基于单片机的语音小车设计
目 录
引言 1
1 系统概述 1
1.1 声控产品前景和发展趋势 1
1.2 研究目的和意义 1
1.3 本次设计内容 2
2 系统设计的整体方案 2
2.1 主控芯片的方案论证 2
2.2 语音识别模块的方案论证 3
2.3 电机驱动方案选择 4
2.4 本章小节 4
3 系统硬件电路设计 4
3.1 单片机最小系统的电路设计 5
3.1.1 STC89C52芯片模块电路设计 5
3.1.2 系统时钟电路设计 6
3.1.3 复位电路设计 6
3.2 从机语音模块电路设计 6
3.3 RC522射频模块 7
3.4 电机驱动模块 8
3.5 蓝牙模块 9
3.6 循迹模块 9
3.7 电源模块 10
3.8 本章小节 10
4 系统软件设计 10
4.1 软件设计语言 10
4.2 软件设计的步骤和要求 10
4.3 设计软件环境 11
4.4 主要模块软件设计 11
4.5 本章小结 12
5 系统制作调试 12
5.1 系统调试 13
5.1.1 硬件调试 13
5.1.2 软件调试 13
5.2 系统测试 13
5.3 本章小节 16
6 总结 17
参考文献 18
谢辞 19
附录 20
附录一 系统原理图 20
附录二 系统PCB图 21
附录三 程序设计 22
引言
随着计算机技术、模式识别和信号处理技术及声学技术等的发展,使得能满足各种需要的语音识别系统的实现成为可能[1]。近二三十年来,语音识别在计算机、信息处理、通信与电子系统、自动控制等领域中有着越来越广泛的应用[2]。语音命令控制可广泛用于家电语音遥控、玩具、智能仪器及移动电话等便携设备中[3]。使用语音作为人机交互的途径对于使用者来说是最自然的一种方式,同时设备的小型化也要求省略键盘以节省体积。当今,语音识别产品在人机交互应用中已经占到越来越大的比例。语音识别按说话人的讲话方式可分为孤立词识别、连接词识别和连续语音识别。孤立词识别是指说话人每次只说一个词或短语,每个词或短语在词汇表中都算作一个词条,一般用在语音电话拨号系统中。连接词语音识别支持一个小的语法网络,其内部形成一个状态机,可以实现电话语音查询、航空定票等系统。连续语音识别是指对说话人以日常自然的方式发音,通常特指用于语音录入的听写机。从识别对象的类型来看,语音识别可以分为特定人语音识别和非特定人语音识别。特定人是指只针对一个用户的语音识别,非特定人则可用于不同的用户。实际上,非特定人语音识别的初始识别率往往都比较低,一般都要求用户花一定的时间对系统进行训练,将系统的参数进行一定的自适应调整,才能使识别率达到满意的程度。本设计采用的识别类型是特定人孤立词语音识别。本设计是语音识别在控制领域的一个很好实现,它将原本需要手工操作的工作用语音来方便地完成。本系统分主机和从机两个方面,主机和从机都是采用单片机为主控核心,通过蓝牙模块来进行数据互传,从机采用的是电机驱动芯片来控制小车,进行点击的正反转调速等控制。以此来达到了预期目标,实现了所期望的功能效果[4]。
- 系统概述
- 声控产品前景和发展趋势
随着科技技术的发展,电子产品日新月异的发展,声控产品使用率的提高,为人类的生活带来了巨大的变化,随着近几年来信号处理技术的不断发展与提升,语音辨识的应用已真正走入人们的日常生活,声控系统的应用也不再遥不可及,家用电器的操作,不再需以遥控器的繁多按键为控制接口,取而代之是我们用平常说话的模式来驱使家电动作,诸如多种智能电器,人们在也不必为种类繁多操作复杂的遥控器而烦恼,人们可以很清松的操作各种各样的电器产品,达到更符合人性化的操作接口设计。随着语音技术的不断发展进,人们不光可以用语音来控制家电,声控产品也越来越受人们的欢迎,成为了21世纪发展的一大前景。
- 研究目的和意义
近几年,人民生活水平稳步提高,嵌入式电子产品的消费者已经不再满足“能用够使”的消费目的,他们需要电子产品具有更多人性化和个性化的功能,技术上的特点客观上给嵌入式语音识别应用带来了更大的市场需求[5]。本设计主要应用语音识别技术,来完成语音控制小车的目的,将语音识别技术应用在实际设计当中,为以后进一步学习应用语音技术打下基础,也可以为他人设计语音产品提供参考[6]。
- 本次设计内容
如今随着智能化的发展,智能化的控制技术变得尤为重要,本次设计是以单片机为核心设计一款语音控制的智能小车,研究内容主要包含以下几个方面:
- 语音识别技术,下可以通过语音控制小车的左转、右转、前进、后退、停止;
- 语音输入终点信息,小车可以寻迹到达指定的地点;
- 通过RC522射频识别技术使小车定位地点更为精确;
- 蓝牙通讯;
- 实现自动避障,遇到障碍物停止。
本次设计的语音小车采用是由单片机作为主控核心,按照本次设计的要求,从以下三个方案中选择一款。
本次选择STC89C52单片机,因为该单片机能够完成本次设计的全部功效之外,价格对比于其他两个方案更为便宜,所以选择该单片机作为本次设计的核心。
- 语音识别模块的方案论证
在本次设计的语音小车中,语音识别是非常重要的一项,用户需要通过主机来对从机下达指令,是通过语音来进行的,所以选择一款合适的语音识别模块是非常重要的。
- ASR M08
ASR自动语音识别技术是一种将人的语音转换为文本的技术。ASRM08-A语音识别模块坚持着这样一个原则,首先对接收到的语音信号进行一系列的运算处理,然后和关键词列表中所有的关键词进行对比,对每一个关键词的相似度打分,得分最高的那个关键词就认为是正确的,最后输出。这样,当接收到相似度比较高的语音时我们可以通过设置“无用关键词”把他过滤掉,这是一个非常有效的手段,设置“无用关键词”越多,误识别率越低,但是不可避免的要牺牲关键词列表地址[11]。
- LD3320
LD3320提供的语音识别技术,是基于关键词语列表的识别技术:ASR技术。语音识别芯片的工作流程是:对经过MIC输入的声音实施频谱分析一语音特征的提取一匹配关键词语列表中的关键词语一从此关键字列表中得分最高的关键词语作为最终语音识别的结果输出[12]。
LD3320模块可以使用3.3v进行供电。模块与单片机系统可以使用并口通讯方式也可以使用SPI通讯方式,这大大真强了模块的兼容性,通过其语音采集系统经过放大处理后再进行ad数据转换给LD3320进行识别,LD3320根据之前录制的音频内容进行对比判断语音是否匹配,如果匹配会给串口发送设定好的数据。总体识别较为准确费用适中,因此本设计采用LD3320语音识别模块进行语音识别[13]。
- 电机驱动方案选择
- L298N
L298N 是一种双H桥电机驱动芯片,其中每个H桥可以提供2A的电流,功率部分的供电电压范围是2.5-48v,逻辑部分5v供电,接受5vTTL电平。一般情况下,功率部分的电压应大于6V否则芯片可能不能正常工作[14]。
- ULN2003
ULN2003是大电流驱动阵列,多用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出等控制电路中。可直接驱动继电器等负载。输入5VTTL电平,输出可达500mA/50V。
ULN2003是高耐压、大电流达林顿系列,由七个硅NPN管组成。
该电路的特点如下:ULN2003的每一对都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路 直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。
ULN2003 是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统[15]。
根据对以上两种方案的分析,最终选择L298N模块作为本系统的电机驱动方案,可以有效的简化系统的硬件结构,而且其模块化的设计可以很好的巩固系统的稳定性。
- 本章小节
将本次设计的语音小车的关键硬件进行了选择方案的论证,通过选取不同的单片机来判断此次适合的主控核心。在语音识别和电机驱动方面也通过方案选择,选择适合本次设计的语音识别模块和电机驱动模块。
- 单片机最小系统的电路设计
时钟电路就是产生像时钟一样准确运动的振荡电路。任何工作都按时间顺序。用于产生这个时间的电路就是时钟电路。时钟电路一般由晶体振荡器、晶振控制芯片和电容组成。以下为时钟电路如图3-3所示。
unsigned char recSign = 0;//接收数据标志
unsigned char recTemp = 0;//接收数据
unsigned char state=0;// 0-空闲 1-忙
unsigned char mode=0;// 0-停止 1-前 2-后
unsigned char dire=0;// 0-停止 1-前 2-后 3-前左 4-前右 5-后左 6-后右
unsigned char curPoint=0;//当前位置
unsigned char trace=0;//0-遥控模式 1-循迹模式
unsigned char data1[8] = {0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07};
unsigned char code DefaultKey[6] = {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF};
unsigned char g_ucTempbuf[20];
void Delay10ms(unsigned int c) //误差 0us
//--c已经在传递过来的时候已经赋值了,所以在for语句第一句就不用赋值了--//
需要完整的资料可在我的资源里下载,也可以加入我的纷传圈子,里面有资源压缩包的百度网盘下载地址及提取码。
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