基于单片机技术的语音控制小车设计

1、引言

语音处理技术是一门新兴的技术，它不仅包括语音的录制和播放，还涉及语音的压缩编码和解码，语音的识别等各种处理技术。以往做这方面的设计，一般有两个途径：一种方案是单片机扩展设计，另一种就是借助于专门的语音处理芯片。普通的单片机往往不能实现这么复杂的过程和算法，即使勉强实现也要加很多的外围器件。专门的语音处理芯片也比较多，如ISD 系列、PM50 系列等，但是专门的语音处理芯片功能比较单一，想在语音之外的其他方面应用基本是不可能的。

SPCE061A 是一款 16 位μ'nSP结构的微控制器。该芯片带有硬件乘法器，能够实现乘法运算、内积运算等复杂的运算。它不仅运算能力强，而且处理速度快，单周期最高可以达到 49MHz。

SPCE061A 内嵌 32K 字的 FLASH 程序存储器以及 2K 的SRAM。同时该 SOC 芯片具有 ADC 和DAC 功能，其 MIC_ADC 通道带有AGC自动增益环节，能够很轻松的将语音信号采集到芯片内部，两路 10 位的电流输出型DAC，只要外接一个功放就可以完成声音的播放。以上介绍的这些硬件资源使得该SPCE061A 能够单芯片实现语音处理功能。

借助于 SPCE061A 的语音特色，“基于单片机技术的语音控制小车设计”实现了对小车前进、后退、左转、右转、停车等语音控制功能.

2、语音控制小车设计要求

2.1 功能要求：

1.可以通过简单的 I/O 操作实现小车的前进、后退、左转、右转功能；

2.配合 SPCE061A 的语音特色，利用系统的语音播放和语音识别资源，实现语音控制的功能；

3.可以在行走过程中声控改变小车运动状态；

4.在超出语音控制范围时能够自动停车。

2.2 参数说明

车体：双电机两轮驱动

供电：电池（四节 AA：1.2V×4 或 1.5V×4）

工作电压：DC 4V~6V

工作电流：运动时约 200mA

3.SPCE061A特性简介

SPCE061A是一款性价比很高的十六位单片机，使用它可以非常方便灵活的实现语音的录放，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。该单片机具有一套易学易用的指令系统和集成开发环境，在此环境中，它支持标准 C 语言编程，也支持 C 语言与汇编语言的互相调用。另外还提供了语音录放的库函数，只要了解库函数的使用，就可以很容易的完成语音的录放、识别等功能，这些都为软件开发提供了方便的条件。

SPCE061A特性：

16位μ’nSP微处理器；

工作电压：内核工作电压VDD为 3.0V~3.6V(CPU)，I/O口工作电压VDDH为VDD~5.5V(I/O)；

CPU时钟：0.32MHz~49.152MHz；

内置2K 字 SRAM；

内置32K 闪存 ROM；

可编程音频处理；

晶体振荡器；

系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)，耗电小于 2μA@3.6V；

2 个 16 位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)；

2 个 10 位 DAC(数-模转换)输出通道；

32 位通用可编程输入/输出端口；

14 个中断源可来自定时器 A / B，时基，2 个外部时钟源输入，键唤醒；

具备触键唤醒的功能；

使用音频编码 SACM_S240 方式(2.4K 位/秒)，能容纳 210 秒的语音数据；

锁相环 PLL 振荡器提供系统时钟信号；

32768Hz 实时时钟；

7 通道 10 位电压模-数转换器(ADC)和单通道声音模-数转换器；

声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制(AGC)功能；

具备串行设备接口；

低电压复位(LVR)功和低电压监测(LVD)功能；

内置在线仿真板(IC E，In-C ircuitEm ulator)接口。

4、系统总体方案介绍

小车的运动控制采用语音控制和中断定时控制相结合，通过语音触发小车动作，小车动作之后，随时可以通过语音指令改变小车的运动状态。在每一次动作触发的同时启动定时器，如果小车由于某些原因不能正常的接收语音指令，则只要定时时间一到，中断服务程序就会发出指令让小车停下来。

SPCE061A

控制板

程序下载电缆

控制程

序下载

线

喇叭电池盒

被控对象

小车

SPCE061

A芯片MIC输

入口复位按钮

控制按钮程序下载接口

图1 控制系统所需硬件

5、系统硬件设计

系统的硬件方面，由于大部分的功能实现都是在61板上完成的，只有电机控制部分电路另外设计在一块独立的电路板上，我们称之为控制板。下面详细的介绍小车的结构和运行原理以及控制电路板的结构和功能实现。

图2 系统硬件框图

图3 系统硬件组装效果图

5.1 车体介绍

语音控制小车为四轮结构。其中前面两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。后面两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。

5.2 小车的行走原理.

直走：由小车的结构分析，在自然状态下，前轮在弹簧作用下保持中间状态，这是只要后轮电机正转小车就会前进。

倒车：倒车动作和前进动作刚好相反，前轮电机仍然保持中间状态，后轮电机反转，小车就会向后运动。

图4 小车前进、后退示意图

左转：前轮电机逆时针旋转（规定为正转），后轮电机正转，这时小车就会在前后轮共同作用下朝左侧前进。

右转：前轮电机反转，后轮电机正转，这时小车就是会在前后轮共同作用下朝右侧前进。

图5 小车转向示意图