CN108132671A - 基于单片机的智能声控避障小车及控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于单片机的智能声控避障小车及控制方法，该智能声控避障小车由小车主控制器和声控遥控器组成。声控遥控器接受操控者发出的指令并进行相应的识别，将语音识别的结果通过LCD显示电路进行显示，并通过无线收发模块发送到小车主控制器。小车主控制器通过无线收发模块接受声控遥控器发送的指令，经过判断之后执行相应的操作，并通过语音播放模块，进行相应的提示，通过无线收发模块发送相关指令到声控遥控器，由声控遥控器控制LCD显示电路进行相应的提示信息的显示。本发明不仅解决了传统方法控制精度不高，容易实现误动、误操作等问题，而且智能化程度更高，通过语音和文字显示方式与操作者实现互动，让操控者在赛车时享受音乐带来的快乐。
Description
技术领域
本发明属于智能控制技术领域，涉及一种基于单片机的智能声控避障小车。应用少儿益智智能玩具。
背景技术
语音识别技术是使机器通过识别和理解把语音转变为相应的文本或命令的技术。随着电子、信息技术的飞速发展，语音识别被广泛的应用在各个领域。语音控制系统就是常见的应用领域之一，如工业控制、语音拨号系统、智能家电、声控智能玩具等。
传统的语音控制系统，语音信号经由声音传感器采集，然后经AD转换及专用的语音芯片对声音编码，并储存声音模型到外扩的flash芯片中。当外界语音命令输入时，单片机判断经AD转换后的数字信号与flash芯片中存储的语音模型的相似度，以此来识别外界语音命令。这些都需要大量计算，普通的单片机往往不能实现这么复杂的过程和算法，即使勉强实现也要加很多的外围器件。这就不可避免的要增加功能部件之间的连线，减弱了整个系统的抗干扰性，从而使语音控制、语音识别的精度降低。
传统的声控小车不仅遥控时操作麻烦，精度不高，常常出现误动的情况，而且不够智能，在碰到障碍物时不能自动停车，总是出现由于误操作而撞坏的情况；小车的功能也比较单一，不能与操控者进行对话，更不能让操控者在赛车的同时享受音乐带来的快乐。
发明内容
本发明提供一种基于单片机的智能声控避障小车及其控制方法，解决了传统方法控制精度不高，容易实现误动、误操作等问题。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种基于单片机的智能声控避障小车，由小车主控制器和声控遥控器两部分组成；所述小车主控制器由单片机、电源电路、晶振电路、复位电路、无线收发模块、超声波测距模块和电机驱动模块组成；所述声控遥控器由单片机、电源电路、晶振电路、复位电路、无线收发模块组成；小车主控制器中的单片机分别与所述电源电路、晶振电路、复位电路、无线收发模块、超声波测距模块和电机驱动模块连接；所述声控遥控器中的单片机分别与所述电源电路、晶振电路、复位电路和无线收发模块连接；所述小车主控制器中的无线收发模块与所述声控遥控器中无线收发模块互相收发信号。
所述小车主控制器中的单片机和声控遥控器中的单片机都是自带程序存储器的单片机。
所述声控遥控器中含有非特定人语音识别模块，该非特定人语音识别模块与声控遥控器的单片机连接。
所述小车主控制器的超声波测距模块设有4路。
所述小车主控制器的电机驱动模块包含有两路电机的驱动，即舵机和驱动电机的驱动。
所述小车主控制器中含有语音播放模块，该语音播放模块与小车主控制器的单片机连接。
所述声控遥控器中含有LCD显示电路，该LCD显示电路和声控遥控器的单片机连接。
一种基于单片机的智能声控避障小车的控制方法，该控制方法为音乐模式和赛车模式。
所述音乐模式和赛车模式都采用了二级口令模式。
本发明由小车主控制器和声控遥控器两部分组成。声控遥控器接受操控者发出的指令并进行相应的识别，将语音识别的结果通过LCD显示电路进行显示，并通过无线收发模块发送到小车主控制器。小车主控制器通过无线收发模块接受声控遥控器发送的指令，经过判断之后执行相应的操作，并通过语音播放模块，进行相应的提示，通过无线收发模块发送相关指令到声控遥控器，由声控遥控器控制LCD显示电路进行相应的提示信息的显示。本发明不仅解决了传统方法控制精度不高，容易实现误动、误操作等问题，而且智能化程度更高，可以通过语音和文字显示的方式与操作者实现互动，同时可让操控者在赛车时享受音乐带来的快乐。
附图说明
图1为本发明的整体系统结构框图；
图2为本发明的系统流程图；
图3为本发明小车主控制器和声控遥控器的电源电路图；
图4为本发明小车主控制器和声控遥控器的单片机最小系统电路图；
图5为本发明小车主控制器和声控遥控器的无线收发模块电路图；
图6为本发明声控遥控器的非特定人语音识别模块电路图；
图7为本发明声控遥控器的LCD显示电路图；
图8为本发明小车主控制器的语音播放电路图；
图9为本发明小车主控制器的超声波测距模块电路图；
图10为本发明小车主控制器的电机驱动模块电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明及其效果进一步说明。
基于单片机的智能声控避障小车系统的整体结构框图如图1所示：该系统由小车主控制器和声控遥控器两部分组成，其中小车控制器由单片机、电源电路、晶振电路、复位电路、无线收发模块、语音播放电路、4路超声波测距模块和电机驱动模块组成。声控遥控器由有单片机、电源电路、晶振电路、复位电路、无线收发模块、非特定人语音识别模块和LCD显示电路组成。小车主控制器中的单片机分别与所述电源电路、晶振电路、复位电路、无线收发模块、语音播放电路、4路超声波测距模块和电机驱动模块连接；声控遥控器中的单片机分别与所述电源电路、晶振电路、复位电路、无线收发模块、非特定人语音识别模块和LCD显示电路相连接；所述小车主控制器中的无线收发模块与所述声控遥控器中无线收发模块互相收发信号。
上述各电路详述如下：
控制系统中可靠的供电是系统稳定运行的基础。电源电路如图3所示，采用TI公司的低压降线性稳压器TPS75733实现5V到3.3V转换。
本发明小车主控制器和声控遥控器的单片机最小系统电路如图4所示：该电路主要有单片机、电源电路、晶振电路和复位电路组成。单片机采用自带程序存储器的单片机，不需要再外扩程序存储器。型号为STC11L08XE，单片机供电电压为直流3.3V。晶振电路采用处理器内部的晶体振荡器配合外接晶振的形式，为了提高时钟的稳定性和精确度，在晶振两端加入负载电容。受系统供电不足或恶劣工作环境及程序的故障等原因的影响，可能会导致系统异常。因此，为了使系统异常后能在不断电的情况下重启系统，系统中一般设有复位电路，该单片机的复位电路为高电平复位电路，采用上电复位和手动复位相结合的形式。
本发明小车主控制器和声控遥控器的无线收发模块电路如图5所示：该系统采用集成的NRF24L01无线收发模块，该模块内部已经将频率发生器、增强型SchockBurstTM模式控制器、功率放大器、晶体放大器、调制器、解调器等集成到了一起。只需将该模块和单片机的I/O口相连，通过单片机的控制作用就可以实现发送或者接受相关数据的功能。
本发明声控遥控器的非特定人语音识别模块电路如图6所示：该系统采用集成的LD3320非特定人语音识别模块。LD3320是非特定人的语音识别芯片，单片机通过读写寄存器可以把汉语拼音串的识别词传给LD3320，开始语音识别工作。该模块已经将LD3320的外围电路、麦克风等集成到了一起。只需将该模块和单片机的I/O口相连，通过单片机的控制作用就可以实现相应的非特定人语音识别功能。
本发明声控遥控器的LCD显示电路如图7所示，可以实时显示语音识别的信息。该电路主要由液晶显示模块LCD12864组成。液晶显示模块LCD12864与单片机P2口相连，采用串行显示的形式。通过单片机的控制该模块可以显示相应的提示信息。
本发明小车主控制器的语音播放电路如图8所示，可以播放音乐或者赛车过程的相关信息。该语音提示模块和单片机P1口相连。通过单片机的控制该语音模块可以播放相应的语音。该语音模块是一个MP3语音播放模块，自带喇叭和存储器，只要事先将相应的语音按照一定的顺序存放到存储器中，通过单片机的触发信号就可以播放相应的语音。
本发明小车主控制器的超声波测距模块电路如图9所示：该系统采用集成的HC_SR04超声波测距模块。只需将该模块和单片机的I/O口相连，通过单片机的控制作用就可以实现测量小车到障碍物距离的功能。本发明中小车主控制器的超声波测距模块设有4路，可以检测小车前后左右四个方向上距离障碍物的距离，为小车自动避障提供依据。
本发明小车主控制器的电机驱动模块包含有两路电机的驱动，即舵机和驱动电机的驱动，通过单片机对舵机的控制可以控制小车的前进方向，通过单片机对驱动电机的控制可以控制小车的行驶速度，驱动电路如图10所示：该系统采用集成的L298N小型电机驱动模块。通过该模块的电源输入口输入DC5V~DC12V的电压，并将该模块的控制端口和单片机的I/O口相连，通过单片机的控制作用就可以控制驱动电机和舵机分别以不同的速度运动。
一种基于单片机的智能声控避障小车的控制方法流程图如图2所示，该系统有两种工作模式：音乐模式和赛车模式，在两种模式下为了有效防止由于语音识别错误而导致的小车发生误动的情况，都采用了二级口令模式。
音乐模式下的工作原理如下：当系统识别出音乐模式下的一级口令“音乐模式”时，系统提示“请说出音乐名称”并紧接着识别下一句语音指令，如果下一句语音指令是有效的歌曲名称，则播放相应的歌曲，如果下一句指令不是有效的歌曲名称，系统则提示“歌曲名称无效，请说出上一级指令”。
赛车模式下的工作原理如下：当系统识别出赛车模式下的一级口令“赛车模式”时，系统提示“请说出赛车指令”并紧接着识别下一句语音指令。如果下一句指令是“出发”，则系统启动前方的超声波传感器进行测距，如果小车距离前方障碍物的距离小于设定的安全距离，系统则提示“前方有障碍物，无法前行”，小车停车，否则小车启动出发前行。如果下一句指令是“停车”，则系统启动后方的超声波传感器进行测距，如果小车距离后方障碍物的距离小于设定的安全距离，系统则提示“后方有障碍物，无法前行”，小车停车，否则小车倒车行驶。如果下一句指令是“左拐弯”，则系统启动左边的超声波传感器进行测距，如果小车距离左边障碍物的距离小于设定的安全距离，系统则提示“左边有障碍物，无法继续左拐弯”，小车按照原来的方向继续行驶，否则小车左拐弯继续行驶。如果下一句指令是“右拐弯”，则系统启动右边的超声波传感器进行测距，如果小车距离右边障碍物的距离小于设定的安全距离，系统则提示“右边有障碍物，无法继续右拐弯”，小车按照原来的方向继续行驶，否则小车右拐弯继续行驶。如果下一句指令是“加速”，则系统启动前方的超声波传感器进行测距，如果小车距离前方障碍物的距离小于设定的安全距离，系统则提示“前方有障碍物，无法继续前行”，小车停车，否则系统判断小车当前的速度是否达到设定的最大值，如果小车当前速度已经达到设定的最大值，则系统提示“速度已经达到最大值，无法继续加速”，小车以最大速度行驶，否则小车加速行驶。如果下一句指令是“减速”，则系统启动前方的超声波传感器进行测距，如果小车距离前方障碍物的距离小于设定的安全距离，系统则提示“前方有障碍物，无法继续前行”，小车停车，否则系统判断小车当前的速度是否达到设定的最小值，如果小车当前速度已经达到设定的最小值，则系统提示“速度已经是最小值，无法继续减速”，小车以最小速度行驶，否则小车减速行驶。如果下一句指令不是上述有效的赛车指令，系统则提示“赛车指令无效，请说出上一级指令”。
上述所有的系统提示信息都是通过语音播报和LCD显示两种方式进行提示。
Claims (10)
1.一种基于单片机的智能声控避障小车，其特征在于：由小车主控制器和声控遥控器两部分组成；所述小车主控制器由单片机、电源电路、晶振电路、复位电路、无线收发模块、超声波测距模块和电机驱动模块组成；所述声控遥控器由单片机、电源电路、晶振电路、复位电路、无线收发模块组成；小车主控制器中的单片机分别与所述电源电路、晶振电路、复位电路、无线收发模块、超声波测距模块和电机驱动模块连接；所述声控遥控器中的单片机分别与所述电源电路、晶振电路、复位电路和无线收发模块连接；所述小车主控制器中的无线收发模块与所述声控遥控器中无线收发模块互相收发信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的智能声控避障小车，其特征在于，所述小车主控制器中的单片机和声控遥控器中的单片机都是自带程序存储器的单片机。
3.根据权利要求1所述基于单片机的智能声控避障小车，其特征在于，所述声控遥控器中含有非特定人语音识别模块，该非特定人语音识别模块与声控遥控器的单片机连接。
4.根据权利要求1所述基于单片机的智能声控避障小车，其特征在于，所述小车主控制器的超声波测距模块设有4路。
5.根据权利要求1所述基于单片机的智能声控避障小车，其特征在于，所述小车主控制器的电机驱动模块包含有两路电机的驱动，即舵机和驱动电机的驱动。
6.根据权利要求1所述基于单片机的智能声控避障小车，其特征在于，所述小车主控制器中含有语音播放模块，该语音播放模块与小车主控制器的单片机连接。
7.根据权利要求1所述基于单片机的智能声控避障小车，其特征在于，所述声控遥控器中含有LCD显示电路，该LCD显示电路和声控遥控器的单片机连接。
8.一种如权利要求1所述基于单片机的智能声控避障小车的控制方法，其特征在于，该控制方法为音乐模式和赛车模式。
9.根据权利要求8所述基于单片机的智能声控避障小车的控制方法，其特征在于，所述音乐模式和赛车模式都采用了二级口令模式。
10.根据权利要求8所述基于单片机的智能声控避障小车的控制方法，其特征在于， 所述音乐模式的具体控制方法：当系统识别出音乐模式下的一级口令音乐模式时，系统提示请说出音乐名称并紧接着识别下一句语音指令，如果下一句语音指令是有效的歌曲名称，则播放相应的歌曲，如果下一句指令不是有效的歌曲名称，系统则提示歌曲名称无效，请说出上一级指令；
所述赛车模式的具体控制方法：当系统识别出赛车模式下的一级口令赛车模式时，系统提示请说出赛车指令并紧接着识别下一句语音指令；如果下一句指令是出发，则系统启动前方的超声波传感器进行测距，如果小车距离前方障碍物的距离小于设定的安全距离，系统则提示前方有障碍物，无法前行，小车停车，否则小车启动出发前行；如果下一句指令是停车，则系统启动后方的超声波传感器进行测距，如果小车距离后方障碍物的距离小于设定的安全距离，系统则提示后方有障碍物，无法前行，小车停车，否则小车倒车行驶；如果下一句指令是左拐弯，则系统启动左边的超声波传感器进行测距，如果小车距离左边障碍物的距离小于设定的安全距离，系统则提示左边有障碍物，无法继续左拐弯，小车按照原来的方向继续行驶，否则小车左拐弯继续行驶；如果下一句指令是右拐弯，则系统启动右边的超声波传感器进行测距，如果小车距离右边障碍物的距离小于设定的安全距离，系统则提示右边有障碍物，无法继续右拐弯，小车按照原来的方向继续行驶，否则小车右拐弯继续行驶；如果下一句指令是加速，则系统启动前方的超声波传感器进行测距，如果小车距离前方障碍物的距离小于设定的安全距离，系统则提示前方有障碍物，无法继续前行，小车停车，否则系统判断小车当前的速度是否达到设定的最大值，如果小车当前速度已经达到设定的最大值，则系统提示速度已经达到最大值，无法继续加速，小车以最大速度行驶，否则小车加速行驶；如果下一句指令是减速，则系统启动前方的超声波传感器进行测距，如果小车距离前方障碍物的距离小于设定的安全距离，系统则提示前方有障碍物，无法继续前行，小车停车，否则系统判断小车当前的速度是否达到设定的最小值，如果小车当前速度已经达到设定的最小值，则系统提示速度已经是最小值，无法继续减速，小车以最小速度行驶，否则小车减速行驶；如果下一句指令不是上述有效的赛车指令，系统则提示赛车指令无效，请说出上一级指令。
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