智能小車機器人整體電路設計 - 全文

　　智能車的核心控制器 SPCE061A 是一款16位獨具語音特色的控制器，片內采用的nSPTM 核心處理器，具有較高的處理速度，能夠完成16位算術邏輯運算、16 × 16位硬件乘法運算和DSP內積濾波運算，能夠快速處理復雜的數(shù)字信號，不需要額外的專用語音控制芯片，就能實現(xiàn)語音的編解碼等，既節(jié)省了設計成本，又能滿足一定的控制要求?？刂破鞑捎媚K化架構，集成了ICE（在線仿真）、鎖相環(huán)振蕩器、時基控制器、7通道10位AD轉換器、單通道AD+ AGC（自動增益）轉換器、雙通道10位DA轉換器、通用異步通信接口、串行輸入輸出接口、電壓監(jiān)控等模塊。實現(xiàn)汽車智能化的技術非常多， 本文利用目前比較熱門的技術語音控制技術， 實現(xiàn)小車自動前進、后退、左拐、右拐等， 當然所設計的小車只是智能汽車的微模型， 還處于模擬演示階段， 要真正實現(xiàn)智能汽車為人服務還有很長一段距離。

　　智能小車整體主要由語音輸入電路、語音輸出電路、SPCE061A 控制器、驅動電路等組成。小車的SPCE061控制器通過內置麥克放大器和自動增益功能的A /D 通道、D /A通道實現(xiàn)語音控制，語音觸發(fā)小車動作，小車動作后，隨時可以通過語音指令改變小車的運動狀態(tài)，如果行進過程中遇到前方有障礙，小車會自動停車。

　　語音輸入電路設計

　　小車的語音輸入電路如圖所示。其中，VM IC 提供傳聲器的電源，VSS是系統(tǒng)的模擬地，VCM 為參考電壓，1腳和2腳分別是傳聲器X1 的正極、負極的輸入引腳。當對著傳聲器講話時，1腳和2 腳將隨著傳聲器輸入的聲音產生變化的波形，并在SPCE061A 的兩個端口處形成兩路反相的波形，送到SPCE061A 控制器內部的運算放大器進行音頻放大，經(jīng)過放大的音頻信號，通過ADC轉化器轉化為數(shù)字量，保存到相應的寄存器中，然后對這些數(shù)字音頻信號進行壓縮、辨識、播放等處理。

　　語音輸出電路設計

　　小車的語音輸入電路如圖所示。其中，VDDH 為參考電壓，VSS是系統(tǒng)的模擬地。音頻信號由SPCE061A 的DAC引腳輸出送到電路的9端，通過音量電位器R9的調節(jié)端送到集成音頻功率放大器SPY0030， 經(jīng)音頻放大后，音頻信號從SPY0030輸出經(jīng)J2端口外接揚聲器播放聲音。

　　光電檢測電路設計

　　小車的光電檢測電路采用E18-D80NK型號的光電傳感器，它集發(fā)射和接受于一體，紅外發(fā)射管向某一方向發(fā)射紅外線，遇到障礙物后紅外線被反射由接收管接受，從而判斷出小車的前方是否有障礙物，對障礙物的感應距離可以根據(jù)要求通過傳感器上的微調旋鈕進行調節(jié)。傳感器前端增加了透鏡，利用聚焦作用遠距離探測物體。傳感器內部集成了放大、比較、調制電路，使傳感器受可見光的影響較小，光電檢測電路的連接圖如圖4所示。

　　驅動電路設計

　　小車的驅動電路是一個全橋驅動電路（ 圖5），Q1，Q2， Q3， Q4四個三極管組成4個橋臂，Q5 控制Q2和Q3的導通和關斷，Q6控制Q1 和Q4 的導通和關斷，驅動電路分別用于后輪動力驅動電路和前輪方向驅動電路。當1管腳為高電平，2管腳為低電平時時Q1 和Q4 導通，Q2和Q3截止，電動機帶動車輪運轉; 當1管腳為低電平，2管腳為高電平時時Q1和Q4截止，Q2和Q3導通，電動機帶動車輪反向運轉。

　　智能小車系統(tǒng)整體設計

　　將語音輸入電路的1， 2 端口分別連接到SPCE061A控制器的M ICP， N ICN 管腳上; 將語音輸出電路的9端口連接SPCE061A的DAC1管腳; 后輪動力驅動電路的1， 2端連接到SPCE061A的IOB8， IOB9管腳，前輪方向驅動電路的1， 2端連接到SPCE061A 的IOB10， IOB11管腳; 光電檢測電路的OUT 端連接SPCE061A 的IOB12 管腳，智能小車的整體連接如圖6所示。

　　智能小車的正確識別率在90% 以上，實驗過程中發(fā)現(xiàn)，影響小車正常辨識的因素主要包括周圍環(huán)境的噪聲、人與小車的距離等，這些需要在今后改進。這種語音控制的智能小車機器人將來不僅可以為人服務，稍加擴展，還可以在多種不適合人作業(yè)的場合替代人執(zhí)行任務。因此這種語音控制小車機器人具有重要的學術研究價值。