基于16位微控制器的小車語音控制系統(tǒng)

引言

　　SPCE061A是一款16位微控制器，其高速的處理和特殊的內(nèi)核結(jié)構(gòu)使它能夠非常快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號，同時其內(nèi)嵌32KB的FLASH ROM和2KB的SRAM能夠存儲所需的數(shù)據(jù)和程序，特別是其所提供的語音識別函數(shù)可供方便地進(jìn)行調(diào)用，不需要過多地考慮語音算法，為語音識別設(shè)計帶來了很大的方便。本文選用SPCE061A作為該系統(tǒng)的控制核心，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

　　方案論證

　　主控模塊和語音處理模塊的選擇

　　較MCS-51系列單片機(jī)而言， SPCE061A單片機(jī)內(nèi)部集成有32KB的ROM、2KB的SRAM，更能滿足軟件對空間的要求，且不需要擴(kuò)展相關(guān)存儲器。另外，該類單片機(jī)完全支持C語言，軟件編寫比較方便，語音處理模塊采用凌陽的語音壓縮算法，也用軟件來實(shí)現(xiàn)。該單片機(jī)內(nèi)部集成有A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能，方便實(shí)現(xiàn)語音錄放功能。

　　電機(jī)模塊的選擇

　　電機(jī)模塊選擇直流電機(jī)。與步進(jìn)電機(jī)相比較而言，直流電機(jī)具有轉(zhuǎn)速快、控制方便等特點(diǎn)，更能夠滿足小車較高速行駛情況的要求，如圖2所示。

　　圖2 電機(jī)控制模塊原理圖

　　測路程方案的選擇

　　本文利用紅外對管來實(shí)現(xiàn)對小車的路程測量。在小車的車輪轉(zhuǎn)軸上安裝一個不透光轉(zhuǎn)盤，在轉(zhuǎn)盤邊緣均勻地打N個孔，當(dāng)紅外發(fā)射管發(fā)射的紅外光經(jīng)小孔照射到接收管時，接收管的反向端電平將發(fā)生變化，單片機(jī)通過檢測這種電平的變化便可以自行計算出小車的運(yùn)行路程。紅外對管還具有體積較小、安裝較霍爾傳感器更方便、成本低等特點(diǎn)。

　　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　語音控制小車的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要由兩部分組成：一部分是SPCE061A精簡開發(fā)板，另外一部分是電機(jī)控制板。SPCE061A精簡開發(fā)板為系統(tǒng)主控模塊，電機(jī)控制板則驅(qū)動小車的前后兩個電機(jī)按系統(tǒng)的要求工作。

　　小車控制板主要包括接口模塊、電機(jī)控制模塊、預(yù)留傳感器接口以及電源模塊等幾部分。其中，電源模塊采用集成穩(wěn)壓芯片 L7805，在輸出端(控制板的JP11)并接了一個470μF的去耦電容和一個 0.1μF的濾波電容，增強(qiáng)了系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性和抗干擾性能。

　　電機(jī)控制模塊是整個控制板的核心部分，其根據(jù)61板的具體輸出信號啟動或停止相應(yīng)的電機(jī)，并調(diào)整電機(jī)的正反轉(zhuǎn)方向，實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、倒退等功能。后電機(jī)的控制電路包括方向控制和速度控制兩個單元，前電機(jī)的控制電路則只有方向控制單元?？刂茊卧?fù)責(zé)小車電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止三態(tài)控制。速度控制單元是擴(kuò)展單元，以適應(yīng)不同的場合需求。

　　紅外對管測小車運(yùn)行路程部分的原理圖如圖3所示。

　　圖3 紅外對管電路原理圖

　　紅外發(fā)光管D2和接收管U4安裝在同一水平線上，發(fā)射管D2一直處于發(fā)射工作狀態(tài)。當(dāng)D2和U4間沒有被擋住，即D2發(fā)射的紅外線照射在U4上時，U4的2腳和3腳導(dǎo)通，同時2腳和1腳也導(dǎo)通，此時晶體管Q1的基極電壓為Ub=VDD×R12/(R12+R10)，Q1導(dǎo)通，SPEED端近似于接地，呈低電平狀態(tài)。當(dāng)D2和U4間被擋住時，即D2發(fā)射的紅外線不能照射在U4上時，U4的2腳和3腳截止，同時2腳和1腳也截止，此時Q1的基極經(jīng)電阻R12和R10接地，即基極電壓為0V，此時Q1截止，SPEED端經(jīng)電阻R11接到VDD，呈高電平狀態(tài)。單片機(jī)通過檢測這種高低電平的變化來實(shí)現(xiàn)小車的路程測量。