1引言

機器人聲控系統(tǒng)的研究一直是機器人研究的主要內(nèi)容之一。傳統(tǒng)的聲音控制系統(tǒng)一般采用PC機作為核心平臺對機器人進行控制，雖然其具有處理能力強大、語音庫完備、系統(tǒng)更新能力強等優(yōu)點，但是PC機體積大，功耗大，成本高，不適合于中、小型機器人使用。本文以SPCE061A為核心，設(shè)計了一套機器人聲控系統(tǒng)，和傳統(tǒng)的PC機聲控系統(tǒng)相比較，具有成本低、體積小、耗能低和使用靈活方便等特點。

本系統(tǒng)采用的機器人平臺是北京博創(chuàng)興盛機器人技術(shù)有限公司提供的VoyagerII型地面移動機器人，該機器人采用了模塊化的設(shè)計理念，高負載能力的直流伺服控制，可選配聲納、紅外、視覺、羅盤、GPS等傳感器和機械手等執(zhí)行器。完全可以滿足聲控系統(tǒng)的設(shè)計要求。系統(tǒng)的整體設(shè)計分為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分，下面首先介紹一下系統(tǒng)的硬件設(shè)計。

2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

根據(jù)機器人平臺情況，聲控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要由微處理器單元、供電單元、聲音采集單元和串口輸出單元四部分組成，如圖1所示：

2.1微處理器單元

本系統(tǒng)采用凌陽公司的16位單片機SPCE061A作為核心控制芯片，內(nèi)置32K閃存，其較高的處理速度能使芯片非?？焖俚奶幚韽?fù)雜的數(shù)字信號，適用于語音識別等應(yīng)用領(lǐng)域。

SPCF061A的工作頻率范圍為0.32-49.152MHz.具備8通道10位ADC輸入功能，內(nèi)置了具有自動增益控制的麥克風輸入功能。雙通道10位DAC音頻輸出功能及A、B兩個I/0口輸入輸出功能。具有集成度高、性能可靠、價格低廉、功耗小等特點。這些特點充分體現(xiàn)了微控制器工業(yè)發(fā)展的新趨勢。目前，凌陽單片機SPCE061A的應(yīng)用越來越廣，深受廣大用戶的歡迎。

2.2聲音采集單元

聲音采集單元的換能器采用駐極體話筒，通過話筒將采集到的聲音信號通過MIC_IN通道傳送給CPU，MIC_IN通道專門用于對語音信號進行采樣。語音信號經(jīng)MIC轉(zhuǎn)換成電信號，由電容將其中的直流成分濾除，然后輸入到集成在SPCE061A內(nèi)部的前置放大器中。SPCE061A的內(nèi)部增益控制電路AGC能隨時跟蹤、監(jiān)視前置放大器輸出的音頻信號的電平，當輸入信號過大時，自動減小放大器增益；當輸入信號減小時，自動增大放大器增益。這樣即可以使A/D轉(zhuǎn)換器接收到的信號一直保持在最佳電平，又可以使聲音損失減至最少，從而提高語音識別的精度。

2.3外接供電單元

外接供電單元是聲控系統(tǒng)的選配單元，由于聲控系統(tǒng)的能耗很低，可以外接3個1.5V電池，作為外接供電單元給系統(tǒng)供電。在沒有選配外接供電單元時，也可以直接使用VoyagerII型地面移動機器人的蓄電池為關(guān)濟實：講師工學碩士聲控系統(tǒng)供電，VoyagerII型機器人的蓄電池供電電壓為24V，將24V電壓先經(jīng)過7805轉(zhuǎn)換成5V電壓，然后使用SPY0029將5V電壓轉(zhuǎn)換成3.3V電壓給SPCE061A供電。

2.4存儲器單元

存儲器單元也是聲控系統(tǒng)的選配單元，當需要識別的語音資源較少時，則使用單片機中集成的FLASH存儲器，就可以滿足要求。當語音資源較豐富時，就需要連接外部存儲器單元，對語音資源進行存儲。為了保證系統(tǒng)的兼容性，選用凌陽公司的SPR4096作為外部存儲器，LASHSPR4096內(nèi)部有512K×8bitsF和4K×8bitsSRAM在進行FLASH編程或擦除的時候，可以并發(fā)執(zhí)行SRAM的讀寫，SPR4096內(nèi)置了一個總線存儲器接口和一個串行接口，它允許單片機通過8_bit并行模式或者1_bit串行模式訪問FLASHSDRAM的存儲區(qū)。在本系統(tǒng)中，將SPR4096的SCK和SDA與SPCE061A的IOB0和IOB1連接，構(gòu)成串行數(shù)據(jù)通信。

2.5串口輸出單元

由于SPCE061A單片機的輸入、輸出電平是TTL電平，而VoyagerII型機器人配置的是RS-232標準串行接口，二者的電氣規(guī)范不一致。因此，要完成SPCE061A和機器人之間的串行通信，必須對SPCE061A輸出的TTL電平進行電平轉(zhuǎn)換，本系統(tǒng)中使用MAXIM公司的MAX232作為電平轉(zhuǎn)換芯片。MAX232使用單電源供電，只需外接5個0.1uF的電容，就可以實現(xiàn)SPCE061A和VoyagerII型機器人之間的電平轉(zhuǎn)換。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件設(shè)計中最重要的部分就是編寫語音識別程序。語音識別過程本質(zhì)上是一種多維模式識別過程。針對凌陽單片機編寫語音識別程序，主要可以分為：訓練、辨識、辨識結(jié)果輸出三部分。

3.1訓練程序

當程序第一次運行時，需要進行語音識別訓練。完成識別訓練后，會在FLASH存儲器中設(shè)定標志位，下次重新啟動時，可以跳過語音訓練過程，直接進行語音識別程序。如果用戶需要重新訓練，也可以通過按鍵來擦除標志位，該部分程序框圖如下：