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基于STC单片机的智能语音控制小车.doc
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2022-10-19
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基于STC单片机的智能语音控制小车.doc
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基于 STC 单片机的智能语音控制小车
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基于 STC 单片机的智能语音控制小车
一、实验目的
1。随着科技的进步和社会的发展,汽车技术的发展越来越智能化。本次接口实验设计就是基于
简单智能化的基础上,采用 LD3320 语音单元和 STC 单片机和 L298N 电机驱动,开发出基于语音
无线控制与智能避障的小车,实现非特定人声语音控制小车,以及小车超声波自动避障行驶的
功能,同时液晶显示出超声波前方障碍物的距离.
2.掌握用 Altium Designer10 软件绘制原理图和 PCB 电路,以及电路板的制作过程(包括转印、
腐蚀,焊接,下载与调试),熟练 Keil uVision4 环境以及单片机 C 代码的编写、调试和 hex 文
件的生成并下载到单片机芯片内,掌握软硬联调技巧与方法。
3.掌握 基于 LD3320 的语音单元的编程、语音处理及与单片机间的通信.
二、系统总体方案
本次设计的小车采用 STC89C52 单片机作为主控芯片,通过 LD3320 语音单元接单片机控制
小车行驶状态(包括前进、后退、左转、右转及停车);小车行驶过程中遇到障碍物,如果没有
接收到语音信号而超声波检测模块检测周围障碍物小于安全距离 40cm,小车自动转向,距离通
过 LCD1602 液晶显示出来;采用 L298 作为电机驱动芯片驱动小车行驶.系统总体框图如图 2。1:
HC-SR04
超声波模块
LD3320
语音单元
STC89C52
单片机
LCD1602
液晶显示
18650
锂电池电源
L298N
电机驱动
直流减
速电机
降压模块
扬声器
7805
稳压电路
图 2.1 系统总体框图
三、硬件设计
3。1 主控系统
基于 STC 单片机的智能语音控制小车
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本次设计采用 STC89C52 单片机作为控制芯片,STC89C52RC 是 STC 公司生产的一种低功耗、
高性能 CMOS8 位微控制器,具有 8K 字节系统可编程 Flash 存储器。单片机系统电路图 2:
图 3。1 单片机最小系统原理图
复位电路:手动复位,按下复位按钮,复位脚得到 VCC 的高电平,单片机复位,按钮松开后,单片
机开始工作.如图 3。2(1):
时钟电路:在 52 单片机片内有一个高增益的反相放大器,反相放大器的输入端为 XTAL1,
输出端为 XTAL2,由该放大器构成的振荡电路和时钟电路一起构成了单片机的内部时钟方
式.如图 3。2(2):
(1)复位电路: (2) 时钟电路:
图 3.2 (1)复位电路 (2)时钟电路
基于 STC 单片机的智能语音控制小车
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3。2 超声波模块
超声波模块(HC—SR04)是小车测距和避障的重要模块。该模块可提供 2cm—400cm 的非接
触式距离感测功能,测距精度可达高到 3mm;模块包括超声波发射器、接收器与控制电路.
基本工作原理:
(1)采用 IO 口 TRIG 触发测距,给至少 10us 的高电平信号;
(2)模块自动发送 8 个 40khz 的方波,自动检测是否有信号返回;
(3)有信号返回,通过 IO 口 ECHO 输出一个高电平,高电平持续的时间就是超声波从发射到返回
的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2;
超声波时序图 3.3:
图 3。3 超声波时序图
由时序图表明你只需要提供一个 10uS 以上脉冲触发信号,该模块内部将发出 8 个 40kHz 周
期电平并检测回波.一旦检测到有回波信号则输出回响信号.回响信号的脉冲宽度与所测的距离
成正比。由此通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离。公式:uS/58=厘米
或者 uS/148=英寸;或是:距离=高电平时间*声速(340M/S)/2;建议测量周期为 60ms 以上,以
防止发射信号对回响信号的影响。超声波电路如图 3。4:
基于 STC 单片机的智能语音控制小车
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图 3。4 超声波电路
3。3 LD3320 语音识别单元
语音识别作为信息技术中一种人机接口的关键技术,具有重要的研究意义和广泛的应用价值。
语音识别技术的应用范围极为广泛,不仅涉及到日常生活的方方面面,在军事领域也发挥着极
其重要的作用。它是信息社会朝着智能化和自动化发展的关键技术,使人们对信息的处理和获
取更加便捷,从而提高人们的工作效率.
语音识别是将人类的声音信号转化为文字或者指令的过程。语音识别以语音为研究对象,它
是语音信号处理的一个重要研究方向,是模式识别的一个分支.
根据在不同限制条件下的研究任务,产生了不同的研究领域。这些领域包括:根据对说话人说话
方式的要求,可分为孤立字(词)、连接词和连续语音识别系统;根据对说话人的依赖程度,可分
为特定人和非特定人语音识别系统;根据词汇量的大小,可分为小词汇量、中等词汇量、大词
汇量以及无限词汇量语音识别系统。
从语音识别模型的角度讲,主流的语音识别系统理论是建立在统计模式识别基础之上的.语
音识别系统本质上是一种多维模式识别系统,对于不同的语音识别系统,人们所采用的具体识别
方法及技术不同,但其基本原理都是相同的,即将采集到的语音信号送到特征提取模块处理,将
所得到的语音特征参数送入模型库模块,由声音模式匹配模块根据模型库对该段语音进行识别,
最后得出识别结果。
语音识别系统基本原理框图如图 3.5 所示,其中:预处理模块滤除原始语音信号中的次要
信息及背景噪音等,包括抗混叠滤波、预加重、模/数转换、自动增益控制等处理过程,将语音
信号数字化;特征提取模块对语音的声学参数进行分析后提取出语音特征参数,形成特征矢量
序列。
VCC
GND
超声波
VCC
1
TRIG
2
ECHO
3
GND
4
U1
超声波
基于 STC 单片机的智能语音控制小车
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预处理 特征提取 相似性度量 后处理
参考模式库
输入
语音
识别
训练
识别结果
图 3。5 语音识别系统框图
3.4 电机驱动
小车轮子驱动采用直流减速电机,驱动芯片使用恒压恒流桥式 2A 驱动芯片 L298N。L298 是
ST 公司的产品,比较常见的是 15 脚 Multiwatt 封装的 L298N,内部同样包含 4 通道逻辑驱动电
路.可以方便的驱动两个直流电机,或一个两相步进电机.L298N 芯片可以驱动两个二相电机,也
可以驱动一个四相电机,输出电压最高可达 50V,可以直接通过电源来调节输出电压;可以直接
用单片机的 IO 口提供信号;而且电路简单,使用比较方便。
L298N 可接受标准 TTL 逻辑电平信号 VSS,VSS 可接 4.5~7 V 电压。4 脚 VS 接电源电压,
VS 电压范围 VIH 为+2.5~46 V。输出电流可达 2。5 A,可驱动电感性负载.L298 驱动电路如
图 3。6:
图 3.6 电机驱动电路
L298N 电机驱动逻辑控制表 1:
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