1、 本科毕业论文（20 届）基于语音控制的智能小车设计所在学院 专业班级 测控技术与仪器 学生姓名 学号 指导教师 职称 - II -完成日期 年 月 摘 要现代社会电子产业高速发展使自动化成为广大民众的日常话题，越来越普及的语音控制系统在生活中随处可见，随着时间的推移，自动化与语音控制系统的结合也必将进入商用阶段。本文将设计一种通过无线语音控制系统模拟的未来智能语音小车，展示智能语音小车的软件、硬件设计原理。智能语音小车使用凌阳公司推出的 SPCE061A 16 位单片机作为主控中心，其中不仅拥有完整的系统电路，另外包含了供电、声音和复位电路等，配合其语音播放以及语音识别的特色，通过训练的语音
2、指令命令小车使其前进、倒退、左转、右转，另外小车还支持重新语音训练。SPCE061A 16 位单片机具有低电压、低功耗、高性价比等特点，配合其开发环境 IDE 即可完成小车的总体设计方案，其中包含了语音播放、语音识别、驱动等，最终成为一辆智能的语音控制小车。该系统是以特定人嵌入式语音识别系统为主。通过实验测试表明，在外界的环境噪音较小并且发令者发音清晰的情况下，该小车可以对经过训练后的语音指令做出动作，并且性能稳定。最后将会介绍 IDE 集成开发环境的功能，开发操作方法，以及如何使用小车。该设计在软硬件的角度具有前瞻性，具体说明了未来智能语音小车的发展方向，具有推广价值。关键词：SPCE061
3、A，无线语音控制，语音识别，单片机，智能小车AbstractModern society The rapid development of the electronics industry makes automation become the daily topic of the general public. The increasingly popular voice control system can be seen everywhere in life. With the passage of time, the combination of automation and voic
4、e control system will enter the commercial stage. This article will introduce a wireless voice control system simulation of the future of intelligent voice car, display intelligent voice car software, hardware design principles. Intelligent voice car using Sunplus SPCE061A 16-bit microcontroller as
5、the main control center, which not only has a complete system circuit, including the power supply, sound and reset circuit, with its voice playback and voice recognition features, through training Voice command command car to make it forward, back, turn left, turn right, another car also supports re
6、-voice training. SPCE061A 16-bit microcontroller with low voltage, low power consumption, cost-effective features, with its development environment IDE can complete the overall design of the car, which includes voice playback, voice recognition, drive, etc., and ultimately become a smart voice Contr
7、ol the car. Experiments show that the car can be trained on the voice commands after training, and the performance is stable when the ambient noise is small and the sender is clear. The design of the hardware and software in the perspective of a forward-looking, specifically the future direction of
8、the development of intelligent voice car, with the promotion of value.Key words：SPCE061A,Wireless voice control,Speech Recognition,Single chip,Smart car目 录1 绪论 .11.1 题目背景及目的 .11.2 国内外研究状况 .11.3 题目研究内容 .22 语音识别小车的硬件总体方案 .32.1 设计要求 .32.2 SPCE061A 总述 .32.2.1 SPCE061A 特点 .32.2.2 SPCE061A 性能 .42.2.3 SPCE
9、061A 的结构 .42.2.4 引脚排列 .52.3 SPCE061A 最小系统 .62.4 61 板硬件框图及简要说明 .72.4.1 61 板接口说明 .82.4.2 61 板的检测 .102.5 系统总体方案 .122.5.1 系统硬件方案 .132.5.2 系统控制方案 .142.6 车体部分介绍 .142.7 小车的行走原理 .152.8 控制板原理图 .152.9 全桥驱动原理 .162.9.1 动力驱动电路 .172.9.2 方向控制电路 .183 语音识别系统的软件设计 .203.1 语音识别系统 .203.2 语音识别系统的硬件组成 .203.3 语音信号的预处理 .213
10、.4 特征参数提取 .213.5 矢量量化技术 .223.6 模板训练方法及匹配方法 .223.7 系统软件总体程序流程 .223.8 语音识别的层次结构及流程 .243.8.1 训练子程序 .253.8.2 语音识别子程序 .263.8.3 动作子程序 .273.8.4 中断子程序 .293.8.5 系统开发环境 IDE 及 ISP 工具 .293.9 程序中需要说明的问题 .304 智能语音小车的测试 .324.1 连接硬件 .324.2 代码下载 .324.3 训练小车 .334.4 声控小车 .344.5 重新训练 .344.6 语音识别测试结果 .35结论 .36参考文献 .37致谢
11、 .38附录 A.3911 绪论1.1 题目背景及目的现代社会电子技术发展迅猛，自动化也随之崛起，在语音识别已成为大众日常生活中的一部分时，预见未来的汽车也将发展成为音控驾驶。音控驾驶不仅仅需要收录的声音清晰，还需要压缩、编码、识别准确并解码，这些有关语音识别的技术如今发展还不够完善。就目前所有的成品设计来看，仅有的两种方案都有自身的缺点。使用单一的单片机往往不能实现如此复杂的功能，外加扩展则需要更多的器件，如此仅能实现基本功能，效果并不理想。第二种解决方案就是使用专为语音识别功能所开发的核心芯片，此类芯片现在市面上较多，如 ISD 、 PM50 等系列都是可以实现基本功能的芯片，缺点在于这些
12、专为语音识别所开发的芯片功能单一，想要加入拓展比较困难，实现语音外的功能工作量更大。 本课题主要设计一辆基于语音控制的智能小车，有一定的实用价值。通过设计一个功能完善、具有实用性且代表未来发展趋势的智能语音小车系统，大学期间所学的相关主要课程可以得到全面的训练，同时发挥自身的特长。课题的综合性及难易程度适中，创新性主要体现在对有车一族的需求及安全分析上。系统的主要功能包括：语音识别功能；语音训练功能；语音控制小车功能。语音控制小车功能包括控制小车前进、后退、左转、右转功能。语音功能会在未来发展得越来越成熟，具有一定的前瞻性。1.2 国内外研究状况第一个高性能的非特定人、大词汇量连续语音识别系统
13、 Sphinx 的出现，语音识别在这一时期走向深入，显著特征是 HMM（Hidden Markov Model）模型和人工神经元网络（ANN）在语音识别中的成功应用。HMM 模型的广泛应用应归功于AT&TBell 实验室 Rabiner 等科学家的努力，他们把原本艰涩的 HMM 纯数学模型工程化，从而为更多研究者了解和认识，从而使统计方法成为了语音识别的主流。我国语音识别技术的研究水平基本上与国外同步，在汉语语音识别技术上还有自己的优势和特点，并达到国际先进水平。清华大学电子工程系语音技术与专用芯片设计课题组研发的非特定人汉语数码串连续语音识别系统的识别精度，达到 94.8%(不定2长数字串)
14、和 96.8%(定长数字串) 。在有 5%的拒识率情况下，系统识别率可以达到96.9%(不定长数字串 )和 98.7%(定长数字串)，这是目前国际最好的识别结果之一，其性能已经接近实用水平。1.3 题目研究内容研究的主要内容为：分析课题研究的社会意义、经济价值、所处背景、发展现状以及今后的方向，并且对语音信号的识别特点进行论述，根据语音信号的声学特点建立语音信息的理想处理模型，此外，研究语音识别的系统原理，对模式识别的结构理论方法进行深入探究。设计系统软硬件，并介绍集成开发环境 IDE。车体系统采用 SPCE061A 16 位单片机作为主控中心，将 MIC 作为输入模块输入声音信号，声音信号转
15、换为电信号再输入到单片机处理声音的专用 ADC 通道，在增益 AGC 放大后，通过若干次的声音训练，将 A/D 转换后的数字信号声音模型存储到 32K 的 Flash 中。需要使用时，外界再次输入语音命令后，声音信号会再次通过该通道去和存储在 Flash 中的声音模型做对比，系统判断达到了一定的相似值后会认定为识别成功，返回相应的函数值判断命令，然后对外界语音回馈并驱动小车电机来让小车行动，根据判断的命令来控制小车的行驶状态，该过程中小车的语音回馈体现了一定的人机交互功能。32 语音识别小车的硬件总体方案2.1 设计要求利用 SPCE061A 单片机和智能小车控制电路板，实现下述功能：1、可以
16、通过简单的 I/O 操作实现小车的前进、后退、左转、右转功能。2、配合 SPCE061A 语音特色，利用系统的语音播放和语音识别资源，实现语音控制功能。3、通过开发板的 MIC 实现人机交互对小车进行语音训练。2.2 SPCE061A 总述SPCE061A 是继 nSP系列产品 SPCE500A 等之后凌阳科技推出的又一款16 位结构的微控制器。与 SPCE500A 不同的是，在存储器资源方面考虑到用户的较少资源的需求以及便于程序调试等功能，SPCE061A 里只内嵌了 32K 的闪存（Flash ）。较高的处理速度使该单片机能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。因此，与 SPCE500A 相比，以 nSP 为核心的 SPCE061A 微控制器是适用于数字语音识别应用领域产品的一种最经济的选择。2.2.1 SPCE061A 特点1、体积小、集成度高、可靠性好且易于扩展。把各功能部件模块化地集成在一个芯片里，内部采用总线结构，因而减少了各功能部件之间的连线，提高了其可靠性和抗干扰能力。另外，模块化的结构易于系统扩展，以适应不同用户的需求。2、具有较强的中断处理能力。中断系统支持 10 个中断向量及 10 余个中断源，适合实时应用领域。
