基于語(yǔ)音識(shí)別的無(wú)線測(cè)量工程小車(chē)

劉關(guān)關(guān)　陳莉華　汪炳星　周雙京

[摘要]本設(shè)計(jì)是為探測(cè)不適合人工作業(yè)的特殊環(huán)境下溫度、光強(qiáng)、聲音等各種參數(shù)值而設(shè)計(jì)的一款基于語(yǔ)音識(shí)別的無(wú)線測(cè)量工程小車(chē)。遠(yuǎn)程小車(chē)端通過(guò)多個(gè)傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)程小車(chē)上的MSP430里，再由遠(yuǎn)程端MSP430將數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸給終端控制平臺(tái)的MSP430，終端MSP430與PC交互信息，最終實(shí)現(xiàn)PC實(shí)時(shí)顯示測(cè)量的環(huán)境參數(shù)值。經(jīng)過(guò)方案反復(fù)驗(yàn)證，本設(shè)計(jì)同時(shí)具有語(yǔ)音識(shí)別率高、無(wú)線傳輸性價(jià)比高，和實(shí)時(shí)在PC實(shí)時(shí)顯示測(cè)量數(shù)據(jù)等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)的語(yǔ)音控制效果好、數(shù)據(jù)采集精確度高、人機(jī)界面好。

[關(guān)鍵詞]語(yǔ)音識(shí)別，無(wú)線測(cè)量，傳感器，SPCE061A，MSP430，工程小車(chē)

[中圖分類(lèi)號(hào)]TN912 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B [文章編號(hào)]1672-5158（2013）06-0267-02

0 引百

隨著語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)和無(wú)線傳感器技術(shù)的迅猛發(fā)展，將兩種技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于特定區(qū)域環(huán)境探測(cè)已是一種必然的趨勢(shì)。其中，無(wú)線傳感器技術(shù)的發(fā)展克服了探測(cè)復(fù)雜地域環(huán)境時(shí)有線鋪設(shè)的困難；語(yǔ)音技術(shù)的應(yīng)用在使探測(cè)設(shè)備易用化的同時(shí)增強(qiáng)了人機(jī)交互性。可以說(shuō)，兩種技術(shù)的應(yīng)用順應(yīng)了現(xiàn)今探測(cè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的潮流。

總體來(lái)說(shuō)，基于語(yǔ)音識(shí)別的無(wú)線測(cè)量工程小車(chē)是為應(yīng)對(duì)探測(cè)不適合人工作業(yè)的特殊環(huán)境下溫度、光強(qiáng)、聲音、溫度等各種參數(shù)而設(shè)計(jì)的。

1 硬件設(shè)計(jì)

該工程小車(chē)系統(tǒng)主要包括多個(gè)傳感器模塊，遠(yuǎn)程端MSP430及相關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊，無(wú)線模塊，終控端MSP430及相關(guān)模塊，語(yǔ)音模塊。通過(guò)傳感器模塊實(shí)現(xiàn)了溫度、光強(qiáng)等數(shù)據(jù)的采集；通過(guò)遠(yuǎn)程端MSP430控制驅(qū)動(dòng)電路模塊，實(shí)現(xiàn)小車(chē)的運(yùn)動(dòng)；通過(guò)無(wú)線模塊，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程端和終控端的無(wú)線數(shù)據(jù)交換；通過(guò)語(yǔ)音模塊和終控端MSP430，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音輸入識(shí)別的功能；通過(guò)終控端MSP430和HPC串口通信，實(shí)現(xiàn)人際界面的友好化。

其硬件設(shè)計(jì)總體框圖如圖l所示。

1.1 車(chē)體運(yùn)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

車(chē)體運(yùn)動(dòng)模塊中的小車(chē)為兩輪結(jié)構(gòu)，兩輪分別由兩個(gè)電機(jī)控制，在兩個(gè)電機(jī)同時(shí)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時(shí)，分別實(shí)現(xiàn)小車(chē)前進(jìn)或后退；當(dāng)一個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)，另一個(gè)不轉(zhuǎn)（或轉(zhuǎn)速相對(duì)慢的時(shí)候），實(shí)現(xiàn)小車(chē)的左右拐彎功能。其中，由于單片機(jī)端口驅(qū)動(dòng)電流較小，所以單片機(jī)是控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊L298N模塊來(lái)間接控制小車(chē)的運(yùn)動(dòng)。

小車(chē)的行走原理

直走：兩個(gè)電機(jī)正轉(zhuǎn)小車(chē)就會(huì)前進(jìn)。

倒車(chē)：兩個(gè)電機(jī)反轉(zhuǎn)小車(chē)就會(huì)前進(jìn)。

左轉(zhuǎn)：左邊電機(jī)不轉(zhuǎn)，右邊電機(jī)轉(zhuǎn)，小車(chē)就會(huì)左轉(zhuǎn)。

右轉(zhuǎn)：右邊電機(jī)不轉(zhuǎn)，左邊電機(jī)轉(zhuǎn)，小車(chē)就會(huì)右轉(zhuǎn)。

1.2 傳感器模塊設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程端MSP430與超聲波傳感器：

通過(guò)超聲波測(cè)距模塊實(shí)現(xiàn)工程小車(chē)周?chē)嚯x環(huán)境的探測(cè)功能。同時(shí)將超聲波模塊測(cè)得的數(shù)據(jù)給遠(yuǎn)程端MSP430處理，之后經(jīng)由無(wú)線傳輸模塊給終控端，并最終在上位機(jī)PC上顯示。

遠(yuǎn)程端MSP430與光傳感器的硬件設(shè)計(jì)：

利用光傳感器模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)周?chē)h(huán)境亮度和光強(qiáng)的測(cè)量，同時(shí)通過(guò)遠(yuǎn)程～MSP430將數(shù)據(jù)值給遠(yuǎn)程端的MSP430處理。而且該模塊方向性較好，可以感知固定方向的光源。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，該模塊可穩(wěn)定良好工作。

遠(yuǎn)程端MSP430與聲音傳感器的硬件設(shè)計(jì)：

該部分硬件電路利用聲音傳感器將收集到的聲音，經(jīng)過(guò)放后輸出到模擬輸入端口上，這樣當(dāng)周邊環(huán)境有聲音的情況下，聲音傳感器的模擬輸入端口上就能感知到電壓的變化，說(shuō)話聲音越大，電壓變化的幅度越大。由于聲波是不斷變化的，在模擬輸入端口上讀出的值相應(yīng)地也是變化的，從而根據(jù)某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上讀出的值來(lái)對(duì)聲音進(jìn)行判斷。

1.3 無(wú)線通信模塊的硬件設(shè)計(jì)

該部分通過(guò)遠(yuǎn)程端MsP430和nRF24L01的模塊連接，從而實(shí)現(xiàn)與終控端的nRF24L01數(shù)據(jù)交換并傳給終控端MSP430，再由終控NMSP430傳給上位機(jī)，在Pc顯示傳感器的數(shù)據(jù)值，從而可以直接無(wú)線讀出數(shù)據(jù)值。

2 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)總體方案分為兩個(gè)部分：遠(yuǎn)程端程序設(shè)計(jì)和終控端程序設(shè)計(jì)。

遠(yuǎn)程端MSP430程序設(shè)計(jì)主要包括：系統(tǒng)的初始化，主要包括傳感器的初始化、無(wú)線模塊NRF24L01的初始化；數(shù)據(jù)采集、處理和存儲(chǔ)以及發(fā)送；數(shù)據(jù)的接收控制。終控端程序程序設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)初始化，主要包括MSP430串口程序的初始化、凌陽(yáng)單片機(jī)的初始化、無(wú)線模塊NRF24L01的初始化；數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收；MSP430單片機(jī)和PC機(jī)串口的通信。

遠(yuǎn)程端MSP430與傳感器的程序設(shè)計(jì)：

遠(yuǎn)程端MSP430與傳感器程序設(shè)計(jì)為順序結(jié)構(gòu)，即讀取溫度傳感器的值，存儲(chǔ)溫度的值；讀取光傳感器的值，存儲(chǔ)光傳感器的值；讀取超聲波傳感器的值，存儲(chǔ)距離的值；讀取聲音的有無(wú)，存儲(chǔ)聲音的數(shù)據(jù)。

遠(yuǎn)程端MSP430與無(wú)線模塊的程序設(shè)計(jì)：

遠(yuǎn)程端MSP430與無(wú)線模塊的程序設(shè)計(jì)采用了雙向傳遞數(shù)值的設(shè)計(jì)方法。一方面MSP430控制NRF24L01發(fā)送傳感器數(shù)值給終控端，另一方面，MSP430從NRF24L01中讀取小車(chē)的運(yùn)動(dòng)指令。

終控端工程小車(chē)的軟件程序：

終控端MSP430與無(wú)線模塊程序設(shè)計(jì)：

終控端MSP430與無(wú)線模塊之間的程序設(shè)計(jì)也采用了雙向設(shè)計(jì)的原則。一方面，MSP430從NRF24L01中讀取傳感器的值；另外一方面，MSP430控制NRF24L01向小車(chē)發(fā)送指令。

終控端MSP430與PC串口程序設(shè)計(jì)：

終控端MSP430與PC串口程序設(shè)計(jì)采用單向數(shù)據(jù)傳輸方式。首先對(duì)MSP430的串口通信模塊進(jìn)行初始化；然后，判斷是否接收到數(shù)據(jù)，如果存儲(chǔ)數(shù)組有數(shù)據(jù)更新，則啟動(dòng)串口模塊向PC上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。

語(yǔ)音錄制、識(shí)別、播放的程序：

語(yǔ)音識(shí)別主要分為“訓(xùn)練”和“識(shí)別”兩個(gè)階段。在訓(xùn)練階段，單片機(jī)對(duì)采集到的語(yǔ)音樣本進(jìn)行分析處理，從中提取出語(yǔ)音特征信息，建立一個(gè)特征模型；在識(shí)別階段，單片機(jī)對(duì)采集到的語(yǔ)音樣本也進(jìn)行類(lèi)似的分析處理，提取出語(yǔ)音的特征信息，然后將這個(gè)特征信息模型與已有的特征模型進(jìn)行對(duì)比，如果二者達(dá)到了一定的匹配度，則輸入的語(yǔ)音被識(shí)別。

3 總結(jié)

本設(shè)計(jì)通RSPCE061A的語(yǔ)音識(shí)別模塊、MSP430的超低功耗特點(diǎn)、傳感器的高精度特性、無(wú)線模塊的雙工通信和PC終端人機(jī)界面顯示，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線語(yǔ)音控制小車(chē)和無(wú)線數(shù)據(jù)PC實(shí)時(shí)觀察等多項(xiàng)功能。語(yǔ)音識(shí)別功能主要一方面利用了SPCE061A硬件的較高的執(zhí)行速度、內(nèi)置的硬件乘法器、ADC和IDAC功能和內(nèi)置的AGC自動(dòng)增益環(huán)節(jié)的特點(diǎn)；另一方面利用SPCE061A軟件程序可使用標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言編程和內(nèi)嵌豐富的語(yǔ)音資源函數(shù)的特點(diǎn)。無(wú)線數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸一方面依靠無(wú)線模塊的穩(wěn)定性，另一方面依賴了MSP430開(kāi)發(fā)環(huán)境中精簡(jiǎn)c代碼的編寫(xiě)算法。

參考文獻(xiàn)

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[2]李晶皎，嵌入式語(yǔ)音技術(shù)及凌陽(yáng)16位單片機(jī)應(yīng)用[M]，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003：6-8