小車課程設(shè)計模板

單片機課程設(shè)計語音控制小車自動化測試與控制系20110822-0902：：單片機課程設(shè)計語音控制小車自動化測試與控制系20110822-0902AX-'-,_-AHarbinInstituteofTechnology課程設(shè)計說明書（論文）課程名稱:設(shè)計題目：TOC\o"1-5"\h\z院系:班級:設(shè)計者:學(xué)號:指導(dǎo)教師:設(shè)計時間：哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書姓名：劉慧忠院（系）：電氣工程及自動化學(xué)院專業(yè)：測控技術(shù)與儀器班號：0801103任務(wù)起至日期：2011年8月22日至2011年9月2日課程設(shè)計題目：智能聲控小車已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計要求：已知技術(shù)參數(shù)：凌陽SPCE061A型單片機最小開發(fā)系統(tǒng)一套，包括電源接口、IO接口、音頻輸出接口、MIC輸入接口及程序下載接口；2,小車額定工作電壓4.5V（3節(jié)干電池）。設(shè)計要求：正確焊接電路板，完成單片機最小系統(tǒng)的調(diào)試；利用61板實現(xiàn)語音控制小車的基本功能，包括前進、倒車、左拐和右拐的功能；根據(jù)自己能力，完成機器人附加功能。工作量：總工作時間為10天；完成凌陽SPCE061A型單片機最小系統(tǒng)的焊接與調(diào)試工作;設(shè)計程序流程圖并編寫、調(diào)試程序；車體與單片機最小系統(tǒng)連接調(diào)試，完成設(shè)定的功能；最后撰寫開題報告和結(jié)題報告各一份。工作計劃安排：2011.8.22——2011.8.24:電路板焊接、查閱資料，學(xué)習(xí)凌陽單片機；2011.8.25——2011.8.26:熟悉凌陽單片機集成開發(fā)環(huán)境、設(shè)計程序流程圖，編寫程序;2011.8.29——2011.8.30:調(diào)試程序，完成設(shè)定要實現(xiàn)的功能；2011.8.31——2011.9.1：撰寫課程設(shè)計報告、準(zhǔn)備驗收。2011.9.2——驗收同組設(shè)計者及分工：同組人：劉慧忠分工：所有工作共同完成指導(dǎo)教師簽字年月日教研室主任意見：教研室主任簽字*注：此任務(wù)書由課程設(shè)計指導(dǎo)教師填寫一、子線路綜合設(shè)計方法電子電路綜合設(shè)計方法是指在提出一個設(shè)計任務(wù)或題目后，按照規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)和功能要求設(shè)計一個子系統(tǒng)電路的過程。流程：仔細審題，分析技術(shù)指標(biāo)：研究題目要求，各項技術(shù)指標(biāo)的含義，了解出題者的意圖。設(shè)計總體框圖，分配技術(shù)指標(biāo)：分析立即題意，方法論證，參考資料，選擇一種相對合理思路巧妙成本較低的設(shè)計方案設(shè)計單元電路，進行計算機仿真實驗：在計算機上模擬仿真電路，修改參數(shù)，觀測性能指標(biāo)整機聯(lián)調(diào)，測試技術(shù)指標(biāo)：整機聯(lián)調(diào)，發(fā)現(xiàn)，排除電路故障修改電路參數(shù)以滿足方案要求二、基于凌陽SPCE061A單片機的音控小車的設(shè)計隨著電子業(yè)的發(fā)展，自動化已經(jīng)不再是新鮮的話題了，在對系統(tǒng)業(yè)提出更高更深入的要求的同時，智能化已成為必然的發(fā)展趨勢。智能化產(chǎn)品已開始逐漸投入市場，走進千家萬戶，滲入各個領(lǐng)域。隨著經(jīng)濟的增長，個人擁有私家汽車已不再是夢想，伴隨著汽車業(yè)的發(fā)展，無人駕駛的智能汽車也必將進入實用階段。本設(shè)計的主要目的是針對智能無人駕駛汽車設(shè)計出智能音控小車，在智能化小車上實現(xiàn)語音控制，避免出現(xiàn)許多大大小小的事故。本設(shè)計方案也可應(yīng)用于移庫倒庫過程中，而且在諸如智能建筑、公共便民設(shè)施、自動立體車庫等類似的人性化環(huán)境中也能夠發(fā)揮其作用。1系統(tǒng)的總體設(shè)計方案及硬件設(shè)計1系統(tǒng)的總體設(shè)計描述本設(shè)計以凌陽單片機SPCE061A為核心控制部件，采用減速直流電機LS17RU419i、電機驅(qū)動芯片L298N、紅外線光電傳感器ST178等為主要元件，以智能控制技術(shù)為理論基礎(chǔ)，通過程序利用SPCE061A的語音模塊，根據(jù)麥克風(fēng)采集的語音信號與事先訓(xùn)練好的語音庫的特征語音進行對比，進行語音辨識并通過語音命令小車行進、轉(zhuǎn)向及倒庫等操作。音控小車總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。IdI育控小車結(jié)枸框圖1.2系統(tǒng)的核心部件SPCE061A芯片內(nèi)部集成了ICE、FLASH、SRAM、通用I/O端口、定時器/計數(shù)器、中斷控制、CPU時鐘鎖相環(huán)、ADC、DAC輸出、UART、SIO、低電壓監(jiān)測/低電壓復(fù)位等模塊［2-3］。SPCE061A可以使外圍電路大大簡化,節(jié)省小車內(nèi)部的空間，并且凌陽單片機具有語音功能，可以加入語音識別模塊。3小車電機驅(qū)動設(shè)計L298是SGS公司的產(chǎn)品，L298N為15個管角的單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動，設(shè)計用L298N來接收DTL或者TTL邏輯電平，驅(qū)動感性負載（比如繼電器，直流和步進馬達）和開關(guān)電源晶體管。內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電路，其額定工作電流為1A，最大可達1.5A，Vss電壓最小4.5V，最大可達36V；Vs電壓最大值也是36V。L298N可直接對電機進行控制，無須隔離電路，可以驅(qū)動雙電機。根據(jù)L298N芯片的特點以及SPCE061A自身的特點，把IOA4?IOA7作為輸出口，分別與L298N的IN1?IN4相接，其VS、VSS分別接+12V、+5V電源，其輸出口OUT1?OUT2接轉(zhuǎn)向電機，OUT3?OUT4接驅(qū)動電機，根據(jù)設(shè)計要求，結(jié)合所編好的程序，根據(jù)所發(fā)語音命令，接收信號，便可給［P_IOA_DATA］傳送數(shù)據(jù)，從而控制轉(zhuǎn)向電機和驅(qū)動電機。其連接圖如圖2所示。上見上A2kISENAUWJ5ENBTiw>jiir~pNiOUIIOUT2EMAOUT5HNB上見上A2kISENAUWJ5ENBTiw>jiir~pNiOUIIOUT2EMAOUT5HNBOUT4車身的微調(diào)裝置采用紅外線光電傳感器ST178,ST178由4個管腳組成，是集發(fā)射和接收于一體的傳感器。發(fā)射和接收管分別采用高發(fā)射功率紅外線光電二極管和高靈敏度光電品體管組成。工作的范圍可達到4mm?10mm左右，采用非接觸監(jiān)測的方式。經(jīng)過反復(fù)試驗證實，ST178紅外線光電傳感器的發(fā)射管要加500。的電阻用來限流，而接收管則要接20k。上拉電阻，兩管均接5V電源，工作時電壓達到4.8V,當(dāng)距離發(fā)射頭或接收頭1cm左右的位置有障礙物阻擋時電壓迅速降到1V。具體電路如圖3所示。R4OIK圖.4反射式紅外傳感器接線圖R4OIK1.5系統(tǒng)硬件部分設(shè)計音控小車主要由電機和電機驅(qū)動部分組成，電機有2個分別用來控制后輪的驅(qū)動和前輪的轉(zhuǎn)向，采用芯片L298做為電機的驅(qū)動電路，可以驅(qū)動雙電機。小車為4輪結(jié)構(gòu)，其中前面2個車輪由前輪電機控制，在連桿和支點作用下控制前輪左右擺動，來調(diào)節(jié)小車的前進方向。在自然狀態(tài)下，前輪在彈簧作用下保持中間位置。后面2個車輪由后輪電機驅(qū)動，為整個小車提供動力，所以又稱前面的輪子為方向輪，后面的兩個輪子為驅(qū)動輪。利用直流減速電機控制小車的驅(qū)動，可以不考慮調(diào)速，利用步進電機控制小車的轉(zhuǎn)向來提高小車的整體性能，具有很高的性價比。供電電源選用3塊4V手機電池串聯(lián)成12V電源給小車提供電能。車身裝有5個傳感器在不同方向用來進行微調(diào)，防止撞壁。小車前進過程中當(dāng)接收到語音命令時，可執(zhí)行行進、轉(zhuǎn)向及倒庫等操作。本設(shè)計最終實現(xiàn)了對音控小車的設(shè)計，圖4所示是基于凌陽單片機語音控制小車的實物圖，其具體結(jié)構(gòu)是1喇叭、2車輪、3凌陽單片機、4光電傳感器、5電池及驅(qū)動板、6電機。圖4普拒小車現(xiàn)物圖2系統(tǒng)的軟件設(shè)計1語音識別模塊設(shè)計小車的語音識別模塊選用凌陽科技公司SPCE061A開發(fā)板。SPCE061A內(nèi)嵌7通道10位電壓A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音A/D轉(zhuǎn)換，聲音A/D轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動增益控制功能，其本身已經(jīng)成為基本的語音處理平臺。本系統(tǒng)采用A2000模塊，其語音壓縮編碼率為24kb/s，采樣頻率為16kHz［4］。語音識別主要分為“訓(xùn)練”和“識別”兩個階段。在訓(xùn)練階段，單片機對采集到的語音樣本進行分析處理，從中提取出語音特征信息，建立一個特征模型；在識別階段，單片機對采集到的語音樣本也進行類似的分析處理，提取出語音的特征信息，然后將這個特征信息模型與已有的特征模型進行對比，如果二者達到了一定的匹配度，則輸入的語音被識別。語音識別小車過程分為以下4大部分：初始化部分：初始化操作將IOB8?IOB11設(shè)置為輸出端，用以控制電機。必要時還要有對應(yīng)的輸入端設(shè)置。整個小車的行駛狀態(tài)由2個電機來控制，電機1控制左拐和右拐，電機2控制前進、倒退。具體行使?fàn)顟B(tài)控制如表1所示。表［行使?fàn)顟B(tài)控制表行使?fàn)顟B(tài)IOCI飽1010jlll.前進100QD]U1010右拐10(11訓(xùn)練部分：訓(xùn)練部分完成的工作就是建立語音模型。程序一開始判斷小車是否被訓(xùn)練過，如果沒有訓(xùn)練過則要求對其進行訓(xùn)練，整個訓(xùn)練過程共有5次，依次為：名稱—前進一倒車一左拐一右拐。在訓(xùn)練成功之后將訓(xùn)練的模型存儲到FLASH,在以后使用

時不需要重新訓(xùn)練；如果已經(jīng)訓(xùn)練過會把存儲在FLASH中的模型調(diào)出來裝載到辨識器中。（3）識別部分：在識別環(huán)節(jié)當(dāng)中，如果辨識結(jié)果是名字，停止當(dāng)前的動作并進入待命狀態(tài)，然后等待動作命令。如果辨識結(jié)果為動作指令，小車會語音告知相應(yīng)動作，并執(zhí)行該動作，在運動過程中可以通過呼叫小車的名字使小車停下來。（4）重訓(xùn)操作：考慮到有重新訓(xùn)練的需求，設(shè)置了重新訓(xùn)練的按鍵（61板的KEY3），循環(huán)掃描該按鍵，一旦檢測到此鍵按下，則將擦除訓(xùn)練標(biāo)志位（0xe000單元），并等待復(fù)位。復(fù)位后，程序重新執(zhí)行，當(dāng)檢測到訓(xùn)練標(biāo)志位為0xffff時會要求重新對其進行訓(xùn)練。小車訓(xùn)練流程圖如圖5所示［5］。2系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程圖系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程如圖6所示。本設(shè)計采用C語言和匯編語言聯(lián)合編程的方法。其中，C語言作為主程序編程，可以充分利用C語言的優(yōu)點，調(diào)用其他程序模塊。匯編語言主要用在子程序的模塊中，利用它的中斷、延時等方面的優(yōu)點。匯編語言的主要優(yōu)點是占用硬件資源少、程序直接對硬件操作加快了處理速度。本設(shè)計的所有程序均在凌陽單片機集成開發(fā)環(huán)境IDE中進行。本系統(tǒng)的軟件部分采用模塊化程序結(jié)構(gòu)，其軟件設(shè)計主要包括初始化、系統(tǒng)主程序、語音提示程序、小車微調(diào)程序等部分。本文設(shè)計并制作的小車以凌陽單片機為控制核心，完成了語音辨識功能，并在實現(xiàn)語音控制的基礎(chǔ)上擴展了SPCE061AI/O接口，實現(xiàn)了緊急避障微調(diào)功能，能夠按照語音指令很好地完成前進、倒車、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)以及倒庫。能夠識別人的語音命令，并根據(jù)命令的含義執(zhí)行相應(yīng)的動作。整個部分設(shè)計合理，小車運行正常。三、綜合設(shè)計總結(jié)報告該小車各部分采用模塊化設(shè)計，各個模塊之間獨立性強?？刂撇糠植捎每删幊涛⑻幚砜奁?，可以