方 淼，方 帆

1.安徽大學(xué)江淮學(xué)院理工部，安徽合肥，230039；2.巢湖學(xué)院教務(wù)處，安徽巢湖，238000

語言交互是人類進(jìn)行交流最便捷，最有效的手段［1］，而如何能讓機(jī)器聽懂人類語言，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，完成各種操作成為日常生活中的一個迫切的需求。自動語音識別技術(shù)（Automatic Speech Recognition，ASR）是一種以語音為研究對象，將語音信號轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器能識別的文本或命令，實(shí)現(xiàn)人機(jī)智能交互的方式。該技術(shù)在語音導(dǎo)航、文檔檢索、室內(nèi)設(shè)備控制等方面具有重要應(yīng)用前景。隨著嵌入式系統(tǒng)在生活中的廣泛應(yīng)用和智能人機(jī)交互技術(shù)的不斷發(fā)展，人們開始設(shè)計實(shí)現(xiàn)各種嵌入式系統(tǒng)來完成某種具體應(yīng)用。本文設(shè)計了一種語音控制智能車系統(tǒng)，采用STM32F103系列單片機(jī)作為主控芯片，利用LD332O芯片實(shí)現(xiàn)對語音指令的識別。主控芯片接收語音識別芯片的處理結(jié)果進(jìn)行分析，并輸出控制信號對智能小車進(jìn)行實(shí)時控制，完成指令要求操作。

1 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)主要包括主控CPU，舵機(jī)控制電路，電機(jī)驅(qū)動電路，語音識別模塊和障礙物檢測模塊等。系統(tǒng)整體框圖1所示。

系統(tǒng)采用STM32F103VBT6單片機(jī)作為主控芯片，LD3320芯片采集語音指令進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果發(fā)送給主控芯片，主控芯片對處理結(jié)果進(jìn)行分析并得出電機(jī)轉(zhuǎn)速和舵機(jī)方向的控制信息，并轉(zhuǎn)化為對電機(jī)和舵機(jī)的控制信號，實(shí)現(xiàn)對小車的運(yùn)動控制，完成前進(jìn)、后退、加速、減速、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)等功能。同時為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的智能水平，設(shè)計增加了障礙物檢測和自主避障等功能，當(dāng)小車在前進(jìn)或后退的過程中檢測到障礙物時，自動停止運(yùn)動，并進(jìn)行報警。

圖1 系統(tǒng)整體框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 STM32F103VBT6微控制器

系統(tǒng)采用STM32F103VBT6單片機(jī)作為主控芯片。該系列單片機(jī)最高工作頻率可達(dá)72 MHz，片上最多可達(dá)1 MB的flash ROM和96 KB RAM的存儲空間，擁有豐富的 I／O接口［2］，支持包括 I2C、SPI、CAN等13個通信接口，適用于進(jìn)行高穩(wěn)定、低功耗、實(shí)時性的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計。

2.2 LD3320語音識別模塊

LD3320是一款基于非特定人語音識別技術(shù)（SI-ASR）的語音識別芯片。該芯片內(nèi)直接集成了語音處理模塊和相應(yīng)的外圍電路，包括麥克風(fēng)輸入接口，音頻解碼輸出接口，ADC模塊和DAC模塊等。用戶只需用軟件編輯好要識別的語音命令列表，即可實(shí)現(xiàn)語音識別，人機(jī)對話和聲控等功能。LD3320芯片的電路原理圖如圖2所示。為了判斷LD3320芯片是否處于正常工作狀態(tài)，采用紅色LED燈作為指示燈［3］，LED燈被點(diǎn)亮?xí)r表明芯片正常工作。

圖2 LD3320電路原理圖

2.3 電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計

直流電機(jī)具有響應(yīng)速度快，轉(zhuǎn)矩較大，負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)［4］，適用于智能車的驅(qū)動電機(jī)。因此本系統(tǒng)采用直流電機(jī)作為系統(tǒng)的驅(qū)動電機(jī)。電機(jī)驅(qū)動模塊的選擇會直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可操作性，因此采用TB6612FNG模塊進(jìn)行直流電機(jī)驅(qū)動，該模塊內(nèi)部集成了雙路增強(qiáng)型L298N，可以同時驅(qū)動兩路直流電機(jī)，具有散熱性好，可靠性高、運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)［5］。驅(qū)動電路如圖3所示。

圖3 直流電機(jī)驅(qū)動電路

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 軟件總體設(shè)計

主控芯片工作流程如圖4所示。

系統(tǒng)程序主要包括命令識別，電機(jī)控制和自動避障3大部分。智能車上電啟動時首先對各模塊進(jìn)行初始化［6］，設(shè)定各自的工作模式并建立語音命令列表。初始化完成后通過LD3320開始進(jìn)行語音指令識別，并將識別的結(jié)果傳送給主控芯片，實(shí)現(xiàn)對小車的控制。

圖4 主機(jī)工作流程圖

3.2 語音識別程序設(shè)計

LD3320初始化完成后，首先寫入語音命令列表，然后采用“命令觸發(fā)模式”啟動。該系統(tǒng)以“閃電”為一級語音命令，每次進(jìn)行語音識別時必須先觸發(fā)一級語音命令，然后才能接收二級語音命令，執(zhí)行加速，減速，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)等操作。語音識別程序流程如圖5所示。

圖5 LD3320語音識別程序

3.3 電機(jī)和舵機(jī)控制程序設(shè)計

智能車需要完成左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、加速、減速等操作，因此采用TB6612FNG模塊進(jìn)行直流電機(jī)驅(qū)動。系統(tǒng)啟動時，主控芯片STM32根據(jù)接收到的LD3320傳輸過來指令的處理結(jié)果，輸出不同占空比的PWM波控制TB6612FNG模塊對智能車的直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。舵機(jī)的控制也由主控芯片輸出的PWM波控制，為了防止智能車在行進(jìn)過程中觸碰到障礙物，在車上加裝了紅外傳感器，實(shí)現(xiàn)智能避障。

4 結(jié) 語

本文設(shè)計了一種基于STM32的語音控制智能車實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用LD332O芯 片實(shí)現(xiàn)對語音指令的識別，選擇STM32F103VBT6單片機(jī)作為主控芯片，可在一定距離下實(shí)現(xiàn)對智能車的語音控制。通過實(shí)驗(yàn)測試驗(yàn)證，在正常的室內(nèi)環(huán)境下，該智能車可靠性較高，識別率高。