基于語(yǔ)音控制的智能小車設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　基于語(yǔ)音控制的智能小車設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué) 院 信息工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè) 測(cè)控技術(shù)與儀器 </p><p>　?。ㄓ?jì)算機(jī)測(cè)控方向) </p><p>　　年級(jí)班別

2、 2013級(jí)（1）班 </p><p>　　學(xué) 號(hào) 3113002302 </p><p>　　學(xué)生姓名 李帥璋 </p><p>　　指導(dǎo)教師 姬靖 </p><p><b>　　2017年 5 月</b>&

3、lt;/p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　現(xiàn)代社會(huì)電子產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展使自動(dòng)化成為廣大民眾的日常話題，越來越普及的語(yǔ)音控制系統(tǒng)在生活中隨處可見，隨著時(shí)間的推移，自動(dòng)化與語(yǔ)音控制系統(tǒng)的結(jié)合也必將進(jìn)入商用階段。</p><p>　　本文將設(shè)計(jì)一種通過無線語(yǔ)音控制系統(tǒng)模擬的未來智能語(yǔ)音小車，展示智能語(yǔ)音小車的軟件、硬件設(shè)計(jì)原理

4、。智能語(yǔ)音小車使用凌陽(yáng)公司推出的SPCE061A 16位單片機(jī)作為主控中心，其中不僅擁有完整的系統(tǒng)電路，另外包含了供電、聲音和復(fù)位電路等，配合其語(yǔ)音播放以及語(yǔ)音識(shí)別的特色，通過訓(xùn)練的語(yǔ)音指令命令小車使其前進(jìn)、倒退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，另外小車還支持重新語(yǔ)音訓(xùn)練。SPCE061A 16位單片機(jī)具有低電壓、低功耗、高性價(jià)比等特點(diǎn)，配合其開發(fā)環(huán)境IDE即可完成小車的總體設(shè)計(jì)方案，其中包含了語(yǔ)音播放、語(yǔ)音識(shí)別、驅(qū)動(dòng)等，最終成為一輛智能的語(yǔ)音控制小車。該

5、系統(tǒng)是以特定人嵌入式語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)為主。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，在外界的環(huán)境噪音較小并且發(fā)令者發(fā)音清晰的情況下，該小車可以對(duì)經(jīng)過訓(xùn)練后的語(yǔ)音指令做出動(dòng)作，并且性能穩(wěn)定。最后將會(huì)介紹IDE集成開發(fā)環(huán)境的功能，開發(fā)操作方法，以及如何使用小車。該設(shè)計(jì)在軟硬件的角度具有前瞻性，具體說明了未來智能語(yǔ)音小車的發(fā)展方向，具有推廣價(jià)值。</p><p>　　關(guān)鍵詞：SPCE061A，無線語(yǔ)音控制，語(yǔ)音識(shí)別，單片機(jī)，智能小車</p&

6、gt;<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Modern society The rapid development of the electronics industry makes automation become the daily topic of the general public. The increasingly popular v

7、oice control system can be seen everywhere in life. With the passage of time, the combination of automation and voice control system will enter the commercial stage. </p><p>　　This article will introduce a w

8、ireless voice control system simulation of the future of intelligent voice car, display intelligent voice car software, hardware design principles. Intelligent voice car using Sunplus SPCE061A 16-bit microcontroller as t

9、he main control center, which not only has a complete system circuit, including the power supply, sound and reset circuit, with its voice playback and voice recognition features, through training Voice command command ca

10、r to make it forward, back, t</p><p>　　Key words：SPCE061A,Wireless voice control,Speech Recognition,Single chip,Smart car</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論

11、1</b></p><p>　　1.1 題目背景及目的1</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況1</p><p>　　1.3 題目研究?jī)?nèi)容2</p><p>　　2 語(yǔ)音識(shí)別小車的硬件總體方案3</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)要求3</p><p>　　2.2 S

12、PCE061A總述3</p><p>　　2.2.1 SPCE061A特點(diǎn)3</p><p>　　2.2.2 SPCE061A性能4</p><p>　　2.2.3 SPCE061A的結(jié)構(gòu)4</p><p>　　2.2.4 引腳排列5</p><p>　　2.3 SPCE061A最小系統(tǒng)6</

13、p><p>　　2.4 61板硬件框圖及簡(jiǎn)要說明7</p><p>　　2.4.1 61板接口說明8</p><p>　　2.4.2 61板的檢測(cè)10</p><p>　　2.5 系統(tǒng)總體方案12</p><p>　　2.5.1 系統(tǒng)硬件方案13</p><p>　　2.5.2 系

14、統(tǒng)控制方案14</p><p>　　2.6 車體部分介紹14</p><p>　　2.7 小車的行走原理15</p><p>　　2.8 控制板原理圖15</p><p>　　2.9 全橋驅(qū)動(dòng)原理16</p><p>　　2.9.1 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)電路17</p><p>　　2.9.2

15、 方向控制電路18</p><p>　　3 語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)20</p><p>　　3.1 語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)20</p><p>　　3.2 語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的硬件組成20</p><p>　　3.3 語(yǔ)音信號(hào)的預(yù)處理21</p><p>　　3.4 特征參數(shù)提取21</p><p&

16、gt;　　3.5 矢量量化技術(shù)22</p><p>　　3.6 模板訓(xùn)練方法及匹配方法22</p><p>　　3.7 系統(tǒng)軟件總體程序流程22</p><p>　　3.8 語(yǔ)音識(shí)別的層次結(jié)構(gòu)及流程24</p><p>　　3.8.1 訓(xùn)練子程序25</p><p>　　3.8.2 語(yǔ)音識(shí)別子程序26&

17、lt;/p><p>　　3.8.3 動(dòng)作子程序27</p><p>　　3.8.4 中斷子程序29</p><p>　　3.8.5 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境IDE及ISP工具29</p><p>　　3.9 程序中需要說明的問題30</p><p>　　4 智能語(yǔ)音小車的測(cè)試32</p><p&g

18、t;　　4.1 連接硬件32</p><p>　　4.2 代碼下載32</p><p>　　4.3 訓(xùn)練小車33</p><p>　　4.4 聲控小車34</p><p>　　4.5 重新訓(xùn)練34</p><p>　　4.6 語(yǔ)音識(shí)別測(cè)試結(jié)果35</p><p><b>　

19、　結(jié)論36</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b></p><p><b>　　致謝38</b></p><p><b>　　附錄A39</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p>&

20、lt;p>　　1.1 題目背景及目的</p><p>　　現(xiàn)代社會(huì)電子技術(shù)發(fā)展迅猛，自動(dòng)化也隨之崛起，在語(yǔ)音識(shí)別已成為大眾日常生活中的一部分時(shí)，預(yù)見未來的汽車也將發(fā)展成為音控駕駛。音控駕駛不僅僅需要收錄的聲音清晰，還需要壓縮、編碼、識(shí)別準(zhǔn)確并解碼，這些有關(guān)語(yǔ)音識(shí)別的技術(shù)如今發(fā)展還不夠完善。就目前所有的成品設(shè)計(jì)來看，僅有的兩種方案都有自身的缺點(diǎn)。使用單一的單片機(jī)往往不能實(shí)現(xiàn)如此復(fù)雜的功能，外加擴(kuò)展則需要更多的

21、器件，如此僅能實(shí)現(xiàn)基本功能，效果并不理想。第二種解決方案就是使用專為語(yǔ)音識(shí)別功能所開發(fā)的核心芯片，此類芯片現(xiàn)在市面上較多，如 ISD 、 PM50 等系列都是可以實(shí)現(xiàn)基本功能的芯片，缺點(diǎn)在于這些專為語(yǔ)音識(shí)別所開發(fā)的芯片功能單一，想要加入拓展比較困難，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音外的功能工作量更大。 </p><p>　　本課題主要設(shè)計(jì)一輛基于語(yǔ)音控制的智能小車，有一定的實(shí)用價(jià)值。通過設(shè)計(jì)一個(gè)功能完善、具有實(shí)用性且代表未來發(fā)展趨勢(shì)的智

22、能語(yǔ)音小車系統(tǒng)，大學(xué)期間所學(xué)的相關(guān)主要課程可以得到全面的訓(xùn)練，同時(shí)發(fā)揮自身的特長(zhǎng)。課題的綜合性及難易程度適中，創(chuàng)新性主要體現(xiàn)在對(duì)有車一族的需求及安全分析上。系統(tǒng)的主要功能包括：語(yǔ)音識(shí)別功能；語(yǔ)音訓(xùn)練功能；語(yǔ)音控制小車功能。語(yǔ)音控制小車功能包括控制小車前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)功能。語(yǔ)音功能會(huì)在未來發(fā)展得越來越成熟，具有一定的前瞻性。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況</p><p>

23、　　第一個(gè)高性能的非特定人、大詞匯量連續(xù)語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)Sphinx的出現(xiàn)，語(yǔ)音識(shí)別在這一時(shí)期走向深入，顯著特征是HMM（Hidden Markov Model）模型和人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)（ANN）在語(yǔ)音識(shí)別中的成功應(yīng)用。HMM模型的廣泛應(yīng)用應(yīng)歸功于AT&TBell實(shí)驗(yàn)室Rabiner等科學(xué)家的努力，他們把原本艱澀的HMM純數(shù)學(xué)模型工程化，從而為更多研究者了解和認(rèn)識(shí)，從而使統(tǒng)計(jì)方法成為了語(yǔ)音識(shí)別的主流。我國(guó)語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的研究水平基本上與國(guó)

24、外同步，在漢語(yǔ)語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)上還有自己的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，并達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。清華大學(xué)電子工程系語(yǔ)音技術(shù)與專用芯片設(shè)計(jì)課題組研發(fā)的非特定人漢語(yǔ)數(shù)碼串連續(xù)語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的識(shí)別精度，達(dá)到94.8%(不定長(zhǎng)數(shù)字串)和96.8%(定長(zhǎng)數(shù)字串)。在有5%的拒識(shí)率情況下，系統(tǒng)識(shí)別率可以達(dá)到96.9%(不定長(zhǎng)數(shù)字串)和98.7%(定長(zhǎng)數(shù)字串)，這是目前國(guó)際最好的識(shí)別結(jié)果之一，其性能已經(jīng)接近實(shí)用水平。</p><p>　　1.3 題目研究

25、內(nèi)容</p><p>　　研究的主要內(nèi)容為：分析課題研究的社會(huì)意義、經(jīng)濟(jì)價(jià)值、所處背景、發(fā)展現(xiàn)狀以及今后的方向，并且對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的識(shí)別特點(diǎn)進(jìn)行論述，根據(jù)語(yǔ)音信號(hào)的聲學(xué)特點(diǎn)建立語(yǔ)音信息的理想處理模型，此外，研究語(yǔ)音識(shí)別的系統(tǒng)原理，對(duì)模式識(shí)別的結(jié)構(gòu)理論方法進(jìn)行深入探究。設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟硬件，并介紹集成開發(fā)環(huán)境IDE。</p><p>　　車體系統(tǒng)采用SPCE061A 16位單片機(jī)作為主控中心，將MIC

26、作為輸入模塊輸入聲音信號(hào)，聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)再輸入到單片機(jī)處理聲音的專用ADC通道，在增益AGC放大后，通過若干次的聲音訓(xùn)練，將A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)聲音模型存儲(chǔ)到32K的Flash中。需要使用時(shí)，外界再次輸入語(yǔ)音命令后，聲音信號(hào)會(huì)再次通過該通道去和存儲(chǔ)在Flash中的聲音模型做對(duì)比，系統(tǒng)判斷達(dá)到了一定的相似值后會(huì)認(rèn)定為識(shí)別成功，返回相應(yīng)的函數(shù)值判斷命令，然后對(duì)外界語(yǔ)音回饋并驅(qū)動(dòng)小車電機(jī)來讓小車行動(dòng)，根據(jù)判斷的命令來控制小車的行駛狀態(tài)

27、，該過程中小車的語(yǔ)音回饋體現(xiàn)了一定的人機(jī)交互功能。</p><p>　　2 語(yǔ)音識(shí)別小車的硬件總體方案</p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　利用SPCE061A單片機(jī)和智能小車控制電路板，實(shí)現(xiàn)下述功能：</p><p>　　1、可以通過簡(jiǎn)單的I/O操作實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右

28、轉(zhuǎn)功能。</p><p>　　2、配合SPCE061A語(yǔ)音特色，利用系統(tǒng)的語(yǔ)音播放和語(yǔ)音識(shí)別資源，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制功能。</p><p>　　3、通過開發(fā)板的MIC實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互對(duì)小車進(jìn)行語(yǔ)音訓(xùn)練。</p><p>　　2.2 SPCE061A總述</p><p>　　SPCE061A是繼μ’nSP?系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽(yáng)科技推出的又一

29、款16位結(jié)構(gòu)的微控制器。與SPCE500A不同的是，在存儲(chǔ)器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能，SPCE061A里只內(nèi)嵌了32K的閃存（Flash）。較高的處理速度使該單片機(jī)能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。因此，與SPCE500A相比，以μ’nSP?為核心的SPCE061A微控制器是適用于數(shù)字語(yǔ)音識(shí)別應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的一種最經(jīng)濟(jì)的選擇。</p><p>　　2.2.1 SPCE061

30、A特點(diǎn)</p><p>　　1、體積小、集成度高、可靠性好且易于擴(kuò)展。把各功能部件模塊化地集成在一個(gè)芯片里，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，因而減少了各功能部件之間的連線，提高了其可靠性和抗干擾能力。另外，模塊化的結(jié)構(gòu)易于系統(tǒng)擴(kuò)展，以適應(yīng)不同用戶的需求。</p><p>　　2、具有較強(qiáng)的中斷處理能力。中斷系統(tǒng)支持10個(gè)中斷向量及10余個(gè)中斷源，適合實(shí)時(shí)應(yīng)用領(lǐng)域。</p><p>

31、;　　3、高性能、高性價(jià)比。片內(nèi)帶有高尋址能力的ROM、靜態(tài)RAM和多功能的I/O口。另外，µ’nSP?的指令系統(tǒng)提供具有較高運(yùn)算速度的16位×16位的乘法運(yùn)算指令和內(nèi)積運(yùn)算指令，為其應(yīng)用增添了DSP功能，使得µ’nSP?家族運(yùn)用在復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理方面既很便利，又比專用的DSP芯片廉價(jià)。</p><p>　　4、功能強(qiáng)、效率高的指令系統(tǒng)。指令系統(tǒng)的指令格式緊湊，執(zhí)行迅速，并且其指令

32、結(jié)構(gòu)提供了對(duì)高級(jí)語(yǔ)言的支持，這可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間。</p><p>　　5、低功耗、低電壓，采用CMOS制造工藝，同時(shí)增加了軟件激發(fā)的弱振方式、空閑方式和掉電方式，極大地降低了其功耗。另外，µ’nSP?家族的工作電壓范圍大，能在低電壓供電時(shí)正常工作，且能用電池供電，這對(duì)于其在野外作業(yè)等領(lǐng)域中的應(yīng)用具有特殊的意義。</p><p>　　2.2.2 SPCE061A性能&l

33、t;/p><p>　　16位µ’nSP?微處理器、工作電壓(CPU) VDD為2.4~3.6V ，(I/O) VDDH為2.4~5.5V、CPU時(shí)鐘：0.32MHz~49.152MHz、內(nèi)置2K字SRAM、內(nèi)置32K Flash、可編程音頻處理、晶體振蕩器、系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài))，耗電僅為2µA@3.6V、2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù)值)、2個(gè)10位DAC(數(shù)

34、-模轉(zhuǎn)換)輸出通道、32位通用可編程輸入/輸出端口、4個(gè)中斷源可來自定時(shí)器A/B，2個(gè)外部時(shí)鐘源輸入、具備觸鍵喚醒的功能、使用凌陽(yáng)音頻編碼SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容納210秒的語(yǔ)音數(shù)據(jù)、鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)、32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘、7通道10位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器、聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動(dòng)增益控制(AGC)功能、具備串行設(shè)備接口、具有低電壓復(fù)位(LVR

35、)功能和低電壓監(jiān)測(cè)(LVD)功能、內(nèi)置在線仿真電路ICE（In- Circuit Emulator）接口、具有保密能力、具有WatchDog功能。</p><p>　　2.2.3 SPCE061A的結(jié)構(gòu) </p><p>　　SPCE061A的結(jié)構(gòu)如下圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 SPCE061A的結(jié)構(gòu)</p><p>　　

36、SPCE061A主要包括輸入/輸出端口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、串行設(shè)備輸入輸出、通用異步串行接口、低電壓監(jiān)測(cè)和復(fù)位等部分，并且內(nèi)置在線仿真電路ICE接口，較高的處理速度使其能夠快速的處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。</p><p>　　2.2.4 引腳排列</p><p>　　SPCE061A有兩種封裝片，排列如下圖2.2所示，第一種為80個(gè)引腳，LQFP80封裝，第二種為84個(gè)引

37、腳，PLCC84封裝形式。</p><p>　?。╝）LQFP80封裝</p><p>　?。╞）PLCC84封裝</p><p>　　圖2.2 SPCE061A的兩種封裝排列圖</p><p>　　2.3 SPCE061A最小系統(tǒng) </p><p>　　最小系統(tǒng)接線如下圖2.3所示，在OSC0、OSC1端接上晶振及諧

38、振電容，在鎖相環(huán)壓控振蕩器的阻容輸入VCP端接上相應(yīng)的電容電阻后即可工作，其它不用的電源端和地端接上0.1μF的去藕電容提高抗干擾能力。</p><p>　　圖2.3 SPCE061A最小系統(tǒng)原理圖</p><p>　　2.4 61板硬件框圖及簡(jiǎn)要說明</p><p>　　框圖如圖2.4所示，文字說明如表2.1所示。</p><p><

39、b>　　表2.1 框圖說明</b></p><p>　　圖2.4 61板硬件框圖</p><p>　　2.4.1 61板接口說明 </p><p>　　61板接口說明如下圖2.5所示。</p><p>　　圖2.5 61板接口</p><p>　　1、輸入/輸出（I/O）接口</p>

40、<p>　　61板將SPCE061A的32個(gè)I/O口全部引出：IOA0~IOA15，IOB0~IOB15，對(duì)應(yīng)的SPCE061A引腳為：A口，41～48、53、54～60；B口，5～1、81～76、68～64。而且該I/O口是可編程的，即可以設(shè)置為輸入或輸出。設(shè)置為輸入時(shí)，分為懸浮輸入或非懸浮輸入，非懸浮輸入又可以設(shè)置為上拉輸入或是下拉輸入；在5V情況下，上拉電阻為150K，下拉電阻為110K；設(shè)置為輸出時(shí)，可以選擇同相輸出或

41、者反相輸出。</p><p>　　2、音頻輸入/輸出接口</p><p>　　61板具有強(qiáng)大的語(yǔ)音處理功能，如圖2.5所示，X1是語(yǔ)音的MIC輸入端，自帶自動(dòng)增益（AGC）控制， J3是語(yǔ)音輸出接口，一個(gè)2pin的插針外接喇叭，由DAC輸出引腳21或22經(jīng)語(yǔ)音集成放大器SPY0030A放大，然后輸出，SPY0030A是凌陽(yáng)的一款芯片，功能相當(dāng)于LM386，但是比LM386音質(zhì)好，它可以工作

42、在2.4~6.0V范圍內(nèi)，最大輸出功率可達(dá)700mW（LM386必須工作在4V以上，而且功率只有100mW）。</p><p>　　3、在線調(diào)試器PROBE和EZ_PROBE接口</p><p>　　圖2.5中J4為PROBE的接口，該接口有5pin，我們就是通過它將PROBE與PC機(jī)連接起來進(jìn)行調(diào)試、仿真和下載程序的。這樣，就不需要再用仿真器和編程器了。圖2.5中的J11是EZ_PROB

43、E的接口，可以使用一根下載線用作程序的下載，一端連接PC機(jī)的25pin并口，另外一端接61板的5pin EZ_PROBE接口。 </p><p><b>　　4、電源接口</b></p><p>　　圖2.5中J10是電源接口，61板的內(nèi)核SPCE061A電壓要求為3.3V，而I/O 端口的電壓可以選擇3.3V也可以選擇5V。所以，在板子上具有兩種工作電壓：5V和3.

44、3V。對(duì)應(yīng)的引腳中15、36和7必須為3.3V, 對(duì)于I/O端口的電壓51、52、75可以為3.3V也可以是5V，這兩種電平的選擇通過跳線J5來選擇。61板的供電電源系統(tǒng)采用用戶多種選擇方式： </p><p>　　（1）5V供電：用戶可以用3節(jié)電池來供電，5V直流電壓直接通過SPY0029（相當(dāng)于一般3.3V穩(wěn)壓器）穩(wěn)壓到3.3V，為整個(gè)61板提供了5V和3.3V兩種電平的電壓。另外也可以直接外接5V的直流穩(wěn)壓

45、源供電，5V電壓再通過SPY0029穩(wěn)壓到3.3V。 </p><p>　?。?）3.3V供電：可以提供直流3.3V電壓為實(shí)驗(yàn)板進(jìn)行供電，此時(shí)整個(gè)板子有3.3V電壓，I/O端口電壓此時(shí)只有一種選擇。 </p><p>　　需要注意的是由于SPY0029A最大輸出電流為50mA，所以如果需要外接一些模組時(shí)要先考慮負(fù)載能力。 </p><p><b>　　5、

46、外部復(fù)位 </b></p><p>　　復(fù)位是對(duì)61板內(nèi)部的硬件初始化，61板本身具有上電復(fù)位功能，即通電就自動(dòng)復(fù)位，另外，還具有外部復(fù)位電路，即在引腳6上外加一個(gè)低電平就可令其復(fù)位。如圖2.5中的RESET按鍵。 </p><p>　　2.4.2 61板的檢測(cè) </p><p>　　主要測(cè)試部分：I/O口（A口作為輸入，B口作為輸出）；睡眠功能（進(jìn)入

47、睡眠狀態(tài)，綠色指示燈點(diǎn)亮）；A/D轉(zhuǎn)換輸入（B口的低7位作為模擬電壓源輸出，對(duì)應(yīng)A口的7個(gè)通道采樣轉(zhuǎn)換）；MIC輸入及語(yǔ)音輸出（同時(shí)實(shí)現(xiàn)A/D和D/A轉(zhuǎn)換功能）。 </p><p>　　61板自檢的具體操作步驟，如圖2.6所示。</p><p>　　圖2.6 61板自檢步驟</p><p>　　1、連接電源，可以連接電池盒（3節(jié)），也可以直接接5V的穩(wěn)壓源。<

48、/p><p>　　現(xiàn)象：當(dāng)電源接通時(shí)，紅色的發(fā)光二極管會(huì)點(diǎn)亮。同時(shí)會(huì)有語(yǔ)音提示：“歡迎進(jìn)入自檢模式”，此時(shí)因?yàn)檫€沒有連線，所以會(huì)聽到：“I/O測(cè)試失敗”的警告，進(jìn)行第二步的操作。</p><p>　　2、用排線分別將IOA口的低8位和IOB口的低8位相連，IOA口的高8位和IOB口的高8位相連，然后按下RESET復(fù)位鍵。</p><p>　　現(xiàn)象：當(dāng)按下RESET復(fù)位鍵

49、后，程序重新開始執(zhí)行，語(yǔ)音提示“歡迎進(jìn)入自檢模式”，當(dāng)聽到語(yǔ)音提示“I/O測(cè)試成功”后，進(jìn)行第三步操作。</p><p>　　3、按K1鍵進(jìn)行睡眠功能測(cè)試。</p><p>　　現(xiàn)象：如果測(cè)試成功，會(huì)看到綠色的發(fā)光二極管閃亮一下，并有語(yǔ)音提示“睡眠測(cè)試成功”，否則提示“睡眠測(cè)試失敗”，然后進(jìn)行第四步操作。</p><p>　　4、按下K2鍵進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的測(cè)試。&l

50、t;/p><p>　　現(xiàn)象：語(yǔ)音提示：“A/D測(cè)試成功”，否則提示“A/D測(cè)試失敗”，進(jìn)入最后一步操作。</p><p>　　5、拔掉第一步測(cè)試時(shí)的排線，并按下K3鍵測(cè)試MIC輸入及D/A轉(zhuǎn)換輸出是否正常，如果在按下K3鍵后，喇叭發(fā)出嘯叫聲，用手按在MIC上可消除嘯叫聲。</p><p>　　現(xiàn)象：可以在MIC上輕輕的拍幾下，同時(shí)聽是否有聲音輸出，如果有，則說明MIC輸

51、入和D/A轉(zhuǎn)換輸出部分正常。 </p><p>　　以上操作，只有當(dāng)I/O測(cè)試成功后，按鍵才會(huì)有效。 </p><p>　　實(shí)體61板如圖2.7所示。</p><p>　　圖2.7 61板實(shí)物圖</p><p>　　2.5 系統(tǒng)總體方案 </p><p>　　采用SPCE061A實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制小車方案，由于SPCE061

52、A內(nèi)部具有語(yǔ)音識(shí)別和語(yǔ)音播放功能，所以只需要擴(kuò)展基本的MIC和語(yǔ)音功放即可，該方案結(jié)構(gòu)如圖2.8所示。</p><p>　　圖2.8 基于SPCE061A的語(yǔ)音控制小車實(shí)現(xiàn)方案</p><p>　　2.5.1 系統(tǒng)硬件方案 </p><p>　　系統(tǒng)組成主要包括以下兩部分：SPCE061A精簡(jiǎn)開發(fā)板、語(yǔ)音小車控制電路板。 </p><p>

53、　　圖中的語(yǔ)音輸入部分MIC_ IN、按鍵輸入KEY、聲音輸出部分的功率放大環(huán)節(jié)等已經(jīng)做到了精簡(jiǎn)的61開發(fā)板上，為我們使用提供了很大的方便。在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方面，采用L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊及全橋驅(qū)動(dòng)技術(shù)，利用四個(gè)I/O端口分為兩組分別實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電機(jī)的正傳、反轉(zhuǎn)和停三態(tài)運(yùn)行。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2.9所示，硬件模塊連接圖如圖2.10所示。</p><p>　　圖2.9 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　

54、　圖2.10 硬件模塊連線圖</p><p>　　2.5.2 系統(tǒng)控制方案 </p><p>　　小車的運(yùn)動(dòng)控制采用語(yǔ)音控制和中斷定時(shí)控制相結(jié)合，通過語(yǔ)音觸發(fā)小車動(dòng)作，在每一次動(dòng)作觸發(fā)的同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器，如果小車由于某些原因不能正常的接收語(yǔ)音指令，則只要定時(shí)時(shí)間到，中斷服務(wù)程序會(huì)發(fā)出指令讓小車停下來。 </p><p>　　2.6 車體部分介紹</p>

55、<p>　　系統(tǒng)的硬件方面，由于大部分的功能實(shí)現(xiàn)都是在61板上完成的，只有電機(jī)控制部分電路另外設(shè)計(jì)在一塊獨(dú)立的電路板上，我們稱之為控制板。下面介紹小車的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理以及控制電路板的結(jié)構(gòu)和功能實(shí)現(xiàn)。 </p><p>　　語(yǔ)音控制小車為三輪結(jié)構(gòu)，雙前輪單后輪配置。其中前面兩個(gè)車輪由雙電機(jī)控制，為小車提供動(dòng)力，直行或左右單邊啟動(dòng)來控制小車的前進(jìn)、后退及轉(zhuǎn)彎，在任何情況下雙前輪始終保持中間位置。后面單個(gè)車

56、輪為萬(wàn)向輪，可360度旋轉(zhuǎn)，目的是為整個(gè)小車提供平衡。所以又稱前面的輪子為驅(qū)動(dòng)輪，后面的輪子為方向輪。</p><p>　　2.7 小車的行走原理 </p><p>　　前進(jìn)：根據(jù)小車的整體結(jié)構(gòu)，在任何情況下，前輪始終保持中間狀態(tài)，此時(shí)雙電機(jī)正轉(zhuǎn)同時(shí)啟動(dòng)，即可完成前進(jìn)動(dòng)作。 </p><p>　　后退：后退動(dòng)作與前進(jìn)動(dòng)作正好相反，前輪仍然保持中間狀態(tài)，此時(shí)雙電機(jī)倒轉(zhuǎn)

57、同時(shí)啟動(dòng)，即可完成后退動(dòng)作。</p><p>　　左轉(zhuǎn)：左邊電機(jī)不轉(zhuǎn)，右邊電機(jī)正轉(zhuǎn)，即可完成左轉(zhuǎn)動(dòng)作。</p><p>　　右轉(zhuǎn)：右邊電機(jī)不轉(zhuǎn)，左邊電機(jī)正轉(zhuǎn)，即可完成右轉(zhuǎn)動(dòng)作。</p><p>　　2.8 控制板原理圖 </p><p>　　控制板主要包括：接口電路、電源電路和兩路電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，控制板原理圖如圖2.11所示。 </p&

58、gt;<p>　　接口電路：接口電路負(fù)責(zé)將61板的I/O接口信號(hào)傳送給控制電路板，I/O信號(hào)主要為控制電機(jī)需要的IOB8~IOB11這四路信號(hào)，同時(shí)為了方便后續(xù)的開發(fā)和完善，預(yù)留了IOB12~IOB15以及IOA8~IOA15接口可以在這些接口上添加一些傳感器。 </p><p>　　電源部分：整個(gè)小車有4個(gè)電源信號(hào)：電池電源，控制板工作電源，61板工作電源，61板的I/O輸出電源。系統(tǒng)供電由電池提

59、供，控制板直接采用電池供電（VCC），然后經(jīng)二極管D1后產(chǎn)生61板電源（VCC_61），通過61板的Vio 跳線產(chǎn)生61板的端口電源（V1）。</p><p>　　二極管D1的作用：4節(jié)電池提供的電壓VCC 最大可達(dá)到6V，D1可有效地降壓，于此同時(shí)可以防止電源接反燒壞61 板。</p><p>　　圖2.11 控制板原理圖</p><p>　　2.9 全橋驅(qū)動(dòng)原理

60、 </p><p>　　全橋驅(qū)動(dòng)又稱H橋驅(qū)動(dòng)，H橋工作原理：H橋一共有四個(gè)臂，分別為B1~B4，每個(gè)臂由一個(gè)開關(guān)控制，示例中為三極管Q1~Q4。 如果讓Q1、Q2導(dǎo)通Q3、Q4關(guān)斷，如圖2.12（a）所示，此時(shí)電流將會(huì)流經(jīng)Q1、負(fù)載、Q2組成的回路，電機(jī)正轉(zhuǎn)。如果讓Q1、Q2關(guān)斷Q3、Q4導(dǎo)通，如圖2.12（b）所示，此時(shí)電流將會(huì)流經(jīng)Q3、負(fù)載、Q4組成的回路，電機(jī)反轉(zhuǎn)。如果讓Q1、Q2關(guān)斷Q3、Q4也關(guān)斷，負(fù)載

61、Load兩端懸空，如圖2.13（a）所示，此時(shí)電機(jī)停轉(zhuǎn)。這樣就實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止三態(tài)控制。 如果讓Q1、Q2導(dǎo)通Q3、Q4也導(dǎo)通，如圖2.13（b）所示，那么電流將會(huì)流經(jīng)Q1、Q4組成的回路以及Q2和Q3組成的回路，這時(shí)橋臂上會(huì)出現(xiàn)很大的短路電流。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意避免出現(xiàn)橋臂短路的情況，因?yàn)檫@會(huì)給電路帶來很大的危害，嚴(yán)重的會(huì)燒毀電路。</p><p>　　（a）

62、 （b）</p><p>　　圖2.12 全橋驅(qū)動(dòng)原理1</p><p>　?。╝） （b）</p><p>　　圖2.13 全橋驅(qū)動(dòng)原理2</p><p>　　2.9.1 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)電路 </p>&

63、lt;p>　　動(dòng)力來源由兩前輪實(shí)現(xiàn)，為小車的行動(dòng)提供動(dòng)力。如圖2.14所示，驅(qū)動(dòng)電路是一個(gè)全橋驅(qū)動(dòng)電路，Q1、Q2、Q3、Q4四個(gè)三極管組成四個(gè)橋臂，Q1和Q4組成一組，Q2和Q3組成一組，Q5控制Q2、Q3的導(dǎo)通與斷開，Q6控制Q1和Q4的導(dǎo)通與斷開，并且Q5、Q6由IOB9和IOB8控制，這樣就可以通過IOB8和IOB9控制四個(gè)橋臂的導(dǎo)通與斷開，從而控制兩個(gè)電機(jī)輪的運(yùn)行狀態(tài)，使之正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或停轉(zhuǎn)，進(jìn)而控制小車的行動(dòng)狀態(tài)。 &l

64、t;/p><p>　　圖2.14 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　當(dāng)IOB8為高電平、IOB9為低電平時(shí)Q1和Q4導(dǎo)通，Q2和Q3截止，電機(jī)正轉(zhuǎn)，小車前進(jìn)；反之當(dāng)IOB8為低電平、IOB9為高電平時(shí)Q1和Q4截止，Q2和Q3導(dǎo)通，電機(jī)反轉(zhuǎn)，小車后退；而當(dāng)IOB8、IOB9同為低電平時(shí)Q1、Q2、Q3和Q4都截止，電機(jī)停轉(zhuǎn)，小車停止運(yùn)動(dòng)。 </p><p>　　注意：I

65、OB8、IOB9不能同時(shí)為高電平，這樣會(huì)造成驅(qū)動(dòng)全橋短路現(xiàn)象。</p><p>　　2.9.2 方向控制電路 </p><p>　　方向控制由兩前輪實(shí)現(xiàn)，包括左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)。方向控制電路也是一個(gè)全橋驅(qū)動(dòng)電路，如圖2.15所示，Q7、Q8、Q9、Q10四個(gè)三極管組成四個(gè)橋臂，Q7和Q10組成一組，Q8和Q9組成一組，Q11控制Q8、Q9的導(dǎo)通與斷開，Q12控制Q7和Q10的導(dǎo)通與斷開，并且Q1

66、1、Q12由IOB10和IOB11控制，這樣就可以通過IOB10和IOB11控制單個(gè)前輪電機(jī)，進(jìn)而控制小車的左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)。 </p><p>　　圖2.15 方向控制電路</p><p>　　當(dāng)IOB10為高電平、IOB11為低電平時(shí)Q8和Q9導(dǎo)通，Q7和Q10截止，前輪右電機(jī)正轉(zhuǎn)，小車向左偏轉(zhuǎn)；反之當(dāng)IOB10為低電平、IOB11為高電平時(shí)Q8和Q9截止，Q7和Q10導(dǎo)通，前輪左電機(jī)正轉(zhuǎn)，

67、小車向右偏轉(zhuǎn)；而當(dāng)IOB10、IOB11同為低電平時(shí)Q8和Q9截止，Q7和Q10也截止，兩個(gè)電機(jī)停轉(zhuǎn)，保持停止。 </p><p>　　注意：IOB10、IOB11不能同時(shí)為高電平，這樣會(huì)造成驅(qū)動(dòng)全橋短路現(xiàn)象。 </p><p>　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)板如圖2.16所示，雙電機(jī)及電池盒如圖2.17所示：</p><p>　　圖2.16 電機(jī)驅(qū)動(dòng)板</p><

68、;p>　　圖2.17 小車雙電機(jī)及電池盒</p><p>　　3 語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)</p><p>　　嵌入式語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)都采用了模式匹配的原理。從圖3.1中可以看出語(yǔ)音識(shí)別一般分為兩個(gè)步驟。第一步是系統(tǒng)“學(xué)習(xí)”或“訓(xùn)練”階段。這一階段的任務(wù)是建立識(shí)別基本單元的聲學(xué)模型以及進(jìn)行文法分析的語(yǔ)言模型，即構(gòu)建參考模式

69、庫(kù)。第二是“識(shí)別”或“測(cè)試”階段。根據(jù)識(shí)別系統(tǒng)的類型選擇能夠滿足要求的一種識(shí)別方法，采用語(yǔ)音分析方法分析出這種識(shí)別方法所需要的語(yǔ)音特征參數(shù)，按照一定的準(zhǔn)則和測(cè)度與參考模式庫(kù)中的模型進(jìn)行比較，通過判決得出結(jié)果。</p><p>　　圖3.1 語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理</p><p>　　3.2 語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的硬件組成</p><p>　　嵌入式語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)硬件框圖如圖3

70、.2所示。在硬件系統(tǒng)中，前端濾波是為了消除干擾和可能造成混淆的成分。由于語(yǔ)音信號(hào)是較弱的信號(hào)，因此，要對(duì)輸入的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行放大，為了使語(yǔ)音信號(hào)的放大值控制在一定的范圍內(nèi)，在硬件中設(shè)有自動(dòng)增益控制AGC，而AID和D/A是進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字化轉(zhuǎn)換和語(yǔ)音播放不可缺少的部分，功放用于驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器進(jìn)行語(yǔ)音的播放。RAM用于存儲(chǔ)提取的語(yǔ)音特征參數(shù)，而語(yǔ)音提示部分可固化在ROM中或存儲(chǔ)在Flash內(nèi)，語(yǔ)音識(shí)別程序也被存儲(chǔ)在ROM或Flash中?？刂茖?duì)象

71、是根據(jù)此系統(tǒng)所應(yīng)用的領(lǐng)域不同而有所區(qū)別。在設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)對(duì)控制對(duì)象的不同，還要考慮相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路。</p><p>　　圖3.2 嵌入式語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)硬件框圖</p><p>　　如果構(gòu)成的識(shí)別系統(tǒng)采用嵌入式的方式話，就需要一個(gè)完整的集成電路微型處理芯片來構(gòu)成，把在PC系統(tǒng)中外部設(shè)備都集中到一塊芯片上，還有要將軟件系統(tǒng)也集中在一起。</p><p>　　3.3 語(yǔ)音信號(hào)

72、的預(yù)處理</p><p>　　所謂語(yǔ)音信號(hào)的預(yù)處理就是信號(hào)還未進(jìn)入到微型控制器中，對(duì)來自麥克風(fēng)轉(zhuǎn)換與放大電路中的音頻信號(hào)采取預(yù)先的處理，這是整個(gè)識(shí)別系統(tǒng)處理電路的基礎(chǔ)，在預(yù)處理中，電路設(shè)計(jì)的好不好，選擇的處理方法是否正確，都關(guān)系到整個(gè)電動(dòng)小車控制工程的質(zhì)量。語(yǔ)音信號(hào)的預(yù)處理有采樣和噪音去除、端點(diǎn)檢測(cè)、預(yù)加重技術(shù)以及加窗和分幀處理。</p><p>　　3.4 特征參數(shù)提取</p>

73、;<p>　　語(yǔ)音信號(hào)完成分幀處理和端點(diǎn)檢測(cè)后，下一步就是特征參數(shù)的提取。電路的識(shí)別過程中，不可能按照語(yǔ)音信號(hào)的原始形狀來進(jìn)行，要通過想要的變換才能讓系統(tǒng)能夠正常的進(jìn)行辨識(shí)，我們?cè)谧儞Q的時(shí)候必須盡可能的反映出信號(hào)的原貌，也就是要能反應(yīng)說話人的真實(shí)的情景，聲音變化的頻率、聲音的強(qiáng)弱以及聲音所反映出的節(jié)奏，如果能夠表現(xiàn)說話人原本的說話背景，那就是最好的參數(shù)特性。</p><p>　　語(yǔ)音特征參數(shù)可以是能

74、量、基本頻率、共振峰值等語(yǔ)音參數(shù)，目前在語(yǔ)音識(shí)別中較為常用的特征參數(shù)為線性預(yù)測(cè)倒譜系數(shù)（LPCC）與Mel倒譜系數(shù)（MFCC）。二者都是將語(yǔ)音從時(shí)域變換到譜域上，前者從人的發(fā)聲模型角度出發(fā)，利用線性預(yù)測(cè)編碼技術(shù)求倒譜系數(shù)，后者則構(gòu)造人的聽覺模型，以語(yǔ)音通過該模型（濾波器組）的輸出為聲學(xué)特征，直接通過離散傅里葉變換（DFT）進(jìn)行變換。</p><p>　　3.5 矢量量化技術(shù)</p><p>

75、;　　由于每個(gè)識(shí)別詞條提取的線性倒譜系數(shù)的數(shù)據(jù)很大，不能直接用于建立隱馬爾可夫模型，所以要進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)壓縮，因此采用矢量量化技術(shù)進(jìn)行壓縮，即將語(yǔ)音信息每一幀的特征參數(shù)構(gòu)成10維空間中的一個(gè)矢量量化器，然后進(jìn)行矢量量化。</p><p>　　3.6 模板訓(xùn)練方法及匹配方法</p><p>　　語(yǔ)音識(shí)別過程就是一個(gè)模板匹配的過程，模板訓(xùn)練的好壞直接關(guān)系到語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別率的高低。為了得到一個(gè)

76、良好的模板，往往需要有大量的原始語(yǔ)音數(shù)據(jù)來訓(xùn)練這個(gè)語(yǔ)音模型，特別是對(duì)于非特定人的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)來說。模板訓(xùn)練是按照一定的準(zhǔn)則，從大量已知模型中獲取表征該模式本質(zhì)特征的模板參數(shù)，這些方法有偶然性訓(xùn)練法、魯棒性訓(xùn)練法和聚類訓(xùn)練法。模板匹配方法有隱馬爾科夫模型、動(dòng)態(tài)時(shí)間歸整和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。目前在語(yǔ)音識(shí)別領(lǐng)域中，最典型的方法就是采用隱馬爾可夫模型方法，先進(jìn)行大量的訓(xùn)練形成模型，然后采用一定的搜索算法進(jìn)行識(shí)別，采用隱馬爾可夫模型HMM的Bam-We

77、lch算法對(duì)HMM進(jìn)行訓(xùn)練，采用前后向算法和Vterbi算法進(jìn)行識(shí)別。而DTW是較早的一種模式匹配和模型訓(xùn)練技術(shù)，它應(yīng)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法成功解決了語(yǔ)音信號(hào)特征參數(shù)序列比較時(shí)經(jīng)常不等的難題，在孤立詞語(yǔ)音識(shí)別中獲得了良好的性能?；趧?dòng)態(tài)時(shí)間歸整匹配的DTW算法從目前來看，可能是一個(gè)最為小巧的語(yǔ)音識(shí)別算法，系統(tǒng)開銷小，識(shí)別速度快，在小詞匯量的語(yǔ)音命令控制系統(tǒng)中是一個(gè)非常有效的算法。但是近年來，美國(guó)等先進(jìn)國(guó)家又相繼投入巨額資金，制定出研究計(jì)劃，開展

78、對(duì)腦功能和新型智能計(jì)算</p><p>　　3.7 系統(tǒng)軟件總體程序流程 </p><p>　　系統(tǒng)的總體程序流程如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 系統(tǒng)總體流程圖</p><p>　　共分為四大部分：初始化部分、訓(xùn)練部分、識(shí)別部分、重訓(xùn)操作。 </p><p>　　初始化部分：初始化操作將 IOB8~I

79、OB11設(shè)置為輸出端，用以控制電機(jī)，必要時(shí)還要有對(duì)應(yīng)的輸入端設(shè)置和PWM 端口設(shè)置等。 </p><p>　　訓(xùn)練部分：訓(xùn)練部分完成的工作就是建立語(yǔ)音模型。程序一開始判斷小車是否被訓(xùn)練過，如果沒有訓(xùn)練過則要求對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練，并且會(huì)在訓(xùn)練成功之后將訓(xùn)練的模型存儲(chǔ)到Flash，在以后使用時(shí)不需要再次重新訓(xùn)練。</p><p>　　重新訓(xùn)練：如果已經(jīng)訓(xùn)練過會(huì)把存儲(chǔ)在Flash中的模型調(diào)出來裝載到辨

80、識(shí)器中。 </p><p>　　識(shí)別部分：在識(shí)別環(huán)節(jié)當(dāng)中，如果辨識(shí)結(jié)果是名字，則為待命狀態(tài)，然后等待動(dòng)作命令。如果辨識(shí)結(jié)果為動(dòng)作指令，小車會(huì)語(yǔ)音告知相應(yīng)動(dòng)作并執(zhí)行該動(dòng)作。</p><p>　　重訓(xùn)操作：考慮到有重新訓(xùn)練的需求，設(shè)置了重新訓(xùn)練的按鍵（61板的KEY3按鍵），循環(huán)掃描該按鍵，一旦檢測(cè)到此鍵按下，則將擦除訓(xùn)練標(biāo)志位（0xe000單元），并等待復(fù)位。復(fù)位后，程序重新執(zhí)行，當(dāng)檢測(cè)到訓(xùn)

81、練標(biāo)志位為0xffff時(shí)會(huì)要求重新對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練。</p><p>　　3.8 語(yǔ)音識(shí)別的層次結(jié)構(gòu)及流程</p><p>　　根據(jù)語(yǔ)音信號(hào)的特點(diǎn)，對(duì)語(yǔ)音通信系統(tǒng)的處理，首先要進(jìn)行分層次處理，再分別對(duì)每個(gè)層進(jìn)行具體的操作處理，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音系統(tǒng)的模擬和識(shí)別。人類語(yǔ)音的通信過程揭示了人類產(chǎn)生語(yǔ)音理解的過程，如圖3.4所示，由此可推，我們可按照通信系統(tǒng)中的分層概念，利用這種處理方式來設(shè)計(jì)出相應(yīng)的語(yǔ)

82、音系統(tǒng)。</p><p>　　圖3.4 人類語(yǔ)音的通信過程</p><p>　　語(yǔ)音識(shí)別的具體流程如圖3.5所示。</p><p>　　圖3.5 語(yǔ)音識(shí)別流程說明框圖</p><p>　　3.8.1 訓(xùn)練子程序</p><p>　　當(dāng)程序檢測(cè)到訓(xùn)練標(biāo)志位BS_Flag的內(nèi)容為0xffff，就會(huì)要求操作者對(duì)它進(jìn)行訓(xùn)練操

83、作，訓(xùn)練操作的過程如圖3.6所示：訓(xùn)練采用兩次訓(xùn)練獲取結(jié)果的方式，以訓(xùn)練名字為例，小車首先會(huì)提示：給我取個(gè)名字吧，這時(shí)你可以告訴它一個(gè)名字（比如小車 ），然后它會(huì)提示：請(qǐng)?jiān)僬f一遍，這時(shí)再次告訴它名字（小車），如果兩次的聲音差別不大，小車就能夠成功的建立模型，名稱訓(xùn)練成功；如果沒能夠成功的建立模型，小車會(huì)告知失敗的原因并要求重新訓(xùn)練。成功訓(xùn)練名稱后會(huì)給出下一條待訓(xùn)練指令提示音。依次訓(xùn)練小車的名稱—前進(jìn)指令—倒車指令—左轉(zhuǎn)指令—右轉(zhuǎn)指令，全

84、部訓(xùn)練成功子程序返回，訓(xùn)練結(jié)束。</p><p>　　圖3.6 訓(xùn)練流程圖</p><p>　　下面是訓(xùn)練部分的子程序，在訓(xùn)練時(shí)如果訓(xùn)練不成功TrainWord()返回值不為0，要求重復(fù)訓(xùn)練，只有當(dāng)訓(xùn)練成功，TrainWord()返回0，進(jìn)行下一條指令訓(xùn)練。 </p><p>　　3.8.2 語(yǔ)音識(shí)別子程序</p><p>　　語(yǔ)音識(shí)別流程

85、如圖3.7所示：首先獲取辨識(shí)器的辨識(shí)結(jié)果，判斷是否有語(yǔ)音觸發(fā)，如果有語(yǔ)音觸發(fā)則會(huì)返回識(shí)別結(jié)果的ID號(hào)，ID號(hào)對(duì)應(yīng)名稱或者對(duì)應(yīng)不同的動(dòng)作。如果ID號(hào)為名稱，則不運(yùn)動(dòng)，處于待命狀態(tài)，等待下一次的指令觸發(fā)；如果ID號(hào)為動(dòng)作，則語(yǔ)音告知將要執(zhí)行的動(dòng)作，并執(zhí)行該動(dòng)作。</p><p>　　圖3.7 語(yǔ)音識(shí)別部分流程圖</p><p>　　3.8.3 動(dòng)作子程序</p><p&g

86、t;　　動(dòng)作子程序包括：前進(jìn)、倒車、左拐、右拐、停車子程序。 </p><p><b>　　前進(jìn)：</b></p><p><b>　　倒車：</b></p><p><b>　　左轉(zhuǎn)：</b></p><p><b>　　右轉(zhuǎn)：</b></p>

87、;<p>　　3.8.4 中斷子程序 </p><p>　　雖然已經(jīng)有了前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)等語(yǔ)音控制指令，但是考慮環(huán)境的干擾因素，小車運(yùn)行時(shí)的噪音影響和有效距離的限制，小車運(yùn)行后可能接收不到語(yǔ)音指令而一直運(yùn)行。為了防止出現(xiàn)這種情況，加入了時(shí)間控制，在啟動(dòng)小車運(yùn)行的同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器，定時(shí)器時(shí)間到停止小車的運(yùn)行，該定時(shí)器借助于2Hz 定時(shí)中斷完成，圖3.8所示為該程序的流程圖?？梢栽诔绦蛑行薷膗iT

88、imeset 參數(shù)來控制運(yùn)行時(shí)間，當(dāng)uiTimeset=2 時(shí)，運(yùn)行時(shí)間為 1s，以此類推。</p><p>　　圖3.8 2Hz定時(shí)中斷子函數(shù)</p><p>　　3.8.5 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境IDE及ISP工具</p><p>　　語(yǔ)音控制板配有單片機(jī)開發(fā)環(huán)境IDE。此工具在Windows環(huán)境下操作，支持標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言，集編譯、編程、鏈接、調(diào)試和仿真于一體，應(yīng)

89、用方便簡(jiǎn)單易學(xué)。同時(shí)還提供大量的編程函數(shù)庫(kù)，大大加快了軟件開發(fā)的進(jìn)程。集成開發(fā)環(huán)境IDE具有友好的交互界面、下拉菜單、快捷鍵和快速訪問命令列表等，使編程、調(diào)試工作方便且高效。此外，它的軟件仿真功能可以在不連接仿真板的情況下模擬硬件的各項(xiàng)功能來調(diào)試程序。目前SPCE061A開發(fā)板（簡(jiǎn)稱61板）提供并口和USB口兩種下載代碼的方式，但是目前的新型計(jì)算機(jī)可能沒有并口，大多數(shù)的筆記本電腦更是只有USB接口，雖然可以利用凌陽(yáng)科技大學(xué)計(jì)劃提供的US

90、B-Probe進(jìn)行調(diào)試，但價(jià)格較貴，這給廣大愛好者下載程序帶來了許多不便，為此凌陽(yáng)科技大學(xué)計(jì)劃推出了61板的ISP下載解決方案。要實(shí)現(xiàn)61板的ISP方式下載代碼，需要軟件和硬件兩方面的支持。軟件部分是需要將 ISP引導(dǎo)代碼寫入到61板的Flash中，該過程只需要進(jìn)行一次，以后再使用ISP方式對(duì) 61板下載代碼時(shí)就可以跳過此步驟；硬件部分主要是做計(jì)算機(jī)與61板的接口，連接完成后使用PC端工具便可實(shí)現(xiàn)ISP方式下載，此時(shí)只需</p&g

91、t;<p>　　圖3.9 USB轉(zhuǎn)接器</p><p>　　3.9 程序中需要說明的問題 </p><p>　　在程序中有幾個(gè)地方不易理解，需要特別說明一下： </p><p>　　1、小車有沒有被訓(xùn)練過是怎么知道的？ </p><p>　　在這里利用了一個(gè)特殊的Flash單元，語(yǔ)音模型存儲(chǔ)區(qū)首單元（該示例程序中為0xe000單

92、元）。當(dāng)Flash在初始化以后，或者在擦除后為0xffff，在成功訓(xùn)練并存儲(chǔ)后為0x0055（該值由辨識(shí)器自動(dòng)生成）。這樣就可以根據(jù)這個(gè)單元的值來判斷是否經(jīng)過訓(xùn)練。 </p><p>　　2、為什么已經(jīng)訓(xùn)練過的系統(tǒng)在重新運(yùn)行時(shí)還要進(jìn)行模型裝載？ </p><p>　　在首次訓(xùn)練完成之后，辨識(shí)器中保存著訓(xùn)練的模型，但是系統(tǒng)一旦復(fù)位辨識(shí)器中的模型就會(huì)丟失，所以在重新運(yùn)行時(shí)必須把存儲(chǔ)在Flash

93、中的語(yǔ)音模型裝載到辨識(shí)器（RAM）中去。</p><p>　　4 智能語(yǔ)音小車的測(cè)試</p><p><b>　　4.1 連接硬件 </b></p><p>　　采用普通61板（排針在61板正面）控制板的J5焊接10PIN排針，用10PIN排線將61板的J7（IOBH）與控制板的J5連接，連接時(shí)注意方向。最后把喇叭接好，小車的硬件連接就完成了

94、。此處我已將小車揚(yáng)聲器固定在車體上，如圖4.1所示：</p><p>　　圖4.1 小車揚(yáng)聲器</p><p><b>　　4.2 代碼下載</b></p><p>　　硬件連接完成之后，檢查無誤，接下來就可以下載程序了。具體的步驟為： </p><p>　　1、打開集成開發(fā)環(huán)境，打開“Car_Demo.spj”文件，編

95、譯鏈接，如果看不到Car_Demo.spj，請(qǐng)?jiān)趶棾龅膶?duì)話框中選擇打開類型為spj或者所有文件。</p><p>　　2、點(diǎn)擊菜單Project－>Select Body，或者直接點(diǎn)擊圖標(biāo)打開如圖4.2所示的對(duì)話框： </p><p>　　圖4.2 Select Body</p><p>　　3、在彈出的對(duì)話框中選擇Body Name為SPCE060A_061

96、A，選擇Probe為Auto，點(diǎn)擊OK按鈕確定。</p><p>　　4、點(diǎn)擊IDE工具欄上的圖標(biāo)，選擇Use ICE模式。</p><p><b>　　4.3 訓(xùn)練小車 </b></p><p>　　成功下載程序以后，去掉下載線并復(fù)位系統(tǒng)（如果使用EZ-Probe還應(yīng)將Probe選擇跳線S5拔去），小車就會(huì)提示對(duì)它進(jìn)行訓(xùn)練。訓(xùn)練采用應(yīng)答式訓(xùn)練

97、，每條指令的訓(xùn)練次數(shù)為兩次，每一條命令的訓(xùn)練過程都是一樣的，以“前進(jìn)”為例：</p><p>　　步驟一：小車提示“前進(jìn)”； </p><p>　　步驟二：告訴小車“前進(jìn)”； </p><p>　　步驟三：小車提示“請(qǐng)?jiān)僬f一遍”（重復(fù)訓(xùn)練提示音）； </p><p>　　步驟四：再次告訴小車“前進(jìn)”（重復(fù)訓(xùn)練一次）。 </p>

98、<p>　　這是一個(gè)完整的訓(xùn)練過程，如果訓(xùn)練成功，小車會(huì)自動(dòng)進(jìn)入下一條指令的訓(xùn)練，并會(huì)提示下一條指令對(duì)應(yīng)的動(dòng)作；如果沒有訓(xùn)練成功，小車會(huì)提示“說什么暗語(yǔ)呀”或者“沒有聽到任何聲音”等信息，這樣的話就要重復(fù)剛才所說的四個(gè)步驟，直到成功為止。 </p><p>　　整個(gè)的訓(xùn)練過程共有5次這樣的訓(xùn)練，依次為：名稱——前進(jìn)——后退——左拐——右拐。整個(gè)的訓(xùn)練流程如圖4.3所示。</p><p

99、><b>　　圖4.3 主流程圖</b></p><p><b>　　4.4 聲控小車 </b></p><p>　　訓(xùn)練完小車之后，可以直接對(duì)小車說前進(jìn)、倒車、左拐、右拐等，小車如果識(shí)別出指令會(huì)有一個(gè)回應(yīng)信號(hào)，告知你它要執(zhí)行的動(dòng)作，然后執(zhí)行該動(dòng)作。如果想要小車執(zhí)行其它動(dòng)作，直接告訴小車將要執(zhí)行動(dòng)作對(duì)應(yīng)的指令即可。</p>&

100、lt;p><b>　　4.5 重新訓(xùn)練 </b></p><p>　　在實(shí)際的使用過程當(dāng)中，可能會(huì)對(duì)訓(xùn)練的結(jié)果不滿意，或者其他人也想對(duì)它進(jìn)行訓(xùn)練、控制。這樣就要求小車可以被重新訓(xùn)練。為此，我把61板的KEY3鍵定義為重新訓(xùn)練按鈕，系統(tǒng)運(yùn)行之后就會(huì)不斷的掃描61板的KEY3鍵。如果檢測(cè)到KEY3鍵按下，那么程序首先會(huì)把訓(xùn)練標(biāo)志位（0xe000）單元擦除，并會(huì)進(jìn)入一個(gè)死循環(huán)等待復(fù)位的到來。

101、復(fù)位到來之后，程序檢測(cè)到訓(xùn)練標(biāo)志單元內(nèi)容為0xffff，認(rèn)為小車沒有經(jīng)過訓(xùn)練，就會(huì)要求對(duì)它進(jìn)行訓(xùn)練。 小車整體實(shí)物圖如圖4.4所示：</p><p>　　圖4.4 小車整體實(shí)物圖</p><p>　　處于運(yùn)行狀態(tài)下的小車會(huì)有紅色指示燈亮起。</p><p>　　4.6 語(yǔ)音識(shí)別測(cè)試結(jié)果</p><p>　　語(yǔ)音小車訓(xùn)練后的識(shí)別測(cè)試結(jié)果如表4.

102、1所示（×代表失敗，√代表成功）。</p><p>　　表4.1 識(shí)別測(cè)試結(jié)果</p><p>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在安靜且命令者發(fā)音清晰的情況下，語(yǔ)音識(shí)別成功率達(dá)到了70%，在嘈雜的環(huán)境下結(jié)果較為不理想。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)綜合應(yīng)用了SPCE061A豐富的軟硬件

103、資源，成功的實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音控制功能。下面簡(jiǎn)單的介紹一下實(shí)際應(yīng)用中的一些資源優(yōu)勢(shì)。在硬件方面，較高的執(zhí)行速度、內(nèi)置的硬件乘法器、ADC和DAC功能、內(nèi)置的AGC自動(dòng)增益環(huán)節(jié)，這些為語(yǔ)音處理提供了強(qiáng)大基礎(chǔ)。在軟件方面，標(biāo)準(zhǔn)的C語(yǔ)言編程和豐富的語(yǔ)音資源函數(shù)為編程提供了很大的方便。該設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，以單芯片實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音播放與識(shí)別以及電機(jī)控制功能，相當(dāng)于“語(yǔ)音識(shí)別芯片+普通單片機(jī)”的功能。但是比“語(yǔ)音識(shí)別芯片+普通單片機(jī)”方案實(shí)現(xiàn)起來要簡(jiǎn)單很多，工作

104、量減少，并且對(duì)于專用語(yǔ)音識(shí)別芯片，成本也會(huì)降低很多，適合生活日常使用。該語(yǔ)音控制小車操作比較簡(jiǎn)單，使用方便，并且訓(xùn)練和識(shí)別成功的幾率也比較高，是一個(gè)典型的語(yǔ)音識(shí)別方案。語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)正在各個(gè)領(lǐng)域高速發(fā)展，大量的語(yǔ)音設(shè)備進(jìn)入了我們的生活與學(xué)習(xí)之中：</p><p>　　無論如何發(fā)展，片上時(shí)代已然到來，未來應(yīng)當(dāng)投入大量人力物力開展此方面的工作，微型嵌入式的產(chǎn)品會(huì)在未來成為最具價(jià)值的產(chǎn)品。</p><

105、p>　　在語(yǔ)音識(shí)別小車設(shè)計(jì)中，語(yǔ)音識(shí)別芯片的選擇是非常重要的，它決定著課題是否能夠順利得完成，因此選擇了大眾化、價(jià)格親民的SPCE061A，易于獲取，成本低，且各方面均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，外圍電路要根據(jù)系統(tǒng)性能和需求設(shè)計(jì)供電電路，并且要優(yōu)化電路提升穩(wěn)定性，驅(qū)動(dòng)電路功率大小選定很重要，動(dòng)力不足效果不佳。另外在焊接的時(shí)候應(yīng)當(dāng)注意時(shí)間，避免產(chǎn)生參數(shù)變化。</p><p>　　在IDE開發(fā)環(huán)境可以進(jìn)行仿真和相應(yīng)的測(cè)試工

106、作，需要實(shí)際使用時(shí)即用PC將其燒錄到主控模塊電路系統(tǒng)中即可。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李晶皎.嵌入式語(yǔ)音技術(shù)及凌陽(yáng)16位單片機(jī)應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003:6-8.</p><p>　　[2] 羅亞菲.凌陽(yáng)16位單片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，200

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109、;　　[8] 范立南.基于SPCE061A單片機(jī)的音控智能機(jī)器人小車設(shè)計(jì)[J].儀器與儀表，2004，11（6）：13-14.</p><p>　　[9] 侯麗華.基于單片機(jī)控制的自動(dòng)往返電動(dòng)小汽車[J].微計(jì)算機(jī)信息，2009，20（3）：36-37.</p><p>　　[10] 郭娜娜 侯媛彬 王磊.基于凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)的音控小車的設(shè)計(jì)[N].信息化縱橫，2009（1

110、4）.</p><p>　　[11] 吳榮芳 劉冀偉.基于凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2007，17（9）：45-47.</p><p>　　[12] 袁霞 杜潛 姚麗娜 趙玲.基于凌陽(yáng)單片機(jī)SPCE061A的語(yǔ)音識(shí)別控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[N].河南機(jī)電高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2007（2）.</p><p>　　[13] 廖傳書