ＪｏｕｒｎａｌｏｆＷｕｈａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｏｇｙ
语音控制型小车
熊晓倩，胡璞
（武汉职业技术学院电子信，Ｅ－．．Ｔ－程学院，湖北武汉４３００７４）
摘要：本小车是以凌阳１６位单片机（ＳＰＣＥ０６１Ａ）作为检测和控制核心，以语音识别技术和红外
检测技术作辅助实现语音控制、语音播报、自动悬崖避障、实时行程测量、实时行程显示等
多项功能。它是配合６１板及凌阳迷你小车设计的，应用ＳＰＣＥ０６１Ａ的众多资源，设计出的
小车具有类似人的听觉（语音识别），视觉（自动避障）和应答（语音播报）特色的功能。
关键词：语音控制；单片机；红外传感器；动态扫描
中图分类号：ＴＰ２７文献标识码：Ａ文章编号：１６７１—９３１Ｘ（２００８）０１－００７５－－０４
随着科学技术的发展，机器人的感觉传感器种类越来越多，其中听觉和视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。听觉和视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统。而在不要求清晰图像识别和丰富的语音识别时。在只需粗略感觉系统中考虑使用接近视觉和听觉传感器是一种实用有效的方法。
一、原理分析与硬件电路图
（一）小车车体结构
小车为四轮结构，其中前面两个车轮由前轮电机控制，在连杆和支点作用下控制前轮左右摆动，来调节小车的前进方向。在自然状态下，前轮在弹簧作用下保持中间位置。后面两个车轮由后轮电机驱动，为整个小
后轮驱动电动机
＼
前轮驱动电动采＼
王１音
、‘臣
卜
图１车体顶视图图车提供动力，所以又称前面的轮子为方向轮，后面的两个轮子为驱动轮，如图ｌ所示。
（二）小车驱动电路
小车驱动电路的主要作用是将来自６ｌ板的控制信号转化为能够驱动电动机的信号。该电路包括两部分：
１．动力驱动电路
动力驱动由后轮驱动实现，负责小车的直线方向运动，包括前进和后退，后轮驱动电路是一个全桥驱动电路，如图２所示：ＱＩ、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４四个三极管组成四个桥臂，Ｑｌ和Ｑ４组成一组，Ｑ２和Ｑ３组成一组，Ｑ５控制Ｑ２、Ｑ３的导通与关断，Ｑ６控制Ｑｌ和Ｑ４的导通与关断，而Ｑ５、Ｑ６由ＩＯＢ。和ＩＯＢ。控制，这样就可以通过
Ｊ３
Ｑ３’
ＣＣＮ２Ｑ２、｝
ＮＰＮＳ０５０一Ｊ－０４Ｑ５、臀．！Ｑ２１Ｑ８
图２后轮电机驱地动电路
收稿日期：２００７—１０－－２５
作者简介：熊晓倩（１９８２一），女，武汉职业技术学院电子信息工程学院教师，学士，研究方向：传感器与智能控制。
葛Ｑ嘲工程技术ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＩＯＢ。和ＩＯＢ，控制四个桥臂的导通与关断控制后轮电机的运行状态，使之正转反转或者停转，进而控制小车的前进和后退。
当ＩＯＢ。为高电平、ＩＯＢ，为低电平时Ｑｌ和Ｑ４导通，Ｑ２和Ｑ３截止，后轮电机正转，小车前进；反之当ＩＯＢ。为低电平、ＩＯＢ。为高电平时Ｑｌ和Ｑ４截止，Ｑ２和Ｑ３导通，后轮电机反转，小车倒退；而当ＩＯＢ。、ＩＯＢ。同为低电平时Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３和Ｑ４都截止，后轮电机停转，小车停止运动。
注意：ＩＯＢ。和ＩＯＢ。不能同时置高电平，这样会造成后轮驱动全桥短路现象。
２．方向电机控制电路
方向控制由前轮驱动实现，包括左转和右转，前轮驱动电路也是一个全桥驱动电路，如图３所示：Ｑ７、Ｑ８、Ｑ９、Ｑ１０四个三极管组成四个桥臂，Ｑ７和ＱＩＯ组成一组，Ｑ８和０９组成一组，Ｑ１ｌ控制Ｑ８、Ｑ９的导通与关断，Ｑ１２控制Ｑ７和ＱｌＯ的导通与关断，而Ｑ１１、Ｑ１２由ＩＯＢｌｏ和ＩＯＢ。控制，这样就可以通过ｌＯＢ。和ＩＯＢ，控制前轮电机的正转和反转，进而控制小车的左转和右转。
当ｌＯＢｍ为高电平、ＩＯＢ。为低电平时Ｑ８和Ｑ９导通，Ｑ７和Ｑ１０截止，前轮电机正转，小车前轮朝左偏转；反之当ｌＯＢ。为低电平、ＩＯＢ。为高电平时Ｑ８和Ｑ９截止，Ｑ７和Ｑ１０导通，前轮电机反转，小车前轮朝右偏转；而当ＩＯＢｍ、ＩＯＢ。，同为低电平时Ｑ８和Ｑ９截止，Ｑ７和ＱｌＯ也截止，前轮电机停转，在弹簧作用下前轮被拉回到中间位置，保持直向。
圈３前轮电机驱动电路
注意：ｌＯＢｍ、ＩＯＢ。不能同时为高电平，这样会造成前轮驱动全桥的桥臂短路。
图５行程测量电路
（三）电源电路
ＪｌＯ是电源输入接口，６ｌ板的内核ｓＰＥｃＥ０６１Ａ电压要求为３．３ｖ，而Ｉ／Ｏ端口的电压可以选择３．３ｖ也可以选择５Ｖ，在选择５ｖ时就是用这个电路来提供电源的。６１板是用３节１．５伏干电池来供电的，约５Ｖ直流电通过ＳＰＹ００２９（相当于一般３．３Ｖ三端稳压器）稳压到３．３Ｖ。Ｃ３３、Ｃ３４、Ｃ３５和Ｃ３６为直流去耦滤波电容，二极管Ｄ３、Ｄ４起防电源反插保护作用。电路图如图４。
图４电源电路
注意：ＳＰＹ００２９Ａ最大输出电流为５０ｍＡ，如果要外接一些模组时要先考虑负载能力。
（四）行程测量电路
电路图如图５，运放构成基本比较器，可调电阻Ｒ为其提供基准电压，运放同相端连红外接收二极管阳极Ｑ，发射管、接收管相向放置，红外接收管接收到红外发射二极管Ｄ发出的红外光就导通，运放同相端电位下降而小于反相端的电位，因此运放输出低电平０Ｖ；当车轮转动遮挡住红外光，接收管Ｑ就由导通转为截止，输出高电平ＶＣＣ。运放输出端ＵＯ与ＳＰＥＣＥ０６１Ａ板ＩＯ口相连，通过程序来实现相应的控制。
（五）行程显示电路
ＵＬＮ２００３是反相驱动芯片，能提升电流驱动数码管；Ｑ１一Ｑ７是ＰＮＰ三极管，用来提升数码管的灌电流，在这里用的是８５５０型ＰＮＰ管，三极管的基极与６１板的ＩＯ口连接；其中Ｒ９一Ｒ１５为上拉电阻。数码管的ｃｏｍＩ—ｃｏｒｎ４端为位选端，”ｈ端是数码管的字段。电路图如图６。
（六）障碍识别电路
障碍识别采用红外发射接收对管，没有障碍物接收管截止，运放同相端电位高于反向端电位而输出高
图６行程显示电路
熊晓倩，胡璞：
语音控制型小车电平；当有障
碍物时，红外
发射二极管发
出的红外光反
射回来，红外
接收管接收到
红外光而导
通，运放同相
端电位下降，
运放输出低电图７行程测量电路
平，ｕｏ与ＳＰＥＣＥ０６１Ａ板ＩＯ口相∥１
连，再通过程序进行相应控制。：
具体的避障结构图如图７：在
车体的四个角上面各安装一个外传
感器前方的传感器Ａ识别到了悬；
崖障碍时，小车就开始倒车，然后则
右拐前进，如果前进中又遇到障碍，．
小车又以同样的方法来避开障碍，’
只到小车走开障碍为止。其它的几，
个角避障也是同样的方法。
ｉ
二、软件设计及流程：
（一）行程显示；
行程显示要经过以下几个小的ｔｕ
部分：１０口初始化（流程图８）、行程…
数据的输入和处理（流程图９）、位
的切换和行程数据的输出（流程图１０）。
１．ＩＯ口初始化
图８
要使单片机在运行时能正常的进行输入和输出，在程序的开始，先得要对的ＩＯ口进行初始化。初始化的过程如图８。、２．行程数据的输入和处理
程序流程图如图９。
图中的ｕｉＧｅ是表示所计数的个位；ＵｉＳｈｉ是表示所计数的十位；ＵｉＢａｉ表示所计数的百位；ＵｉＱｉａｎ表示所计数的千位；在这里由硬件把计数脉冲送到外部中断，每来一个中断位ｕｉＧｅ就加一个数；若个位上数等于十那么就向十位ＵｉＳｈｉ进一个数；若十位上的数等于十就向百位ＵｉＢａｉ上进一个数；若百位上的数等于十就向千位ＵｉＱｉａｎ进一个数；若干位上的数等于则认为计数到了最大值，这时则将所有位的数据复位，而从新开始计数。要是以上的各种情况中位数不等于十则就往下执行，直到中断返回、而完成一次数据的记录和处理。
３．位的切换和行程数据的输出
由于这里我们用的是动态显示电路，所以所有位的数据都是由一组段码输出的，故而在输出不同段端同时要通过控制不同的位端的来显示出不同位的数字。流程图如图１０。
（二）语音控制
１．语音训练
语音的识别前提是语音训练，所以程序流程的开始部分进行的是语音训练。在这个开始部分包括训练小车的名字、前进命令、倒车命令、左拐命令等。在训练语音时如果某条命令小车没有训练成功时，它会自动的提示请求再次训练，如图１１的左边部分。
２．语音识别
工程技术
ＥｎｇｉｎｅｅｎｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
图９
图１Ｏ
熊晓倩。胡
璞：
语音控制型小车
工程技术
ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
图１１
当语音训练完成之后接下来将会播出一句训练完毕的语音提示，这时我们便可以开始进行语音识别了。所以再后面就是人来喊命令让小车来识别了，一当小车识别出了所喊的命令，小车便会执行对应动作，在执行这个动作时，若有新的命令发出时，小车则会停止当前的这个动作而响应新的命令去执行新的动作。如果所喊的语音小车没有识别出来时，小车则会认为什么
也没识别到，而什么也不做，具体的流程如图１１的右边部分。
四、总结
１、本小车的语音功能实现了人和机器的直接对话，这个功能使从手动控制机器到“嘴动”控制机器（有一个最大的缺点是：它不可以用在高噪声的地方工作），是一种高自动化的表现。
２、该小车避障的方法可用于高层建设时工作在高层的机器之上，对保护工作人员的安全有着重要的意
义。
参考文献：
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【责任编辑：刘骋】
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熊晓衍，胡
璞：
语音控制型小车
语音控制型小车
作者：熊晓倩， 胡璞， XIONG Xiao-qian， HU Pu
作者单位：武汉职业技术学院,电子信息工程学院,湖北,武汉,430074
刊名：
武汉职业技术学院学报
英文刊名：JOURNAL OF WUHAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
年，卷(期)：2008，7(1)
被引用次数：0次
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2.魏汉勇模拟电子技术基础 2002
3.姚四改Protel 99 SE电子线路设计教程 2005
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1.期刊论文陈秀华.赵悦.唐毅谦.Chen Xiuhua.Zhao Yue.Tang Yiqian基于SPCE061A单片机的语音控制机器人的设计-中国水运（学术版）2007,7(8)
利用凌阳16位单片机的特性,根据语音识别的基本原理,设计了一种语音控制机器人,利用C语言和汇编语言进行系统软件编程,最终完成了可以通过对语音的识别,自动完成向前走、倒退、左转、右转、跳舞、向左瞄准、向右瞄准、发射、连续发射等功能的智能机器人的设计.
2.期刊论文谢辉程基于凌阳SPCE061A的语音控制小车设计-科技经济市场2007,""(12)
语音控制技术是目前广泛应用和研究的重要技术,对人机交互的智能系统具有重要价值,本文介绍一种智能小车控制系统的设计方案,该方案以SPCE061A单片机为基础,实现对智能小车的语音控制.经反复试验,结果表明语音识别准确率高,控制效果好.
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4.期刊论文瞿少成.艾宁.赵桥.Qu Shaocheng.Ai Ning.Zhao Qiao基于SPCE061A单片机的无线语音控制智能小车的研制-电子测量技术2008,31(12)
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5.学位论文刘宇语音控制激光扫描系统的研究与开发2005
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本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_whzyjsxyxb200801020.aspx
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