毕业设计-机器狗应用方案

智能玩具——机器狗的研发

摘要：凌阳科技公司的SPCE061A，不但具备微控制器的功能，还具有DSP运算功能，可以用来进行数字语音信号处理，可以实现语音的播放、识别、录制等功能。本产品就是利用SPCE061A的该功能设计的一款智能玩具。该玩具可以在人的语音指令下完成“前进”、“后退”、“变速”、“演奏”等动作，和人有良好的互动性，实现了玩具的智能化。

关键词：SPCE061A 智能玩具

一．系统框图

硬件组成框图如图1所示：主要由电池盒、61B板、传感器组、电机控制电路、电机、显示电路、等部分组成。

图1 硬件框图

1) 通过一个开关控制玩具的启动、停止，首次启动或按下重录按键可以进行

训练。训练内容有：前进、后退、变速、温度。

2) 用户发出命令：“变速”的命令时，小狗可以做出相关响应，将电机的速

度改变。

3) 用户发出前进或后退的命令时，小狗会做出前进或后退的动作。

4) 在前进过程中如果遇到障碍物，会发出“汪——汪汪”的狗叫声，并停止

运动。

5) 在前进和后退时，相应的发光二极管会点亮。

6) 用户发出命令：“演奏”时，小狗会进行大合唱。

二．硬件电路

1. 障碍物检测电路

出于成本的考虑，这里采用红外对管作为障碍物检测的传感器。由于红外对管容易受可见光干扰，为避免在不同的光线环境下，该传感器都能正常工作，特采用循环检测的方式。实践证明该方式非常的有效。

2. 显示电路

显示电路由两个发光二极管指示电机工作状态。前进时D5绿灯(IOB11)亮，后退时D6红灯(IOB10)亮。 电路原理图如下：

图3 显示电路

3. 电机驱动控制电路

电机控制电路原理及控制模块：其控制电路如图4所示。电机驱动控制电路由I/O 口输出信号送PB8和PB9，J13是电机插座，VDD 是给电机供电的电源。电机的控制原理为：通过PB8和PB9的不同电平输入，在J13处得到正反向控制电压来实现电机的正反转，例如：当PB8为高PB9为低时，三极管Q1、Q2、Q3导通；三极管Q6、Q7、Q8截止，此时由于Q2导通Q8截止，J13的1脚相当于接地，由于Q3导通Q7截止，电源J13的2脚相当于接电源VDD ，这样就可以在J13处获得一个正向电压（2（+），1（—）），从而驱动电机正向转动，当需要电机反转时，同理只需使输入端PB8和PB9的电平反向即可。

图4 电机驱动控制电路

控制电路的控制方式如表2所示：

表2

信号名称输入输出

PB8 1

正向电压

PB9 0

PB8 0

反向电压

PB9 1

PB8 0

断路

PB9 0

PB8 1

断路

PB9 1

三．软件设计

1. 主程序流程说明

程序流程主要通过程序主模块来实现，主模块的任务包括：硬件资源初始化，响应用户输入，调用相关子模块对用户输入进行相应的处理。下面是程序

的主流程图：

图5主程序流程

2. 各功能子模块及流程说明

1）硬件资源初始化：根据硬件资源的使用情况，对其进行相应的初始化，以便后面的程序使用。初始化工作主要包括：Port_A和Port_B的输入输出属性设置、初始化存储器RAM等。

2）命令训练模块：主要功能是给出语音提示，对用户的语音输入进行比较并保存正确的语音数据。命令训练模块的具体流程如下：

图6命令训练流程

3）电机控制：主要任务是实现电机的快慢速、正反转控制。控制电机为直流电机，通过PWM信号来控制，PWM控制信号由软件来产生，PWM信号的占空比由软件来设定。电机控制流程图如下：

图7电机控制流程

4）障碍物检测：主要任务是判断前方是否有障碍物，如果有障碍物，则电机停转，并播放狗叫。障碍物检测是通过循环读取接近开关的反馈输入来实现的，即在电机运动和停止时，以一定频率反复读取反馈输入端口的值。障碍物检测模块流程图如下：

图8障碍物检测模块流程

5）键盘输入扫描：在主循环中反复读取相应IO端口的值，并进行去抖动处理，即在探测到有按键按下后，延迟一定时间在重新探测键值，并判断是否与上一次的探测值相等，如果相等则继续进行下面的处理。根据探测的键值类型，进行响应的处理。键盘输入扫描模块流程图如下：

图9 键盘输入扫描模块流程

四．总结

使用SPCE061A进行智能玩具的开发非常的具有优势。该单片机具有DSP 的功能，在此基础上可以实现语音识别、语音播放等算法，与专用语音处理芯片相比具有结构简单、成本低廉等特点，而现成的语音API函数也大大加快了产品开发的进度，提高的效率。IOB8、IOB9的PWM功能使得电机控制非常的容易。由于本产品功能比较简单，还有很多IO口和内部资源没有用到，外围还可以增加多个传感器实现障碍物的智能躲避或目标的跟踪等。

五．参考资料

《凌阳十六位单片机原理及应用》

《C语言应用》

《凌阳音频压缩算法》

《SPCE061A Data Sheet》

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