基于A(yíng)VR和51單片機的機器魚(yú)語(yǔ)音控制系統設計與實(shí)現

模塊PCB板已經(jīng)將連接麥克風(fēng)的引腳接到模塊的MIC插座上，所以在連接電路的時(shí)候11～19和22～31引腳懸空不用。與51單片機連接時(shí)，ICR_P0～ICR_P7(2和33-39引腳)必須連接在單片機的數據總線(xiàn)上，同時(shí)需要在P0-P7，以及RDB，MD，INTB，WRB，CSB這些控制管腳上焊接1K ／10K的上拉電阻(上拉到3．3V即可)，這樣可以輔助系統穩定運行。CLK引腳的連接有兩種選擇：1)直接將51單片機的晶振信號通過(guò)導線(xiàn)輸入到LD3320的CLK管腳，但是導線(xiàn)不宜過(guò)長(cháng)。2)將正方形有源晶振直接焊接在模塊上預留的連接點(diǎn)，此時(shí)CLK管腳需要懸空。本文采用的第二種方法。
2．3 AVR控制部分
AVR是魚(yú)體的主控MCU，主要用來(lái)控制機器魚(yú)的的動(dòng)力部分。機器魚(yú)的動(dòng)力來(lái)自舵機，設計關(guān)節數為三個(gè)，即有三個(gè)舵機。每個(gè)舵機由十五位的不同占空比的PWM波來(lái)控制轉動(dòng)不同的角度，三個(gè)舵機需要配合形成魚(yú)體波來(lái)控制魚(yú)體擺動(dòng)。魚(yú)體結構如圖3。

魚(yú)體波是利用桿系機器魚(yú)對真實(shí)魚(yú)游動(dòng)形態(tài)的擬合，可以認為魚(yú)體波曲線(xiàn)是魚(yú)體波幅包絡(luò )線(xiàn)和正弦曲線(xiàn)的合成，它開(kāi)始于魚(yú)體慣性力的中心，延伸至尾柄，其曲線(xiàn)方程可表示為

式中，yboby是魚(yú)體的橫向位移(背腹軸)，x是魚(yú)體的軸向位侈(頭尾軸)，c1是魚(yú)體波波幅包絡(luò )線(xiàn)的一次項系數，c2是魚(yú)體波波幅包絡(luò )線(xiàn)的二次項系數，k是波長(cháng)倍數(k=2π／λ)，λ是魚(yú)體波的波長(cháng)，w是魚(yú)體波的頻率(w=2πf=2π／T)。
由于計算機控制是一種離散的數字量，魚(yú)體波曲線(xiàn)也需要離散化，所以把時(shí)間參數t從魚(yú)體波運動(dòng)函數yboby(x，t)中分離出來(lái)，方程即為

式中，i表示一個(gè)擺動(dòng)周期內的樣條曲線(xiàn)序列的第i個(gè)變量；N表示魚(yú)體波分辨率，即在一個(gè)擺動(dòng)周期內整個(gè)魚(yú)體波被離散的程度，其上限不能大于驅動(dòng)機構擺動(dòng)的最高頻率。
為了更好地表征魚(yú)體波動(dòng)的參數，提高魚(yú)體方向控制特別是轉彎過(guò)程中的靈活性，在方程2的特征參數基礎上，增加波長(cháng)倍數k相對于x的二次增益，修改后的方程如下

通過(guò)調整k1和k2的值，根據x的變化可以得到更多的魚(yú)體波曲線(xiàn)。同時(shí)，在機器魚(yú)的設計過(guò)程中，可通過(guò)微調身體波參數來(lái)增加運動(dòng)的機動(dòng)性和靈活性。