基于語音識別的無線測量工程小車

劉關關　陳莉華　汪炳星　周雙京

[摘要]本設計是為探測不適合人工作業的特殊環境下溫度、光強、聲音等各種參數值而設計的一款基于語音識別的無線測量工程小車。遠程小車端通過多個傳感器采集環境數據到遠程小車上的MSP430里，再由遠程端MSP430將數據無線傳輸給終端控制平臺的MSP430，終端MSP430與PC交互信息，最終實現PC實時顯示測量的環境參數值。經過方案反復驗證，本設計同時具有語音識別率高、無線傳輸性價比高，和實時在PC實時顯示測量數據等優點，實現的語音控制效果好、數據采集精確度高、人機界面好。

[關鍵詞]語音識別，無線測量，傳感器，SPCE061A，MSP430，工程小車

[中圖分類號]TN912 [文獻標識碼]B [文章編號]1672-5158（2013）06-0267-02

0 引百

隨著語音識別技術和無線傳感器技術的迅猛發展，將兩種技術結合應用于特定區域環境探測已是一種必然的趨勢。其中，無線傳感器技術的發展克服了探測復雜地域環境時有線鋪設的困難；語音技術的應用在使探測設備易用化的同時增強了人機交互性?？梢哉f，兩種技術的應用順應了現今探測產業發展的潮流。

總體來說，基于語音識別的無線測量工程小車是為應對探測不適合人工作業的特殊環境下溫度、光強、聲音、溫度等各種參數而設計的。

1 硬件設計

該工程小車系統主要包括多個傳感器模塊，遠程端MSP430及相關驅動模塊，無線模塊，終控端MSP430及相關模塊，語音模塊。通過傳感器模塊實現了溫度、光強等數據的采集；通過遠程端MSP430控制驅動電路模塊，實現小車的運動；通過無線模塊，實現了遠程端和終控端的無線數據交換；通過語音模塊和終控端MSP430，實現語音輸入識別的功能；通過終控端MSP430和HPC串口通信，實現人際界面的友好化。

其硬件設計總體框圖如圖l所示。

1.1 車體運動模塊設計

車體運動模塊中的小車為兩輪結構，兩輪分別由兩個電機控制，在兩個電機同時正轉或反轉時，分別實現小車前進或后退；當一個電機轉，另一個不轉（或轉速相對慢的時候），實現小車的左右拐彎功能。其中，由于單片機端口驅動電流較小，所以單片機是控制電機驅動模塊L298N模塊來間接控制小車的運動。

小車的行走原理

直走：兩個電機正轉小車就會前進。

倒車：兩個電機反轉小車就會前進。

左轉：左邊電機不轉，右邊電機轉，小車就會左轉。

右轉：右邊電機不轉，左邊電機轉，小車就會右轉。

1.2 傳感器模塊設計

遠程端MSP430與超聲波傳感器：

通過超聲波測距模塊實現工程小車周圍距離環境的探測功能。同時將超聲波模塊測得的數據給遠程端MSP430處理，之后經由無線傳輸模塊給終控端，并最終在上位機PC上顯示。

遠程端MSP430與光傳感器的硬件設計：

利用光傳感器模塊實現對周圍環境亮度和光強的測量，同時通過遠程～MSP430將數據值給遠程端的MSP430處理。而且該模塊方向性較好，可以感知固定方向的光源。經反復試驗，該模塊可穩定良好工作。

遠程端MSP430與聲音傳感器的硬件設計：

該部分硬件電路利用聲音傳感器將收集到的聲音，經過放后輸出到模擬輸入端口上，這樣當周邊環境有聲音的情況下，聲音傳感器的模擬輸入端口上就能感知到電壓的變化，說話聲音越大，電壓變化的幅度越大。由于聲波是不斷變化的，在模擬輸入端口上讀出的值相應地也是變化的，從而根據某個時間點上讀出的值來對聲音進行判斷。

1.3 無線通信模塊的硬件設計

該部分通過遠程端MsP430和nRF24L01的模塊連接，從而實現與終控端的nRF24L01數據交換并傳給終控端MSP430，再由終控NMSP430傳給上位機，在Pc顯示傳感器的數據值，從而可以直接無線讀出數據值。

2 軟件設計

系統軟件設計總體方案分為兩個部分：遠程端程序設計和終控端程序設計。

遠程端MSP430程序設計主要包括：系統的初始化，主要包括傳感器的初始化、無線模塊NRF24L01的初始化；數據采集、處理和存儲以及發送；數據的接收控制。終控端程序程序設計主要包括系統初始化，主要包括MSP430串口程序的初始化、凌陽單片機的初始化、無線模塊NRF24L01的初始化；數據的發送與接收；MSP430單片機和PC機串口的通信。

遠程端MSP430與傳感器的程序設計：

遠程端MSP430與傳感器程序設計為順序結構，即讀取溫度傳感器的值，存儲溫度的值；讀取光傳感器的值，存儲光傳感器的值；讀取超聲波傳感器的值，存儲距離的值；讀取聲音的有無，存儲聲音的數據。

遠程端MSP430與無線模塊的程序設計：

遠程端MSP430與無線模塊的程序設計采用了雙向傳遞數值的設計方法。一方面MSP430控制NRF24L01發送傳感器數值給終控端，另一方面，MSP430從NRF24L01中讀取小車的運動指令。

終控端工程小車的軟件程序：

終控端MSP430與無線模塊程序設計：

終控端MSP430與無線模塊之間的程序設計也采用了雙向設計的原則。一方面，MSP430從NRF24L01中讀取傳感器的值；另外一方面，MSP430控制NRF24L01向小車發送指令。

終控端MSP430與PC串口程序設計：

終控端MSP430與PC串口程序設計采用單向數據傳輸方式。首先對MSP430的串口通信模塊進行初始化；然后，判斷是否接收到數據，如果存儲數組有數據更新，則啟動串口模塊向PC上位機發送數據。

語音錄制、識別、播放的程序：

語音識別主要分為“訓練”和“識別”兩個階段。在訓練階段，單片機對采集到的語音樣本進行分析處理，從中提取出語音特征信息，建立一個特征模型；在識別階段，單片機對采集到的語音樣本也進行類似的分析處理，提取出語音的特征信息，然后將這個特征信息模型與已有的特征模型進行對比，如果二者達到了一定的匹配度，則輸入的語音被識別。

3 總結

本設計通RSPCE061A的語音識別模塊、MSP430的超低功耗特點、傳感器的高精度特性、無線模塊的雙工通信和PC終端人機界面顯示，實現了無線語音控制小車和無線數據PC實時觀察等多項功能。語音識別功能主要一方面利用了SPCE061A硬件的較高的執行速度、內置的硬件乘法器、ADC和IDAC功能和內置的AGC自動增益環節的特點；另一方面利用SPCE061A軟件程序可使用標準C語言編程和內嵌豐富的語音資源函數的特點。無線數據的穩定傳輸一方面依靠無線模塊的穩定性，另一方面依賴了MSP430開發環境中精簡c代碼的編寫算法。

參考文獻

[1]何立民主編，單片機應用技術選編[M]，北京：北京航空航天大學出版社，2005

[2]李晶皎，嵌入式語音技術及凌陽16位單片機應用[M]，北京：北京航空航天大學出版社，2003：6-8