語音控制系統硬件結構圖" height:="" src="http://files.chinaaet.com/images/20110905/7719471a-83ce-4f0e-82e6-6dc9e488e318.jpg" />
圖1 系統硬件結構圖
方案論證
主控模塊和語音處理模塊的選擇
較MCS-51系列單片機而言， SPCE061A單片機內部集成有32KB的ROM、2KB的SRAM，更能滿足軟件對空間的要求，且不需要擴展相關存儲器。另外，該類單片機完全支持C語言，軟件編寫比較方便，語音處理模塊采用凌陽的語音壓縮算法，也用軟件來實現。該單片機內部集成有A/D、D/A轉換功能，方便實現語音錄放功能。
電機模塊的選擇
電機模塊選擇直流電機。與步進電機相比較而言，直流電機具有轉速快、控制方便等特點，更能夠滿足小車較高速行駛情況的要求，如圖2所示。
圖2 電機控制模塊原理圖
測路程方案的選擇
本文利用紅外對管來實現對小車的路程測量。在小車的車輪轉軸上安裝一個不透光轉盤，在轉盤邊緣均勻地打N個孔，當紅外發射管發射的紅外光經小孔照射到接收管時，接收管的反向端電平將發生變化，單片機通過檢測這種電平的變化便可以自行計算出小車的運行路程。紅外對管還具有體積較小、安裝較霍爾傳感器更方便、成本低等特點。
系統硬件結構
語音控制小車的系統硬件結構主要由兩部分組成：一部分是SPCE061A精簡開發板，另外一部分是電機控制板。SPCE061A精簡開發板為系統主控模塊，電機控制板則驅動小車的前后兩個電機按系統的要求工作。
小車控制板主要包括接口模塊、電機控制模塊、預留傳感器接口以及電源模塊等幾部分。其中，電源模塊采用集成穩壓芯片 L7805，在輸出端(控制板的JP11)并接了一個470μF的去耦電容和一個 0.1μF的濾波電容，增強了系統電壓的穩定性和抗干擾性能。
電機控制模塊是整個控制板的核心部分，其根據61板的具體輸出信號啟動或停止相應的電機，并調整電機的正反轉方向，實現小車的前進、倒退等功能。后電機的控制電路包括方向控制和速度控制兩個單元，前電機的控制電路則只有方向控制單元。控制單元負責小車電機的正轉、反轉和停止三態控制。速度控制單元是擴展單元，以適應不同的場合需求。
紅外對管測小車運行路程部分的原理圖如圖3所示。
圖3 紅外對管電路原理圖
紅外發光管D2和接收管U4安裝在同一水平線上，發射管D2一直處于發射工作狀態。當D2和U4間沒有被擋住，即D2發射的紅外線照射在U4上時，U4的2腳和3腳導通，同時2腳和1腳也導通，此時晶體管Q1的基極電壓為Ub=VDD×R12/(R12R10)，Q1導通，SPEED端近似于接地，呈低電平狀態。當D2和U4間被擋住時，即D2發射的紅外線不能照射在U4上時，U4的2腳和3腳截止，同時2腳和1腳也截止，此時Q1的基極經電阻R12和R10接地，即基極電壓為0V，此時Q1截止，SPEED端經電阻R11接到VDD，呈高電平狀態。單片機通過檢測這種高低電平的變化來實現小車的路程測量。
軟件部分
主程序流程
小車的主程序流程圖如圖4所示，主要分為四部分：初始化部分、訓練部分、識別部分和重訓操作。
圖4 主程序流程圖
初始化部分的初始化操作會將SPCE061A單片機上的IOB13~IOB10設置為輸出端，用以控制電機。將其IOA的低8位IOA0~IOA7設置為下拉的輸入端，用來連接按鍵。
訓練部分完成的工作是建立語音模型。程序一開始會判斷小車是否被訓練過，如果沒有訓練過，系統會要求對其進行訓練，并且會在訓練成功之后將訓練的模型存儲到Flash中;如果已經訓練過則會把存儲在Flash中的模型調出，裝載到辨識器中。
在識別環節當中，如果辨識結果是名字，直接置待命標志，然后等待動作命令。只有檢測到待命標志，小車才會根據相應的辨識結果執行動作。如果沒有待命標志，即使識別到動作命令也不會執行動作。小車在執行完對應的命令之后清除待命標志，結束待命狀態。
考慮到有重新訓練的需求，這里設置了重新訓練的按鍵。程序運行時循環掃描該按鍵，什么時間檢測到此鍵按下，則將擦除語音模型存儲區首單元(0xe000)所在的頁，等待復位到來。復位后，程序重新從頭開始執行，當檢測到語音模型存儲區首地址為0xffff(擦除后的值)時，系統會要求重新對其進行訓練。
FIQ中斷服務程序
FIQ中斷服務程序用來調用語音辨識子程序，并對a2000格式的語音進行解碼播放。
調試及性能分析
系統的調試以程序為主。硬件調試時，首先檢查電路的焊接是否正確，然后用萬用表測試或通電檢測。軟件調試則需要分別進行主程序、FIQ中斷服務程序、顯示子程序等的編程及調試。本程序采用單片機匯編語言編寫，用KEIL uVision2編譯器編程調試。軟件調試直到語音能夠控制小車的行駛狀態，并顯示出小車的行駛距離等功能為止。
結語
本文設計的語音控制系統主要采用16位單片機SPCE061A來實現。軟件編程則是采用C語言和匯編語言的混合編程來實現的，集兩種語言的優點于一體，實現對硬件的實時控制。通過實驗驗證，該語音控制系統主要可實現以下功能：
(1)可以通過語音命令來控制小車的行駛狀態，實現前進、后退、左轉、右轉等功能;
(2)顯示小車的運行時間以及運行路程;
(3)可以擴展控制板的調速環節，利用系統的PWM資源，實現小車的PWM調速;
(4)預留多路開關型傳感器接口，可以自行安裝各類傳感器，配合程序實現小車的循跡、避障等功能。