音控智能小车设计开题报告.doc

本科毕业论文（设计）开题报告 题 目： 音控智能小车设计 学 院： 人民武装学院 专 业： 电子信息科学与技术 班 级： 2013级(专升本) 学 号： 1320070179 学生姓名： 杨 盘 柱 指导教师： 王 代 强 2015年 3 月 2 日贵州大学本科生毕业论文（设计）开题报告表论文(设计)名称音控智能小车设计论文（设计） 来源导师选题论文（设计）类型设计指导教师王代强学生姓名杨盘柱学号1320070179班级2013 级一、设计的目的和意义：音控小车，主要是运用SPCE061A单片机为核心控制单元，语音信号由输入模块输入，经语音处理模块提取语音的特征参数，然后再与模板库中的语音模版匹配得到匹配结果控制驱动模块使小车完成前进、后退、左转、右转、停止等动作。声音是人类智慧的产物。音控系统在人机交互领域是非常重要的课题，有了音控系统人们就可以从鼠标键盘中解放出来，直接向计算机下达命令。语音识别识别技术就是让机器通过识别和理解把语音信号转变为相应的文本或命令的高技术。语音识别是一门交叉学科,它正逐步成为信息技术中人机接口的关键技术,语音技术的应用已成为一个具有竞争性的新兴高科技产业。当今,语音识别产品在人机交互应用中已经占到越来越大的比例。该设计的实际意义是通过构建音控小车系统，培养设计并实现音控控制系统的能力。再实践的过程中，熟悉以单片机核心控制芯片，设计小车的语音输入、驱动、语音输出、电源电路等外围电路，采用算法实现小车的语音控制。灵活的运用所学的相关学科的理论知识，结合实际电路设计的具体实现方法，达到理论和实际的统一。在此过程中，加深对理论知识的理解和认识。且该设计具有实际意义，可以应用于考古、机器人、娱乐等许多方面。尤其是在玩具机器人研究方面具有很好的发展前景。所以本设计与实际相结合，现实意义很强，它集中地运用了计算机、传感器、语音信息技术，是典型的高新技术综合体。二、设计的现状和发展趋势：1、国内现状与发展趋势语音识别技术就是识别和理解语音信号，并转变为相应的文本或命令的技术1。我国语音识别研究工作起步于20世纪50年代，但近年来发展很快。研究水平也从实验室逐步走向实用2。从1987年开始执行国家863计划后，国家863智能计算机专家组为语音识别3技术研究专门立项，每两年滚动一次。我国语音识别技术的研究水平已经基本上与国外同步，在汉语语音识别技术上还有自己的特点与优势，并达到国际先进水平。中科院自动化所、声学所、清华大学、北京大学、哈尔滨工业大学、上海交通大学、中国科技大学、北京邮电大学、华中科技大学等科研机构都有实验室进行过语音识别方面的研究，其中具有代表性的研究单位为清华大学电子工程系与中科院自动化研究所模式识别国家重点实验室。清华大学电子工程系语音技术与专用芯片设计课题组，研发的非特定人汉语数码串连续语音识别系统的识别精度4，达到94.8%(不定长数字串)和96.8%(定长数字串)。在有5%的拒识率的情况下，系统识别率可以达到96. 9% (不定长数字串)和98. 7% (定长数字串)。 2、国外现状与发展趋势语音识别的研究工作大约开始于20世纪50年代，标志就是AT& T Bell实验室实现了第一个可识别十个英文数字的语音识别系统一Audry系统，它是第一个可以识别十个英文数字的语音识别系统。但真正取得实质性进展，并将其作为一个重要的课题开展研究则是60年代未70年代初，这首先是因为计算机技术的发展为语音识别的实现提供了硬件和软件的可能，最重要是动态规划(DP)的方法的提出，有效的解决了语音识别中的不等长的对正问题。这一时期的语音识别主要基于模板匹配原理，研究的领域局限在特定人5，小词汇表的孤立词识别，实现了基于线性预测倒谱和DTW技术的特定人孤立词语音识别系统6。80年代，语音识别7研究进一步走向深入，其显著特征是HMM8模型和人工神经网络(ANN)在语音识别9中的成功应用。20世纪70年代未到80年代，采用计算机语音识别10技术研制成一些实用的系统11。例如，Fna报道的瑞典的语音识别系统12，它已被瑞典Ericssno公司用来装备内部快呼通讯网，使用这种系统打电话时，人们不必再拨号或按数字键，只需要说出受话人的姓名便可接通了。许多发达国家如美国、日本、韩国以及工IBM、Apple、AT&T、ATT等著名公司都为语音识别系统13的实用化开发研究投以巨资。从20世纪80年代后期和90年代初期开始，人工神经网络的研究异常活跃，并且也被应用到语音识别14的研究中。进入90年代后，相应的研究工作在模型设计的细化、参数的提取和优化以及系统的自适应技术等方面取得了一些关键性的进展，这使语音15识别技术进一步成熟，并且出现一些很好的产品。许多发达国家，如美国、日本、韩国,以及IBM、Microsoft、Apple、AT&T、NTT等著名公司都为语音识别系统的实用化开发研究投以巨资。其中IBM公司于1997年开发出汉语ViaVoice语音识别16系统，次年又开发出可以识别上海话、广东话和四川话等地方口音的语音识别系统ViaVoice98。它带有一个32,000词的基本词汇表,可以扩展到65,000词，还包括办公常用词条，具有“纠错机制”，其平均识别率可以达到95%。三、主要研究或设计内容，需要解决的关键问题和思路：1、设计内容：（1）收集资料购买元件（2）硬件设计与焊接（3）软件设计（4）系统调试与检测（5）实物调试与检测2、重点与难点（1）能前进并且能左右调整方向（2）小车能按照语音命令前进、后退、左转、右转。3、拟采用的研究手段（1）系统设计：音控小车采用四轮驱动，轮胎各用一个直流减速电机驱动，通过调制后面两个轮子的转速从而达到控制转向的目的。当接收到语音命令后小车可以按照命令执行动作。 （2）硬件设计：（1）主控芯片的选择本次设计的主控芯片选择为SPCE061A是16位结构的微控制器，其内部集成了ICE、FLASH、SRAM、32位通用I/O端口、ADC、DAC输出、定时器/计数器、WatchDog、中断控制、CPU时钟PLL、UART、SIO、低电压监测/低电压复位等模块。SPCE061A可以使外围电路大大简化,并且凌阳单片机本身具有语音功能,可以加入语音识别模块,简化了车体机构。（2）语音输入模块由于采用了凌阳16位单片机，所以语音输入部分用MIC输入加上滤波电路即可，主要滤除高于采样频率一半的信号，以免产生混叠。（3） 电机驱动模块方案一：采用继电器对电动机的开或关进行控制,通过开关的切换对小车的速度进行调整.此方案的优点是电路较为简单,缺点是继电器的响应时间慢,易损坏,寿命较短,可靠性不高，有电磁干扰。方案二：采用电阻网络或数字电位器调节电动机的分压，从而达到分压的目的。但电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般的电动机电阻很小，但电流很大，分压不仅回降低效率，而且实现很困难。方案三：采用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。线性型驱动的电路结构和原理简单，加速能力强，采用由达林顿管组成的 H型桥式电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态下，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高，H型桥式电路保证了简单的实现转速和方向的控制，电子管的开关速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的 PWM调速技术。现市面上有很多此种芯片，我选用了L298N。这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，能承受频繁的负载冲击，还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转等优点。因此决定采用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。（4）语音输出模块凌阳单片机设有语音输出端口可以用外接功放电路实现语音播放。（5）电源模块方案一：采用实验室有线电源通过稳压芯片供电，其优点是可稳定的提供5V和3.3V电压，但占用资源过大。方案二：采用6支1.5V电池双电源分别给单片机与电机供电能让小车完成其功能。所以，我选择了方案二来实现供电。四、完成毕业论文（设计）所必须具备的工作条件及解决的办法：搜集相关题材的文献资料及参考资料，通过材料进行分析、进行消解，整理材料，更多是与指导老师多沟通；交流意见。结合课题的题材完成，以能说明自己的观念为史料的相关证据。五、工作的主要阶段、进度与时间安排：1、寒假：收集相关题材的文献、参考资料，完成开题报告2、3月-4月上旬：构思毕业设计及编写软件3、4月上旬-4月中旬：撰写论文初稿4、4月下旬：初稿审核，修改，完成终稿5、5月上旬-5月中旬：论文评审，定稿6、5月下旬：准备论文答辩7、最后成绩上报及归档六、阅读的主要参考文献及资料名称：1郭朝彬,郭永红,郭红涛. 音控智能小车的设计与实现J. 微计算机信息,2008,第24卷，第12-2期:pp301-302+300.2袁霞. 音控小车控制系统的研究D.西南石油大学（硕士学位论文）,2006: pp1-62.3郭娜娜,侯媛彬,王磊. 基于凌阳SPCE061A单片机的音控小车的设计J. 信息化纵横,2009,第14期:pp74-76.4曹斌芳,李建奇,胡惟文. 智能音控小车系统设计J. 现代建筑电气,2012,第3卷，第2期:pp25-28.5李雯雯,孔勐,胡金花. 模拟AGV的音控小车的设计与制作J. 合肥师范学院学报,2012,第30卷，第6期:pp26-28.6范立南,王刚,李金峰,冯琦,张义鑫. 基于SPCE061A单片机的音控智能机器人小车设计J. 仪器仪表用户,2004,第11卷，第6期:pp13-14.7廖传书,陈鹏飞. 基于语音识别的遥控小车研究J. 武汉理工大学学报(信息与管理工程版),2007,第29卷，第12期:pp70-72. 8张婧婧,李勇伟,达新民. 基于16位单片机语音识别技术的应用与研究J. 计算机与现代化,2012,第7期:pp176-178.9叶鹏. 红外传感与音控结合的避障小车设计J. 科技创新与应用,2013,第15期:pp37-38.10沈立,周四春,杨伟涛. 音控家用吸尘机器人的实现J. 电子器件,2006,第29卷，第3期:pp898-901.11杨帅,高安邦,薛岚,杨宏年. 基于SPCE061A的智能小车机器人的设计J. 机械制造与自动化,2009,第38卷，第6期:pp161-163.12王中强,杨坤,俞一奇,张志美,程立英. 基于SPCE061A单片机的智能小车的设计J. 科技资讯,2013,第18期:pp88-89.13唐米杰,李新国. 基于语音识别与单片机控制的智能玩具设计与实现J. 计算技术与自动化,2013,第32卷，第4期:pp37-40.14赵明洪,张婧婧. 语音小车智能控制的研究与实现J. 现代计算机(专业版),2012,第9期:pp58-61.15Zhongliang LV,Peiwen AN,Baoping TANG. Research on the control system of the voice and motion synchronism teaching groupJ. applied mechanics and materials,2013, vol.233: pp316 - 319.16Bo C