声控小车实验报告

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1、实验报告课程名称电子线路综合设计实习题目61板声控小车专业班级学号学生姓名实习成绩指导教师一、子线路综合设计方法电子电路综合设计方法是指在提出一个设计任务或题目后，按照规定的技术 指标和功能要求设计一个子系统电路的过程。流程：1. 仔细审题，分析技术指标：研究题目要求，各项技术指标的含义，了解出 题者的意图。2. 设计总体框图，分配技术指标：分析立即题意，方法论证，参考资料，选 择一种相对合理思路巧妙成本较低的设计方案3. 设计单元电路，进行计算机仿真实验：在计算机上模拟仿真电路，修改参数，观测性能指标4. 整机联调，测试技术指标：整机联调，发现，排除电路故障修改电路参数 以满足方案要求仔细审

2、题，分析技术指标设计总体框图，分配技术指标| 设计单元电路，进行计算机 仿真实验整机联调，测试技术指标二、基于凌阳SPCE061A单片机的音控小车的设计随着电子业的发展，自动化已经不再是新鲜的话题了，在对系统业提出更高 更深入的要求的同时，智能化已成为必然的发展趋势。智能化产品已开始逐渐投 入市场，走进千家万户，渗入各个领域。随着经济的增长，个人拥有私家汽车已 不再是梦想，伴随着汽车业的发展，无人驾驶的智能汽车也必将进入实用阶段。本设计的主要目的是针对智能无人驾驶汽车设计出智能音控小车，在智能化 小车上实现语音控制，避免出现许多大大小小的事故。本设计方案也可应用于移 库倒库过程中，而且在诸如智

3、能建筑、公共便民设施、自动立体车库等类似的人 性化环境中也能够发挥其作用。1系统的总体设计方案及硬件设计1. 1系统的总体设计描述本设计以凌阳单片机SPCE061A为核心控制部件，采用减速直流电机 LS17RU419i、电机驱动芯片L298N、红外线光电传感器ST178等为主要元件， 以智能控制技术为理论基础，通过程序利用SPCE061A的语音模块，根据麦克 风采集的语音信号与事先训练好的语音库的特征语音进行对比，进行语音辨识并 通过语音命令小车行进、转向及倒库等操作。音控小车总体结构如图1所示。图I育控小车结枸框图1. 2系统的核心部件SPCE061A芯片内部集成了 ICE、FLASH、SR

4、AM、通用I/O端口、定 时器/计数器、中断控制、CPU时钟锁相环、ADC、DAC输出、UART、SIO、 低电压监测/低电压复位等模块2-3。SPCE061A可以使外围电路大大简化，节省 小车内部的空间，并且凌阳单片机具有语音功能，可以加入语音识别模块。1. 3小车电机驱动设计L298是SGS公司的产品，L298N为15个管角的单块集成电路，高电压， 高电流，四通道驱动，设计用L298N来接收DTL或者TTL逻辑电平，驱动感 性负载（比如继电器，直流和步进马达）和开关电源晶体管。内部包含4通道逻辑 驱动电路，其额定工作电流为1 A，最大可达1.5 A，Vss电压最小4.5 V，最 大可达36

5、 V； Vs电压最大值也是36 V。L298N可直接对电机进行控制，无须 隔离电路，可以驱动双电机。根据L298N芯片的特点以及SPCE061A自身的特 点，把IOA4IOA7作为输出口，分别与L298N的IN1IN4相接，其VS、VSS 分别接+12 V、+5 V电源，其输出口 OUT1OUT2接转向电机，OUT3OUT4 接驱动电机，根据设计要求，结合所编好的程序，根据所发语音命令，接收信号， 便可给P_IOA_DATA 传送数据，从而控制转向电机和驱动电机。其连接图如图 2所示。母 +12VIN上IK 4IS ENA jsenbOUT1ENA OUT 3O1.IT4图2电机驱动电路连接图

6、1. 4车身微调装置车身的微调装置采用红外线光电传感器ST178, ST178由4个管脚组成，是集发射和接收于一体的传感器。发射和接收管分别采用高发射功率红外线光电 二极管和高灵敏度光电品体管组成。工作的范围可达到4 mm10 mm左右，采 用非接触监测的方式。经过反复试验证实，ST178红外线光电传感器的发射管要加500。的电阻 用来限流，而接收管则要接20 k。上拉电阻，两管均接5 V电源，工作时电压 达到4.8 V，当距离发射头或接收头1cm左右的位置有障碍物阻挡时电压迅速降 到1 V。具体电路如图3所示。R3 o.l m新 T 也 (J.5 kl汁Z 却.1沏 LSTI7S,GND图.

7、4反射式红外传感器接域图1. 5系统硬件部分设计音控小车主要由电机和电机驱动部分组成，电机有2个分别用来控制后轮的 驱动和前轮的转向，采用芯片L298做为电机的驱动电路，可以驱动双电机。小 车为4轮结构，其中前面2个车轮由前轮电机控制，在连杆和支点作用下控制 前轮左右摆动，来调节小车的前进方向。在自然状态下，前轮在弹簧作用下保持 中间位置。后面2个车轮由后轮电机驱动，为整个小车提供动力，所以又称前面 的轮子为方向轮，后面的两个轮子为驱动轮。利用直流减速电机控制小车的驱动， 可以不考虑调速，利用步进电机控制小车的转向来提高小车的整体性能，具有很 高的性价比。供电电源选用3块4 V手机电池串联成1

8、2 V电源给小车提供电能。 车身装有5个传感器在不同方向用来进行微调，防止撞壁。小车前进过程中当接 收到语音命令时，可执行行进、转向及倒库等操作。本设计最终实现了对音控小车的设计，图4所示是基于凌阳单片机语音控制 小车的实物图，其具体结构是1喇叭、2车轮、3凌阳单片机、4光电传感器、5 电池及驱动板、6电机。图4音控小车实物图2系统的软件设计2. 1语音识别模块设计小车的语音识别模块选用凌阳科技公司SPCE061A开发板。SPCE061A内 嵌7通道10位电压A/D转换器(ADC)和单通道声音A/D转换，声音A/D转换器 输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制功能，其本身已经成为基本的语音处

9、理平台。本系统采用A2000模块，其语音压缩编码率为24 kb/s，采样频率为 16 kHz4。语音识别主要分为“训练”和“识别”两个阶段。在训练阶段，单片机对采集到 的语音样本进行分析处理，从中提取出语音特征信息，建立一个特征模型；在识 别阶段，单片机对采集到的语音样本也进行类似的分析处理，提取出语音的特征 信息，然后将这个特征信息模型与已有的特征模型进行对比，如果二者达到了一 定的匹配度，则输入的语音被识别。语音识别小车过程分为以下4大部分：(1) 初始化部分：初始化操作将IOB8IOB11设置为输出端，用以控制电 机。必要时还要有对应的输入端设置。整个小车的行驶状态由2个电机来控制， 电

10、机1控制左拐和右拐，电机2控制前进、倒退。具体行使状态控制如表1所 示。表1 泞使状态控制表行使状毒1061091010jlll.前进10aD(fu左拐1010右拐1001(2) 训练部分：训练部分完成的工作就是建立语音模型。程序一开始判断小 车是否被训练过，如果没有训练过则要求对其进行训练，整个训练过程共有5 次，依次为：名称一前进一倒车一左拐一右拐。在训练成功之后将训练的模型存储到FLASH，在以后使用时不需要重新训练；如果已经训练过会把存储在 FLASH中的模型调出来装载到辨识器中。(3) 识别部分：在识别环节当中，如果辨识结果是名字，停止当前的动作并 进入待命状态，然后等待动作命令。如

11、果辨识结果为动作指令，小车会语音告知 相应动作，并执行该动作，在运动过程中可以通过呼叫小车的名字使小车停下来。(4) 重训操作：考虑到有重新训练的需求，设置了重新训练的按键(61板的 KEY3)，循环扫描该按键，一旦检测到此键按下，则将擦除训练标志位(0xe000 单元)，并等待复位。复位后，程序重新执行，当检测到训练标志位为0xffff时 会要求重新对其进行训练。小车训练流程图如图5所示5。2. 2系统的软件设计流程图系统的软件设计流程如图6所示。本设计采用C语言和汇编语言联合编程 的方法。其中，C语言作为主程序编程，可以充分利用C语言的优点，调用其II他程序模块。汇编语言主要用在子程序的模

12、块中，利用它的中断、延时等方面的 优点。汇编语言的主要优点是占用硬件资源少、程序直接对硬件操作加快了处理 速度。本设计的所有程序均在凌阳单片机集成开发环境IDE中进行。本系统的 软件部分采用模块化程序结构，其软件设计主要包括初始化、系统主程序、语音 提示程序、小车微调程序等部分。Cj k 始）1 F程序制站化本文设计并制作的小车以凌阳单片机为控制核心，完成了语音辨识功能，并 在实现语音控制的基础上扩展了 SPCE061AI/O接口，实现了紧急避障微调功 能，能够按照语音指令很好地完成前进、倒车、左转、右转以及倒库。能够识别 人的语音命令，并根据命令的含义执行相应的动作。整个部分设计合理，小车运

13、 行正常。三、综合设计总结报告本学期电子电路综合实验课设计的小车的长度为210mm，宽度为100mm， 前后轮距为150mm，小车的最大转变角度为45度。小车可以识别的总的命令条 数为16条。左转和右转各4条，对应的转向角度分别为5度、15度、25度、4 5度；停止1条；前进5条，对应于五级不同的前进速度；后退两条，对应两级 不同的后退速度。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。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。