2012届毕业生 毕业论文

题 目: 语音遥控小汽车控制系统设计

院系名称： 电气工程学院 专业班级： 自动化F0803 学生姓名： 申 娇 学 号： 2008482800311 指导教师： 吴 兰 教师职称： 副教授

2012年5月14日

摘 要

随着电子工业技术的发展，市场上语音遥控小汽车越来越受到人们的欢迎，在人们日常生活中起着不可忽略的作用。目前，声控技术被广泛运用到很多领域。例如声控手机、声控电视机、声控洗衣机、声控电脑等设备。

本论文对语音遥控小汽车的概况做了描述。该设计在硬件方面，以凌阳SPCE061A单片机作为本设计的控制核心，以音控小车的控制电路板作为辅助，来设计小车的动作。在软件方面，通过C语言编程，对音控小车的进行训练以及语言命令的识别。设计出能够根据录制设定的语音命令来控制小汽车的前进、后退、左转、右转停车等基本功能的语音遥控小汽车。同时根据SPCE061A的语音特色，实现语音的控制功能。

关键词： 语音，小汽车，SPCE061A，控制

Abstract

With the development of the electronics industry，the remote voice control cars become more and more popular to people on the market.And 1t plays an important role in the daily lives of people.Currently，the voice-activated technology has been used in many fields.Such as voice-activated phone,voice-activated TV,voice-activated washing machines,voice-activated computers and other equipments.

This article gives a detail to the remote voice control cars. About hardware design，the paper use Sunplus SPCE061A as the control of core,the control board of the voice-activated car as a supplement to design the action of car.About the software，we use C language programming for voice control "training" and "recognition"of the voice.design a voice remote control cat,which has the basic function to control of the car forward ,backward,turn left,turn right and stop by the set of recorded voice command.At the same time,according to the voice characteristics of SPCE061A to achieve the voice control functions.

First of all，papers confirm the system of program，and then describe the working principle of each unit's software，hardware as well as introduce the main components of the system.

Keywords: voice,car,SPCE061A,control

目 次

1 引言 ............................................................... 2 1．1 研究背景及意义 .................................................. 2 1.2 国内为研究状况 ................................................... 2 2 方案论证 ........................................................... 2 3.1 系统结构设计 ..................................................... 4 3.2 音控小车控制方案 ................................................. 5 3.3 音控小车车体控制方案 ............................................. 5 4 系统硬件设计 ....................................................... 7 4.1 SPCEO61最小系统 .................................................. 7 4.2 语音识别电路模块 ................................................. 8 4.3 KEY模块 ........................................................... 9 4.4 控制板电路 ...................................................... 10 4.4.1 电源电路 ...................................................... 10 4.4.2 接口电源 ...................................................... 10 4.4.3 电机驱动电路 .................................................. 11 5 系统软件设计 ...................................................... 12 5.1 主程序 .......................................................... 12 5.2 音控小车语音训练子系统 .......................................... 13 结 论 ............................................................... 15 致谢 ................................................................. 16 参考文献 ............................................................. 17 附 录 .............................................................. 18

1 引言

1．1 研究背景及意义

近些年来，关于语音识别方面的技术已经成为了非常活跃的研究领域。语音识别系统在我们现实生活中普及使用，已经成为各国研究语音识别的主要方向之一。以商业玩具市场的调查结果显示，那些含有科学技术量越高的的智能玩具、电子玩具等等，它们的发展就会越迅速。在玩具行业中，智能化玩具在玩具商业中己经势不可挡，成为了玩具发展的主流。我国虽然是玩具生产及出口大国，但是在高科技玩具发展方面和国外相比，差距还是非常大的。所以，及时把精力投入到广泛开展这方面的研究中，无论是对技术的创新应用，还是对社会经济快速发展，都有非常重大的现实意义。近几十年，我国对语音识别技术方面的研究已经取得了很大的进步，各种具有语音识别功能的玩具已经从实验室中走向了市场，它的智能化操作大大的冲击了玩具的市场。

1.2 国内外研究状况

随着计算机技术、传感器技术、和微电于技术的快速发展，而今声控技术已经广泛应用到社会的各个角落，给人们提供各种便利。

l、语音遥控玩具车:不仅大大提高了声控系统的滤去噪音的能力，而且在语音识别过程中，改善了我们需要注意的准确率的问题，并且利用如今正在使用的软件开发出有各种不同特色的语音芯片，我们把它集成到遥控器上，就做出了利用语音控制的声控玩具车。

2、能够识别主人的看门狗:在该系统基础上安装对说话者的语音识别功能，并将其软件硬件化，集成到芯片上。然后将芯片放置在防盗门上，可以使它具有主人叫门立即就开门的功能。

3、在我们现实生活中不可或缺的汽车上装有的语音控制系统:在驾驶过程中，

对于不便于用手的操作，可以通过声控系统实现。但是实际中汽车里可能存在着大量的噪音，因此，滤噪也是最为关键的技术。

2 基本原理

2.1 基本原理

2.2 常用的实现方案

可采用80C51单片机来实现，它的运用比较广泛，而且价格便宜。但是由于它没有语音播放和语音识别的功能，所以就需要扩展一个语音播放模块和一个语音识别模块，因此就会使端口资源紧张，所以我们就必须加入一个接口扩展芯片。另外，语音技术的发展刚刚起步，再设计的过程中我们就必须进行大量的计算，会给我们的方案带来很大的困难。该实现方案结构如图1所示：

图1 采用80C51单片机实现方案结构图

方案二：

利用SPCE061A来实现语音遥控小汽车方案，因为SPCE061A内部本身就包含语音识别模块和语音播放模块，因此我们只需要添加MIC和语音播放就可以了，所以在音控小车的设计过程中，它的系统简洁，结构非常的清晰，外围设备需要比较少。该实现方案结构如图2所示：

图2 采用SPCE061A单片机实现方案结构图

两个方案对比，第二个方案结构更简单，便于操作，因此采用第二个方案。

3 总体方案设计

3.1 系统结构设计

语音遥控小汽车硬件组成框图如图3：

凌阳61板

控制板

图3 语音遥控小汽车硬件组成

本设计系统的硬件主要由凌阳61板、音控小车的控制板两部分组成。图中凌阳61板中包含语声音输出模块功率放大环节、按键输入模块KEY、语音输入模块MIC，

给我们的设计提供了极大便利。电机的驱动电路设计，我采用了全桥驱动，通过把四个I/O端口分成两组，对两个电机分别控制，即控制它们的停止、正转和反转状态。

3.2 音控小车控制方案

本设计采用语音遥控配合中断定时控制，使小车的状态发生改变。在我们利用语音信号使小车改变状态后，即小车小车行动以后，我们可以通过向小车发出各种语音信号，使小车的运行状态发生相应的改变。并且在小车每一次行动发生的同时，定时器立即启动，在小车发生故障时，不能够正常得接收我们所发出的语音信号，当达到了我们所定的时间，中断服务的程序就会作用，立即发出命令，使小车停止运行。

3.3 音控小车车体控制方案

（1）小车前进

自然状态下，因为弹簧的作用，小车的前轮要保持向前状态，因此，只需后轮向前转即可，所以我们要控制后轮电机正转就可以实现。如图4所示：

图4 小车前进

（2）小车后退

与小车前进相反，因为弹簧的作用，小车的前轮仍保持向前状态，因此，只需后轮向后转即可，所以我们要控制后轮电机反转就可以实现。如图5所示：

图5 小车后退

（3）小车前行左转

小车后轮向前转时，即后轮电机正转时，我们只需前轮向左转即可，所以我们要控制前轮电机正转就可以实现。如图6所示：

图6 小车前行左转

（4）小车前行右转

小车后轮向前转时，即后轮电机正转时，我们只需前轮向右转即可，所以我们要控制前轮电机反转就可以实现。如图7所示：

图7 小车前行右转

相同的原理，我们还可以实现音控小车的左转倒车和右转倒车，在这里将不再多做解释。

4 系统硬件设计

4.1 SPCEO61最小系统

SPCEO61最小系统如图8所示，是本设计系统的核心，凌阳61单片机具有极强的处理功能，外部信息通过它处理后在传出，达到了控制的效果。

麦克风（MIC）音频输入电路和DAC音频输出电路分别如图9、图10。当我们对麦克风讲话时，即 MIC的波形发生变化时，则 MICP和MICN在两个端口会分别产生一组波形，并且是反相的波形，然后它们经过第一级放大器放大，将放大后的语音信号通过MICOUT送到C12、R7及C13阻容电路构成的滤波器滤波以后，通过OPI输入，再次经过第二级放大器放大；接着该语音信号由ADC转换成数字量，储存在寄

4

5

存器中，这时我们可以运用单片机编辑程序来处理这些数据，如语音数据的压缩及 声音识别样本的处理。AGC C2 AVSS1 C1+

R1

1k

VMIC VCM

220 u

R3 470 k

+

R4 3k

R5 10k C11

R6 10k

C9 104

+ C6

4.7u AVSS1

X1 1 2

22u AVSS1 MICP

C2 MICOUT 0.1uF R7 5.1kA VSS1

224 MICROPHONE C13 MICN 224

OPI C16 4 500 pF

R8 3KA VSS1

3

图 9 MIC 音频输入电路J2 CON31 2 3

C20 0.1uF

+ C21

100 u VSS

C23 + 0.22uF -

U2 J3 1 2

SPH

D AC

SPY003 0 SPL R10 1K C25 0.1uF 1K R9 C26 AVSS2 0.1uF

图 10 DAC 音频输出电路

4.3 KEY 模块按键模块电路如图 11 所示，S2、S3、S4 为都为独立按键，IOA0~IOA2 是按键扩 展的接口。当按键没按下时，按键两端引脚断开，当按键按下时，它们实现了一个 简便的人机操作界面，我们可以利用编程扫描 IO 口，单片机便能够识别我们的按键 操作。

9

V5S2 k1 IOA0 S3 k2 IOA1 S4 k3 IOA2

图 11 按键电路3

4.4

控制板电路

4

控制板电路是由电源电路、接口电路以及电机驱动电路三部分组成。 4.4.1 电源电路 音控小车需要电池电源，凌阳 61 板的工作电源、凌阳 61 板的 I/O 输出电源及 控制电路板的工作电源。音控小车所有的电源都是由电池电源来提供的，控制电路 板板的工作电源直接连接在电池电源上，即 VCC;电池电源经过二极管 D1 降压成为 61 板的工作电源，即 VCC_61;然后经过 61 板电源跳线成为 61 板端口输出电源，即 V1。电源电路如图 12 所示：J1 CON2 1 2 IN4 007 VCC D1 VCC_61 J2 CON2 1 2

4.4.2 接口电源IOB9

V1

J5 CON10 1 3

图 12 电源电路V1

J6 CON10 1

IOB8 接口电路把 61 IOB8 板上的 I/O 信号传输到控制板上， 这些信号被用来控制两个驱动 2 2 IOB9 0 IOB1 0 所示: 电机的 IOB8-IOB11 IOB1 的四路信号。接口电路如图 13 4 IOB1 1 IOB1 2 IOB1 3 IOB1 4 IOB1 5 5 6 7 8 9 10 IOB1 1 IOB1 2 IOB1 3 IOB1 4 IOB1 5 3 4 5 6 7 8 9 10

V1 IOA8 IOA9 IOA10 IOA11 IOA12 4 IOA13

J7 CON10 1 2 3 4 5 6 7 IOA8 IOA9 IOA10 IOA11 IOA12 IOA13

V1

J8 CON10 1 2 3 4 5 6 7

Ti tl e

Si ze B Dat e: Fi le: 5

Numb

10

5-May-2 C: \Docu

V1 IOB8 IOB9 IOB1 0 IOB1 1 IOB1 2 IOB1 3 IOB1 4 IOB1 5

J5 CON10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 IOB8 IOB9 IOB1 0 IOB1 1 IOB1 2 IOB1 3 IOB1 4 IOB1 5

V1

J6 CON10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

V1 IOA8 IOA9 IOA10 IOA11 IOA12 IOA13 IOA14 IOA151

J7 CON10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

V1 IOA8 IOA9 IOA10 IOA11 IOA12 IOA13 IOA14 IOA152

J8 CON10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

图 13 接口电路 4.4.3 电机驱动电路 (1)方向

控制桥路VCC Q7 PNP8550 Q9 PNP8550 NPN8050 J4 CON2 2 1 R5 200

Q11 R7 2K IOB1 0

R6 Q8 Q10

200

Q12 R8 2K IOB1 1

Ti tl eNPN8050

NPN8550

Si ze A4 Dat e: Fi le: 3

Number

NPN8050

Rev isi on

图 14 方向控制电机驱动电路

5-May-2 012 Sheet of C: \Docu ment s and Sett ings \Admi nis trato r\桌 面\Drawn 语 音控 By 制 :小车 ( 迷 你型 ) \语 音控 制 4

我们通过控制前轮驱动的左转和右转来实现小车的方向控制。前轮驱动电路是 是一个小型的直流电机转向控制的常用的 H 桥驱动电路，如图 14 所示： Q7 和 Q10 一组，由 Q12 来控制 Q7 和 Q10 的通断，再由 IOB11 来控制 Q12;Q8 和 Q9 一组，由 Q11 来控制 Q8 和 Q9 的通断，再由 IOB10 来控制 Q11。可以利用 IOB10 和 IOB11 来控 制小车前轮电机的正反转，来达到控制小车左右转的目的。IOB10 和 IOB11 与小车11

状态关系如表1所示:

图16 主程序流程图

首先，我们需要判断本次训练是否是第一次程序下载，如果是第一次下载的话，先下载程序，然后再进行语音训练；如果以前已经下载过的话，可以直接进入训练，并且按事先设定的顺序进行语音信号的采集保存再Flash存储器中。训练完成以后，接着进入语音识别过程，系统将根据采集的语音信号来匹配刚才训练得到的模型，得到匹配的结果并且做出相应的动作或者播报设定的语音资源，完成以后，回到待命状态并准备识别与执行下一条命令。

5.2 音控小车语音训练子系统

音控小车训练采用互相问答的方式来训练，每条指令训练两次，且每条指令的训练过程相同，以“前进”指令为例:

首先，音控小车提示“前进”；然后，主人回答小车“前进”；接着，音控小车提示“请再说一遍”（第二次训练的提示音)；最后，再次回答音控小车“前进”(第二次训练)。

上述为一个指令的完整训练流程，假如训练成功完成，音控小车就会自动训练