語音遙控小汽車系統(tǒng)的硬件設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u24708語音遙控小汽車系統(tǒng)的硬件設(shè)計案例 1261241.1硬件設(shè)計的整體思路 137101.2單片機的選擇 1293681.3語音識別電路硬件設(shè)計 2213201.4電機驅(qū)動模塊 3225411.5無線遙控模塊 4112111.6避障模塊 51.1硬件設(shè)計的整體思路語音遙控小車的硬件總體設(shè)計系統(tǒng)，總體設(shè)計硬件框圖結(jié)構(gòu)如軟件圖1所示。該語音遙控小車控制系統(tǒng)設(shè)計采用的是模塊化的系統(tǒng)設(shè)計思想，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計由一個STC89C52單片機、電機電路驅(qū)動、語音識別、電源等模塊組成。圖1系統(tǒng)設(shè)計方案圖向無線語音識別控制模塊LD3320說出特定的指令,等待LD3320語音識別控制模塊成功識別后,將控制命令再次發(fā)送給單片機無線接口和無線收發(fā)模塊,然后無線接口和收發(fā)模塊再次將控制命令發(fā)送給STC89C52單片機。STC89C52單片機在接受到LD3320語音識別模塊發(fā)送給無線收發(fā)模塊的命令后,設(shè)置或復位電動機驅(qū)動模塊相應(yīng)端口,控制語音遙控車的驅(qū)動狀態(tài)[6]。然后,避障檢測模塊可以用于自動檢測小車語音控制遙控器和小車周圍的任何障礙物。當一個傳感器或者檢測器監(jiān)測到有障礙物時,傳感器就可能會向一個單片機接口發(fā)送一個控制指令,致使小車左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)。單片機可以根據(jù)各個傳感器的不同工作狀態(tài)對電機和驅(qū)動模塊發(fā)送不同的控制命令,實現(xiàn)了對語音遙控小車的自動避障[7]。1.2單片機的選擇此次畢業(yè)設(shè)計選用的是STC89C52單片機，它的主要特點是芯片的結(jié)構(gòu)與一些功能上以及個別外部接口引腳上都和intel公司的mcs-51單片機其中一個系列即80C51型號單片機相同,可以相互替換使用。主要的不同之處在于89系列產(chǎn)品中應(yīng)用程序存儲器都是采用了快速擦寫式存儲器,簡稱閃存[8]。STC89C52單片機的主要區(qū)別在于它們之間的不同之處就在于它們都增加了ISP的串口(可以實現(xiàn)串行下載)和看門狗定時器。此次畢業(yè)設(shè)計選用STC89C52，它主要采用的是一種40引腳雙列直插式封裝的一個高性能單片機[9]。這種單片機采用先進的存儲器制作技術(shù),這種設(shè)計使它具備了高密度且不會因為遺漏而導致信息在傳遞過程中出現(xiàn)問題的特征,它可以在工程中很好的與其規(guī)范的指令集相兼容。STC89C52單片機的引腳結(jié)構(gòu)圖如圖2所示[10]。圖2STC89C52單片機引腳圖STC89C52引腳使用情況如表1所示[11]。表1STC89C52RC引腳使用情況引腳編號引腳使用情況40單片機VCC供電端20單片機GND接地端1升溫系統(tǒng)供電端2降溫系統(tǒng)供電端3加濕系統(tǒng)供電端4除濕系統(tǒng)供電端9、18、19、31STC89C52RC單片機最小系統(tǒng)端8DHT11溫濕度傳感器數(shù)據(jù)輸出端26、27、28LCD1602串聯(lián)輸入輸出端1.3語音識別電路硬件設(shè)計 LD3320芯片主要設(shè)計是由美國icroute公司專門自行設(shè)計的,并且該公司主要采用的芯片是一種專門基于"語音識別"等新技術(shù)的汽車專用控制芯片。該接口的芯片主要用于集成一個語音視頻識別信號處理器及一些外部接口電路,其中主要包括語音A\D、D\A信號轉(zhuǎn)換器、麥克風輸出接口、聲音視頻輸出口等接口[12]。這種智能芯片的主要產(chǎn)品設(shè)計發(fā)展方向就是為了實現(xiàn)節(jié)能、高效。選用LD3320語音識別芯片，最主要的特點就是不必再擔心需要任何外部的語音輔助控制芯片,例如諸如flash、ram等,可直接將其進行集成或直接安裝到自己公司現(xiàn)有的軟件產(chǎn)品中,實現(xiàn)人機語音自動識別/實現(xiàn)語音自動控制/實現(xiàn)人機互動對話等多種功能[13]。此外,識別的動態(tài)關(guān)鍵字編輯列表也讓您可以對其進行任意的高度動態(tài)優(yōu)化編輯。LD3320的電路圖如圖3所示。圖3LD3320原理圖1.4電機驅(qū)動模塊本次語音控制小車系統(tǒng)設(shè)計中小車的驅(qū)動主要是由左右兩邊的電機提供的動力進行前進后退以及其他行駛動作的，兩邊各有兩個電機，從而可以保證小車平穩(wěn)行駛，每單片機無法直接驅(qū)動，因此專門需要一個L298N電機驅(qū)動模塊，便可達到設(shè)計的要求[14]。本產(chǎn)品設(shè)計中所需要采納的為交流驅(qū)動電機，特殊電壓驅(qū)動專用芯片L298N為直流驅(qū)動電機特殊電壓驅(qū)動的專用芯片。這種由單電機電路驅(qū)動的藍牙芯片一個主要的的優(yōu)點就是從外部電路獲得12V的直流電壓后,它就已經(jīng)可以直接通過分別輸送到一個5V的TTL不同邏輯值的電壓水平,這個不同邏輯值的電壓水平主要就是適合于一個單片機和一個循跡式溫度傳感器以及其他各種藍牙通信模塊。該控制芯片主要是適用于直流機和電動機等各種傳感性設(shè)備負載的自動控制,并且芯片采用了國際標準的一個邏輯控制電平式電機信號電路來直接控制直流電機,可以更加方便地直接利用一個單片的電機I/O口信號來直接控制直流電機的實際工況和正常運行,操作簡單、方便。具有兩個直流高壓電機間的智能功率控制端口,用以直接檢測兩個直流高壓電機之間電流是否正常工作,高電平是否能正常工作,單機也所可以直接通過向使用功能控制端寫入輸出控制信號分別寫入0或1,以用于防止一個L298N不能允許或者完全禁止電機工作[15]。主要特點是：符合本次畢業(yè)設(shè)計所需要的驅(qū)動，因為其工作電壓高；額定功率20W。可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)采用光電隔離電機驅(qū)動模塊電路圖如圖4所示。圖4電機驅(qū)動模塊電路圖1.5無線遙控模塊本次語音遙控小車采用的是nRF24L01無線收發(fā)模塊，當語音識別芯片收到非特定語音指令后，向無線收發(fā)模塊發(fā)出指令，從而發(fā)送指令給單片機，控制小車的運動狀態(tài)。nRF24L01是一款專門設(shè)計工作于2.4-2.5GHz上的全球范圍通用的ISM兩個頻段的智能單片無線收發(fā)器及集成處理芯片。無線收發(fā)器主要類型有:超高頻率型的信號濾波發(fā)生器、增強型的SchockBurstTM等多模式信號控制器、功率信號放大器、晶體振蕩器、調(diào)節(jié)控制裝置、解調(diào)器。輸出功率,頻道的類型選擇及通信協(xié)議等都需要可通過SPI接口方式來進行設(shè)定。無線遙控模塊電路圖如圖5所示。圖5無線遙控模塊原理圖引腳及其功能如下表所示：表2nRF24L01引腳功能引腳名稱引腳功能描述1CE數(shù)字輸入RX或TX模式選擇2CSN數(shù)字輸入SPI片選信號3SCK數(shù)字輸入SPI時鐘4MOSI數(shù)字輸入從SPI數(shù)據(jù)輸入腳5MISO數(shù)字輸出從SPI數(shù)據(jù)輸出腳6IRQ數(shù)字輸出可屏蔽中斷腳7VDD電源電源（+3V）8VSS電源接地（0V）9XC2模擬輸出晶體振蕩器2腳10XC1模擬輸入晶體振蕩器1腳/外部時鐘輸入腳11VDD_PA電源輸出給RF的功率放大器提供的+1.8V電源12ANT1天線天線接口113ANT2天線天線接口214VSS電源接地（0V）15VDD電源電源（+3V）16IREF模擬輸入?yún)⒖茧娏?7VSS電源接地（0）18VDD電源電源（+3V）19DVDD電源輸出去耦電路電源正極端20VSS電源接地（0V）1.6避障模塊此次語音遙控小車的避障模塊主要采用了E18-D80NKNPN三線常開紅外光電傳感器模