具有语音识别和跟踪功能的玩具机器人控制系统设计

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1、具有语音识别和跟踪功能的玩具机器人控制系统设计　　摘要：设计一种具有语音识别和自动跟踪语音功能的玩具机器人，采用凌阳十六位单片机SPCE061A作为主控芯片，外接麦克，通过外围电路采集声音信号实现语音识别和语音定位，在语音命令识别成功之后控制玩具机器人做相应的动作。该控制系统功能完备，能够满足玩具机器人系统的控制要求。　　关键词：玩具机器人语音识别语音定位　　中图分类号：TP273文献标识码：B文章编号：1674-098X（2016）09（b）-0082-02　　随着人们物质文化生活水平的提高，人们的消费水平越来越高。目前儿童玩具特别是智能玩

2、具拥有一个很大的市场。智能玩具不仅能够满足儿童的好奇心、加强孩子和玩具的互动，而且可以激发儿童的求知欲[1]。智能玩具将计算机、电子、通讯等领域内的先进技术融合为一体，突破了传统玩具的局限性，赋予玩具“听”“说”功能，与人进行互动，寓知于乐，可使儿童在愉悦中学习、体会生活，真正达到寓教于乐的目的[2，3]。　　1总体设计方案　　采用凌阳十六位单片机SPCE061A作为主控芯片，外接麦克到SPCE061A的声音输入模数转换通道，由单片机实现语音识别和声音定位，再利用SPCE061A的IO端口控制三级管的导通和关断，进而控制机器人的腿部、头部和飞

3、碟电机，实现对机器人的动作控制，系统整体设计方案如图1所示。　　语音识别语音信号输入：语音信号由该模块进入单片机后进行语音识别处理。声音定位信号输入：声音定位的语音信号经过转化，将模拟的声音信号转换为数字的高低电平，由I/O端口输入到SPCE061A。键盘输入控制：用于选择语音识别和声音定位模块，在语音识别模块下用于重新训练语音控制命令的按键。设有3个按键：KEY1-上电复位后用于选择语音识别模块；KEY2-上电复位后用于选择声音定位模块；KEY3-运行语音识别模块中用于选择重新训练语音控制命令。机器人控制：SPCE061A通过基本I/O口控

4、制机器人的前进、后退、左转、右转和发射等。语音播放：在语音识别和声音定位中加入了语音播放，用来提示说话者训练语音控制命令、辨识后的应答和定位后的播放音源方位等。　　2系统模块设计　　2.1语音识别　　该设计采用特定人识别方式，即语音样板由单个人训练，对训练人的语音命令识别准确率较高，而其他人的语音命令识别准确率较低或不识别[4]。识别电路如图2所示，麦克选用驻极体电容话筒，话筒的偏压由SPCE061A的VMIC管脚提供。　　2.2声音定位　　由3个麦克?M成声音定位的前端信号接收电路，3个麦克摆放成7cm的等边三角形接收声音信号，每路麦克都经

5、过相同的放大和整形将模拟的声音信号转化为数字高低电平输入到SPCE061A，在SPCE061A内识别三路麦克输入信号的相位差值，通过计算获取音源所在的方位。图3为单个声音信号接收及调理电路，图中R1、Q1形成一个恒流源，为麦克供应电流，U1A、C1、R2、R3形成一个放大电路，其中C1滤掉信号中的低频部分，R2/R3/U1A构成一个负反馈放大回路；C2、R4、R5、U1B形成一个过零比较电路。　　2.3机器人的电机驱动及控制电路　　当单片机成功识别语音指令后，将对机器人的腿部、头部和飞碟发射装置进行运动控制，主要是通过IO口的输出实现对相应电

6、机的控制。　　2.3.1腿部电机控制　　图4为机器人的左腿电机M1的驱动电路，该驱动电路采用4个三极管Q1-Q4作为驱动，提升流过电机的电流，2个三极管Q5-Q6控制电机正反转。电机控制的端口接到了SPCE061A的IOB13和IOB14，只需要给IOB13高电平就可以控制其正转，左腿前进；给IOB14高电平就可以控制电机反转，左腿后退。　　右腿的电机驱动和控制电路与左腿的完全相同，其电机控制的端口接到了SPCE061A的IOB11和IOB12，只需要给IOB12高电平就可以控制其正转，右腿前进；给IOB11高电平就可以控制电机反转，右腿后退

7、。　　2.3.2头部电机控制　　用于头部转动的电机驱动控制电路和左右腿的相同，其电机控制的端口接到了SPCE061A的IOB9和IOB10，只需要给IOB9高电平就可以控制电机正转，头部转向左方；给IOB10高电平就可以控制电机反转，头部转向右方。　　2.3.3发射飞碟电机控制　　为增加玩具机器人的趣味性和互动性，设计中增加了机器人发射飞碟的功能。采用两个直流电机进行控制，由SPCE061A的IOB8和IOB15控制电机M4和M5，分别控制带动装置和加速装置，其中带动弹簧装置弹出飞碟，加速装置带动飞碟发射出来，驱动控制电路如图5所示。　　3结

8、语　　基于SPCE061A单片机开发的玩具机器人控制系统，由3个麦克摆放成边长为7cm的等边三角形，采集声音信号并进行语音识别，根据识别的语音实现对机器人的动作控制