具有語(yǔ)音辨識能力的聲控小汽車(chē)的實(shí)現

摘    要：本文主要論述了如何用SPCE061A實(shí)現對非特定人語(yǔ)音的辨識，如何用SPC81A實(shí)現對汽車(chē)的驅動(dòng)控制，以及兩款單片機之間無(wú)線(xiàn)通信的實(shí)現。
關(guān)鍵詞：單片機；SPCE061A；SPC81A；語(yǔ)音辨識；非特定發(fā)音人

方案設計與論證
本系統為典型的實(shí)時(shí)控制系統，下面對系統的實(shí)現方案進(jìn)行論證。
語(yǔ)音辨識方案：本設計中采用具有DSP處理功能的凌陽(yáng)16位單片機SPCE061A實(shí)現語(yǔ)音辨識功能。由于SPCE061A具有A/D、D/A轉換接口，可以方便用于各種數據的采集、處理和控制輸出。A/D、D/A轉換接口與SPCE061A的DSP運算功能結合在一起，可實(shí)現語(yǔ)音辨識功能。
通信方案：通信方式可用無(wú)線(xiàn)或紅外光方式，紅外光方式適合于近距離通信，電路較簡(jiǎn)單；無(wú)線(xiàn)方式通信距離較遠，但電路復雜?？紤]到汽車(chē)處于被控中(距離較遠)，選擇無(wú)線(xiàn)作為載波來(lái)傳送信息。
電機驅動(dòng)方案：本系統在電機的驅動(dòng)部分利用8050、8550等不同三極管的組合，構造一座“橋”。該橋的優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單、易控制、帶負載能力強。在單片機的配合下，通過(guò)PWM的方法，實(shí)現了對驅動(dòng)電機的輕松控速。
電源供電方案：采用雙電源供電消除電機運轉產(chǎn)生的干擾，保證單片機正常工作。在電機驅動(dòng)部分，為了保證兩組驅動(dòng)電路都有較大的驅動(dòng)電流，采用兩組電池并聯(lián)供電。

系統框圖及工作原理
系統的組成框圖如圖1所示， 通過(guò)麥克風(fēng)輸入口輸入。SPCE061A的自動(dòng)增益放大器把信號轉換為適合單片機處理的信號范圍。然后單片機對送來(lái)的信號進(jìn)行分析、運算、處理、比較，識別出相應的命令。按照編碼，把控制碼序列從PA.0端口通過(guò)RF發(fā)送模塊串行發(fā)送出去，并有相應的語(yǔ)音播報。SPC81A從PB.0接收到信號，通過(guò)檢測比較判斷出相應的命令。然后從C端口的低四位發(fā)出相應的控制信號，控制電機轉動(dòng)并有相應的音效輸出。

系統硬件設計及原理分析
語(yǔ)音辨識部分
該部分也即為SPCE061A的外接電路部分。語(yǔ)音辨識主要是通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現,所以硬件電路主要是使SPCE061A芯片能正常工作所必需的電源、晶振以及麥克風(fēng)和音頻驅動(dòng)電路?？刂拼a序列的發(fā)送是通過(guò)IOA0串行發(fā)送(外接RF發(fā)送模塊)。
電機驅動(dòng)控制部分
本系統的小車(chē)電機驅動(dòng)控制部分利用8050、8550等不同的三極管組合成橋式電路，實(shí)現對驅動(dòng)電機的控制，具體電路如圖2所示?？刂七^(guò)程如下：
當PC.0/PC.2為高電平,PC.1/PC.3為低電平時(shí),則Q1、Q2、Q3導通，Q4、Q5、Q6截止。其中Q1為激勵級，Q2、Q3為功放級。電流從VCC經(jīng)Q2到電機“+”端，再到“-”端，最后經(jīng)Q3入地，電機正轉；當 PC.0/PC.2為低電平,PC.1/PC.3為高電平時(shí),則電機反轉；當都為低電平時(shí)，電機停轉。注意:不能讓兩個(gè)輸出口都為高電平,這樣會(huì )使Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6都處于導通狀態(tài)。會(huì )在功放級產(chǎn)生大電流致使三級管超過(guò)額定功率，從而導致發(fā)熱甚至燒壞。
在速度控制方面，一般是通過(guò)改變加在電機兩端的電壓來(lái)實(shí)現的?？梢赃B續改變(加直流電壓)，也可以是斷續改變(加脈沖電壓)。為了簡(jiǎn)單實(shí)用，本設計采用了脈寬調速，軟件調整。
脈沖頻率對電機轉速也有影響，脈沖頻率高則連續性好，但帶負載能力差，頻率低則反之。經(jīng)實(shí)驗發(fā)現，脈沖頻率在15~20Hz效果最佳。
脈寬調速實(shí)質(zhì)上是調節加在電機兩端的平均功率，通過(guò)計算可發(fā)現小車(chē)的速度與脈寬成正比。
車(chē)載部分
該部分也即SPC81A的外接電路部分，將SPC81A的時(shí)鐘振蕩源設置為RC振蕩，通過(guò)外接電阻實(shí)現。由其IOC的低四位端口輸出信號來(lái)控制驅動(dòng)電路。注意將I/O口設置為緩沖式輸出，可以直接輸出高/低電平。接收RF信號主要是通過(guò)IOB0口外接一個(gè)RF接收模塊電路實(shí)現。               
語(yǔ)音功能
凌陽(yáng)單片機自帶雙通道DAC音頻輸出，DAC1、DAC2轉換輸出的模擬量電流信號分別通過(guò)AUD1和AUD2管腳輸出。DAC輸出為電流型輸出，經(jīng)三極管音頻放大，即可驅動(dòng)喇叭放音。

系統軟件設計
本系統軟件分為兩個(gè)部分，包括手持語(yǔ)音辨識遙控系統的軟件部分和車(chē)載驅動(dòng)控制系統的軟件部分。
手持語(yǔ)音辨識遙控系統的軟件設計
此部分是在SPCE061A的平臺上實(shí)現的。本系統軟件分為主模塊、2048(2K)時(shí)基中斷、FIQ_TIM的定時(shí)中斷、播放語(yǔ)音子程序以及數據發(fā)送子程序。此部分主要是完成非特定人語(yǔ)音辨識功能。辨識的流程圖如圖3所示，本設計主要是通過(guò)調用API函數實(shí)現。
主模塊
主模塊主要是控制整個(gè)系統程序的流程。系統上電后進(jìn)行一系列的初始化，然后發(fā)出提示音“anybody here”，這時(shí)辨識可以開(kāi)始，根據不同的辨識結果執行不同的動(dòng)作。主模塊的流程圖如圖4所示。
數據發(fā)送子程序
本設計的數據發(fā)送采用串行發(fā)送機制，從端口IOA0口發(fā)送(外接RF發(fā)送模塊)。每個(gè)語(yǔ)音命令用八位碼元表示，在發(fā)送時(shí)，還要外加一位起始位和一位結束位。起始位用8ms的低電平表示；結束位用8ms的高電平表示。碼元“1”用占空比為1/4的高低電平表示；碼元“0”用占空比為1/2的高低電平表示。為保證數據被正確的收發(fā)，將每個(gè)語(yǔ)音命令連續發(fā)送10次。數據發(fā)送程序包括數據發(fā)送主程序、開(kāi)始/結束位發(fā)送子程序、數據位發(fā)送子程序、碼元“1”發(fā)送子程序、碼元“0”發(fā)送子程序。
車(chē)載驅動(dòng)控制系統的軟件設計
此部分的軟件系統主要是通過(guò)RF接收模塊接收相應的控制信號，根據相應的控制碼序列通過(guò)IOC口的低四位口，對電機發(fā)出相應的驅動(dòng)信號，并同時(shí)帶有相應的音效輸出。此部分系統的軟件設計包括主控程序設計、數據接收程序設計等。
主控程序設計
主控部分主要是判斷數據接收是否完成，如果接收完成，就判斷此命令是哪一個(gè)命令，根據相應的命令執行相應的操作和音效輸出。
中斷服務(wù)主程序
中斷服務(wù)主程序主要判斷是哪一個(gè)中斷，然后完成相應的中斷服務(wù)，最后返回。
數據接收程序
數據接收主要是通過(guò)4KHz的中斷不斷地檢測輸入端口的狀態(tài)，然后根據相應的狀態(tài)值執行相應的操作。為保證能接收到數據，將每一電平長(cháng)度的持續時(shí)間規定在一定范圍內。

結語(yǔ)
本設計中也存在著(zhù)一些不足,在通信部分，由于只有8個(gè)命令，所以可以只用三個(gè)碼元表示，這樣可以提高傳輸效率，如果采用糾錯編碼機制進(jìn)行收發(fā)，就可以提高正確性。這些都是可以改進(jìn)的地方?！?/p>

參考文獻
1 SPCE061A PROGRAMMING GUIDE v1.0. sunplus technology co.,ltd 11/01/2002