SPCE061A在語音識別機器人中的應(yīng)用

1 引言
　　為了提高廣大單片機愛好者學習單片機的興趣，凌陽科技大學計劃教育推廣中心推出了應(yīng)用SPCE061A作為主控制器，外加電機驅(qū)動電路制作的智能機器人。該機器人采用特定人語音識別對機器人進行控制，可以完成向前走、倒退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、跳兩首舞曲、向左瞄準、向右瞄準、發(fā)射、連續(xù)發(fā)射等功能。該智能機器人可以大大提高在校學生學習單片機的興趣。

2 模組特性簡介
2.1 SPCE061A特性簡介
　　SPCE061A是凌陽科技研發(fā)生產(chǎn)的性價比很高的一款十六位單片機，使用它可以非常方便靈活的實現(xiàn)語音的錄放系統(tǒng)，該芯片擁有8路10位精度的ADC，其中一路為音頻轉(zhuǎn)換通道，并且內(nèi)置有自動增益電路。這為實現(xiàn)語音錄入提供了方便的硬件條件。兩路10位精度的DAC，只需要外接功放（SPY0030A）即可完成語音的播放。另外凌陽十六位單片機具有易學易用的效率較高的一套指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境。在此環(huán)境中，支持標準C語言，可以實現(xiàn)C語言與凌陽匯編語言的互相調(diào)用，并且，提供了語音錄放的庫函數(shù)，只要了解庫函數(shù)的使用，就會很容易完成語音錄放，這些都為軟件開發(fā)提供了方便的條件：
　　特性：
　　◆ 16位μ'nSP微處理器；
　　◆ 工作電壓：內(nèi)核工作電壓VDD為3.0~3.6V(CPU)，IO口工作電壓VDDH為VDD~5.5V(I/O)；
　　◆ CPU時鐘：0.32MHz~49.152MHz；
　　◆ 內(nèi)置2K字SRAM；
　　◆ 內(nèi)置32K閃存ROM；
　　◆ 可編程音頻處理；
　　◆ 晶體振蕩器；
　　◆ 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時鐘處于停止狀態(tài))，耗電小于2μA@3.6V；
　　◆ 2個16位可編程定時器/計數(shù)器(可自動預(yù)置初始計數(shù)值)；
　　◆ 2個10位DAC(數(shù)-模轉(zhuǎn)換)輸出通道；
　　◆ 32位通用可編程輸入/輸出端口；
　　◆ 14個中斷源可來自定時器A / B，時基，2個外部時鐘源輸入，鍵喚醒；
　　◆ 具備觸鍵喚醒的功能；
　　◆ 使用凌陽音頻編碼SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容納210秒的語音數(shù)據(jù)；
　　◆ 鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號；
　　◆ 32768Hz實時時鐘；
　　◆ 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)置麥克風放大器和自動增益控制(AGC)功能；
　　◆ 具備串行設(shè)備接口；
　　◆ 低電壓復位(LVR)功和低電壓監(jiān)測(LVD)功能；
　　◆ 內(nèi)置在線仿真板(ICE，In- Circuit Emulator)接口。

2.2 機器人簡介
2.2.1 機器人驅(qū)動電路圖
　　機器人驅(qū)動電路圖如圖2.1所示：

圖 2.1機器人驅(qū)動電路圖

　　機器人驅(qū)動電路采用功率較大的三極管搭成H橋來驅(qū)動電機，可以實現(xiàn)電機的正向旋轉(zhuǎn)與電機的反向旋轉(zhuǎn)。這些電機包括2個用于走路的電機與一個頭部轉(zhuǎn)向的電機。另外用了一個三極管驅(qū)動單向旋轉(zhuǎn)的電機，包括加速電機與發(fā)射電機，驅(qū)動電路比較簡單。

2.2.2主要功能
　　◆ 通過語音命令對其進行控制；
　　◆ 可以跳兩首舞曲；
　　◆ 走步功能、轉(zhuǎn)向功能、轉(zhuǎn)頭功能；
　　◆ 發(fā)射飛盤功能；

3 系統(tǒng)總體方案介紹
　　用61板來控制機器人，使用了IOB7-IOB15資源，另外使用了揚聲器。如圖3.1所示：

圖3.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

　　系統(tǒng)主要由61板與機器人驅(qū)動電路構(gòu)成。61板作為整個系統(tǒng)的主控板，驅(qū)動電路驅(qū)動電機。在主控板61板的控制下完成各個動作。另外增加了特定人語音識別的功能，通過命令來控制機器人，使機器人智能化。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計
　　在主函數(shù)中調(diào)用相關(guān)函數(shù)完成特定人語音的訓練，然后再訓練成功后進行語音識別，根據(jù)識別的命令執(zhí)行相關(guān)的操作。程序流程圖如4.1所示：

圖4.1程序流程圖與中斷流程圖

　　　判斷是否為第一次下載根據(jù)FLASH中的標志位來進行判斷。將訓練好的語音模型導出存儲到FLASH中使用庫函數(shù)BSR_ExportSDWord(uiCommandID)；進行操作，然后再調(diào)用讀寫FLASH中的函數(shù)進行。在進行語音識別時，首先讀取FLASH將語音模型取得，然后調(diào)用BSR_ImportSDWord(uiCommandID)；函數(shù)將語音資源載入內(nèi)存。在識別出命令后，執(zhí)行相關(guān)動作，相關(guān)動作操作就是操作電機的正向或反向旋轉(zhuǎn)同時配合延時與播放聲音組合起來形成不同的動作。

　　應(yīng)用方案的驗證步驟：
　　步驟一：啟動u'nSP IDE。打開機器人應(yīng)用實例程序，編譯、鏈接確認沒有錯誤。如圖4.2所示：

圖4.2編譯、鏈接圖

　　步驟二：下載程序代碼到機器人的61板上。
　　步驟三：打開機器人的電源，進行語音訓練，訓練過程按照下面進行：
　　按順序訓練以下15條指令："名稱"，"開始"，"準備"，"跳舞"，"再來一曲"，"開始"，"向前走"，"倒退"，"右轉(zhuǎn)"，"左轉(zhuǎn)"，"準備"，"向左瞄準"，"向右瞄準"，"發(fā)射"，"連續(xù)發(fā)射"。每條指令要訓練兩遍。當一條指令被正確識別時會提示進入下一條；如沒有被識別會要求重復該指令，直到正確識別為止。
　　步驟三：如果訓練成功則進入語音識別狀態(tài)，如果訓練沒有成功則重復訓練。由于SPCE061A的FLASH存儲器只有32K，所以15條指令需要分組存放。在這里分成3組，每組5條指令。在不同組指令中交換需要根據(jù)出發(fā)名稱，所以在識別狀態(tài)，要執(zhí)行動作首先需要出發(fā)名稱，就是訓練的第一條命令，然后可以識別第一組的其余四條命令。在觸發(fā)第一條指令，然后再觸發(fā)第二條指令，就可以識別第三條指令，參考下圖：

圖4.3 機器人操作示意圖

5 結(jié)語
　　應(yīng)用SPCE061A外加電機驅(qū)動控制電路可以實現(xiàn)多個電機的控制，完成機器人的許多動作。單片機愛好者可以自己制作電機驅(qū)動電路，發(fā)揮想象力制作出自己的機器人。

6 參考文獻
[1] 羅亞非.凌陽16位單片機應(yīng)用基礎(chǔ)[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，2003
[2] 凌陽大學計劃網(wǎng)站www.unsp.com.cn