智能小車機(jī)器人整體電路設(shè)計(jì)

　　智能車的核心控制器 SPCE061A 是一款16位獨(dú)具語音特色的控制器，片內(nèi)采用的nSPTM 核心處理器，具有較高的處理速度，能夠完成16位算術(shù)邏輯運(yùn)算、16 × 16位硬件乘法運(yùn)算和DSP內(nèi)積濾波運(yùn)算，能夠快速處理復(fù)雜的數(shù)字信號，不需要額外的專用語音控制芯片，就能實(shí)現(xiàn)語音的編解碼等，既節(jié)省了設(shè)計(jì)成本，又能滿足一定的控制要求。控制器采用模塊化架構(gòu)，集成了ICE（在線仿真）、鎖相環(huán)振蕩器、時(shí)基控制器、7通道10位AD轉(zhuǎn)換器、單通道AD+ AGC（自動增益）轉(zhuǎn)換器、雙通道10位DA轉(zhuǎn)換器、通用異步通信接口、串行輸入輸出接口、電壓監(jiān)控等模塊。實(shí)現(xiàn)汽車智能化的技術(shù)非常多， 本文利用目前比較熱門的技術(shù)語音控制技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)小車自動前進(jìn)、后退、左拐、右拐等， 當(dāng)然所設(shè)計(jì)的小車只是智能汽車的微模型， 還處于模擬演示階段， 要真正實(shí)現(xiàn)智能汽車為人服務(wù)還有很長一段距離。

　　智能小車整體主要由語音輸入電路、語音輸出電路、SPCE061A 控制器、驅(qū)動電路等組成。小車的SPCE061控制器通過內(nèi)置麥克放大器和自動增益功能的A /D 通道、D /A通道實(shí)現(xiàn)語音控制，語音觸發(fā)小車動作，小車動作后，隨時(shí)可以通過語音指令改變小車的運(yùn)動狀態(tài)，如果行進(jìn)過程中遇到前方有障礙，小車會自動停車。

　　語音輸入電路設(shè)計(jì)

　　小車的語音輸入電路如圖所示。其中，VM IC 提供傳聲器的電源，VSS是系統(tǒng)的模擬地，VCM 為參考電壓，1腳和2腳分別是傳聲器X1 的正極、負(fù)極的輸入引腳。當(dāng)對著傳聲器講話時(shí)，1腳和2 腳將隨著傳聲器輸入的聲音產(chǎn)生變化的波形，并在SPCE061A 的兩個(gè)端口處形成兩路反相的波形，送到SPCE061A 控制器內(nèi)部的運(yùn)算放大器進(jìn)行音頻放大，經(jīng)過放大的音頻信號，通過ADC轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，保存到相應(yīng)的寄存器中，然后對這些數(shù)字音頻信號進(jìn)行壓縮、辨識、播放等處理。

　　語音輸出電路設(shè)計(jì)

　　小車的語音輸入電路如圖所示。其中，VDDH 為參考電壓，VSS是系統(tǒng)的模擬地。音頻信號由SPCE061A 的DAC引腳輸出送到電路的9端，通過音量電位器R9的調(diào)節(jié)端送到集成音頻功率放大器SPY0030， 經(jīng)音頻放大后，音頻信號從SPY0030輸出經(jīng)J2端口外接揚(yáng)聲器播放聲音。

　　光電檢測電路設(shè)計(jì)

　　小車的光電檢測電路采用E18-D80NK型號的光電傳感器，它集發(fā)射和接受于一體，紅外發(fā)射管向某一方向發(fā)射紅外線，遇到障礙物后紅外線被反射由接收管接受，從而判斷出小車的前方是否有障礙物，對障礙物的感應(yīng)距離可以根據(jù)要求通過傳感器上的微調(diào)旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)。傳感器前端增加了透鏡，利用聚焦作用遠(yuǎn)距離探測物體。傳感器內(nèi)部集成了放大、比較、調(diào)制電路，使傳感器受可見光的影響較小，光電檢測電路的連接圖如圖4所示。

　　驅(qū)動電路設(shè)計(jì)

　　小車的驅(qū)動電路是一個(gè)全橋驅(qū)動電路（ 圖5），Q1，Q2， Q3， Q4四個(gè)三極管組成4個(gè)橋臂，Q5 控制Q2和Q3的導(dǎo)通和關(guān)斷，Q6控制Q1 和Q4 的導(dǎo)通和關(guān)斷，驅(qū)動電路分別用于后輪動力驅(qū)動電路和前輪方向驅(qū)動電路。當(dāng)1管腳為高電平，2管腳為低電平時(shí)時(shí)Q1 和Q4 導(dǎo)通，Q2和Q3截止，電動機(jī)帶動車輪運(yùn)轉(zhuǎn); 當(dāng)1管腳為低電平，2管腳為高電平時(shí)時(shí)Q1和Q4截止，Q2和Q3導(dǎo)通，電動機(jī)帶動車輪反向運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　智能小車系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

　　將語音輸入電路的1， 2 端口分別連接到SPCE061A控制器的M ICP， N ICN 管腳上; 將語音輸出電路的9端口連接SPCE061A的DAC1管腳; 后輪動力驅(qū)動電路的1， 2端連接到SPCE061A的IOB8， IOB9管腳，前輪方向驅(qū)動電路的1， 2端連接到SPCE061A 的IOB10， IOB11管腳; 光電檢測電路的OUT 端連接SPCE061A 的IOB12 管腳，智能小車的整體連接如圖6所示。

　　智能小車的正確識別率在90% 以上，實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，影響小車正常辨識的因素主要包括周圍環(huán)境的噪聲、人與小車的距離等，這些需要在今后改進(jìn)。這種語音控制的智能小車機(jī)器人將來不僅可以為人服務(wù)，稍加擴(kuò)展，還可以在多種不適合人作業(yè)的場合替代人執(zhí)行任務(wù)。因此這種語音控制小車機(jī)器人具有重要的學(xué)術(shù)研究價(jià)值。