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1、精品论文基于语音识别机器人的研究王慧 1，王超 1，陈俊波 21 辽宁工程技术大学机械工程学院，辽宁阜新(123000)2 华中科技大学，湖北武汉(430000)E-mail: 210-摘要：语音识别技术是以声学特性为基础，通过研究声学频谱的模式匹配准则算法1，使得机器人利用语音识别系统来执行命令。本文描述了以凌阳 SPCE061A 单片机为核心而构 造的语音识别机器人系统的研究。通过分析激励声音的频谱,高速的数据采集与匹配模块， 确定语音识别系统的最佳程序中断地址参数2，从而可以高精度的实现机器人小车控制功 能。系统硬件系统主要由 SPCE061A 处理器，电机的驱动与控制电路，语音接收单元
2、等组 成。软件系统由信号处理模块，语音采集与匹配模块，控制模块等构成。 关键字：语音识别；数据采集；SPCE061A0. 引 言机器人被广泛用于医疗、工业、航空航天、军事、电子等关系到国民经济发展和综合国 力提高的各个领域。工业机器人的采用会带来为人称道的优势 ,其功能、品质更臻于完善 , 所需人力更少 ,同时更加高效、可靠和节省成本。机器人的智能化已成为当代机器人设计的 主要目标 ,它所涉及的学科包括机电一体化技术、机器视觉技术、无线通信技术、智能控制 技术、仿真技术、网络技术等等。如何使机器人具有语言、感觉、运动功能 ,在某些领域取 代人工劳动 ,是智能机器人研究的主要目的之一。1. 硬件
3、结构本系统采用凌阳十六位单片机作为控制中心 ,对输入的语音指令进行识别和处理 ,从而 驱动机器人不同部位的直流电机 ,做出前进、后退、左传、右转等不同动作,同时单片机还可 以根据红外避障模块输送来的信号进行分析和处理，从而做出相应的动作。系统的结构框图 如图 1 所示。图中的语音输入部分 MIC_ IN、按键输入 KEY、声音输出部分的功率放大环 节等已经做到了精简开发板61 板上，为我们使用提供了很大的方便。- 1 -1.1 CPU 处理器图 1 系统总体硬件方案设计Fig.1 Overall system hardware designSPCE061A 是凌阳科技研发生产的性价比很高的一款
4、十六位单片机,使用它可以非常方便灵活的实现语音的录放系统,该芯片拥有 8 路 10 位精度的 ADC,其中一路为音频转换通道,并且内置有自动增益电路。这为实现语音录入提供了方便的硬件条件。两路 10 位精度的DAC,只需要外接功放( SPY0030A)即可完成语音的播放6。1.2 电机驱动与控制电机驱动电路采用大功率的三极管搭成的桥路来驱动电机4,可以实现电机的正反方向 旋转。该电路比较简单,易于控制。通过单片机输出高低电平,即可实现控制电机转动,控制机 器人完成各种动作。电机驱动电路如图 2 所示。图2 前轮和后轮电机驱动电路Fig. 2 Front wheel and rear-wheel
5、 motor drive circuit动力驱动由后轮驱动实现，负责小车的直线方向运动，包括前进和后退，后轮驱动电路是一个全桥驱动电路，前轮电机驱动电路所示： Q1、Q2、Q3、Q4四个三极管组成四个桥 臂，Q1和Q4组成一组，Q2和Q3组成一组，Q5控制Q2、Q3的导通与关断，Q6控制Q1和Q4 的导通与关断，而Q5、Q6由IOB9和IOB8控制，这样就可以通过IOB8和IOB9控制四个桥臂 的导通与关断控制后轮电机的运行状态，使之正转反转或者停转，进而控制小车的前进和后 退。当IOB8为高电平、IOB9为低电平时Q1和Q4导通，Q2和Q3截止，后轮电机正转，小车 前进；反DACMICC1R
6、1 1KAGCJ2VDDHAVSS1VMICR3C2DA C123CON3C20C21C23U2SPHVCM470K+4.7u +104100uVSS5 +2 J38224412R4 R53K 10KX1R610KC9104+ C622uAVSS1C12AVSS1R10C252-17SPY0030SPL3J12 Speaker31 +2MICROPHONER8C11244C13224MICP MICN104R7 5.1KC16MICOUT OPI31K104R91K104C26610421PHONEJACK3K1SSVAISSVA502图3 音频输出电路图4 音频输入模块Fig.3 Audio
7、 output circuitFig. 4Audio input module之当IOB8为低电平、IOB9为高电平时Q1和Q4截止，Q2和Q3导通，后轮电机反转，小车倒 退；而当IOB8、IOB9同为低电平时Q1、Q2、Q3和Q4都截止，后轮电机停转，小车停止运 动。注意：IOB8和IOB9不能同时置高电平，这样会造成后轮驱动全桥短路现象。 方向控制由前轮驱动实现，包括左转和右转，其原理和动力驱动部分相似，这里不再细述。1.3 语音接收单元音频电路由音频输出和音频输入两部分组成3。图 3 是音频输出电路图。SPCE061A 内 置 2 路图 5 主程序流程框图Fig5 Main progra
8、m flow chart10 位精度的 DAC，只需要外接功放电路即可完成语音的播放，X1 是语音的 MIC 输入端，带自动增益（AGC）控制。J12 和 J3 都是语音输出接口5，一个是耳机插孔；另一个是两 针的插针外接喇叭，由 DAC 输出引脚 21 或 22 经语音集成放大器 SPY0030 放大，然后输 出。SPY0030 是凌阳的芯片，相当于 LM386，但是比 386 音质好。它可以工作在 2.46.0V 范围内，最大输出功率可达 700mW（LM386 必须工作在 4V 以上，而且功率只有 100mW）。2. 软件系统SPCE061A 控制器是系统中的核心部分，系统的大部分功能都
9、是由这个核心部分来完 成的。软件主要由以下几部分组成：系统初始化、喂狗程序、校验程序、语音检测程序、数 据采集程序、滤波计算、音频匹配子程序、通信子程序等，对于硬件部分的功能模块，要求 每个功能模块应有对应的驱动子程序。主机应用程序根据软件部分要实现的功能进行划分来 实现所需的功能。3. 系统测试及分析在实验室条件有限的情况下，通过对系统的调试得到机器人小车某一时刻的状态如图 6 所示。经测试机器人能准确的识别各条语音指令,对应指令做出前进、后退、左转、右转等 动作。通过实验可以看出，语言识别技术可以提高小车的反应速度。表1 测试中基本的输入与小车运动状态对照表Tab.1 Test in ba
10、sic input and vehicle movement state tableIOB11IOB10IOB9IOB8后电机前电机小车0000停转停转停0001正转停转前进0010反转停转倒退0101正转正转左前转1001正转反转又前转本系统的基本功能是由动力驱动和方向控制电路完成的，表 1 中所示的在测试中输入值与小车的运动状态关系，从表中可以看出只要 IOB11IOB8 输入不同的组合值，小车就可 以对前轮和后轮的状态分析，即完成前进、倒车、左转、右转等功能。图 6 某时刻小车前进状态Fig.6 A moment of the car in forwardings state参考文献1
11、赵力.语音信号处理M,北京:机械工业出版社,2003:56-235. 2 雷静.语音识别技术的研究及其基本实现D,2002:5-133 蔡莲红,黄德志,蔡锐.现代语音技术基础与应用M,清华大学出版社,2003.4 童诗白,华成英.模拟电子技术基础M,北京:高等教育出版社,2000. 5 阎石,数字电子技术基础M,北京:高等教育出版社,2000.6 薛均义,凌阳 16 位单片机原理及应用M,北京:北京航空航天大学出版社,2003.The research based on the voice recognition robotWANG Hui1, WANG Chao1, CHEN Jun Bo2
12、1College on Mechanical Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin (123000)2Huazhong Universityof Science and Technology, Wuhan (430000)AbstractThe voice recognition technology is based on the acoustic characteristics,through the study of acoustic spectrums pattern-matching algorithms guidelines1,and then making use of the robot voice recognition system to carry out orders.The article describes the research of the voice recognition system,which the structures core i
