基于單片機的智能語音小車控制系統設計

文/田亞立 梁波

語音識別技術目前是相當重要的人機接口技術。采用語音識別作為人機交換技術具有快捷、實用等顯著優點。伴隨著工業自動化技術及汽車工業自動化的迅猛發展，研究智能小車也逐漸受到大家的關注。微電子技術的快速發展為人們的生活提供了諸多便利，尤其是51單片機、ARM、DSP等微型計算機的發展快速的推動著科技的發展。將單片機等微型計算機的控制功能與傳感器檢測技術、語音識別技術等有機結合，已經成為智能化不可缺少的部分。小車的語音識別、自動尋跡、紅外避障等技術，不僅可以在智能兒童玩具中應用，還可以應用在無人駕駛、工廠自動化 、服務機器人等諸多領域。本設計是一種以晶宏公司的STC89C52單片機為控制器，將語音識別與、自主尋跡及避障功能有機結合，有一定的實際應用價值。

1 系統整體設計方案

本設計采用STC89C52單片機作為主控芯片，通過LD3320語音模快識別語音信號，單片機采集語音模塊的信號，將信號處理后送電機驅動模塊，驅動小車運行。小車行駛的狀態有：前進、后退、左轉、右轉和停車。當小車在行駛過程中遇到障礙物，紅外避障檢測模塊檢測周圍障礙物，小車自動停止或轉向。利用紅外光電傳感器檢測黑色軌跡。小車的行駛狀態通過LCD1602液晶顯示出來。

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本智能小車系統由單片機控制模塊、語音控制模塊、避障模塊、自動循跡模塊、電機驅動模塊及液晶顯示模塊等組成。系統圖如圖1所示。

圖2：電機驅動模塊原理圖

圖3：紅外傳感器工作電路

2 硬件設計

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2.1 電源模塊

LD3320語音識別芯片，內部已經固化了優化算法，通過口令觸發模式和垃圾詞語吸收模式可以提高語音識別的準確度。設計中語音通訊采用的是串口通訊，直接與STC89C52的RXD信號相連接。工作中將采集的語音信號送入到LD3320，進行解析并提取語音信息，將提取的語音信息與列表中的關鍵詞進行對比與匹配，找出最匹配的關鍵詞，送入到STC89C52單片機中。

語音小車的硬件部分主要有電源模塊、主控模塊、語音識別模塊、電機驅動模塊、避障模塊、循跡模塊和液晶顯示等組成。

2.2 主控模塊

采用STC89C52單片機作為系統的控制器，通過與語音模塊、避障模塊、電機驅動模塊、顯示模塊等設備相互配合，在STC89C52中編寫控制程序來實現對智能小車的控制。

2.3 語音識別模塊

電源模塊在小車的運行過程中，需要給單片機、電機、各大模塊及傳感器供電。為了保證系統的可靠供電，所以選擇了可充電的7.2V/1300的NI-MH電池組作為供電電源。

2.4 電機驅動模塊

左右兩邊的電機為語音小車的運動提供動力。設計中采用了一個電機驅動專用集成芯片LD298N來完成電機的驅動。STC89C52單片機通過I/O將控制信號送到電機驅動模塊，L298N經過處理后的輸出信號送入到電機的電源端，兩組信號的值控制著電機的運轉，通過改變單片機I/O口的狀態（例如00：左電機停轉，10左電機正轉，01左電機反轉等）來控制小車完成前進、后退、左拐、右拐等動作。電機驅動模塊工作原理如圖2所示。

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2.5 紅外避障模塊

紅外傳感器安裝在小車的左右兩側下方。循跡的跑道是預設的，需要人為設置黑色的條狀線，當發射管發射的紅外線遇到淺色地面時，會發生漫反射，接受管可以接受到信號，指示燈亮。當遇到黑色線條時，紅外線被吸收，接收管接收不到信號，指示燈滅。當左邊的傳感器接受不到信號，需控制單片機向左旋轉。當左邊的傳感器接受不到信號，需控制單片機向右旋轉。若想提高檢測的可靠性可左右各裝兩個傳感器。紅外傳感器工作電路如圖3所示。

2.6 ST188紅外傳感器尋跡模塊

紅外避障傳感器是由發射管與接收管組成的，發射管發射紅外線，當檢測到障礙物時，接收管接受到紅外線反射信號，經過LM324比較器后，輸出一個低電平信號送給單片機。本小車只設計了避開障礙物的功能。檢測距離可以通過旋轉電位器的旋鈕來調節，有效的檢測距離范圍是2～30cm。

2.7 顯示模塊

崇禮東溝為清水河源頭，起于崇禮區北部與張北縣交界的樺皮嶺山腳下［2］，自東北向西南，流經清三營、獅子溝、白旗、西灣子等村鎮［3］，在中山溝附近與正溝匯合，匯流口以上流域面積766km2，河道長84km，河道縱坡1.21%。西灣子鎮建有崇禮水文站，控制流域面積430km2，具有1958～1961年、1982～2011年共34年不連續實測洪水資料。

3 軟件設計

軟件的設計包括：主程序控制的設計、語音控制設計、紅外循障設計、紅外循跡設計、顯示報警設計等。

3.1 主程序模塊

在語音程序設計中采用定時器中斷的方式，執行完初始化程序后，開始語音識別，語音識別要設置麥克風的輸入通道及其增益值，增益值設置在45H左右，當有語音信號輸入時，通過相關運算函數對采集到的信息進行分析、處理，得到對應的語音數據，語音控制流程如圖5所示。

設計采用LCD1602液晶顯示屏，LCD1602可以顯示數字和符號等，通過字庫軟件可以方便的生成設計中所需要的漢字的編碼。設計中主要用LCD1602顯示智能小車行駛運動的方向、行駛狀態等信息。

3.2 語音控制

系統上電后，啟動初始化程序，判斷有無中斷發生，若有中斷發生判斷是語音中斷還是避障中斷。當發生語音中斷時，執行語音子程序。當發生避障中斷時，執行避障子程序。執行完子程序后，送電機控制信號并啟動液晶顯示子程序，主程序流程如圖4所示。

3.2 小車紅外避障控制

在紅外避障的控制程序中，首先檢測是否有障礙物。當檢測到有障礙物時，判斷是做左邊的傳感器檢測都到的還是右邊的傳感器檢測到的，若是左邊，則小車需先后退，然后右轉。如過是右邊的傳感器檢測到的，則小車應該先后退再左轉。

3.3 小車循跡流程圖

給STC89C52單片機定時器0預置初值，使其在P1.4及P1.5口產生PWM方波信號，來改變電機兩端的電壓，就可以控制小車運行速度。小車行駛時，單片機不間斷地掃描與紅外傳感器的信號，判斷是否遇到黑線，并將檢測到的黑線信息后，進行判斷處理，并將信號傳送到L298N電機驅動模塊來控制電機，使小車沿黑線行駛。小車尋跡流程如圖6所示。

4 結束語

本智能小車控制系統以晶宏公司的STC89C52單片機為控制器，采用C語言在Keil軟件進行編程。其基本過程如下：首先通過麥克風采集語音信息，送入到LM3320識別語音模塊，從列表中找到與之匹配的關鍵詞，將結果送給STC89C52單片機，單片機將收到的信號后，進過判斷處理，將控制信息送給電機驅動模塊，來控制小車則完成前進、后退、左拐、右拐等動作。避障及循跡部分通過紅外傳感器來檢測信號，將檢測到的信號送到單片機，由單片機處理后控制小車的行駛狀態。實現了一個集語音識別、自動循跡、避障、液晶顯示等功能于一體的智能小車控制系統系統，通過實物驗證，取得了較好的效果。系統成本費用低，操作簡單，具有擴展升級空間，在生活中應用范圍廣，非常實用。

在臨床中接診之后應當及時按照患者的病史、癥狀、體征及輔助檢查結果快速判斷，篩選出高危胸痛，并及時處理，提高患者預后效果。在鑒別中因為患者的疼痛情況、病史以及疼痛部位等存在差異，所以為了有效提升鑒別診斷效果，需要在診斷初期，做好全面的檢查，綜合進行初步判斷。100例患者中94例患者通過有效治療后痊愈或好轉出院（94.00%）。

圖4：主程序流程圖

圖5：語音控制流程圖

圖6：小車循跡控制流圖