語音控制智能小車設計摘要：介紹了語音遙控電動小車機械結構及控制部分。在機械結構上，對一般玩具小車做了改善，使小車轉向愈加靈活，而且在設計范圍內能夠實現任意角度墨跡和任意速度移動；而在控制系統部分，則采取語音控制方法，使小車能夠“聽懂”人命令，娛樂性和互動性更強。

關鍵詞：語音識別

智能小車

無線遙控依據美國玩具協會調查統計，多年來全球玩具銷量增幅和全球平均GDP增幅大致相當。而全球玩具市場內在結構比重卻發生了重大改變：傳統玩具市場比重下在逐步縮水，高科技含量電子玩具則蒸蒸日上。美國玩具市場高科技電子玩具年銷售額較增加52%，而傳統玩具年銷售額僅增加3%。英國玩具零售商協會選出圣誕最受歡迎十大玩具中，在七款玩具配有電子元件。從這些數字能夠看出，高科技含量電子互動式玩具已經成為玩具行業發展主流。本文設計一個含有語音識別功效智能遙控小車。該小車傳統手動遙控小車機械部分做了改善，使之能夠實現任意角度轉向和以任意

速度前進，而不象通常小車那樣只能以固定角度轉向和以固定速度前進，所以愈加靠近真實車輛。本文還在小車控制系統中采取語音識別系統，使控制者能夠用語音對小車進行控制，產生對應動作，而且小車和控制者還含有一定交互功效。1智能小車總體結構框圖智能小車關鍵由轉向機械、驅動機構、轉向控制模塊、驅動控制模塊、遙控模塊和語音控制模塊六大部分組成，圖1所表示。2機械本體結構及工作原理小車為輪式結構，圖2所表示。機械部分分為轉向機械（圖中橢圓內部分）和驅動機械（圖中橢圓外部分）。轉向機構關鍵由轉向電機、轉向架和兩個前輪組成。驅動機構采取玩具小車常見雙電機驅動方案包含兩個減速電機和兩個后輪。轉向機構工作原理為：轉向時由控制者向小車發出轉向信號，轉向電機依據轉向信號正向或反向旋轉一定角度，電機經過齒輪、齒條系統帶動轉向架擺動一定角度，最終帶動和轉向架固定在一起前輪偏擺一定角度。小車在轉向時因為內、外側車輪轉變半徑不一樣，所以內外側車輪轉速也不相同。前輪為從動輪，會依據轉變角度大小自動調整內、外側車輪轉速；以后輪為主動輪，其轉速分別由兩個電機獨立驅動，不會依據轉變半徑自動調整轉速。所以小車轉變時，控制系統在控制轉向電機同時還需要依據轉向角度大小向兩個驅動電機發出控制信號，調整兩個驅動電機轉速使之產生特定轉速比，從而使轉彎順利進行。在這里，轉彎角度、轉速經和小車尺寸及轉變半徑相關。3控制系統控制系統包含兩大部分，一部分在遙控器內，用于識別控制者命令并將響應控制信號發送出去；部分在小車上，用于接收遙控器發出控制信號，并依據控制信號控制轉向機構和驅動機構，使小車實現預期動作。3．1遙控器遙控器關鍵由語音識別模塊和無線發送模塊（編碼芯片、射頻發送模塊）組成，圖3所表示。遙控器工作原理為：控制者經過麥克風發出控制命令，該命令經過語音識別模塊識別后，依據控制信號類型產生一個8位控制碼，語音識別模塊經過其P1端口將控制碼輸出至無線發送模塊，然后語音識別模塊發出控制信號，控制無線發送模塊將該控制碼以無線電波形式發送出去，車載控制部分接收到后便控制小車產生預期動作。3．1．1語音控制模塊

3．2車載控制部分

3．2．2車載處理器

3．2．3電機控制模塊

該小車各部分采取模塊化設計，各個模塊之間獨立性強。控制部分采取可編程微處理哭器，能夠在不增加系統硬件情況下方便地對系統進行二次開發。本文對一輛小車進行了試驗，試驗結果表明，語音識別系統在低噪聲環境中識別率很高，在噪聲水平較高場所，識別率有所下降。小車反應靈敏。語音控制模塊關鍵由Sensory企業集成語音識別芯片RSC-364組成。該芯片是專門為語音控制家電產品而設計，外圍輔助器件少，采取經典應用電路時只需要一個麥克風、一個晶體振蕩器、一個小場聲器和多個電阻、電容即可。該芯片內部集成了語音識別、語音合成、語音身份識別、錄音回放功效。芯片內部采取是神經網絡語音識別算法，和說話者無關語音識別正確率能夠達成97%，和說話者相關語音識別正確率能夠達成99%。該芯片功效框圖圖4所表示。該芯片內部集成了一個八位可編程微處理器，對外有16個可編程控制I/O口，16位地址總線和8位數據總線及對應控制信號，可方便擴展外部ROM和和外部器件通訊。本文中對RSC-364資源使用情況為：其P1口用于傳輸和控制命令對應控制碼，P0.7口用于開啟無線發送模塊發送數據。3．1．2無線發送模塊為了提升無線收發可靠性，本文采取集成射頻發送模塊F05C和編程芯片PT2262組成無線編碼發送模塊。PT2262外圍電路簡單，只需外接一個電阻調整載波頻率。PT2262電源電壓范圍廣，4～15V均能正常工作。PT2262能夠對12位二進制信號進行編碼輸出，足以滿足本文要求。PT2262控制也極為簡單，在PT2262TE端為0時，PT2262自動將地址引腳和數據引腳A0～A11數據編譯成適合RF電路發射串行編碼波形，然后經過DOUT端口串行輸出。應用時只需將PT2262DOUT端口連接到RF電路數據輸入端即可將數據經過無線電波發送出去。本文中RF電路選擇集成射頻發送模塊F05C。F05C采取聲表諧振器穩頻，SMT樹脂封裝，頻率一致性很好，免調度。F05C含有較寬工作電壓范圍及低功耗特征，當發射電壓為3V時，發射電流約為2mA，發射功率較小；12V為最好工作電壓，含有很好發射效果，發射電流約為5～8mA；當發射電壓大于12V時直流功耗增大，有效發射功率不再顯著提升。F05系列采取AM方法調制以降低功耗。因為本文無線發送命令種類較少，所以不需要全部使用PT226212個數據引腳，鑒于RSC-363內核和AT89C51均為八位機，為了數據傳輸方法，只使用PT2262低八位數據引腳傳輸數據，其它四個數據引腳直接接地，其上數據沒有意義。車載控制部分關鍵由無線接收模塊（射頻接收模塊、解碼芯片）、車載處理器和電機控制模塊（圖中略）組成，圖5所表示。其功效就是接收遙控器發出無線電信號產解碼，送入車載處理器，經過計算產生對應控制信號，控制三個電壓工作，使小車產生預期動作。3．2．1無線接收模塊無線接收模塊由射頻接收模塊J05C和解碼芯片PT2272組成。J05C是F05C配對功效模塊。J05C采取超外差電路結構和溫度賠償電路，含有較高接收靈敏度及穩定性，芯片內含低噪聲射頻放大器、混頻器、當地振蕩器、中頻放大器、濾波器及限幅比較器，輸出為數據電平信號。其功效是自動接收無線電波并對電波進行處理，輸出適合解碼芯片解碼或單片機解碼波形。PT2272是PT2262配對芯片，其外圍電氣特征和PT262相同。工作時，PT2272自動對從DIN端口輸入編碼波形進行解碼，解碼成功則將地址和數據輸出到對應地址引腳和數據引腳，同時將EN端口置為高電平，數據在各個引腳上排列次序和PT2262完全楨。和無線發送模塊相對應，這里也只使用其低八位數據引腳傳輸八位有效數據。

車載處理器采取常見MCS-51系列單片機AT89C51。AT89C51是8位單片機，其片內集成有4K程序存放器，能夠滿足通常應用。單片機有8位外部數據部遲疑不決和16位外部尋址地址線，支持外擴程序存放器和數據存放器。片內集成兩個16位定時/計數器，兩個外部中止口，32位雙向I/O口。在本文應用中，單片機采取中止工作方法。P2口和無線接收模塊解碼芯片數據端口低8位相連，用于接收解碼數據。解碼芯片EN端口和單片機外部中止口INT0相連，解碼芯片解碼成功時會自動經過EN端口向單片機申請中止，單片機進入中止處理程序，接收解碼后數據。因為EN端口是高電平有效，而INT0是低電平有效，所以EN需要經過一個反向器和INT0連接。單片機P1口用來輸出PWM波，控制轉向電機和兩個驅動電機。每個電機需要兩個端口進行驅動，分別用于電機正反向選擇。P1口每位具體定義為：P1.0和P1.1用來控制轉向電機正轉和反轉；P1.2和P1.3用來控制左后輪驅動電機正轉和反轉；P1.4和P1.5用來控制右后輪驅動電機正轉和反轉。

圖5電機驅動采取雙向PWM脈寬調制方法控制。采取這種控制方法能夠方便地實現電機正反轉和轉速改變。電機驅動電路圖6所表示。其工組原理為當P1.0端口為高電平、P1.1端口為低電平時，三極管Q5導通，Q5導通又造成Q3和Q2導通，則電流從電源經過Q2、直流電機和Q3組成回路；當P1.0端口為低電平、P1.1端口為高電平時，三極管Q6導通，Q6導通又造成Q4和Q1導通，則電流從電源經過Q1、直流電機和Q4和Q1導通，則電流從電源經過Q1、直流電機和Q4組成回路，且電流方向和前面相反，即電機轉向發生改變。經過控制P1.0口和P1.1口電平高低和高電平導通時間，就能夠控制電機正、反轉和轉速。4試驗結