分別為B口的IOB2和IOB3的復用腳。EXT1（IOB2）為黑線檢測，確定小車位置，EXT2（IOB3）為輪子轉數(shù)檢測用于計算路程。開IRQ3和IRQ4寄存器組出棧清中斷標志位清中斷標志位寄存器壓棧保護中斷返回是IRQ3中斷嗎IRQ3_EXT1中斷嗎清中斷標志位IRQ3_EXT2中斷嗎車輪轉速中斷服務流程圖 語音識別部分在這里我們用的是SPCE061的特定語者辨識SD（Speaker Dependent），SD即語音樣板由單個人訓練，也只能識別訓練某人的語音命令，而他人的命令識別率較低或幾乎不能識別。錄制語音可為：“yeah”，“煩不煩”，“前進”，“倒退”，“拐就拐”。語音錄制好后，保存格式為“.wav”，利用凌陽單片機光盤內目錄“\TOOLS\s480\”下的工具進行語音壓縮后放在程序目錄“\voice”下邊，然后修改配置文件“Makefile”中的OBJFILES的值以及對應的語音文件的目錄地址值和“clean”的值 ，并且配置值順序必須對應于語音訓練的過程。具體程序見主程序。初始化BSR_DeleteSDGroup(0)啟動實時監(jiān)控BSR_EnableCPUIndicator()調用訓練模塊TrainWord(intW