基于AVR和51單片機的機器魚語音控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

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

近年來，海洋資源開發(fā)日趨焦點，機器魚作為一項現(xiàn)代化的新成果，具有廣泛的現(xiàn)實意義，它可以更逼真的模擬魚的游動原理，在水下的運動更符合流體力學(xué)原理，具有更好的加速和轉(zhuǎn)向能力，利用它可以探測海洋資源，尋找和檢測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，人類對智能化產(chǎn)品的研究步伐在不斷加快。但是，作為一項比較新的產(chǎn)品，機器魚的智能化程度還遠遠不夠，伴隨著研究的加深，機器魚的功能也會更趨完善。語音識別作為一門交叉學(xué)科，它的出現(xiàn)實現(xiàn)了長期以來人們渴望與機器交流的夢想。語音識別技術(shù)就是讓機器通過識別和理解過程把語音信號轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的文本或命令的高技術(shù)。近年來，語音識別技術(shù)發(fā)展迅速，取得顯著進步，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、消費電子產(chǎn)品等各個領(lǐng)域。截至目前，還沒有出現(xiàn)針對語音識別系統(tǒng)和機器魚結(jié)合的設(shè)計。本文實現(xiàn)了機器魚和語音識別系統(tǒng)結(jié)合的硬件設(shè)計。

1 芯片介紹
1．1 LD3320語音芯片介紹
LD3320是一顆基于ASR技術(shù)非特定人語音識別的語音識別芯片。語音識別ASR技術(shù)，是基于關(guān)鍵詞語列表識別的技術(shù)。只需要軟件編輯好要識別的關(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，就可以對人說出的關(guān)鍵詞語進行識別，不需要作任何錄音。比如，在51單片機編程中，簡單地設(shè)置語音芯片的寄存器，諸如把“ni hao”這樣的識別關(guān)鍵詞動態(tài)地傳入芯片中，芯片就可以識別這個關(guān)鍵詞語了。并且在同一時刻，最多可以在50條關(guān)鍵詞語中進行識別，可以根據(jù)場景需要，在終端隨時編輯和更新這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引腳上即可實現(xiàn)語音識別／聲控／人機對話功能。
1．2 AVR芯片介紹
本例使用ATmega128單片機作為魚體控制芯片，ATmega128具有以下特點：低功耗的8位微處理器，有133條指令，且大多數(shù)指令可以在一個時鐘周期內(nèi)完成；53個可編程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)化的外部存儲器空間多達64K字節(jié)；兩個帶有獨立預(yù)分頻器和比較器的8位定時器／計數(shù)器；兩個帶有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器／計數(shù)器；兩路8位PWM；6路分辨率可變(2到16位)的PWM；兩個可編程的串行USART；8路10位的ADC。

2 硬件設(shè)計實現(xiàn)
2．1 整體設(shè)計方案
語音識別系統(tǒng)識別到語音數(shù)據(jù)會產(chǎn)生一個中斷信號給51單片機，然后單片機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，此時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)計如圖1所示。

2．2 語音控制部分
M-LD3320進行語音識別時，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(我們使用了12M正方形有源晶振)。使用51單片機編寫程序主控LD3320芯片，來實現(xiàn)語音識別功能。同時必須保證51單片機和語音模塊的最終供電電源統(tǒng)一。
麥克風(fēng)采集到聲音，不管是否識別到正常結(jié)果，芯片都會產(chǎn)生一個中斷信號通過IRO管腳返回給51單片機，并且將數(shù)據(jù)通過ICR_P0～ICR_P7傳送給51單片機進行處理，然后中斷程序要根據(jù)寄存器的值分析結(jié)果，如果識別成功，就將識別得到的數(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(基于STC89C52)的連接示意圖如圖2所示。