基于藍牙和超聲波的語音控制泊車系統

邱廣萍，黎俊輝，宋妙姬

（華南農業(yè)大學珠江學院，廣東 廣州 510900）

基于藍牙和超聲波的語音控制泊車系統

邱廣萍，黎俊輝，宋妙姬

（華南農業(yè)大學珠江學院，廣東 廣州 510900）

本設計在語音控制智能車的基礎上加載藍牙傳輸功能，能克服超近距離語音控制的缺點.采用藍牙語音模塊KRC-86B V4.0來實現藍牙無線傳輸音頻的功能，從而實現將人對這手機所說的話通過手機播放出來，之后通過藍牙語音模塊接收，并輸出相應的模擬信號，供給單片機的模數處理模塊ADC來處理，達到短距離語音控制小車的目的.

藍牙語音模塊；模擬信號；智能車

1 前言

本設計直接使用SPCE061A芯片的語音控制功能，增加藍牙模塊延長傳輸距離來實現較遠距離的語音控制.自動泊車系統在國外早已不罕見，不過大多都是使用數據傳輸模塊，而不是使用語音模塊.目前國內也陸續(xù)出現擁有自動泊車功能的汽車，技術多數由廠家從國外引進.早期的自動泊車系統傾向把研究集中在對路面的感知和路徑的規(guī)劃方面，對路面情況要求比較嚴格，使用傳感器比較多，成本比較高.基于此，設計一款基于語音控制的自動泊車系統，可以實現藍牙語音通信功能，超聲波測距停車功能，舵機轉向角度控制功能等，集中在通過人為判斷，通過語音來控制自動泊車的動作，對路面的狀況要求不高，而且沒有太多感知路徑的傳感器，成本比較低.本系統的開發(fā)設計有以下功能：

（1）可用語音控制各種轉向角度.

（2）可12米距離內進行語音控制.

（3）用語音對模型車的控制命令進行訓練.

（4）可調模型車前進和后退運動時間.

（5）課用超聲波模塊實現測距停車功能.

2 系統硬件結構和組成

系統由1個智能車底盤、2個動力驅動電機、1個轉向舵機、1塊帶有SPCE061A芯片的凌陽61精簡開發(fā)板、1塊全橋電機驅動板、1個超聲波模塊（數量可以適量增加）和一個KRC-86B V4.0型號的音頻藍牙模塊組成.

智能車的車架由透明的亞克力（一種透明的朔料板）做成的，裝上輪子后的長度是29.5厘米，寬度為18.7厘米，車身上有不同位置的固定孔，供搭建和固定智能車部件使用.

智能車的舵機型號為FUTABA S3003，主要控制前輪，舵機會根據不同的脈沖信號使前輪轉動不同的角度.

智能車的兩個后輪分別用一個普通的動力電機來連接，這里要實現后輪的正轉和反轉的功能，需要把動力電機連接到一個全橋驅動的電路上，這時候只要用芯片的I/O輸出適當驅動信號給全橋驅動電路，就能實現動力電機的正轉和反轉.

智能車的語音模塊型號為KRC-86B V4.0，這個藍牙語音模塊具有藍牙音響的功能，結合濾波電容、發(fā)光二極管和模擬音頻的輸出信號線，就能把手機軟件接收到的語音命令通過藍牙協議，把該信號傳輸到藍牙語音模塊之中，藍牙語音模塊會把模擬音頻信號通過音頻輸出端口傳送到凌陽單片機的模擬音頻輸入電路之中，再經過兩級運算放大之后，進行自動增益，得到一個比較平衡穩(wěn)定的模擬語音信號，在再供給單片機的模數處理模塊ADC來處理，在模數處理模塊處理完之后，就會輸出相應的數字信號，供給SPCE061A芯片進行處理，再由編寫的程序控制該芯片，通過SPCE061A芯片的I/O口給出相應的動作信號，驅動舵機和動力電機工作，從而達到利用藍牙語音模塊的距離來進行語音控制智能小車的目的.

除了通過藍牙語音模塊實現語音控制模型車的各種轉向運動外，還外接了超聲波模塊，實現測距停車的功能.通過編程把藍牙語音模塊、超聲波模塊、控制板、電機驅動模塊、電機還有舵機完美的結合起來，再把電源的穩(wěn)定供電考慮進去，設計出一個功能基本完整的語音控制泊車系統.

3 系統的軟件設計

首先設置一個語音播放函數，其中包含需要播放的語音資源數據的提取，這些語音數據是壓縮編碼好的，要送入解壓縮的隊列進行數據的解碼，再在定時器中斷的控制下進行數模轉換，最后通過模擬信號的濾波、放大，然后通過揚聲器來輸出.

然后設置一個語音訓練和語音存儲的函數，人發(fā)出聲音的時候，凌陽單片機在定時中斷的控制下以一定速率地進行AD轉換，也就是定時地進行AD采樣，采集到的樣本保存到一個數據隊列里進行壓縮編碼，然后把壓縮好的語音進行存儲，存儲成語音資源.語音數據的數據量非常大，占用的空間也非常大，所以一般要把采集到的語音進行壓縮編碼.

語音播放和錄制存儲都要定時中斷的控制，因為無論是解碼還是編碼，采集聲音都是需要有一定的采樣率之下均勻地采集聲音樣本，用定時器實現定時中斷，在中斷里面執(zhí)行.然后通過辨識函數來判斷當前接收的語音是否與早已錄制好的語音資源是否一樣，這里的早已錄制好的語音資源也就是智能車訓練命令時錄制進去的命令，這些命令存儲在凌陽單片機的存儲介質中，用以與當前接收的到語音命令作比較，然后識別出當前的命令是否正確，從而通過編程使單片機做出相應的動作.

除此之外，還有一些子函數，例如延時函數、中斷函數還有定時器中斷函數等，用這些函數編寫成泊車系統所需要的各種動作函數，例如舵機需要脈沖函數，本設計就應用定時器中斷來實現這個輸送給舵機的脈沖函數.

4 KRC-86B V4.0模塊與凌陽61精簡開發(fā)板的連接

凌陽61精簡開發(fā)板的語音控制距離十分有限，不能達到泊車系統的要求，所以把藍牙語音模塊加載到智能車上，就能使用藍牙語音傳輸的這個距離進行語音控制自動泊車，解決語音控制距離的缺陷.

61板外接的小麥克風連接的是該開發(fā)板的模擬音頻輸入電路的模擬音頻輸入端，這里把這個端口定義為X1，一正一副，故為X1+和X1-兩個引腳端口.模擬音頻輸入后，經過模擬音頻輸入電路連接到芯片，在經過兩級運放和自動增益，由芯片對其進行處理.藍牙語音模塊KRC-86B V4.0的音頻輸出引腳輸出的信號是音頻模擬信號，可以直接接入凌陽單片機61板中模擬音頻信號的ADC輸入電路中.連接方法是把61板上的麥克風去掉，會出現兩條個輸入孔，其中一條是正極X1+，另一條是負極X1-，這就是音頻輸入電路的模擬信號的輸入端.

藍牙語音模塊KRC-86B V4.0的引腳OUTR是模擬音頻信號右聲道的輸出信號端，而引腳AGND是藍牙語音模塊的模擬音頻信號輸出的負極引腳.把10uF的濾波電容焊接到藍牙語音模塊的VCC引腳和GND引腳上，10uF濾波電容的正極焊接到VCC端，其負極焊接到GND端.再分別把藍牙語音模塊的VCC端和GND端引出兩條接線，用來提供電源.

最后在智能手機上下載一個即時播放語音的軟件，就可以實現把語音通過手機傳輸到凌陽61板上.打開手機的藍牙，與藍牙語音模塊KRC-86B V4.0配對，然后打開剛下載的軟件，這個時候，人對著手機下語音命令時，手機就會把人發(fā)出的的語音命令，轉換成數字信號，再通過藍牙協議傳輸到藍牙語音模塊KRC-86B V4.0中，KRC-86B V4.0模塊再把輸出的音頻模擬信號，傳輸到凌陽61板的模擬音頻信號的ADC輸入電路中，再經過兩級運算放大之后，進行自動增益，得到一個比較平衡穩(wěn)定的模擬語音信號，在再供給單片機的模數處理模塊ADC來處理，在模數處理模塊處理完之后，就會輸出相應的數字信號，供給SPCE061A芯片進行處理，再由編寫的程序控制該芯片，通過SPCE061A芯片的I/O口給出相應的動作信號，從而達到利用藍牙語音模塊的距離來進行語音控制智能小車的目的.

5 結語

在此次設計主要是針對凌陽SPCE061A芯片做成的語音控制系統進行了研究和改良，介紹了單片機在泊車系統中的應用，系統操作簡便，實用性高，并不是全自動自行檢查自行泊車的系統，而是在人為的語音控制的前提下，通過發(fā)令人的觀察，下達各種泊車運動方向的語音指令，能從第三者的角度上發(fā)現泊車上的位置問題，從而更清晰地理解當前小車的情況，從而進行控制.

采用單片機設計出語音控制的泊車系統，利用藍牙模塊KRC-86B V4.0實現稍遠距離進行下達命令和語音控制，利用超聲波模塊實現測距停車的功能，以免出現泊車撞倒障礙物或行人的情況.本次設計模擬現實中的泊車情況，做出模擬的泊車所需要的動作，做出相應的動作語音指令，除了藍牙傳輸語音命令時稍有延時，其他方面動作都相對的穩(wěn)定，單片機控制裝置具有制造成本低廉、控制性能良好等優(yōu)點，而且方便對系統出現的問題進行調試和維護.本系統優(yōu)越性主要在于可以用使用稍遠距離用語音來控制單片機來做出各種輸出.

總結全文，通過對系統的藍牙語音模塊、超聲波模塊、61板、動力電機驅動板和舵機幾方面的結合，設計出來的系統達到了預期的效果，總體上完成了基于語音控制的自動泊車系統.當然，由于所學知識不足的原因等多方面影響，設計出來的系統只能達到自己預想的大部分功能，還存在很多不足的地方有待完善.希望通過以后更加努力的學習掌握更多知識來完成自己想要的更加自動化的自動泊車系統.

〔1〕謝輝程.基于凌陽SPCE061A的語音控制小車設計[J].科技經濟市場,2007（12）:8-9.

〔2〕郭朝彬,郭永紅,郭紅濤.音控智能小車的設計與實現[J].微計算機信息,2008（35）:301-302.

〔3〕李玉曉,賴陽明,劉少華.基于SPCE061A的多功能智能小車的設計[J].江西理工大學學報,2011（05）:53-55.

〔4〕張震宇,王華.基于凌陽單片機的語音識別技術及應用[J].微計算機信息,2007（23）:120-121.

〔5〕李紅霞,羅琪翔.語音控制的智能小車的設計[J].工業(yè)控制計算機,2015（08）:143-144.

〔6〕湯莉莉,馬仟,黃偉.語音無線遙控智能小車設計[J].無線電工程,2014（12）:66-69.

TN95

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1673-260X（2016）11-0026-02

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2015年省級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目（201512623033）