【新提醒】智能玩具—機(jī)器狗的研發(fā)技術(shù)方案 - 機(jī)電玩具設(shè)計(jì)- electronic toy...
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摘 要：本文主要介紹利用SPCE061A單片機(jī)來開發(fā)的一款智能玩具——機(jī)器狗的實(shí)現(xiàn)方案。
關(guān)鍵詞：語(yǔ)音識(shí)別 SPCE061A 智能玩具
1 引言
智能化已成為玩具行業(yè)的新趨勢(shì)，讓語(yǔ)音技術(shù)融入到玩具中，不僅可以賦予玩具“聽”“說”的交流能力，使其更加生動(dòng)、智能，還有利于在兒童中普及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，推動(dòng)語(yǔ)音技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。一些領(lǐng)先技術(shù)被應(yīng)用于今天的玩具領(lǐng)域如：無線電、紅外通訊、傳感器、語(yǔ)音識(shí)別等等。本文介紹的是基于SPCE061A的一種具有語(yǔ)音識(shí)別功能的玩具產(chǎn)品，并著重介紹了軟硬件設(shè)計(jì)方法。
摘要：凌陽(yáng)科技公司的SPCE061A，不但具備微控制器的功能，還具有DSP運(yùn)算功能，可以用來進(jìn)行數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)處理，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的播放、識(shí)別、錄制等功能。本產(chǎn)品就是利用SPCE061A的該功能設(shè)計(jì)的一款智能玩具。該玩具可以在人的語(yǔ)音指令下完成“前進(jìn)”、“后退”、“變速”、“演奏”等動(dòng)作，和人有良好的互動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)了玩具的智能化。
2 系統(tǒng)框圖
硬件組成框圖如圖 2.1所示：主要由電池盒、61B板、傳感器組、電機(jī)控制電路、電機(jī)、顯示電路等部分組成。
圖 2.1 硬件框圖
通過一個(gè)開關(guān)控制玩具的啟動(dòng)、停止，首次下載程序后或按下重錄鍵可以進(jìn)行語(yǔ)音命令訓(xùn)練。訓(xùn)練內(nèi)容有：前進(jìn)、后退、變速、溫度。
用戶發(fā)出“變速”的命令時(shí)，小狗可以做出相關(guān)響應(yīng)，將電機(jī)的轉(zhuǎn)度改變。
用戶發(fā)出“前進(jìn)”或“后退”的命令時(shí)，小狗會(huì)做出前進(jìn)或后退的動(dòng)作。同時(shí)相應(yīng)的發(fā)光二極管會(huì)點(diǎn)亮。
在前進(jìn)過程中如果遇到障礙物，小狗會(huì)發(fā)出“汪——汪汪”的狗叫聲，并停止運(yùn)動(dòng)。
用戶發(fā)出 “演奏” 命令時(shí)，小狗會(huì)進(jìn)行大合唱。
3 硬件電路
3.1 障礙物檢測(cè)電路
出于成本的考慮，這里采用紅外對(duì)管作為障礙物檢測(cè)的傳感器。由于紅外對(duì)管容易受可見光干擾，為了在不同的光線環(huán)境下，該傳感器都能正常工作，特采用循環(huán)檢測(cè)的方式而且實(shí)踐證明該方式非常有效。
圖 3.1 障礙物檢測(cè)傳感器電路
3.2 顯示電路
顯示電路由兩個(gè)發(fā)光二極管指示電機(jī)工作狀態(tài)。前進(jìn)時(shí)D5綠燈(IOB11)亮，后退時(shí)D6紅燈(IOB10)亮。電路原理圖如下：
圖 3.2 顯示電路
3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路
電機(jī)控制電路原理及控制模塊：其控制電路如圖4所示。電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路由I/O口輸出信號(hào)送PB8和PB9，J13是電機(jī)插座，VDD是給電機(jī)供電的電源。電機(jī)的控制原理為：通過PB8和PB9的不同電平輸入，在J13處得到正反向控制電壓來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，例如：當(dāng)PB8為高PB9為低時(shí)，三極管Q1、Q2、Q3導(dǎo)通； Q6、Q7、Q8截止，此時(shí)由于Q2導(dǎo)通Q8截止，J13的1腳相當(dāng)于接地；由于Q3導(dǎo)通Q7截止，電源J13的2腳相當(dāng)于接電源VDD，這樣就可以在J13處獲得一個(gè)正向電壓（2（+），1（－）），從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)需要電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，同理只需使輸入端PB8和PB9的電平反向即可。
圖 3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路
控制電路的控制方式如表 3.1所示：
表 3.1
4 軟件設(shè)計(jì)
4.1 主程序流程說明
程序流程主要通過程序主模塊來實(shí)現(xiàn)，主模塊的任務(wù)包括：硬件資源初始化、響應(yīng)用戶輸入以及調(diào)用相關(guān)子模塊對(duì)用戶輸入進(jìn)行相應(yīng)的處理。程序的主流程圖如圖 4.1所示：
圖 4.1 主程序流程
4.2 各功能子模塊及流程說明
硬件資源初始化：根據(jù)硬件資源的使用情況，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的初始化，以便后面的程序使用。初始化工作主要包括：Port_A和Port_B的輸入輸出屬性設(shè)置、初始化存儲(chǔ)器RAM等。
命令訓(xùn)練模塊：主要功能是給出語(yǔ)音提示，對(duì)用戶的語(yǔ)音輸入進(jìn)行比較并保存正確的語(yǔ)音數(shù)據(jù)。命令訓(xùn)練模塊的具體流程如下：
圖 4.2 命令訓(xùn)練流程
電機(jī)控制：主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)電機(jī)的快慢速、正反轉(zhuǎn)控制。控制電機(jī)為直流電機(jī)，通過PWM信號(hào)來控制，PWM控制信號(hào)由軟件來產(chǎn)生，PWM信號(hào)的占空比由軟件來設(shè)定。電機(jī)控制流程圖如下：
圖 4.3 電機(jī)控制流程
障礙物檢測(cè)：主要任務(wù)是判斷前方是否有障礙物，如果有障礙物，則電機(jī)停轉(zhuǎn)，并播放狗叫。障礙物檢測(cè)是通過循環(huán)讀取紅外線傳感器的輸入信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的。障礙物檢測(cè)模塊流程圖如下：
圖 4.4 障礙物檢測(cè)模塊流程
鍵盤輸入掃描：在主循環(huán)中反復(fù)讀取相應(yīng)IO端口的值，并進(jìn)行去抖動(dòng)處理，即在探測(cè)到有按鍵按下后，延遲一定時(shí)間再重新探測(cè)鍵值，并判斷是否與上一次的探測(cè)值相等，如果相等則繼續(xù)進(jìn)行下面的處理。 根據(jù)探測(cè)的鍵值類型，進(jìn)行相應(yīng)的處理。鍵盤輸入掃描模塊流程圖如下：
圖 4.5 鍵盤輸入掃描模塊流程
5 結(jié)語(yǔ)
使用SPCE061A進(jìn)行智能玩具的開發(fā)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。該單片機(jī)具有DSP的功能，在此基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音播放等算法，與專用語(yǔ)音處理芯片相比具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉等特點(diǎn)。而現(xiàn)成的語(yǔ)音API函數(shù)也大大加快了產(chǎn)品開發(fā)的進(jìn)程，提高了效率。IOB8、IOB9的PWM功能使得電機(jī)控制非常的容易。由于功能比較簡(jiǎn)單，很多IO口和內(nèi)部資源沒有用到，本產(chǎn)品外圍還可以增加多個(gè)傳感器以實(shí)現(xiàn)障礙物的智能躲避或目標(biāo)的跟蹤等。
[文章來源：凌陽(yáng)科技大學(xué)計(jì)劃]
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