基于語音識(shí)別的人形機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

翁劍鵬　彭軍發(fā)　 李金林　易向東

摘? ?要：本設(shè)計(jì)采用51單片機(jī)為核心，PCA9685驅(qū)動(dòng)模塊，LDV7語音模塊，完成了以其為核心的語音智能的人形機(jī)器人的設(shè)計(jì)。機(jī)器人整體由51單片機(jī)，語音模塊，舵機(jī)驅(qū)動(dòng)，電源和舵機(jī)結(jié)構(gòu)架組成，能夠通過識(shí)別語音指令達(dá)到控制機(jī)器人的動(dòng)作、姿態(tài)等的功能。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)? 舵機(jī)? 語音模塊? 機(jī)器人

中圖分類號(hào)：TP242.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）06（c）-0138-02

隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，機(jī)器人科技也在各個(gè)領(lǐng)域中得到了技術(shù)、資源的支持后有了巨大的進(jìn)步。語音識(shí)別技術(shù)也是當(dāng)中取得極大進(jìn)展的科技之一，現(xiàn)今受到啟發(fā)將兩者相結(jié)合，設(shè)計(jì)一款能夠識(shí)別語音指令的機(jī)器人。為此我們結(jié)合了單片機(jī)、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊與語音模塊三者為控制核心，組建了一款成本低，功能簡單但有極大拓展空間的語音控制機(jī)器人。

1? 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，主要由STC89C52RC單片機(jī)，PCA9685驅(qū)動(dòng)模塊，LDV7語音模塊組成。其中51單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)最核心核心的部分，為主要控制器，我們選用了STC89C52RC單片機(jī)為主控芯片。PCA9685驅(qū)動(dòng)模塊是機(jī)器人驅(qū)動(dòng)中心，LDV7語音模塊則為系統(tǒng)的信息接收器，通過它對(duì)外界的語音信號(hào)進(jìn)行識(shí)別分析，將數(shù)據(jù)輸送給主要控制器單片機(jī)，單片機(jī)再通過得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析進(jìn)而對(duì)PCA9685驅(qū)動(dòng)模塊下達(dá)指令。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2? 硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控芯片

主控芯片作為整個(gè)系統(tǒng)最重要的部分，我們選用了較為傳統(tǒng)的89C52RC單片機(jī)最小系統(tǒng)，體積小巧方便我們的使用。我們?cè)诖藷浟丝刂贫鏅C(jī)驅(qū)動(dòng)模塊PCA9685的主要程序，通過51單片機(jī)的P2.1口作為SCL時(shí)鐘輸入端，P2.0口作為SDA數(shù)據(jù)輸出端，與舵機(jī)控制模塊的SCL、SDA端相連，輸出舵機(jī)的執(zhí)行命令。同時(shí)整個(gè)P1端8個(gè)IO口依次與LD3320語音模塊的P1端依次相連，接受來自語音模塊通過接收到語音指令輸出的16進(jìn)制的0x00～0xff的字符串。達(dá)到一個(gè)語音指令對(duì)應(yīng)一個(gè)字符串輸出，對(duì)應(yīng)51單片機(jī)控制舵機(jī)的一個(gè)動(dòng)作，可以執(zhí)行多達(dá)256個(gè)不同的指令。

2.2 語音控制

LD3320 是一顆基于非特定人語音識(shí)別技術(shù)的語音識(shí)別/聲控芯片，基于此芯片模塊我們通過預(yù)設(shè)的語音關(guān)鍵詞，即可另LD3320芯片傳出相應(yīng)指令信號(hào)于主控芯片。在這里我們的語音模塊即采用了以LD3320為核心的語音控制模塊，通過接受語音指令，進(jìn)而在對(duì)P1口輸出16進(jìn)制字符串?dāng)?shù)據(jù)給主控芯片的P1口，主控芯片處理接收的信息進(jìn)而通過I2C輸出。

2.3 舵機(jī)控制

PCA9685舵機(jī)模塊是一個(gè)內(nèi)置PWM驅(qū)動(dòng)器和時(shí)鐘，采用I2C協(xié)議進(jìn)行通信的模塊，只要主控芯片具備I2C通信功能，就能夠讓主控芯片和PCA9685通信，實(shí)現(xiàn)多個(gè)舵機(jī)的同時(shí)控制。在這里我們利用PCA9685來彌補(bǔ)主控芯片PWM口的不足，并且更加利于控制。

3? 程序設(shè)計(jì)

根據(jù)需求，控制程序分成在主控芯片及語音芯片上的程序，動(dòng)作程序與語音指令程序采用模塊化寫作子程序，只需在子程序中進(jìn)行調(diào)試即可。USART串行口頭文件及程序文件編譯;內(nèi)置寄存器端口頭文件編譯;模塊驅(qū)動(dòng)端口頭文件及程序文件編譯;零散功能及程序文件編譯，包括函數(shù)聲明、ASR功能完善、咪頭增益、識(shí)別碼編譯。主程序流程圖如圖2所示。

4? 結(jié)語

本設(shè)計(jì)結(jié)合了單片機(jī)，語音控制及舵機(jī)控制等多種基本技術(shù)，并以此設(shè)計(jì)的語音智能的人形機(jī)器人，成本與上手難度低，適合群眾，有著更為廣泛的應(yīng)用價(jià)值。也可以該設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)通過對(duì)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改動(dòng)與優(yōu)化，向其他方向拓展。

參考文獻(xiàn)

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