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语音控制小车设计报告.doc

发布时间：2022-05-31 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.08M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    根据智能车经验以及舵机的扭力和转速我们选择标准舵机。由于STC89C52端口驱动能力有限，因此还必须
    参考文献
    毕业设计(论文)开题报告 题目：无线语音控制智能车—硬件设计 院（系） 专 业 班 级 姓 名 学 号 导 师 xxx xxx xxx xxx xxx xxx 2015 年 3 月 5 日
    1.毕业设计（论文）综述（题目背景、国内外相关研究情况及研究意义） 1.1 题目背景和研究意义 随着计算机技术随着集成度的提高，和大规模集成电路的发展。计算机的一 个重要分支——嵌入式计算机也在向高度智能化的方将发展。让机器能像人一样 思考，理解人的语言已不再是一个新鲜的话题。实现使用语音控制单片机，将人 机接口简化到人类可以用最自然的方式操作机器是本次设计的目的。本次拟设计 能用语音无线遥控的智能小车。根据识别的语音命令来控制启动、停止、返回， 完成作品虽功能单一且无实际使用价值，但可将原理推广至各种智能家电的语音 遥控，所以该技术具有很高的实际应用价值。。 1.2 国内外研究现状（老师我想从无线，语音，智能车三方面进行阐述，不知道 可以么？） 现阶段基本上都是以有线的方式进行连接，实现各种控制功能。各种总线技 术，局域网技术等有线网络的使用的确给人们的生产和生活带来了便利，改变了 我们的生活，对社会的发展起到了极大的推动作用。有线网络速度快，数据流量 大，可靠性强，对于基本固定的设备来说无疑是比较理想的选择，的确在实际应 用中也达到了比较满意的效果。但随着射频技术、集成电路技术的发展，无线通 信功能的实现越来越容易，数据传输速度也越来越快，并且逐渐达到可以和有线 网络相媲美的水平。而同时有线网络布线麻烦，线路故障难以检查，设备重新布 局就要重新布线，且不能随意移动等缺点越发突出。在向往自由和希望随时随地 进行通信的今天，人们把目光转向了无线通信方式，尤其是一些机动性要求较强 的设备，或人们不方便随时到达现场的条件下。因此出现一些典型的无线应用， 如：无线智能家居，无线抄表，无线点菜，无线数据采集，无线设备管理和监控， 汽车仪表数据的无线读取等等。 语音识别技术的发展的确经历了一个漫长的渐进过程。二十多年前，它还只 是科研人员在实验室里描述的一个梦想般的希望，但两个方面的进步终于促成了 这一技术的平民化。其一，半导体技术的发展使得以前只有在巨型机上才能进行 的语音识别系统如今在微机上就可以实现。无疑，英特尔公司在这其中扮演了重 要的角色，今天，多数的普通家庭都对“IntelInside”这样一句广告词耳熟能 详，并且也具备足够的支付能力来使用一台高性能微机；其二，软件技术的演进 也使得这项技术走向实用，一些核心算法，如特征提取、语音的声学摸型及相应
    的语言模型，搜索算法及自适应算法等都取得了长足的进展。软硬件技术的有效 结合为我们提供了一种全新的远景。很显然，语音处理正在革新这个世界，因为 一旦赋予人类语音以力量之后，任何会说话的人都将能自由地应用这种技术。并 且，这也是现存的最为自然的用户界面。就目前的发展势态及技术进步来看，它 将有可能涉足人类生活的每一领域。 智能汽车已经成为未来汽车发展的方向，智能汽车也将是新世纪汽车技术飞 跃发展的重要标志。目前对智能车辆的研究主要致力于提高汽车的安全性、舒适 性，以及提供优良的人车交互界面。近年来，智能车辆己经成为世界车辆工程领 域研究的热点和汽车工业增长的新动力，很多发达国家都将其纳入到各自重点发 展的智能交通系统当中。故而，智能汽车已从设想走向实践。 随着科技的飞速 发展，相信不久的将来，我们都可以领略到智能汽车的风采。 2.本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施 2.1 研究的主要内容（第二段是我自己总结加的，不知道怎么样） 本次设计是实现用人类的语言无线遥控单片机的运作。为了更明确的显示声 音对单片机的遥控作用，使单片机控制一远处可自由运动的小车，通过小车行走 方式的不同表现，体现声控单片机的运行情况。 首先控制者发出语音信号，通过语音采集电路采集语音信号，然后通过微处 理器进行语音信号的处理以及识别的工作，识别出的信号通过无线发送模块发送 给小车的无线接收端，小车的无线接收端接收的数据给小车控制器从而控制小车 状态。 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，像 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。而无线通信技术现在多采用无线数字通信模块，其通信协议可以自己设定， 通信频率可以在一定范围内可以改变，使传输数据的可靠性、安全性都大大提高。 在芯片方面，凌阳 SPCE061A 微处理器。这种微控制器都具有丰富的片上系 统资源，可以通过外加辅助电路的方式实现语音识别功能，从而满足对控制指令
    的语音采集、压缩、存储、解压和识别等一系列功能的要求。小车车体则采用 STC89C52 进行控制。在指令系统方面，两者都支持 C 语言，省去了繁琐重复的堆 栈操作，方便了程序员的编写，和读取。 在确定设计使用单片机后，还应对单片机加装部分外围电路才能使用，其中 包括：电源电路、音频电路、I/O 电路等。使其保证单片机各项功能的实现。此 外还有部分必须的功能电路，如：复位按键，状态指示灯等等。 在小车车体方面，准备采用后轮同轴差速驱动，前轮舵机转向的模型车。动 力来自驱动后轮的直流电机，驱动器采用意法半导体生产的 L298N 直流电机驱动 器。由一个舵机摆臂摆动不同的角度实现前轮的转向。整个小车的电源由一个 7.2V 镍氢电池组提供。 2.2 研究方案、研究方法 2.2.1 系统框架（框图我又进行了细化） 整个系统为一个基于语音识别的遥控小车系统，从原理上分为 3 个模块，即 语音识别模块、无线收发模块和小车控制模块，如图 2-1 所示。 标准语音 匹 配 语音存储 语音采集 语音信号 器 发射装置 接收装置 器 控制电路 （实现小 车前进、 后退、停 止、左转 和右转） 处理器 语音识别模块 无线收发模块 小车控制模块 图 2-1 语音控制小车系统整体结构框架图 2.2.2 研究方案（我又重新更改了框图）
    MIC 输入 模块 SPCE061A （a）无线控制和语音处理单元 STC89C52 语音输出模块 NRF24L01 无线发送模块 NRF24L01 无线接收模块 舵 机 驱动电机 （b）小车实现单元 图 2-2 总体方案 2.2.2语音处理模块（以下是我对各个模块详细研究，您帮我看一下） 采用 SPCE061A 实现语音控制小车方案，由于 SPCE061A 内部具有语音识别和 语音播放功能，所以只需要扩展基本的 MIC、语音播放和无线发射模块即可，该 方案结构如图 2-2（a）所示。 如果采用其他控制芯片由于没有语音识别、和语音播放和无线传输功能，所 以需要扩展语音识别模块和语音播放模块还有无线接收模块，这样必然造成端口 的资源紧张，因此还必须加入接口扩展芯片。所以增加了设计难度和设计成本。 故遥控器部分选用 SPCE061A 作为主控制器。 2.2.3MIC输入模块 在使用SPCE061A的语音训练和声音控制的时候，需要使用MIC输入电路将语
    音信号接收，并传送至SPCE061A进行处理。为提高输入的声音质量，MIC输入电 路还应具备一定的滤波降噪功能。由于SPCE061A内部具有ADC转换器，因此简化 了硬件电路。 2.2.4语音输出模块 在语音训练的过程中，凌阳 SPCE061A 需要输出信号提示音，以让训练者了 解其工作状态，方便进行语音训练。另外还要播报小车的工作状态。SPCE061A 自带双通道 DAC 音频输出，DAC1、DAC2 转换输出的模拟量电流信号分别通过 DAC1 和 DAC2 管脚输出， DAC 输出为电流型输出，所以 DAC 输出经过 SPY0030 音频放 大，以驱动喇叭放音。DAC 电路中，SPY0030 是凌阳的一款音频放大芯片，相当 于 LM386，但是它比 LM386 音质好，可以工作在 2.4-6.0V 范围内，最大输出功率 可达 700mW。 2.2.5 无线发射模块和无线接受模块 本次设计要求在超出控制范围（开阔处大于 50 米）时能自动停车。通过查 找最后选择 NRF2401，以下是该芯片的介绍。 NRF2401 是单片射频收发芯片，工作于 2.4～2.5GHz ISM 频段，0~1Mbps 数 据传输速率，125 阶（梯度 1MHz）收发频率，地址检验和 CRC 校验。芯片内 置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信 频道可通过程序进行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm 的功率发射时，工作电流 只有 10.5mA，接收时工作电流只有 18mA，多种低功率工作模式，节能设计更方 便。其 DuoCeiverTM 技术使 nRF2401 可以使用同一天线，同时接收两个不同频 道的数据。nRF2401 适用于多种无线通信的场合，如无线数据传输系统、无线鼠 标、遥控开锁、遥控玩具等 。完全可以达到在开阔处进行操作时，大于 50 米时 能自动停车。 2.2.6 小车控制芯片选择 STC89C52 单片机是一款八位单片机，他的易用性和多功能性受到了广大使用 者的好评。它具有价格便宜、支持在线下载程序和编程简单。更重要的是在驱动 电机和舵机方面我们完全可以通过外围电路以及编程达到我们所期望的效果。 2.2.7 舵机模块 根据智能车经验以及舵机的扭力和转速我们选择标准舵机。由于 STC89C52
    端口驱动能力有限，因此还必须设计驱动电路复合管就可以满足要求。这里需要 特殊说明的是舵机的额定电压为 6 伏，这里采用 7.2 伏直接供电，虽然超出额定 电压，但不会损坏舵机，而且可以省掉一个电压转换芯片。 2.2.8 电机模块 由于采用直流电机方案，因此 STC89C52 输出的电流较小，无法驱动直流电 机因此必须设计驱动电路。采用驱动芯片 L298N 是一种高电压、大电流电机驱动 芯片。该芯片的主要特点是:工作电压高，最高工作电压可达 46V;输出电流大， 瞬间峰值电流可达 3A，持续工作电流为 2A；内含两个 H 桥的高电压大电流全桥 式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器、线圈等感性负载； 采用标准 TTL 逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的 情况下允许或禁止器件工作；有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低 电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。 3.本课题研究的重点及难点，前期已开展工作（参考文献参考哪里的，哪页也进 行了标注，文献标准来写的） 3.1 重点及难点(把小车功耗省了，感觉无法展开来说) 1、芯片选择； 2、单片机外围电路的设计； 3.2前期已开展工作 1、通过查阅大量资料，对语音智能小车有了一个了解，为后期设计准备了 材料； 2、深入理解模拟电路和数字电路； 3、熟练操作Altium Designer软件。 3.完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写） 第1—3周 明确课题任务要求，查阅相关资料，准备开题。 第4—5周 语音识别模块的电路设计。 第6—7周 学习无线通信原理与技术，将识别到的语音信号无线发射。 第8—9周 主控制器和驱动电机等部分设计。 第10—12周 电路焊接及调试。 第13—15周 撰写毕业论文
    参考文献 [1] 刘海承等. MCU-DSP型单片机原理与应用 [M].北京：北京航空航天大学出版 社，2003:52-54 [2] 郑学坚，周斌．微型计算机原理及应用．第三版．[M].北京：清华大学出版 社，2001:65-67 [3] 欧阳斌林，等．单片机原理与应用．[M].中国水利水电出版社，2001:111-113 [4 ]李晶皎．嵌人式语音技术及凌阳16位单片机应用．[M].北京：北京航空航天 大学出版社，2003:65-68 [5] 潘松，黄继业．EDA技术实用教程．第二版．[M].北京：科学出版社， 2005:114:115 [6] 凌阳科技大学计划.凌阳单片机在大学生电子竞赛中的应用，第一版，[M]. 北京航空航天大学出版社，2005.6:47-49 [7] 刘海成，秦进平.MCU-DSP型单片机原理与应用基于凌阳16位单片机，第一版， [M].北京航空航天大学出版社，2006:77-77 [8] 徐煜明，韩雁.单片机原理及接口技术，第一版，[M].电子工业出版社， 2005:31-34 [9] 杨西明，朱骐.单片机编程与应用入门，第一版，[M].机械工业出版社， 2004.9:97-98 [10] 严天峰.单片机应用系统设计与仿真调试，第一版，[M].北京航空航天大学 出版社，2005:185-186 [11] Michael A. Miller.Data and Network Communications，第一版，[M]. 科学出版社，2002:21-28 [12] R.Rajsuman.A New Testing Method for EEPLA[J].IEEE Trans.on CAD.Vol.13 NO.7:150-153 [13] Mt. Prospect.MCS 51 Family of Microcontrollers Architectural Overview. [J].September 1993:55-59
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