[练习]网易语音控制小车

[练习]网易语音控制小车 语音控制小车 毕业 2007-02-10 16:01:19 阅读726 评论4 字号:大中小 订阅 SPCE061A单片机是凌阳公司今年新推出的一款十六位单片机，它的易用性和多功能性受到了广大电子爱好者的好评。这里要介绍的是用SPCE061A单片机实现2001年全国大学生电子设计竞赛试题(C题)，本系统以参赛题目的为目的，采用SPCE061A单片机为控制核心，利用光电检测器检测道路上的标志，控制电动小汽车的正反向行驶，快慢速行驶，以及停车的位置，并可自动记录往返时间和距离，在显示完时间距离后将会自动播报整个行程所消耗的时间，以及行驶路程。整个系统的电路结构简单，可靠性高。实验测试结果满足要求，本文着重介绍了该系统的软硬件设计方法及测试结果分析。 关键词: SPCE061A单片机 光电检测器 继电器 一、设计与论证 本系统为典型的实时控制系统，易用单片机控制来实现，这里以凌阳SPCE061A单片机为主控元件， 提出两种设计方案。 1(方案一 采用凌阳SPCE061A十六位单片机，对小车的整个行驶过程进行实时监控，完成所有功能需要19个I/O口，由于凌阳SPCE061A单片机提供32个I/O口，一片即可实现所有功能，这为设计过程提供了极大方便。其主要设计思想是:小车上安装一个光电检测器，利用单片机的IOB2外部中断判别光电检测器的结果来确定小车位置，安装一个霍尔元件利用单片机的IOB3外部中断判别轮胎转数的结果用以计算路程;利用单片机的IOA0-IOA3控制继电器选择小车的正、反向和加、减速行驶;凌阳SPCE061A十六位单片机提供了丰富的时基信源和时基中断，给设计者以大量的选择空间，并给设计者提供精确的时基计数，我将利用时基中断向量IRQ4的1024hz中断源实现定时和计时，为整个行程提供精确的时间显示。其加减速 通过大功率电阻消耗功率来实现。这种方案可以使程序简单，易于控制。 2(方案二 此方案也采用凌阳SPCE061A十六位单片机，与第一种方案不同之处在于利用单片机的IOB8 、IOB9产生控制调速的脉宽和控制小车的正、反行驶，用凌阳SPCE061A十六位单片机的TimeA和TimeB很容 易实现脉宽调制，这大大加强了用脉宽调制控制加减速的可选性。 3(两种方案比较 控制部分方案一 、二中对电机的控制基本是相同的，都用继电器控制直流电动机的正反转，但方案二采用调节占空比实现电机的调速，而方案一直接采用消耗电阻的方式来控制加减速，脉宽调制控制加减速有它的好处，即控制电路速度选择可通过软件选择多种速度，但在实际应用中，由于各跑道摩擦力不同， 在现场测试时并不好调节速度，而方案一在现场可直接调节速度，使用非常方便;再者，所谓脉宽调制也不能真正实现不消耗功率，因为单片机不能直接驱动电机，用三极管或光藕驱动时，在他们导通时就得消耗大量功率，而第一种方案在全速行驶时也无功率消耗，在整个行程中是以全速行驶为主;方案二要体现出匀速行驶，对脉冲频率要求高，相应地对继电器要求也较高，而第一种方案就无此忧虑。光电检测器的检测部分也是相同的，均采用中断的控制方式，使用一个光电检测器即能使准确确定小车行驶位置。如前所述，方案一比方案二有许多优点，最重要是因为可*性强，调整简单，有把握在规定的时间内完成此题目。 为此我们选用方案一来实现。 二、系统原理框图 系统原理框图如图1所示。 520)this.width=520;" border=0> 三、主要电路设计 1、光电检测的设计 为了检测到地上的黑线，根据小车所处的位置改变行驶状态，采用64型光电检测器采集外部信息传给IOB2作为外部中断源，遇到黑线将产生一个中断，通过对中断的计数确定小车位置，并对行驶状态做出相应的反映。764型光电检测器输出形式为晶体管集电极开路输出，接4.7K的上拉电阻。光电管的测量最大范围为1.5,18.5cm，实际安装距地面为 2cm。发射管发出红外线光电信号，接收管接收到反射的光信号以后输出低电平, 接收管没有接收到反射的光信号时输出高电平，输出电平直接送IOB2做外部中断的信 源。红外光电检测器连接电路如图2所示。具体连接请参见附带的Protel 99 SE原理图。 520)this.width=520;" border=0> 2(主控电路的设计 (1)、继电器驱动电路的设计 由于单片机I/O口提供的电流太小，不能直接驱动继电器。在这里采用8050来提供一个开关电压，实现I/O口对继电器的驱动，由于继电器的吸合只需5V电压，能够保证它的可*工作，用IN4007去掉继电 器断开时线圈产生的反向电流，保护8050。如图3。 520)this.width=520;" border=0> (2)、速度控制电路的设计 本设计方案较为简单，即通过大功率电阻消耗功率来实现，通过对R1、R2的选择能提供八种速度，可根据路面摩擦力大小来调节R1、R2的大小，使小车处于最佳行使状态。具体电路图如图4，其中J1、J2由IOA0控制，J3、J4由IOA1控制，J5、J6分别由IOA2和IOA3控制。 520)this.width=520;" border=0> 3、路程计数的设计 按题要求显示全程速度，可以通过检测车轮转过的转数乘上车轮的周长来计算，霍尔元件就是一种很好的可用于车轮转数计数的元件。霍尔元件基本原理是:在普通转盘计数的仪中加装霍尔元件和磁铁，即可构成基于磁电转换技术的传感器。霍尔元件固定安装在计数转盘附近，永磁铁安装在计数盘(例如0.01立方米)位上，当转盘每转一圈，永磁铁经过霍尔元件一次即在信号端产生一个计量脉冲。在普通转盘计数的仪表中加装霍尔元件和磁铁，即可构成基于磁电转换技术的传感器。本系统中霍尔元件固定安装在计数转盘附近，永磁铁安装在计数盘位上，当转盘每转一圈，永磁铁经过霍尔元件一次即在信号端产生一个计量脉冲。由于霍尔电压很微弱(mV级)，需用霍尔集成电路进行处理，如图5所示。无论信号转子的哪个叶片通过空气间隙时，霍尔信号发生器都将产生一个电位由高到低的脉冲信号,直接送IOB3作外部中断 源，信号转子通过霍尔元件将产生一个中断，对中断进行计数，此中断的个数即为车轮转过的转数。 520)this.width=520;" border=0> 4、显示电路的设计 本系统采用共阴极数码管四个进行动态显示，轮流显示时间和路程，这有利于节省I/O口。显示时间的精度为1S，显示路程的精度为0.01m。用IOB8—IOB11口作为位选控制， IOA8—IOA11口传输要显示的数据，数据线和位选线直接接凌阳SPCE061A单片机的I/O口即可，因为I/O口输出电流很小不会对LED造成损坏，它的电压值却足以驱动LED，这不像别的单片机还要外接驱动电路和电阻，采用凌阳SPCE061A单片机大大减化了设计过程和硬件电路。硬件电路如图6所示。 520)this.width=520;" border=0> 5、语音播报电路的设计 凌阳的SPCE061A是16位单片机，具有DSP功能，有很强的信息处理能力，最高时钟可达到49M，具备运算速度高的优势等等，这为语音的播放、录放、合成及辨识提供了条件。另外SPCE061A单片机具有32k闪存，事先把所需要的语音信号录制好，整个语音信号经凌阳SACM_S480压缩算法压缩只占有13.2K存储空间，对凌阳SPCE061A单片机的存储系统来说绰绰有余。凌阳SPCE061A单片机自带双通道DAC音频输出，DAC1、DAC2转换输出的模拟量电流信号分别通过AUD1和AUD2管脚输出，DAC输出为电流型输出，经LM396音频放大，即可驱动喇叭放音，放大电路如图5(只列出了DAC1,DAC2类似)。在DAC1、DAC2后面接一个简单的音频放大电路和喇叭就能实现语音播报功能，这为单片机的音频 设计提供了极大方便，音频的具体功能主要通过程序来实现。 520)this.width=520;" border=0> 图7音频放大电路 6、电源部分 电源部分采用四节碱性电池对单片机、数码管等供电，采用九节碱性电池对继电器及电机进行供电，为减少耗电量，数码管未采用全程供电，而是等小车停止后显示所用时间和行驶距离;采用双电源供电消 除电动机运转时产生的干扰，保证单片机正常工作。 四、系统软件设计 软件是本系统的灵魂，在设计软件时，我将从系统实用、可*及方便灵活等几个方面出发，使程序满足本题目的要求。本系统软件分为主模块、两个外部中断和1024时基中断。其中1024时基中断作为全程计时的时钟基准。外部中断IRQ3的第二个中断源计数小车车轮的转数,中断服务图如图9。在小汽车行 驶时,用的是小车前部的光电检测器接受外部中断。 1.主结构图 软件系统的主结构图如图8。小车按复位键后，即启动，以最慢的速度向前行驶，当检测到第一根黑线时，就会全速前进。为了保证小车停车位置正确，在检测到第五和第十一跟黑线时就开始减速行驶。 520)this.width=520;" border=0> 2.中断服务流程图 SPCE单片机有两个外部中断，分别为EXT1和EXT2，两个外部输入脚分别为B口的IOB2和IOB3的复用脚。EXT1(IOB2)和EXT2(IOB3)两条外部中断请求输入线，用于输入两个外部中断源的中断请求信号，并允许外部中断以负跳沿触发方式来输入中断请求信号。EXT1(IOB2)为黑线检测，确定小车位置，EXT2(IOB3)为轮子转数检测用于计算路程。IRQ4用做整个行程的时间计数。 520)this.width=520;" border=0> 图9中断服务流程图 3.显示和播报 时间和路程的显示采用动态显示，显示子程序流程图如图10，语音播报采用凌阳SACM_S480语音播 报，流程图如图11 520)this.width=520;" border=0> 图10 显示子程序流程图 520)this.width=520;" border=0> 图11 语音播报流程图