基于AVR和51單片機(jī)的機(jī)器魚語音控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：為了實(shí)現(xiàn)人和機(jī)器魚之間的交流，提出一種基于AVR和51單片機(jī)語音控制識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在理論分析和實(shí)驗(yàn)觀察基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了51單片機(jī)主控M-LD3320語音識(shí)別模塊的語音識(shí)別系統(tǒng)，以及AVR主控魚體產(chǎn)生魚體波的動(dòng)力系統(tǒng)。語音識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別到語音，就通過WAP200B無線通訊模塊將命令傳送給魚體的動(dòng)力系統(tǒng)，AVR再根據(jù)命令產(chǎn)生相應(yīng)的魚體波。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方案可以實(shí)現(xiàn)語音控制機(jī)器魚。
關(guān)鍵詞：LD3320語音識(shí)別；WAP200B無線通訊；ATmega128單片機(jī)；魚體波；51單片機(jī)

近年來，海洋資源開發(fā)日趨焦點(diǎn)，機(jī)器魚作為一項(xiàng)現(xiàn)代化的新成果，具有廣泛的現(xiàn)實(shí)意義，它可以更逼真的模擬魚的游動(dòng)原理，在水下的運(yùn)動(dòng)更符合流體力學(xué)原理，具有更好的加速和轉(zhuǎn)向能力，利用它可以探測(cè)海洋資源，尋找和檢測(cè)海域中受污染的地方，也可以用來勘探地形等等。隨著科技的發(fā)展，人類對(duì)智能化產(chǎn)品的研究步伐在不斷加快。但是，作為一項(xiàng)比較新的產(chǎn)品，機(jī)器魚的智能化程度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，伴隨著研究的加深，機(jī)器魚的功能也會(huì)更趨完善。語音識(shí)別作為一門交叉學(xué)科，它的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期以來人們渴望與機(jī)器交流的夢(mèng)想。語音識(shí)別技術(shù)就是讓機(jī)器通過識(shí)別和理解過程把語音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的文本或命令的高技術(shù)。近年來，語音識(shí)別技術(shù)發(fā)展迅速，取得顯著進(jìn)步，并且已經(jīng)開始被應(yīng)用于通信、家庭服務(wù)、汽車電子、醫(yī)療、家電、消費(fèi)電子產(chǎn)品等各個(gè)領(lǐng)域。截至目前，還沒有出現(xiàn)針對(duì)語音識(shí)別系統(tǒng)和機(jī)器魚結(jié)合的設(shè)計(jì)。本文實(shí)現(xiàn)了機(jī)器魚和語音識(shí)別系統(tǒng)結(jié)合的硬件設(shè)計(jì)。

1 芯片介紹
1．1 LD3320語音芯片介紹
LD3320是一顆基于ASR技術(shù)非特定人語音識(shí)別的語音識(shí)別芯片。語音識(shí)別ASR技術(shù)，是基于關(guān)鍵詞語列表識(shí)別的技術(shù)。只需要軟件編輯好要識(shí)別的關(guān)鍵詞語列表，并把這些關(guān)鍵詞語以字符形式傳送到芯片內(nèi)部，就可以對(duì)人說出的關(guān)鍵詞語進(jìn)行識(shí)別，不需要作任何錄音。比如，在51單片機(jī)編程中，簡(jiǎn)單地設(shè)置語音芯片的寄存器，諸如把“ni hao”這樣的識(shí)別關(guān)鍵詞動(dòng)態(tài)地傳入芯片中，芯片就可以識(shí)別這個(gè)關(guān)鍵詞語了。并且在同一時(shí)刻，最多可以在50條關(guān)鍵詞語中進(jìn)行識(shí)別，可以根據(jù)場(chǎng)景需要，在終端隨時(shí)編輯和更新這50條關(guān)鍵詞語。另外，芯片上集成了高精度的D／A和A／D接口，并且接有Flash和RAM，只需把麥克風(fēng)接在芯片的AD引腳上即可實(shí)現(xiàn)語音識(shí)別／聲控／人機(jī)對(duì)話功能。
1．2 AVR芯片介紹
本例使用ATmega128單片機(jī)作為魚體控制芯片，ATmega128具有以下特點(diǎn)：低功耗的8位微處理器，有133條指令，且大多數(shù)指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成；53個(gè)可編程I／O口線；128K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash；4K字節(jié)的EEPROM；優(yōu)化的外部存儲(chǔ)器空間多達(dá)64K字節(jié)；兩個(gè)帶有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器的8位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器；兩個(gè)帶有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器；兩路8位PWM；6路分辨率可變(2到16位)的PWM；兩個(gè)可編程的串行USART；8路10位的ADC。

2 硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
2．1 整體設(shè)計(jì)方案
語音識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別到語音數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)給51單片機(jī)，然后單片機(jī)通過程序判斷語音數(shù)據(jù)的正確性(可能是噪音)，如果正確就通過P0口讀取語音數(shù)據(jù)，并且將數(shù)據(jù)通過WAP200B無線通訊模塊發(fā)送給魚體主控芯片AVR單片機(jī)，此時(shí)AVR就可以根據(jù)命令產(chǎn)生相應(yīng)占空比的PWM波。整體方案設(shè)計(jì)如圖1所示。

2．2 語音控制部分
M-LD3320進(jìn)行語音識(shí)別時(shí)，需要有較高純凈度的3．3V直流電源供電和合適的晶振信號(hào)(我們使用了12M正方形有源晶振)。使用51單片機(jī)編寫程序主控LD3320芯片，來實(shí)現(xiàn)語音識(shí)別功能。同時(shí)必須保證51單片機(jī)和語音模塊的最終供電電源統(tǒng)一。
麥克風(fēng)采集到聲音，不管是否識(shí)別到正常結(jié)果，芯片都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)通過IRO管腳返回給51單片機(jī)，并且將數(shù)據(jù)通過ICR_P0～I(xiàn)CR_P7傳送給51單片機(jī)進(jìn)行處理，然后中斷程序要根據(jù)寄存器的值分析結(jié)果，如果識(shí)別成功，就將識(shí)別得到的數(shù)據(jù)通過無線通訊模塊發(fā)送出去。由于本文在語音模塊傳送數(shù)據(jù)給MCU時(shí)采用并行方式，所以MD直接接地，如果采用串行方式需要使MD管腳置高。它與51單片機(jī)(基于STC89C52)的連接示意圖如圖2所示。