SPCE061A在語(yǔ)音識別機器人中的應用

1 引言
　　為了提高廣大單片機愛(ài)好者學(xué)習單片機的興趣，凌陽(yáng)科技大學(xué)計劃教育推廣中心推出了應用SPCE061A作為主控制器，外加電機驅動(dòng)電路制作的智能機器人。該機器人采用特定人語(yǔ)音識別對機器人進(jìn)行控制，可以完成向前走、倒退、左轉、右轉、跳兩首舞曲、向左瞄準、向右瞄準、發(fā)射、連續發(fā)射等功能。該智能機器人可以大大提高在校學(xué)生學(xué)習單片機的興趣。

2 模組特性簡(jiǎn)介
2.1 SPCE061A特性簡(jiǎn)介
　　SPCE061A是凌陽(yáng)科技研發(fā)生產(chǎn)的性?xún)r(jià)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(shí)現語(yǔ)音的錄放系統，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(dòng)增益電路。這為實(shí)現語(yǔ)音錄入提供了方便的硬件條件。兩路10位精度的DAC，只需要外接功放（SPY0030A）即可完成語(yǔ)音的播放。另外凌陽(yáng)十六位單片機具有易學(xué)易用的效率較高的一套指令系統和集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。在此環(huán)境中，支持標準C語(yǔ)言，可以實(shí)現C語(yǔ)言與凌陽(yáng)匯編語(yǔ)言的互相調用，并且，提供了語(yǔ)音錄放的庫函數，只要了解庫函數的使用，就會(huì )很容易完成語(yǔ)音錄放，這些都為軟件開(kāi)發(fā)提供了方便的條件：
　　特性：
　　◆ 16位μ'nSP微處理器；
　　◆ 工作電壓：內核工作電壓VDD為3.0~3.6V(CPU)，IO口工作電壓VDDH為VDD~5.5V(I/O)；
　　◆ CPU時(shí)鐘：0.32MHz~49.152MHz；
　　◆ 內置2K字SRAM；
　　◆ 內置32K閃存ROM；
　　◆ 可編程音頻處理；
　　◆ 晶體振蕩器；
　　◆ 系統處于備用狀態(tài)下(時(shí)鐘處于停止狀態(tài))，耗電小于2μA@3.6V；
　　◆ 2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計數器(可自動(dòng)預置初始計數值)；
　　◆ 2個(gè)10位DAC(數-模轉換)輸出通道；
　　◆ 32位通用可編程輸入/輸出端口；
　　◆ 14個(gè)中斷源可來(lái)自定時(shí)器A / B，時(shí)基，2個(gè)外部時(shí)鐘源輸入，鍵喚醒；
　　◆ 具備觸鍵喚醒的功能；
　　◆ 使用凌陽(yáng)音頻編碼SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容納210秒的語(yǔ)音數據；
　　◆ 鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統時(shí)鐘信號；
　　◆ 32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘；
　　◆ 7通道10位電壓模-數轉換器(ADC)和單通道聲音模-數轉換器；
　　◆ 聲音模-數轉換器輸入通道內置麥克風(fēng)放大器和自動(dòng)增益控制(AGC)功能；
　　◆ 具備串行設備接口；
　　◆ 低電壓復位(LVR)功和低電壓監測(LVD)功能；
　　◆ 內置在線(xiàn)仿真板(ICE，In- Circuit Emulator)接口。

2.2 機器人簡(jiǎn)介
2.2.1 機器人驅動(dòng)電路圖
　　機器人驅動(dòng)電路圖如圖2.1所示：

圖 2.1機器人驅動(dòng)電路圖

　　機器人驅動(dòng)電路采用功率較大的三極管搭成H橋來(lái)驅動(dòng)電機，可以實(shí)現電機的正向旋轉與電機的反向旋轉。這些電機包括2個(gè)用于走路的電機與一個(gè)頭部轉向的電機。另外用了一個(gè)三極管驅動(dòng)單向旋轉的電機，包括加速電機與發(fā)射電機，驅動(dòng)電路比較簡(jiǎn)單。

2.2.2主要功能
　　◆ 通過(guò)語(yǔ)音命令對其進(jìn)行控制；
　　◆ 可以跳兩首舞曲；
　　◆ 走步功能、轉向功能、轉頭功能；
　　◆ 發(fā)射飛盤(pán)功能；

3 系統總體方案介紹
　　用61板來(lái)控制機器人，使用了IOB7-IOB15資源，另外使用了揚聲器。如圖3.1所示：

圖3.1 系統的結構框圖

　　系統主要由61板與機器人驅動(dòng)電路構成。61板作為整個(gè)系統的主控板，驅動(dòng)電路驅動(dòng)電機。在主控板61板的控制下完成各個(gè)動(dòng)作。另外增加了特定人語(yǔ)音識別的功能，通過(guò)命令來(lái)控制機器人，使機器人智能化。

4 系統軟件設計
　　在主函數中調用相關(guān)函數完成特定人語(yǔ)音的訓練，然后再訓練成功后進(jìn)行語(yǔ)音識別，根據識別的命令執行相關(guān)的操作。程序流程圖如4.1所示：

圖4.1程序流程圖與中斷流程圖

　　　判斷是否為第一次下載根據FLASH中的標志位來(lái)進(jìn)行判斷。將訓練好的語(yǔ)音模型導出存儲到FLASH中使用庫函數BSR_ExportSDWord(uiCommandID)；進(jìn)行操作，然后再調用讀寫(xiě)FLASH中的函數進(jìn)行。在進(jìn)行語(yǔ)音識別時(shí)，首先讀取FLASH將語(yǔ)音模型取得，然后調用BSR_ImportSDWord(uiCommandID)；函數將語(yǔ)音資源載入內存。在識別出命令后，執行相關(guān)動(dòng)作，相關(guān)動(dòng)作操作就是操作電機的正向或反向旋轉同時(shí)配合延時(shí)與播放聲音組合起來(lái)形成不同的動(dòng)作。

　　應用方案的驗證步驟：
　　步驟一：?jiǎn)?dòng)u'nSP IDE。打開(kāi)機器人應用實(shí)例程序，編譯、鏈接確認沒(méi)有錯誤。如圖4.2所示：

圖4.2編譯、鏈接圖

　　步驟二：下載程序代碼到機器人的61板上。
　　步驟三：打開(kāi)機器人的電源，進(jìn)行語(yǔ)音訓練，訓練過(guò)程按照下面進(jìn)行：
　　按順序訓練以下15條指令："名稱(chēng)"，"開(kāi)始"，"準備"，"跳舞"，"再來(lái)一曲"，"開(kāi)始"，"向前走"，"倒退"，"右轉"，"左轉"，"準備"，"向左瞄準"，"向右瞄準"，"發(fā)射"，"連續發(fā)射"。每條指令要訓練兩遍。當一條指令被正確識別時(shí)會(huì )提示進(jìn)入下一條；如沒(méi)有被識別會(huì )要求重復該指令，直到正確識別為止。
　　步驟三：如果訓練成功則進(jìn)入語(yǔ)音識別狀態(tài)，如果訓練沒(méi)有成功則重復訓練。由于SPCE061A的FLASH存儲器只有32K，所以15條指令需要分組存放。在這里分成3組，每組5條指令。在不同組指令中交換需要根據出發(fā)名稱(chēng)，所以在識別狀態(tài)，要執行動(dòng)作首先需要出發(fā)名稱(chēng)，就是訓練的第一條命令，然后可以識別第一組的其余四條命令。在觸發(fā)第一條指令，然后再觸發(fā)第二條指令，就可以識別第三條指令，參考下圖：

圖4.3 機器人操作示意圖

5 結語(yǔ)
　　應用SPCE061A外加電機驅動(dòng)控制電路可以實(shí)現多個(gè)電機的控制，完成機器人的許多動(dòng)作。單片機愛(ài)好者可以自己制作電機驅動(dòng)電路，發(fā)揮想象力制作出自己的機器人。

6 參考文獻
[1] 羅亞非.凌陽(yáng)16位單片機應用基礎[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003
[2] 凌陽(yáng)大學(xué)計劃網(wǎng)站www.unsp.com.cn