智能玩具的設(shè)計(jì)-聰明寶寶
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1引言
智能化已成為玩具行業(yè)的新趨勢，讓語音技術(shù)融入到玩具中，不僅可以賦予玩具“聽”“說”的交流能力，使其更加生動(dòng)、智能，還有利于在兒童中普及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，推動(dòng)語音技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。一些領(lǐng)先技術(shù)被應(yīng)用于今天的玩具領(lǐng)域如：無線電、紅外通訊、傳感器、語音識(shí)別等等。
本文介紹的是基于SPCE061A的一種具有語音識(shí)別功能的玩具產(chǎn)品，并著重介紹了軟硬件設(shè)計(jì)方法。
2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 2.1所示：主要由按鍵輸入電路、觸摸鍵輸入電路、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、光敏器件輸入電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)等部分組成。
圖 2.1系統(tǒng)整體框圖
整個(gè)系統(tǒng)工作于4.5V電壓下，由3節(jié)5號(hào)電池提供4.5V電壓，經(jīng)過SPY0029穩(wěn)壓到3.3V為單片機(jī)系統(tǒng)供電。 整個(gè)系統(tǒng)在無操作時(shí)，處于睡眠狀態(tài)，當(dāng)3個(gè)按鍵、2個(gè)觸摸鍵被觸發(fā)時(shí)，睡眠被喚醒，進(jìn)入相應(yīng)的操作，執(zhí)行完操作后1分鐘內(nèi)無任何按鍵觸發(fā)，則再次進(jìn)入睡眠。光敏器件在睡眠前不斷采集光線強(qiáng)度，如果跟環(huán)境光線有較大變化，則會(huì)進(jìn)入語音識(shí)別模式，MIC、直流電機(jī)、揚(yáng)聲器則是各動(dòng)作的相應(yīng)輔助器件。
3硬件電路設(shè)計(jì)
3.1 微控制器電路
控制器采用凌陽科技公司的SPCE061A，其硬件資源分配見表 3.1。
表3.1硬件資源分配表
| IO口使用情況 | 使用 | IOA5：光敏器件輸入； IOA4 ~~~ IOA3：觸摸鍵輸入； IOA2 ~~~ IOA0：按鍵輸入； IOB9：BPWM輸出口； |
| 剩余IO及處理方式 | 剩余IO： IOA15~IOA6、IOB15~IOB10、IOB8 ~IOB0 處理方式： 軟件上設(shè)置為輸出，輸出低電平； | |
| Timer使用情況 | TimerA | 訓(xùn)練過程、放音時(shí)使用 |
| TimerB | BPWM輸出頻率的控制以及占空比的設(shè)置 | |
| ADC使用情況 | 使用6通道 | 用來做光敏信號(hào)采集 |
| 中斷使用情況 | 1) 訓(xùn)練、放音時(shí)使用FIQ_TMA； 2）使用IRQ3_KEY來完成睡眠喚醒操作； 3）使用IRQ5_2Hz做計(jì)時(shí)基準(zhǔn)； | |
3.2 鍵盤輸入電路
鍵盤輸入電路如圖 3.1所示，當(dāng)有鍵按下時(shí)，對應(yīng)的IO口被拉到高電平，CPU處理后做相應(yīng)處理。
圖 3.1鍵盤輸入電路
3.3 觸摸鍵輸入電路
觸摸鍵主要由555集成電路來實(shí)現(xiàn)，其原理如圖 3.2所示，左邊的觸摸片為金屬銅片，正常情況下，人本身會(huì)產(chǎn)生幅度為80~100mv的正弦波電壓，當(dāng)人手觸摸到金屬片時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電壓疊加在偏置電壓上(偏置電壓設(shè)置在0.6V)，使得三極管導(dǎo)通，觸發(fā)555集成電路使之3腳產(chǎn)生單穩(wěn)態(tài)輸出，從而系統(tǒng)從睡眠狀態(tài)被喚醒。
圖3.2觸摸鍵輸入原理
3.4 光感輸入電路
光照感應(yīng)電路由電阻與光敏電阻器組成。光敏電阻器是一種受光照射導(dǎo)電能力急劇增加的電子元件。常用的型號(hào)為MG45，適用于可見光譜范圍（0.4～0.76μm），亮電阻≤2～10kΩ，暗電阻≥1～10MΩ。使用時(shí)，耗散功率不要超過10mW，例如工作電壓在5V時(shí)，通過的電流不應(yīng)超過2mA。另外，應(yīng)避免強(qiáng)光長時(shí)間照射，防止光敏材料老化。 在環(huán)境光照強(qiáng)度下，采集一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值，然后在主循環(huán)中，不斷采集比較，當(dāng)變化比較大的時(shí)候，意味著有手擋著，則進(jìn)入相應(yīng)的辨識(shí)子程序。 接口電路如圖 3.3所示。
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