基于凌陽SPCE061A單片機的音控小車的設(shè)計
本設(shè)計的主要目的是針對智能無人駕駛汽車設(shè)計出智能音控小車,在智能化小車上實現(xiàn)語音控制,避免出現(xiàn)許多大大小小的事故。本設(shè)計方案也可應(yīng)用于移庫倒庫過程中,而且在諸如智能建筑、公共便民設(shè)施、自動立體車庫等類似的人性化環(huán)境中也能夠發(fā)揮其作用[1]。
1 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案及硬件設(shè)計
1. 1系統(tǒng)的總體設(shè)計描述
本設(shè)計以凌陽單片機SPCE061A為核心控制部件,采用減速直流電機LS17RU419i、電機驅(qū)動芯片L298N、紅外線光電傳感器ST178等為主要元件,以智能控制技術(shù)為理論基礎(chǔ),通過程序利用SPCE061A的語音模塊,根據(jù)麥克風(fēng)采集的語音信號與事先訓(xùn)練好的語音庫的特征語音進行對比,進行語音辨識并通過語音命令小車行進、轉(zhuǎn)向及倒庫等操作。音控小車總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/173580.htm
1. 2系統(tǒng)的核心部件
SPCE061A 芯片內(nèi)部集成了 ICE、FLASH、SRAM、通用 I/O 端口、定時器/計數(shù)器、中斷控制、CPU 時鐘鎖相環(huán)、ADC、DAC輸出、UART、SIO、低電壓監(jiān)測/低電壓復(fù)位等模塊[2-3]。SPCE061A可以使外圍電路大大簡化,節(jié)省小車內(nèi)部的空間,并且凌陽單片機具有語音功能,可以加入語音識別模塊。
1. 3 小車電機驅(qū)動設(shè)計
L298是SGS公司的產(chǎn)品,L298N為15個管角的單塊集成電路,高電壓,高電流,四通道驅(qū)動,設(shè)計用L298N來接收DTL或者TTL邏輯電平,驅(qū)動感性負(fù)載(比如繼電器,直流和步進馬達)和開關(guān)電源晶體管。內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電路,其額定工作電流為 1 A,最大可達 1.5 A,Vss 電壓最小 4.5 V,最大可達 36 V;Vs 電壓最大值也是 36 V。L298N可直接對電機進行控制,無須隔離電路,可以驅(qū)動雙電機。根據(jù)L298N芯片的特點以及SPCE061A自身的特點,把IOA4~IOA7作為輸出口,分別與L298N的IN1~IN4相接,其VS、VSS分別接+12 V、+5 V電源,其輸出口OUT1~OUT2接轉(zhuǎn)向電機,OUT3~OUT4接驅(qū)動電機,根據(jù)設(shè)計要求,結(jié)合所編好的程序,根據(jù)所發(fā)語音命令,接收信號,便可給[P_IOA_DATA]傳送數(shù)據(jù),從而控制轉(zhuǎn)向電機和驅(qū)動電機。其連接圖如圖2所示。
1. 4車身微調(diào)裝置
車身的微調(diào)裝置采用紅外線光電傳感器ST178,ST178由4個管腳組成,是集發(fā)射和接收于一體的傳感器。發(fā)射和接收管分別采用高發(fā)射功率紅外線光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成。工作的范圍可達到4 mm~10 mm左右,采用非接觸監(jiān)測的方式。
經(jīng)過反復(fù)試驗證實,ST178紅外線光電傳感器的發(fā)射管要加500 Ω的電阻用來限流,而接收管則要接20 kΩ上拉電阻,兩管均接5 V電源,工作時電壓達到4.8 V,當(dāng)距離發(fā)射頭或接收頭1cm左右的位置有障礙物阻擋時電壓迅速降到1 V。具體電路如圖3所示。
1. 5系統(tǒng)硬件部分設(shè)計
音控小車主要由電機和電機驅(qū)動部分組成,電機有2個分別用來控制后輪的驅(qū)動和前輪的轉(zhuǎn)向,采用芯片L298做為電機的驅(qū)動電路,可以驅(qū)動雙電機。小車為4輪結(jié)構(gòu),其中前面2個車輪由前輪電機控制,在連桿和支點作用下控制前輪左右擺動,來調(diào)節(jié)小車的前進方向。在自然狀態(tài)下,前輪在彈簧作用下保持中間位置。后面2個車輪由后輪電機驅(qū)動,為整個小車提供動力,所以又稱前面的輪子為方向輪,后面的兩個輪子為驅(qū)動輪。利用直流減速電機控制小車的驅(qū)動,可以不考慮調(diào)速,利用步進電機控制小車的轉(zhuǎn)向來提高小車的整體性能,具有很高的性價比。供電電源選用3塊4 V手機電池串聯(lián)成12 V電源給小車提供電能。車身裝有5個傳感器在不同方向用來進行微調(diào),防止撞壁。小車前進過程中當(dāng)接收到語音命令時,可執(zhí)行行進、轉(zhuǎn)向及倒庫等操作。
本設(shè)計最終實現(xiàn)了對音控小車的設(shè)計,圖4所示是基于凌陽單片機語音控制小車的實物圖,其具體結(jié)構(gòu)是1喇叭、2車輪、3凌陽單片機、4光電傳感器、5電池及驅(qū)動板、6電機。
2系統(tǒng)的軟件設(shè)計
2. 1語音識別模塊設(shè)計
小車的語音識別模塊選用凌陽科技公司SPCE061A開發(fā)板。SPCE061A內(nèi)嵌7通道10位電壓A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音A/D轉(zhuǎn)換,聲音A/D轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動增益控制功能,其本身已經(jīng)成為基本的語音處理平臺。本系統(tǒng)采用A2000模塊,其語音壓縮編碼率為24 kb/s,采樣頻率為16 kHz[4]。
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