SPCE061A在智能語音識別避障機器人中的設(shè)計應用

現(xiàn)代社會中機器人這個詞語已經(jīng)不再新鮮，而且形形色色的機器人出現(xiàn)在我們的日常生活中。為了提高廣大單片機愛好者學習單片機的興趣，在凌陽科技教育推廣中心的興趣產(chǎn)品智能機器人的基礎(chǔ)上，配合超聲波傳感器的使用，使機器人具有障礙檢測功能。本文對這個避障機器人的軟硬件制作進行介紹。


1 引言

　　為了提高廣大單片機愛好者學習單片機的興趣，凌陽科技教育推廣中心推出了應用SPCE061A作為主控制器，外加電機驅(qū)動電路制作的智能機器人。該機器人采用特定人語音識別對機器人進行控制，可以完成向前走、倒退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、跳兩首舞曲、向左瞄準、向右瞄準、發(fā)射、連續(xù)發(fā)射等功能。在此基礎(chǔ)上，配合凌陽科技教育推廣中心推出的超聲波測距模組，為機器人增加了活動過程中實時檢測前方障礙物、遇到障礙停止運動并向前方發(fā)射飛盤等功能，進一步豐富了機器人的功能，可以大大提高在校學生學習單片機的興趣。

2 模組特性簡介
2.1 SPCE061A特性簡介
　　SPCE061A是凌陽科技研發(fā)生產(chǎn)的性價比很高的一款十六位單片機，使用它可以非常方便靈活的實現(xiàn)語音的錄放系統(tǒng)，該芯片擁有8路10位精度的ADC，其中一路為音頻轉(zhuǎn)換通道，并且內(nèi)置有自動增益電路。這為實現(xiàn)語音錄入提供了方便的硬件條件。兩路10位精度的DAC，只需要外接功放（SPY0030A）即可完成語音的播放。另外凌陽十六位單片機具有易學易用的效率較高的一套指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境。在此環(huán)境中，支持標準C語言，可以實現(xiàn)C語言與凌陽匯編語言的互相調(diào)用，并且，提供了語音錄放的庫函數(shù)，只要了解庫函數(shù)的使用，就會很容易完成語音錄放，這些都為軟件開發(fā)提供了方便的條件：
特性：
16位μ'nSP微處理器；
工作電壓：內(nèi)核工作電壓VDD為3.0～3.6V(CPU)，IO口工作電壓VDDH為VDD～5.5V(I/O)；
CPU時鐘：0.32MHz～49.152MHz；
內(nèi)置2K字SRAM；
內(nèi)置32K閃存ROM；
可編程音頻處理；
晶體振蕩器；
系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時鐘處于停止狀態(tài))，耗電小于2μA@3.6V；
2個16位可編程定時器/計數(shù)器(可自動預置初始計數(shù)值)；
2個10位DAC(數(shù)-模轉(zhuǎn)換)輸出通道；
32位通用可編程輸入/輸出端口；
14個中斷源可來自定時器A / B，時基，2個外部時鐘源輸入，鍵喚醒；
具備觸鍵喚醒的功能；
使用凌陽音頻編碼SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容納210秒的語音數(shù)據(jù)；
鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號；
32768Hz實時時鐘；
7通道10位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器；
聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風放大器和自動增益控制(AGC)功能；
具備串行設(shè)備接口；
低電壓復位(LVR)功和低電壓監(jiān)測(LVD)功能；
內(nèi)置在線仿真板(ICE，In- Circuit Emulator)接口。

2.2 超聲波模組簡介
2.2.1 功能簡介
　　三種測距模式選擇跳線J1（短距、中距、可調(diào)距）：
　　短距：20cm～100cm左右（根據(jù)被測物表面材料決定），精度1cm；
　　中距：70cm～400cm左右（根據(jù)被測物表面材料決定）；
　　可調(diào)：范圍由可調(diào)節(jié)參數(shù)確定，當調(diào)節(jié)在合適的值時，最遠測距700cm左右；

2.2.2 電氣參數(shù)
　　超聲波傳感器諧振頻率：40KHz
　　模組傳感器工作電壓：4.5V～9V
　　模組接口電壓：4.5V～5.5V

2.2.3 超聲波發(fā)射電路原理圖

圖 2-1 超聲波諧振頻率調(diào)理電路原理圖

　　由單片機產(chǎn)生40KHz的方波，并通過模組接口（J4）送到模組的CD4049，而后面的CD4049則對40KHz頻率信號進行調(diào)理，以使超聲波傳感器產(chǎn)生諧振。

2.2.4 超聲波回波接收處理電路

圖 2-2 超聲波回波接收處理電路

　　超聲波接收處理部分電路前級采用NE5532構(gòu)成10000倍放大器，對接收信號進行放大；后級采用LM311比較器對接收信號進行調(diào)整，比較電壓為LM311的3管腳的輸入，可由J1跳線選擇不同的比較電壓以選擇不同的測距模式。

2.2.5 電源接口

圖 2-3 超聲波模組的電源接口電路

　　為外部電源接口，最高電壓不要超過12V，J2為電源選擇跳線，VCC_5即為由61板通過10PIN排線引入模組的電源；VCC即為模組的放大器、調(diào)理電路的供電電源。當用戶使用61板為其供電時，要把VCC與VCC_5V短接；而使用外部電源時，要把VCC與VCC_IN短接。

2.2.6 測距模式選擇跳線

圖2-4 超聲波測距模式選擇跳線電路

　　模組提供了測距模式選擇跳線J1，可以選擇短距測量模式、中距測量模式，或距離可調(diào)模式。跳線選擇LOW時為近距測量模式，選擇HIG時為中距測量模式；選擇SET時為距離可調(diào)模式。凌陽科技大學計劃提供了短距測量模式和中距測量模式的完整程序（其中ultrasonic_Low為短距測量模式程序；ultrasonic_long為中距測量模式程序）。

2.2.7 模組接口

圖 2-5 超聲波模組接口電路