基于凌陽SPCE061A的智能搖籃設計

摘 要：本設計以凌陽SPCE061A為控制核心，配合聲控、無線電系統(tǒng)，結合獨特的機械結構通過安裝在搖籃上的傳感器來產生控制信號并傳輸給SPCE061A，SPCE061A輸出相應的控制信號給驅動電路并配合機械結構，從而實現(xiàn)搖籃的搖擺、照明、監(jiān)護等功能。

關鍵詞：SPCE061A 傳感器 機械

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）10-0-01

引言

隨著社會經(jīng)濟的提高，人們的生活水平也都逐漸改善，許多擁有幼兒的家庭都希望孩子有個良好的成長環(huán)境，需要一個不僅舒適而且具有人工智能的搖籃，來為寶寶及其監(jiān)護人提供方便。由于現(xiàn)代大部分人都需要工作，所以晚上需要充足的睡眠，但寶寶的睡眠時間不穩(wěn)定，導致這個問題困擾大部分擁有寶寶的家庭。為了給寶寶及其監(jiān)護人都提供方便，所以設計了本產品，以便監(jiān)護人在晚上能夠安心睡眠，而寶寶也可以及時得到體貼的照顧。

一、系統(tǒng)總體方案

1.方案論證

方案一： 采用凌陽SPCE061A實現(xiàn)智能搖籃方案，由于SPCE061A內部具有語音識別和語音播放功能，所以只需要擴展基本的MIC 和語音功放即可，采用凌陽SPCE061A智能搖籃實現(xiàn)方案 SPCE06lA芯片內部集成了ICE、FLASH、SRAM、通用I/0端口、定時器，計數(shù)器、中斷控制、CPU時鐘鎖相環(huán)、ADC、DAC輸出、uART、S10、低電壓監(jiān)測，低電壓復位等模塊。SPCE06lA可以使外圍電路大大簡化，節(jié)省小車內部的空間，削減控制電路體積，并且凌陽單片機具有語音功能，可以加入語音識別模塊。

方案二： 采用MCS-51 系列單片機實現(xiàn)，由于有語音識別和語音播放功能，所以需要擴展語音識別模塊和語音播放模塊，這樣必然造成端口的資源緊張，所以還必須加入接口擴展芯片。該實現(xiàn)方案結構。 綜合考慮性價比和實用性，選擇方案一。

二、系統(tǒng)硬件設計

1.工作原理

傳感器通過寶寶的哭聲、紅外線的感測進行信號的采集，然后送給SPCE061A，SPCE061A對采集來的信號進行判別，若是寶寶的哭聲，首先會發(fā)出控制信號，促使報警線路工作，發(fā)出報警信號；同時SPCE061A將另外發(fā)出兩路信號，其中一路控制照明線路工作，打開照明燈；另外一路控制電動機，電動機旋轉帶動機械結構實現(xiàn)搖籃的搖擺。

2.機械結構的設計

所有零件都事先用UG軟件進行建模，因為建模后的機械結構非常直觀，并且易于發(fā)現(xiàn)問題和保證制造的精準度。機械的連接采用H形鋁，平行度、垂直度和同軸度均嚴格精度要求（±0.1 mm），以達到搖擺頻率和角度符合測試要求。

3.驅動電路設計

L298是SGS公司的產品，L298N為15個管角的單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅動，設計用【298N來接收DTL或者1-IL邏輯電平，驅動感性負載（比如繼電器，直流和步進馬達）和開關電源晶體管。內部包含4通道邏輯驅動電路，其額定工作電流為l A，最大可達1.5 A，Vss電壓最小4.5 v，最大可達36 V；Vs電壓最大值也是36V。L298N可直接對電機進行控制，無須隔離電路，可以驅動雙電機。根據(jù)L298N芯片的特點以及SPcE061A自身的特點，把IOA4一10A7作為輸出口，分別與L298N的INl一IN4相接，其U、U。分別接+12 V、+5 V電源，其輸出口OUTl—OUT2接轉向電機，OUT3一OUT4接驅動電機，根據(jù)設計要求，并按照已經(jīng)編好的程序，再依據(jù)發(fā)語音命令，接收信號，便可給[PjOA—DATA】傳送數(shù)據(jù)，從而控制轉向電機和驅動電機。

用SPCE061A經(jīng)過光耦產生穩(wěn)定的PWM信號直接控制電動機。經(jīng)過實驗和調試信號輸出穩(wěn)定，頻率、PWM占空比、電動機調試到最佳狀態(tài)，線性度較好。并可實現(xiàn)自動和手動兩種方式進行調節(jié)。

三、系統(tǒng)軟件設計

SPCE061A主控程序流程圖可分為四大部分：初始化部分、訓練部分、識別部分、重訓操作。

初始化部分：初始化操作將 IOB8～IOB11 設置為輸出端，用以控制電機。必要時還要有對應的輸入端設置和PWM 端口設置等。

訓練部分：訓練部分完成的工作就是建立語音模型。程序一開始判斷小車是否被訓練過，如果沒有訓練過則要求對其進行訓練，并且會在訓練成功之后將訓練的模型存儲到FLASH；如果已經(jīng)訓練過會把存儲在FLASH 中的模型調出來裝載到辨識器中。

識別部分：其中的識別環(huán)節(jié)，會出現(xiàn)兩種情況：當識別結果是名字，就要立即停止當前的動作并進入待命狀態(tài)；如果識別到動作指令，則小車會語音告知相應動作并執(zhí)行該動作，當然在小車運動過程中可以通過呼叫小車的名字使小車停下來。

重訓操作：考慮到有重新訓練的需求，設置了重新訓練的按鍵（61 板的KEY3） ，循環(huán)掃描該按鍵，一旦檢測到此鍵按下，則將擦除訓練標志位（0xe000 單元） ，并等待復位。復位后，程序重新執(zhí)行，當檢測到訓練標志位為0xffff時會要求重新對其進行訓練。

四、作品功能、特色、市場競爭力

功能：1、具有搖擺功能的同時也更具娛樂性、實用性；2、床身為體大框搖籃：與傳統(tǒng)搖籃床相比更寬敞、舒適、方便、安全，使用時間更長； 3、四面護欄任意下翻： a、低位床板時可作矮床或玩具儲物框使用； b、高位床板可作茶幾或桌子使用； c、親子床時可依家長意愿或依據(jù)室內家俱、成人床擺設按需下翻任意長邊護欄成為與成人床連接的親子床，便于家長護理；4、弧形支架可搖可定：專備有旋鈕式支撐足，可拆可分，從而實現(xiàn)搖、定自如；5、功能轉換簡便快捷：采用旋鈕、合頁、塑料鎖緊套、彈簧插銷、高強度活動金屬掛鉤等連接方式實現(xiàn)功能快速自由轉換，無需另配工具，非常方便。6、塑料旋鈕結構緊固耐用：采用金屬外六方頭螺桿與優(yōu)質塑膠鑄接而成，不松動、不脫落，緊固耐用；7、床板高低兩檔調節(jié)：采用高強度活動金屬掛鉤可輕松快速實現(xiàn)床板兩檔調節(jié)；8、帶加長支架：方便孩子成長使用；9、帶蚊賬：保護孩子不受蚊蟲叮咬；10、帶護套、床圍：嬰兒床狀態(tài)或矮床狀態(tài)可使用護套和床圍，既安全又美觀；11、船形床體設計：整體造形簡潔流暢、富于美感；12、配帶剎車萬向輪：方便嬰兒床移動和固定。endprint

特色：順向（頭腳方向）搖擺：a.順向搖擺（接近大人雙手抱孩子的自然搖擺方式）更符合人體工程學，同時它低頻、平緩的方式（與傳統(tǒng)搖籃框的高頻、震蕩方式相比）更符合嬰幼兒健康成長發(fā)育需要，也更具娛樂性、穩(wěn)定性、實用性；b.搖擺弧度經(jīng)嚴格測試確保安全使用； 市場競爭力：智能寶寶搖籃和普通搖籃相比，功能強大，能夠很好的為寶寶及其監(jiān)護人提供很大的方便，隨著社會經(jīng)濟的增長，文化的進步，越來越多擁有寶寶的家庭需要一款智能寶寶搖籃，具有廣闊的市場前景；

五、結束語

用凌陽SPCE061A可以用很低的成本實現(xiàn)很復雜的控制方案。而且由于SPCE061A編程的靈活性，使修改控制方案成為輕而易舉的事情。即若要修改系統(tǒng)控制方案，只要重新編程序即可。由于SPCE061A系統(tǒng)是一個數(shù)字系統(tǒng)，其控制信號的變化完全依靠硬件計數(shù)，所以受外界干擾較小，整個系統(tǒng)工作可靠。又由傳感器構成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，可以確保寶寶搖籃的多樣化控制。該方法成本低，易于實現(xiàn)，滿足了控制系統(tǒng)穩(wěn)定性和精確控制的要求。

而且本設計綜合應用了 SPCE061A 豐富的軟硬件資源，成功的實現(xiàn)了語音控制功能。在硬件方面，較高的執(zhí)行速度、穩(wěn)定的運行性能、內置的硬件乘法器、ADC和DAC功能、內置的AGC自動增益環(huán)節(jié)，都將為后期的語音處理奠定基礎。軟件方面，標準的C 語言編程，豐富的語音資源函數(shù)為編程提供了很大的方便。 該設計方案結構簡單，以單芯片實現(xiàn)語音播放與識別以及電機控制功能，相當于“語音識別芯片+普通單片機”的功能。但是比“語音識別芯片+普通單片機”方案實現(xiàn)起來要簡單很多，而且成本也會降低很多。

參考文獻

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作者簡介：張閣（1986-），男，河南新鄉(xiāng)人，學士學位，助理工程師，研究方向：電氣工程。endprint