基于SPCE061A單片機無線語音控制的智能玩具車硬件設計

劉 冬 朱莉佳 許 斌

摘要 介紹一種無線語音控制的智能玩具車系統的硬件設計。該系統以SPCE061A單片機為檢測和控制核心,對語音信號進行實時檢測、處理和識別,并通過無線語音輸入模塊實現對玩具車的無線語音控制,通過紅外光電傳感器實現自動避障。反復試驗表明,本系統語音信號識別準確率高,控制效果好,性能穩定。

關鍵詞 SPCE061A;無線語音控制;語音識別;智能避障

中圖分類號:TP368.1 文獻標識碼:B 文章編號:1671-489X(2009)27-0081-02

Hardware Circuit Design for Wireless Voice Controlled Intelligent Toy Car based on SPCE061A//Liu Dong, Zhu Lijia, Xu Bin

Abstract The hardware circuit design for a wireless voice controlled intelligent toy car is introduced. The SPCE061A is the examination and control core of the system, which can detect process and recognize real-time voice single, and by wireless transmission way, this system can be wireless voice controlled. By applying infrared-photoelectric sensor, the system can avoid the obstacles automatically. The system is tested again and again through an experimental circuit and shows its high accuracy of speech recognition, good effect of controlling, stable and reliable.

Key words SPCE061A; wireless voice control; voice recognition; intelligently avoiding obstacle

Authors address Department of Information Technology, Huazhong Normal University, Wuhan, 430079, China

隨著社會的不斷進步,科學技術的不斷發展,面向智能化方向的科學技術更成為當代社會的重要科學。智能機器人融合機械、電子、傳感器、計算機硬件、軟件、人工智能等眾多學科的知識,在工業生產、勘探、人性化服務等方面發揮越來越重要的作用。隨著機器人產業的發展和面臨的挑戰以及自動化程度的進一步提高,已對機器人功能提出許多新的更高的要求。但智能機器人是個系統工程,它的研發在技術層面的難度和規模都比較大,在短期內普及使用的可能性較小。而具有初步機器人功能的智能玩具以其體積小、價格較低、功能強大、娛樂性強等特點,加之開發難度相對較低,而具有廣闊的市場需求。智能化已成為玩具行業的新趨勢,讓語音技術融入玩具中,不僅可以賦予玩具“聽”“說”的交流能力,使其更加生動、智能,還有利于在兒童中普及現代科學技術,推動語音技術產業化的發展。本文采用SPCE061A為智能小車的核心,利用SPCE061A自身的語音特色和豐富資源,給出無線語音控制的智能玩具車的硬件設計方案。

1 無線語音玩具車系統介紹和總體框架

這是一個嵌入式語音識別系統和一個電動小車控制系統合成設計方案。系統的硬件主要由無線語音輸入模塊、語音輸出模塊、SPCE061A單片機、光電檢測模塊、驅動控制模塊以及車模組成。圖1為系統方案總體框架圖。

用戶通過無線話筒輸入語音命令,語音信號經過FM調制器后發送出去,被小車上的FM接收器接收,再經過解調還原出語音命令。SPCE061A根據語音命令對小車的運動狀態進行調整;設在車體兩旁的紅外線傳感器不斷檢測行進過程中是否有障礙物,并根據接收的反射信號調整小車的運動方向。通過這2種手段實現小車的智能避障,使小車能夠適應更加復雜的環境。小車在進行運動狀態調整時會播放相應的錄音,從而增強整個智能玩具車系統的交互性。

2 無線語音玩具車系統硬件設計

2.1 無線語音輸入模塊SPCE061A單片機具有聲音模數轉換通道,內置麥克風放大電路和自動增益控制電路。為了實現本系統的智能避障功能,使系統適應更加復雜的環境,所以采用無線輸入語音信號的方式。這樣也可以避免環境噪音對語音識別效率的影響。語音信號發送部分采用中心頻率為80.6 M的調頻方案,利用KS8803 FM調制芯片,采用晶振鎖相技術,可以滿足語音調制的良好線性要求。語音接收部分采用中心頻率為80.6 M的語音調頻解調方案,采用CXA1691BM FM解調芯片,利用晶振鎖相技術,使其能夠準確對準80.6 M中心頻率,解調后可以降低信號噪音,保持語音信號的質量。FM接收器輸出的語音信號經過VR1衰減后通過C11、C13進入SPCE061A的MIC端口。可以通過調整VR1,使語音信號電平與SPCE061A的MIC端口電平匹配。電路圖如圖2所示。

2.2 語音輸出模塊播放錄音時,數字語音信號通過內置DAC轉換成模擬語音信號輸出,模擬語音信號經過音頻集成放大器SPY0030,再驅動揚聲器播放錄音。揚聲器的音量可以通過R9調節。電路圖如圖3所示。

2.3 光電檢測部分如圖4所示,本系統采用2個型號為GY10-W3-3E1光電傳感器分設在車體兩側,接入SPCE061A的IOB6、IOB7,分別檢測車體前左、前右方向是否有障礙物。當有反射信號時,即前方出現障礙物,傳感器輸出低電平;反之,則輸出高電平。這樣,SPCE061A通過判斷IOB6、IOB7端口電平的高低就可判斷前方是否有障礙物,進而采取相應避障動作。

2.4 驅動控制部分車體為4輪結構,前面2輪由前輪電機控制,在連接桿和支點的作用下控制小車的前進方向;后面2輪由后輪電機控制,為小車提供動力,控制小車的前進和后退。電機驅動電路使用H橋式功率驅動電路,電路圖如圖5所示。以后輪驅動為例,Q3、Q4、Q5、Q6組成4個橋臂,Q3和Q6導通時控制電機正轉,Q4和Q5導通時控制電機反轉。SPCE061A的IOB11和IOB10控制前輪的左右方向,IOB9和IOB8控制后輪的前進和后退。

3 結束語

本文所敘述的基于SPCE061A的無線語音控制系統,經過多次試驗證明,系統便于控制,穩定性高,實現無線語音控制、智能避障、人車互動等目標。無線語音控制可以克服環境噪音對語音命令的影響,控制更容易準確,也使得語音識別率大大提高,因此系統具有更強的適應能力。然而電機與無線調制都有各自供電部分,使整個系統的電源模塊比較復雜,還需要以后進一步改進。小車避障雖然采用語音控制和光電檢測相結合的方法,但是避障動作較為簡單,還不能夠做到繞、跨、越等動作,還需要進一步的拓展。由于SPCE061A的成本低,研制出的智能小車(圖6)性價比較高,有較高推廣價值,如可以進一步產品化,會帶來一定的經濟和社會效益。

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