摘 要： 介紹了一種基于SPCE061A 的智能音控小車(chē)機(jī)器人的設(shè)計(jì)過(guò)程， 給出了智能小車(chē)的硬件構(gòu)成。從軟件設(shè)計(jì)的角度闡述了小車(chē)使用語(yǔ)音辨識(shí)和中斷技術(shù)的智能控制算法， 并詳細(xì)說(shuō)明了語(yǔ)音辨識(shí)技術(shù)在智能小車(chē)上的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。實(shí)驗(yàn)表明智能小車(chē)運(yùn)作良好。

0 引言

隨著汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展， 汽車(chē)無(wú)需人工操縱已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外一個(gè)比較熱門(mén)的話(huà)題， 許多人都希望這個(gè)愿望早日實(shí)現(xiàn)， 使自己在更輕松、自由、安全的過(guò)程中完成行程。

實(shí)現(xiàn)汽車(chē)智能化的技術(shù)非常多， 本文利用目前比較熱門(mén)的技術(shù)語(yǔ)音控制技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)小車(chē)自動(dòng)前進(jìn)、后退、左拐、右拐等， 當(dāng)然所設(shè)計(jì)的小車(chē)只是智能汽車(chē)的微模型， 還處于模擬演示階段， 要真正實(shí)現(xiàn)智能汽車(chē)為人服務(wù)還有很長(zhǎng)一段距離。

1 智能車(chē)的核心控制器

SPCE061A 是一款16位獨(dú)具語(yǔ)音特色的控制器， 片內(nèi)采用的nSPTM （ microcontro ller and signal processor） 核心處理器， 具有較高的處理速度， 能夠完成16位算術(shù)邏輯運(yùn)算、16 × 16位硬件乘法運(yùn)算和DSP內(nèi)積濾波運(yùn)算， 能夠快速處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)， 不需要額外的專(zhuān)用語(yǔ)音控制芯片， 就能實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的編解碼等， 既節(jié)省了設(shè)計(jì)成本， 又能滿(mǎn)足一定的控制要求?？刂破鞑捎媚K化架構(gòu)， 集成了ICE（在線(xiàn)仿真）、鎖相環(huán)振蕩器、時(shí)基控制器、7通道10位AD轉(zhuǎn)換器、單通道AD+ AGC（自動(dòng)增益）轉(zhuǎn)換器、雙通道10位DA轉(zhuǎn)換器、通用異步通信接口、串行輸入輸出接口、電壓監(jiān)控等模塊， 其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 SPCE061A 控制器的結(jié)構(gòu)圖

2 智能小車(chē)的總體設(shè)計(jì)

智能小車(chē)整體主要由語(yǔ)音輸入電路、語(yǔ)音輸出電路、SPCE061A 控制器、驅(qū)動(dòng)電路等組成。小車(chē)的SPCE061控制器通過(guò)內(nèi)置麥克放大器和自動(dòng)增益功能的A /D 通道、D /A通道實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制， 語(yǔ)音觸發(fā)小車(chē)動(dòng)作， 小車(chē)動(dòng)作后， 隨時(shí)可以通過(guò)語(yǔ)音指令改變小車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)， 如果行進(jìn)過(guò)程中遇到前方有障礙， 小車(chē)會(huì)自動(dòng)停車(chē)。

3 智能小車(chē)的硬件設(shè)計(jì)

1） 語(yǔ)音輸入電路。

小車(chē)的語(yǔ)音輸入電路如圖2所示。其中， VM IC 提供傳聲器的電源， VSS是系統(tǒng)的模擬地， VCM 為參考電壓， 1腳和2腳分別是傳聲器X1 的正極、負(fù)極的輸入引腳。當(dāng)對(duì)著傳聲器講話(huà)時(shí)， 1腳和2 腳將隨著傳聲器輸入的聲音產(chǎn)生變化的波形， 并在SPCE061A 的兩個(gè)端口處形成兩路反相的波形， 送到SPCE061A 控制器內(nèi)部的運(yùn)算放大器進(jìn)行音頻放大， 經(jīng)過(guò)放大的音頻信號(hào)， 通過(guò)ADC轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化為數(shù)字量， 保存到相應(yīng)的寄存器中, 然后對(duì)這些數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行壓縮、辨識(shí)、播放等處理。

圖2 語(yǔ)音輸入電路

2） 語(yǔ)音輸出電路。

小車(chē)的語(yǔ)音輸入電路如圖3所示。其中， VDDH 為參考電壓， VSS是系統(tǒng)的模擬地。音頻信號(hào)由SPCE061A 的DAC引腳輸出送到電路的9端， 通過(guò)音量電位器R9的調(diào)節(jié)端送到集成音頻功率放大器SPY0030, 經(jīng)音頻放大后， 音頻信號(hào)從SPY0030輸出經(jīng)J2端口外接揚(yáng)聲器播放聲音。

圖3 語(yǔ)音輸出電路

3） 光電檢測(cè)電路。

小車(chē)的光電檢測(cè)電路采用E18-D80NK型號(hào)的光電傳感器， 它集發(fā)射和接受于一體， 紅外發(fā)射管向某一方向發(fā)射紅外線(xiàn)， 遇到障礙物后紅外線(xiàn)被反射由接收管接受， 從而判斷出小車(chē)的前方是否有障礙物， 對(duì)障礙物的感應(yīng)距離可以根據(jù)要求通過(guò)傳感器上的微調(diào)旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)。傳感器前端增加了透鏡， 利用聚焦作用遠(yuǎn)距離探測(cè)物體。傳感器內(nèi)部集成了放大、比較、調(diào)制電路， 使傳感器受可見(jiàn)光的影響較小， 光電檢測(cè)電路的連接圖如圖4所示。

圖4 光電檢測(cè)電路

4） 驅(qū)動(dòng)電路。

小車(chē)的驅(qū)動(dòng)電路是一個(gè)全橋驅(qū)動(dòng)電路（ 圖5）， Q1,Q2, Q3, Q4四個(gè)三極管組成4個(gè)橋臂， Q5 控制Q2和Q3的導(dǎo)通和關(guān)斷， Q6控制Q1 和Q4 的導(dǎo)通和關(guān)斷， 驅(qū)動(dòng)電路分別用于后輪動(dòng)力驅(qū)動(dòng)電路和前輪方向驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)1管腳為高電平， 2管腳為低電平時(shí)時(shí)Q1 和Q4 導(dǎo)通， Q2和Q3截止， 電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)車(chē)輪運(yùn)轉(zhuǎn)； 當(dāng)1管腳為低電平， 2管腳為高電平時(shí)時(shí)Q1和Q4截止， Q2和Q3導(dǎo)通， 電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)車(chē)輪反向運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖5 驅(qū)動(dòng)電路。

將語(yǔ)音輸入電路的1, 2 端口分別連接到SPCE061A控制器的M ICP, N ICN 管腳上； 將語(yǔ)音輸出電路的9端口連接SPCE061A的DAC1管腳； 后輪動(dòng)力驅(qū)動(dòng)電路的1, 2端連接到SPCE061A的IOB8, IOB9管腳， 前輪方向驅(qū)動(dòng)電路的1, 2端連接到SPCE061A 的IOB10, IOB11管腳； 光電檢測(cè)電路的OUT 端連接SPCE061A 的IOB12 管腳， 智能小車(chē)的整體連接如圖6所示。

圖6 智能小車(chē)整體連接圖。

4 智能小車(chē)的軟件設(shè)計(jì)

智能小車(chē)的軟件系統(tǒng)主要采用語(yǔ)音辨識(shí)技術(shù)控制小車(chē)的自動(dòng)行駛， 從而實(shí)現(xiàn)了無(wú)需手工操縱， 就能人車(chē)的互動(dòng)， 智能控制算法如圖7所示。軟件的設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言編寫(xiě)， 這樣可以使程序代碼簡(jiǎn)介易讀， 另外程序的設(shè)計(jì)還使用了SCPE061A的定時(shí)中斷技術(shù)， 當(dāng)光電檢測(cè)電路檢測(cè)到前方有障礙或有停車(chē)指令觸發(fā)時(shí)， SCPE061A立即作中斷處理使小車(chē)停車(chē)。

圖7 智能算法框圖。

智能小車(chē)的軟件設(shè)計(jì)核心就在于語(yǔ)音辨識(shí)， 語(yǔ)音辨識(shí)主要分為訓(xùn)練和辨識(shí)（ 圖8） .在訓(xùn)練階段， SCPE061A 控制器首先對(duì)說(shuō)話(huà)人的語(yǔ)音進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換、預(yù)加重、自動(dòng)增益控制等處理， 實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音數(shù)字信號(hào)的數(shù)字化，然后對(duì)處理后的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行特征提取， 建立語(yǔ)音特征模型， 訓(xùn)練過(guò)程主要靠語(yǔ)音函數(shù)庫(kù)bsrv222SDL. lib中的BSR_Tra in（ ）函數(shù)來(lái)完成。在辨識(shí)階段SCPE061A 控制器對(duì)采集到的語(yǔ)音進(jìn)行同樣的分析處理， 提取出語(yǔ)音的特征信息， 然后將這個(gè)特征信息與已有的特征模型進(jìn)行對(duì)比， 如果兩者達(dá)到一定的匹配度， 則輸入的語(yǔ)音被識(shí)別， 辨識(shí)過(guò)程主要靠語(yǔ)音函數(shù)庫(kù)bsrv222SDL. lib 中的BSR _InitRecogn izer（ ）、BSR_EnableCPUIncato r（ ）、BSR_GetResult（ ）、BSR_S topRecogn ize r（ ）函數(shù)來(lái)完成。

圖8 語(yǔ)音辨識(shí)程序流程圖

5 結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)中智能小車(chē)的正確識(shí)別率在90% 以上， 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)， 影響小車(chē)正常辨識(shí)的因素主要包括周?chē)h(huán)境的噪聲、人與小車(chē)的距離等， 這些需要在今后改進(jìn)。這種語(yǔ)音控制的智能小車(chē)機(jī)器人將來(lái)不僅可以為人服務(wù)， 稍加擴(kuò)展， 還可以在多種不適合人作業(yè)的場(chǎng)合替代人執(zhí)行任務(wù)。因此這種語(yǔ)音控制小車(chē)機(jī)器人具有重要的學(xué)術(shù)研究?jī)r(jià)值。