EEPW论坛

　　产品简介

　　开发背景：声控拨号，声控家电，声控打字，声控设备越来越多的出现在人们的日常生活当中，可以毫不夸张的说。未来是声控的世界。
　　该语音声控小车采用STC15F2K61S2芯片为控制核心的单片机开发板作为控制板，单片机的拓展能力很强，因此我们将寻迹模块，避障模块，远程控制模块，语音识别模块等功能集合在该小车中。

　　主要功能：
　　1、通过单片机控制小车前进，后退，左转，右转功能。
　　2、声控利用系统的语音播放和语音识别资源，实现语音控制的功能。
　　3、加入寻迹模块，避障模块，自动完成寻迹，避障工作。
　　产品结构：本系统主要由STC15F2K61S2单片机控制器模块、电源模块、寻迹传感器模块、直流电机及其驱动模块、避障模块、语音模块、无线收发模块等模块构成。

　　使用说明：
　　1、操纵员分别发出命令：前进、后退、左转、右转。以操控小车进行相应动作。
　　2、通过操纵员语音：“启动寻迹”，小车能在指定的线条里寻迹。
　　3、通过操纵员语音：“启动避障”，小车能在黑线框内自由行走，遇黑线自动后退，遇障碍物自动避障，寻可行路线继续前行。

　　平台选型说明

　　STC15F2K61S2单片机开发板

　　设计说明

　　1.1、设计要求
　　1.1.1、设计任务一
　　设计制作一个语音控制小车模型，操纵员分别发出走前进、后退、左转、右转、停止、原地左转圈、原地右转圈等命令，通过无线传输命令信息，控制远方的小车进行相应的动作。

　　1.1.2、设计任务二
　　设计制作一个寻迹控制小车，按照设计好的路线寻迹。

　　1.1.3、设计任务三
　　设计制作一个避障控制小车，在小车能在黑线框内自由行走，遇黑线自动后退，遇障碍物自动避障，寻可行路线继续前行。

　　1.2、系统设计模块构成
　　本系统主要由单片机控制器模块、电源模块、寻迹传感器模块、直流电机及其驱动模块、避障模块、语音模块、无线收发模块模块构成。

　　1.3、硬件设计
　　1.3.1、车体设计
　　自己制作小车。经过反复考虑论证，我们制定了两个车轮分别驱动。

　　1.3.2、电源模块
　　通过外接12V电源(也可以用电池)给直流电机供电、通过7805稳压5V给出单片机供电，语音控制端通过USB连接电脑5V供电。

　　1.3.3、语音识别模块
　　语音识别模块采用了LD3320芯片控制的语音识别模块，它是一款“语音识别”专用芯片，由ICRoute 公司设计生产。该芯片集成了语音识别处理器和一些外部电路，包括AD、DA 转换器、麦克风接口、声音输出接口等。本芯片在设计上注重节能与高效，不需要外接任何的辅助芯片如Flash、RAM 等，直接集成在现有的产品中即可以实现语音识别/声控/人机对话功能。并且，识别的关键词语列表是可以任意动态编辑的。　　

 　　设计中采用MCU控制模式，通信协议采用标准DSA 的模式做为基础修改，占用系统资源少，对时间没有严格要求。MCU 控制模式通过DSA_DATA、DSA_ACK、DSA_STB 三个端口来控制 LD3320 工作，LD3320与MCU的DSA连接如图4所示,通过软件的处理，可以轻松的对FLASH内的语音文件进行解码并播报　　

　　图4

　　1.3.4、寻迹传感器模块
　　用红外发射管和接收管自己制作光电对管寻迹传感器。红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平面后反射，若红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则检测出黑线继而输出高电平。这样自己制作组装的寻迹传感器基本能够满足要求。

　　1.3.5、避障模块　　

　　用超声波传感器进行避障。超声波传感器的原理是：超声波由压电陶瓷超声波传感器发出后，遇到障碍物便反射回来，再被超声波传感器接收。然后将这信号放大后送入单片机。超声波传感器在避障的设计中被广泛应用。由于在设计小车车体时的特殊性，我们在车体上装了3个超声波传感器模块，以适应车体各个方向检查障碍物的需要。

　　1.3.6、电机模块
　　本系统为语音控制小车，对于电动小车来说，其驱动轮的驱动电机的选择就显得十分重要。由于本设计要实现对路径的准确选择和执行，我们综合考虑了一下两种方案。
　　方案1：采用步进电机作为该系统的驱动电机。由于其转过的角度可以精确的定位，可以实现小车前进路程和位置的精确定位。虽然采用步进电机有诸多优点，步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统。经综合比较考虑，我们放弃了此方案。
　　方案2：采用直流减速电机。直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。由于其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速(减速)齿轮组，可以产生大扭力。
　　我们所选用的直流电机减速比为1：74，减速后电机的转速为100r/min。我们的车轮直径为6cm，因此我们的小车的最大速度可以达到
　　V=2πr·v=2*3.14*0.03*100/60=0.314m/s
　　能够较好的满足系统的要求，因此我们选择了此方案。

　　1.3.7、电机模块驱动　　

 　　我们采用了专用芯片L298N作为电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。

　　系统测试
　　1、测试仪器设备清单　　

　　2、功能测试
　　2.1、1、操作员分别发布前进、后退、左转、右转、停止、原地左转圈、原地右转圈等命令，小车行驶按照规定，准确无误。
　　2、通过操纵员语音：“启动寻迹”，小车能在指定的线条里寻迹。线路如图：　　

 　　3、通过操纵员语音：“启动避障”，小车能在黑线框内自由行走，遇黑线自动后退，遇障碍物自动避障，寻可行路线继续前行。线路如图：　　

 　　小车路线示意图

　　3、结论
　　经过个方面的测试，小车完整的完成了给小车设定的任务，接收命令反应正常、语音播报正常、行驶路线正常。　　

　　作品特色

　　本产品采用高速8051微控制器内核的STC15F2K61S2开发板作为语音的播报和识别，这是一块精简的开发板，该系统板体积小、功能齐全、资源丰富，处理速度高，尤其适用于语音处理和识别等领域。
　　语音控制方面：采用了LD3320语音芯片系统，该芯片由ICRoute 公司设计生产。该芯片集成了语音识别处理器和一些外部电路，包括AD、DA 转换器、麦克风接口、声音输接口等。本芯片在设计上注重节能与高效，不需要外接任何的辅助芯片如Flash、RAM 等，直接集成在现有的产品中即可以实现语音识别/声控/人机对话功能。并且，识别的关键词语列表是可以任意动态编辑的。
　　远程控制方面：该小车使用了2.4-2.5GHz的ISM频段的单片射频收发，有利于对智能小车进行远程控制。
　　车体设计：小车设计成利用三个舵机分别对三个车轮进行方向控制，这样，当小车转弯时，整个车体不用转动，只需通过舵机对三个车轮方向进行调整，以让小车能轻松实现操纵员对它的控制，并且有助于小车适应复杂的地形环境。
　　开发前景方面：该语音智能小车，生产成本低，易于改装，可以在该小车的基本模型及功能下增加或者减少需要的如：寻迹、蔽障、遥控、机器臂、摄像监控等多种功能，适合多种场合以及开发的要求。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2278