【正文】 以用函數(shù) m =216。（ n ）描述，其中 n =i， i=1， 2，??， N， 216。（ 1） =1，河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 216。（ N） =M。為了使路徑不至于過傾斜，可以約束斜率在 ~2 的范圍內(nèi)，如果路徑已經(jīng)通過了格點（ n ， m ），那么下一個通過的格點（ n ， m ）只可能是下列三種情況之一： （ n ， m ） =（ n +1， m +2） （ n ， m ） =（ n +1， m +1） （ n ， m ） =（ n +1， m ） 用 r 表示上述三個約束條件。求最佳路徑的問題可以歸結(jié)為滿足約束條件 r 時，求最佳路徑函數(shù) m =216。（ n ），使得沿路徑的積累距離達到最小值，即： 搜索該路徑的方法如下：搜索從（ n ， m ）點出發(fā)，可以展開若干條 滿足 ?的路徑，假設(shè)可計算每條路徑達到（ n ， m ）點時的總的積累距離，具有最小累積距離者即為最佳路徑。易于證明，限定范圍的任一格點（ n ， m ）只可能有一條搜索路徑通過。對于（ ni， mi），其可達到該格點的前一個格點只可能是（ n ， m ）、（ n ， m 1）和（ n ， m 2），那么（ n ， m ）一定選擇這 3個距離之路徑延伸而通過（ n ， m ），這時此路徑的積累距離為： D[（ n ， m ） ]=d[T(n ),R(m )]+D[(n , m )] 其中的 n = n 1 ,m 1 由下式?jīng)Q定： D[（ n ， m ） ]=min{D[(n , m )],D[(n , m 1)],D[(n , m 2)]} 這樣可以從（ n ， m ） =（ 1， 1）出發(fā)搜索（ n ， m ），再搜索（ n ， m ），??，對每一個（ n ， m ）都存儲相應(yīng)的前一格點（ n ， m ）及相應(yīng)的幀匹配距離d[n ， m ]。搜索到（ n ， m ）時，只保留一條最佳路徑。如果有必要的話，通過逐點向前尋找就可以求得整條路徑。這套 DP 算法便是 DTW 算法。 167。 程序?qū)崿F(xiàn) DTW 算法可以直接按上面的描述來實現(xiàn)，即分配兩個 N M 的矩陣，分別為積累距離矩陣 D 和 幀匹配距離矩陣 d，其中幀匹配距離矩陣 d（ i， j）的值為測試模板的第 i 幀與參考模板的第 j 幀間的距離。 D（ N， M）即為最佳匹配路徑所對應(yīng)的匹配距離。 程序中，首先申請兩個 n m 的距陣 D 和 d，分別為累積距離和幀匹配距河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 離。這里 n 和 m 為測試模板與參考模板的幀數(shù)。然后通過一個循環(huán)計算兩個模板的幀匹配距離距陣 d。接下來進行動態(tài)規(guī)劃，為每個格點（ i， j）都計算其三個可能的前續(xù)格點的累積距離 D D2 和 D3。考慮到邊界問題，有些前續(xù)格點可能不存在，因此要加入一些判斷條件。 最后利用最小值函數(shù) min，找到三個前續(xù)格點的累積 距離的最小值作為累積距離，與當前幀的匹配距離 d（ i， j）相加，作為當前格點的累積距離。該計算過程一直達到格點（ n， m），并將 D（ n， m）輸出，作為模板匹配的結(jié)果。 程序如下： function[dist]=fDTW(t,r) n = size(t,1)。 m = size(r,1)。 if(abs(nm)6) % 幀匹配距離矩陣 d = zeros(n,m)。 for i = 1:n for j = 1:m d(i,j) = sum((t(i,:)r(j,:)).^2)。 end end % 累積距離矩陣 D = ones(n,m) * realmax。 D(1,1) = d(1,1)。 % 動態(tài)規(guī)劃 for i = 2:n 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 for j = 1:m D1 = D(i1,j)。 if j1 D2 = D(i1,j1)。 else D2 = realmax。 end if j2 D3 = D(i1,j2)。 else D3 = realmax。 end D(i,j) = d(i,j) + min([D1,D2,D3])。 end end dist = D(n,m)。 else dist=realmax。 End 167。 MATLAB 上的 GUI 設(shè)計 MATLA 作為功能強大的科學(xué)計算軟件，同樣也提供了圖形用戶界面設(shè)計的功能。在 MATLAB 中，基本的圖形用戶界面對象包括三類：用戶界面控件對象，下拉式菜單對象和快捷菜單對象。根據(jù)這些圖形對象，可以設(shè)計出界面友好。操作方便的圖形用戶界面。 本系統(tǒng)的整個上位機使用 MATLAB 做的，為了更方便的進行操作，我用MATLAB 的 GUI 設(shè)計了一個圖形界面。上面設(shè)置了串口選擇框、錄音開始按鈕、語音識別結(jié)果框等。 實際 界下面如圖 26 所示： 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 圖 26 MATLABGUI 界面 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 第 3章 下位機設(shè)計 167。 小車總體設(shè)計 167。 小車總體框圖 系統(tǒng)總體框圖如下所示。整個系統(tǒng)以單片機作為控制中心，單片機前要接受上位機傳來的控制指令，后要根據(jù)收到的指令控制小車完成不同的功能。小車共有兩個電機，有 L298 構(gòu)成的 H 橋來驅(qū)動。穩(wěn)壓電路采用線性穩(wěn)壓芯片7805 來完成。系統(tǒng)框圖如圖 11 所示： 圖 31 系統(tǒng)總體框圖 167。 小車結(jié)構(gòu)設(shè)計 本小車底盤采用三輪結(jié)構(gòu)，兩個動 力輪分別由兩個直流電機單獨驅(qū)動。第三個輪是轉(zhuǎn)向輪，可以三百六十度轉(zhuǎn)向。核心板采用通用板搭建，采用專用芯片插槽，方便單片機的拆卸。驅(qū)動電路和穩(wěn)壓電路焊在同一通用板上，兩個板子用銅柱固定為上下兩層，節(jié)省空間。整個小車實物圖見附錄一。 167。 小車硬件設(shè)計 單片機控制核心 串口接收 L298 電機驅(qū)動電路 電機 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 167。 單片機電路設(shè)計 本系統(tǒng)單片機采用的是宏晶公司的 STC12C5A60S2，它采用增強型 8051內(nèi)核。指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051單片機，但速度比傳統(tǒng) 8051單片機快 812倍。單片機控制電路主要有復(fù)位電路、晶體振蕩電路兩部分。 其總體電路圖如圖 32 所示： 圖 32 單片機電路圖 1. 復(fù)位電路 復(fù)位電路是單片機控制電路中很重要的電路之一。 STC12C5A60S2 單片機為高電平復(fù)位，及即要使得復(fù)位管腳 RST 保持一定時間的高電平。其復(fù)位電路分兩種情況。 當單片機時鐘頻率小于 12MHZ 時，采用第一種復(fù)位電路。將 RST 管腳接1K 電阻 R1 到地，其電路如圖 33 所示。 圖 33 第一復(fù)位電路 當單片機時鐘頻率大于 12MHZ 時，采用第二復(fù)位電路，其電路如圖 34所示。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 圖 34 第二復(fù)位電路 本電路單片機時鐘采用的是 12MHZ，故復(fù)位電路采用第二種。以上復(fù)位電路 只能保證單片機能夠上電復(fù)位，為了更好的進行調(diào)試，本電路對上面的電路進行了更改，使得單片機電路能夠手動復(fù)位。改進后的復(fù)位電路如下圖35 所示。當按鍵按下時，由于電阻 R1 的作用， RST 管腳保持為高電平。單片機復(fù)位。 圖 35 改進后的實際復(fù)位電路 2. 晶振電路 STC12C5A60S2 單片機內(nèi)部含有 R/C 時鐘振蕩電路，單片機可以選擇使用內(nèi)部自有的 R/C 時鐘振蕩電路，也可以使用外接的高精度晶體 /時鐘。用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內(nèi)部 R/C 振蕩器還是外部晶體時鐘。常溫下內(nèi)部時鐘頻率為 5V單片機： 11~17MHZ， 單片機： 8~12MHZ。單片機內(nèi)部時鐘電路受溫漂等影響較大，當對精度要求不高時可以使用內(nèi)部時鐘。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 本電路需要串口數(shù)據(jù)收發(fā)，控制對時鐘要求較高，故采用的時鐘源是外接的高精度晶體 /時鐘。其電路如圖 36 所示。 圖 36 晶體振蕩電路 167。 驅(qū)動電路設(shè)計 驅(qū)動電路的選擇及穩(wěn)定性對小車性能來說是至關(guān)重要的。這里我采用L298 專用驅(qū)動芯片來驅(qū)動兩個直流電機。 L298 驅(qū)動芯片內(nèi)置兩個 H 橋電路，可以兩個電機實現(xiàn)正轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)。最大輸出電流可以達到兩安，這對小車上的直流電機足夠用。 L298 的外圍電路也是 非常重要的，圖 37 為 L298 的外圍電路。途中 8個單向?qū)ǘO管起著非常重要的作用，它可以防止電機磁場作用產(chǎn)生很大的反向電壓時對 L298 內(nèi)部電路的破壞作用。 圖 37 L298 外圍電路 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 167。 穩(wěn)壓電路設(shè)計 小車的整個硬件電路共需要兩個電壓，電源電壓為 8 伏，直接供給直流電機。而單片機控制電路需要五伏的電壓，故需要設(shè)計一個穩(wěn)壓電路來輸出穩(wěn)定的 5 伏電壓供給單片機控制電路。本系統(tǒng)采用線性穩(wěn)壓芯片 7805 把 8伏的電源電壓穩(wěn)成 5 伏輸出。其電路圖如圖 38 所示： 圖 38 5V 穩(wěn)壓電路 167。 小車軟件設(shè)計 167。 主程序流程圖 圖 39 主函數(shù)流程圖 LM7805 Vin Vout=5V 系統(tǒng)初始化 前進 停止 后退 串口數(shù)據(jù) 1 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 小車單片機采用 STC12C5260S2，此單片機屬于 8051 內(nèi)核，采用 KEIL 開發(fā)環(huán)境來編程。下位機程序主要功能就是時刻準備接受上位機傳來的串口數(shù)據(jù)，然后，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)控制小車電機是小車完成不同的動作。 主函數(shù)流程圖 如圖 39 所示 ： 167。 部分主程序 部分程序如下： include include unsigned char RxBuf[32]={0}。 //接收緩沖區(qū) /***************************************************************** * 名稱 : Com_Init() * 功能 : 串口初始化，晶振 ,波特率 9600，使能了串口中斷 * 輸入 : 無 * 輸出 : 無 *****************************************************************/ void Com_Init(void) { TMOD = 0x20。 PCON = 0x00。 SCON = 0x50。 TH1 = 0xFd。 //設(shè)置波特率 9600 TL1 = 0xFd。 TR1 = 1。 //啟動定時器 1 ES = 1