毕业设计(论文)-基于单片机的语音遥控智能小车设计.doc
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1、摘 要介绍了语音遥控的电动小车的机械结构及控制部分.在机械结构上,对普通的玩具小车做了改进,使小车的转向更加灵活,并且在设计范围内可以实现任意角度转弯和任意速度移动;而在控制系统部分,则采用语音控制方式,使小车可以听懂人的命令,娱乐性和互动性更强.该小车各部分采用模块化设计,各个模块之间独立性强。控制部分采用可编程微处理哭器,可以在不增加系统硬件的情况下方便地对系统进行二次开发。本文对一辆小车进行了实验,实验结果表明,语音识别系统在低噪声环境中识别率很高,在噪声水平较高的场合,识别率有所下降。小车反应灵敏。关键词:语音识别 单片机 智能小车 电机驱动ABSTRCTIntroduced the
2、pronunciation remote control electrically operated car mechanism and the control section. In the mechanism, has made the improvement to the ordinary toy car, causes the car to change nimbly, and may realize the random angle curve and the free velocity migration in the design scope; But in control sy
3、stem part, then selects the voice control method, enables the car to be possible to understand the persons order, the entertainment and interactive is stronger.This car various part uses the modular design, between each module independent.The control section uses programmable micro processing to cry
4、, may in not increase the system hardware in the situation conveniently to carry on the re-development to the system.This article carried on the experiment to a car, the experimental result had indicated that, the speech recognition system distinguished in the low noise environment rate is very high
5、, in the noise level high situation, the recognition rate had the drop.The car response is keen.Key word: Speech recognition monolithic integrated circuit intelligence car motor-driven 目 录绪 论41总体方案51.1方案论证51.2总体方案图51.3系统工作原理52硬件设计62.1 语音识别模块62.2 电机驱动模块102.3 红外检测模块112.4 键盘电路112.5 主控芯片8051模块122.5.1单片机
6、的电源设计122.5.2单片机复位电路153软件设计163.1主程序163.2监控程序173.3语音训练程序203.4 键盘扫描程序213.5电机驱动程序223.6 延时程序233.7程序清单:243.7.1主程序清单243.7.2 语音训练程序清单29结 论32致 谢33参考文献34附录135绪 论在电气时代的今天,电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。无论是在工农业生产、交通运输、医疗卫生、办公,还是在日常生活中,都大量的使用着各种电动机。而微处理器取代模式电路作为电动机控制的技术也日渐成熟。单片机介于工业控制 计算机和可编程控制器之间,他有较强的控制能力、低价的成本。人们在
7、选择电动机控制器时,常常是在先满足功能需要的同时,优先选择成本低的控制器。语音遥控的电动小车的机械结构及控制部分有了新的改进。在机械结构上,对普通的玩具小车做了改进,使小车的转向更加灵活,并且在设计范围内可以实现任意角度墨迹和任意速度移动;而在控制系统部分,则采用语音控制方式,使小车可以“听懂”人的命令,娱乐性和互动性更强。1总体方案1.1方案论证本系统采用芯片TSG110进行语音识别过程,通过语音的识别完成对小车的控制,通过对红外的检测完成对小车的避障,该设计可以达到系统要求的各项指标,设计方案是可行的。1.2总体方案图单片机单片机电源红外检测 控制键盘语音控制识别模块驱动电机模块1.3系统
8、工作原理该系统是基于单片机的语音遥控车系统,该系统包括了语音训练识别模块,驱动电机模块(包括转向电机和驱动电机),红外检测模块,控制键盘模块,和单片机的电源设计。该系统首先是利用语音芯片进行语音采集,将语音信息放入语音芯片的内存中,并判断语音的训练是否成功。成功的话,则进行语音识别过程,该芯片一直处在语音识别过程中,对接受到的语音与内存中的语音进行比较,如果相同则对小车完成相应的操作。小车的驱动和转向是由H型双极性进行双极性驱动,可以很好的完成小车的正转和反转,小车的转向由机械部分传动,电机正反转完成小车的左转和右转。小车在停车时可以通过按键进行语音信息重输。小车在前进过程中是通过红外检测可以
9、检测到2030CM内是否有障碍物,可以完成避障。2硬件设计2.1 语音识别模块本系统采用TSG110芯片进行语音识别: TSG110语音识别集成电路TSG110是一种单片式语音识别集成电路。它除了具有内置音频信号方法器、接口电路、声音压缩、分析、识别处理系统外,还自带64kB的SRAM和ROM电路,具有性能可靠、功能完整和外接元器件少等特点。其芯片引脚图1。TSG110语音识别集成电路管脚功能表:引脚号名称输入/输出功能123K1输入/输出人工控制时,为外接键盘式扫描信号端CPU控制时,为数据总线,CPU可读取T SG110的状态寄存器及WD1WD4的内容K2K34EOR输出语音输入指示,当有
10、语音输入时,ERO=1,否则ERO=05WR输入/输出人工控制时无效,CPU控制时为读/写端6NC空脚,无用7RD输出人工控制时无效,CPU控制时,为读/写控制端。低电平时为读写状态 8REGST输入识别精度控制端。该端 为1时,识别精度高;为0时,识别精度低9STBY输入状态选择,STBY=1为等待状态;STBY=0为工作状态101112CPUM输入输出工作模式选择,CPUM=1为CPU模式;CPUM=0时为人工模式测试端;在使用时无效TIO3TIO213ADCAP输出内部A/D转换电路参考电压端14Tref输出内部语音识别电路参考电压端15Uref输出内部模拟电路参考电压端16Uss电源地
11、17Udd2数字电路正电源端18NC空脚,无用19LINE输入语音输入方法选择端,LINE=1,线路输入;LINE=0,传声器输入20LINE IN输入语音线路输入端21TS3输出测试端,工作时应接地22TIO3输出测试用,使用时无效23TS2输出测试端,工作时应接地24MIC IN输入传声器输入端25TS1输出测试端,工作时应接地2627WD1输出 输入、输出状态指示,以二进制形式表示,分别为低一位、低二位WD228NC空脚,无用2930WD3输出输入、输出状态指示,以二进制形式表示,分别为低三位、低四位WD431P01输出芯片工作状态指示,P01=1,等待状态;P01=0,工作状态3233
12、34P02输出始终处于低电平状态P03P04t35Xin输入外接晶震端,也可以从此端直接引入外接震荡信号,f=800kHz36Xout输出外接晶震端,当Xin直接引入外接震荡信号时,此端应为悬空37ACL输入/输出复位端,ACL=0时,TSG110复位38NC空脚,无用39Udd1模拟电路正电源端40414243S4输入/输出人工控制时,为键盘扫描信号端S3S2S144K4同K3、K2、K1语音训练、语音识别与WD4WD1输出的关系WD4、WD3、WD2、WD1的输出语音训练(建立样本)语音识别过程0000复位或静态时复位或静态时00011号段训练识别1号段语音00102号段训练识别2号段语音
13、00113号段训练识别3号段语音01004号段训练识别4号段语音01015号段训练识别5号段语音01106号段训练识别6号段语音01117号段训练识别7号段语音10008号段训练识别8号段语音10019号段训练识别9号段语音101010号段训练识别10号段语音10111101无效无效1110输入的语音时间短于0.16s输入的语音时间短于0.16s1111输入的语音时间短于0.96s输入的语音时间短于0.96s单片机与TSG110的连接2.2 电机驱动模块本设计即主要介绍这种直流电机的驱动及控制。小车的运行和转向都采用H型双极性驱动双极性驱动可逆PWM系统的控制原理当电动机在较大负载情况下反转工
14、作时,情形正好与正转时相反,当电动机在轻载下工作时,负载使电枢电流很小,电流波形基本上围绕横轴上下波动,电流的方向也在不断变化,如图6-9(c)琐事。在每个PWM周期的0t区间,V2、V3截止,开始时,由于自感电动势的作用,电枢中的电流维持原流向从B到A,电流线路如图6-8中虚线4,经二极管D4、D1到电源,电动机处于再生制动状态。由于二极管的D4、D1钳位作用,此时V1、V4不能导通。当电流衰减到零后,在电源电压的作用下,V1、V4开始导通。电流惊V1、V4形成回路,如图6-8中虚线1。这时电枢电流的方向从A到B,电动机处于电动状态。在每个PWM周期的t1t2区间,V1、V4截止。电枢电流在
15、自感电动势的作用下继续从A到B,其电流流向如图6-8中的虚线2,电动机仍处于电动状态。当电流衰减为零后,V2、V3开始导通,电流线路如图6-8中虚线3,电动机处于反接制动状态。所以在轻载工作时,电动机的工作状态呈电动和制动交替变化。双极性驱动时,电动机可在4个象限上工作,低速时的高频震荡有利于消除负载的静摩擦,低速平稳性好。但在工作的过程中,由于4个开关管都出在开关状态,功率损耗大,因此双极性驱动只用语小功率直流电动机上。单片机通过P2口进行控制电机。当B1电机正转时前进,反转时后退。另一个电动机控制左右转,电机正转时左转,电机反转是右转。2.3 红外检测模块 采用红外线避障方法,利用一管发射
16、另一管接收,接收管对外界红外线的接收强弱来判断障碍物的远近,由于红外线受外界可见光的影响较大,因此用250Hz的信号对38KHz的载波进行调制,这样减少外界的一些干扰。 接收管输出TTL电平,有利于单片机对信号的处理。采用红外线发射与接收原理。利用单片机产生38KHz信号对红外线发射管进行调制发射,发射距离远近由RW调节,本设计调节为10CM左右。发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来,红外线接收管对反射回来信号进行解调,输出TTL电平。利用单片机的中断系统,在遇障碍物时控制电机并使小车转弯。由于只采用了一组红外线收发对管,在避障转弯方向上,程序采用遇障碍物往左拐方式。如果要求小车正确判断左
17、转还是右转,需在小车侧边加多一组对管。外界对红外信号的干扰比较小,性价比高。 。调试时主要是调制发射频率为接收头能接收的频率,采用单片机程序解决。发射信号强弱的调节,由可调精密电阻调节。2.4 键盘电路键盘工作原理可采用“扫描”的方法查看键盘中有无按键按下以及所按的是哪有个键,其原理如图所示。先对各行线都送以低电平,若读回各列线的电平值仍为1,便说明未曾按过按键;若某列出现低电平,则说明跨接到该列的按键已有按下。因此使行线上的低电平引入到列线。要辨别是该列的哪个按键被按,需进一步通过“逐行扫描”,查看个列线电平值来鉴别。2.5 主控芯片8051模块2.5.1单片机的电源设计对于模数转换部分,需
18、要较高的电源基准,可采用电源隔离、稳压和精密调整等一系列芯片实现单独的供电;对于控制部分和数字化的传感器,由于对电源的要求不高,直接引用电池电压;对于特殊的电源要求,如串行信号的传输,需要9V的参考电压,利用升降压和电源转换芯片实现,具体规划如图所示。镍氢电池6V单片机MAX202MAX1675数字接口MAX8875串口数据9v 5.2VMAX6192数字罗盘5V 2.5VAD/MAX197从图中看出,在本例中分别使用MAX1675、MAX8875、MAX61923种电源变换芯片,将系统的电源电压从不稳定的5V变换到稳定的5V和电压基准2.5V。MAX1675MAX1675升降型DC-DC转换
19、器,属于电压变换类的芯片,可提供高达94%的转换效率,安装于微型uMAX封装管内,静态电流仅16uA。内置同步整流器一方面改善了效率,另一方面省去了外部肖特基二极管,从而使尺寸更小、成本更低。MAX1675具有0.5A限流,允许使用很小的电感。并且由于消除了电感振荡,使EMI降至最低。所有器件内置0.3,N沟道MOSFET,可选择3.3V或5V输出电压。输出也可利用分压电阻在2V至5.5V范围内调节。输入电压范围为0.7V至Vout,开启电压可低至1.1V。输出电流200mA时,效率达94%,内置低电压检测和0.1uA停机模式。MAXA8875MAX8875低至差线性稳压器输入范围为+2.5V
20、+6.5V,输出电流达150mA,使用P沟道MOSFET调节器输出,以在最高为150mA的任何负载下保持低的压差和低的电源电流。MAC8875在输出端只需一个1uF陶瓷电容,就能确保负载最高为150mA时的稳定性。MAX8875采用一个低成本的钽电容,实现优化工作。可提供输出电压值为2.5V、2.7V、3.0V、3.3V、和5.0V,他们的初始精度为1%。MAX8875带有“POWER-OK”输出为引脚,当输出电压超出稳压范围时产生报警信号。该电路图输出稳定5V电压,直接可以给单片机提供电压2.5.2单片机复位电路基本复位电路 复位电路的基本功能是:系统上电时提供复位信号,直至系统电源稳定后,
21、撤销复位信号。为可靠起见,电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号,以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。上图所示的RC复位电路可以实现上述基本功能。3软件设计本程序的主要由语音训练程序,监控程序扫描键盘程序电机驱动程序。三部分构成。主程序首先完成对软件所要用到的内存进行初始化,然后进入下一步进行语音训练程序,根据按键完成对相应的段的语音训练,并判断该段语音训练是否成功,如果成功的话,则进行下一段的语音训练,直到语音训练结束键按下,语音训练则结束。进入监控程序,监控程序完成对红外检测的读取,键盘扫描,语音的接收并识别,识别成功后,对小车完成相应的控制。根据单片机与TSG110
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