摘 要：文章基于凌阳spce061a 16位单片机设计了红外传感与音控结合的避障小车。利用l298n驱动电路驱动两个直流电动机；利用红外探测电路检测行进道路的障碍物；利用单片机的语音识别模块实现小车的语音控制。文章给出了小车的硬件和软件设计。
　　关键词：语音识别；红外传感；障碍物探测
　　1 引言
　　随着社会的发展与科学技术的进步，人们对自动化的要求越来越高，在此背景下工业机器人因运而生。现在智能化的产品渗透在各个领域而且许多产品都已成为了大众消费品，因此研发智能汽车具有广阔的市场前景，无人驾驶的智能汽车是未来汽车发展的一个趋势。因此本文基于凌阳spce061a单片机利用红外传感与音制相结合实现小车的避障，可为人们设计完善的智能车提供新的想法。
　　2 智能车结构介绍
　　设计使用的小车是履带式小车，有承载能力强、抓地力强、行走平稳等优点。小车的两个后轮分别由两个直流电动机控制，通过控制电机的正反转就可实现小车的前进与转弯，可用4节5号电池为其供电。
　　3 spce061a的主要性能特点
　　spce061a是凌阳科技公司推出的一款16位单片机。spce061a在2.6v～3.6v工作电压范围内的工作速度范围为 0.32mhz～49.152mhz。2k字sram和32k字闪存rom，32位可编程的多功能i/o端口；两个16位定时器/计数器；低电压复位/监测功能；8通道10位模-数转换输入功能并具有内置自动增益控制功能的麦克风输入方式；双通道10位dac方式的音频输出功能。WWw.11665.CoM该单片机最大的特点就是具有语音识别模块，它可以方便高效地进行语音识别。
　　4 系统总体设计
　　基于小车和单片机的特点，本文设计出了红外检测障碍物和语音控制相结合的智能小车。以spce061a为核心处理器；选择l298n芯片驱动直流电机；并用红外线传感器探测障碍物，利用接收电路将检测到障碍物的信号反馈给单片机；单片机经过处理后发出语音提示（“前方有障碍物，请指示”），然后通过语音控制小车的行驶方向（如“左转”等）。小车系统如下：
　　5 电机驱动模块设计
　　由于本次设计使用的小车是由左、右两个电机通过正反转控制小车的行驶方向，因此可以采用h桥式电路实现，于是选择l298n驱动电路。 l298n是st公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46v；输出电流大，持续工作电流为2a；额定功率25w。内含两个h桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动两台直流电动机；采用标准逻辑电平信号控制。芯片n1、in2端口接单片机的iob1、iob2端口用于控制左电机。in3、in4端口接单片机的iob3、iob4端口用于控制右电机。控制状态如下表：
　　6 障碍物探测模块
　　红外线传感器探测障碍物的基本原理是利用物体的反射性质。在一定范围内，红外线遇到障碍物，经反射到达传感器接收端，接收端检测到这一信号后输出一个电平信号送给单片机。将传感器安放在小车的前部，探测前方的障碍物。电路原理如下图：
　　图中d1发射红外线，d2接收红外信号，out端口接单片机的ioa4端口。当d2接收到d1发射出经物体反射回的信号后d3发光，在输出端u01（lm567）的8脚（即out端口）输出低电平，单片机ioa4端口接收到信号，表明前方有障碍物。
　　7 语音控制系统设计
　　由于spce061a单片机自身带有语音模块，它的语音识别模块自带语音的api 函数，其中包括a2000 格式和s480 格式自动播放及手动播放的播放函数，s240、ms01 格式自动播放的播放函数、dvr 格式的语音录放函数和语音识别函数。可作为一个语音系统进行语音播放、语音录放和语音识别。因此利用单片机的语音识别模块，降低了音控小车的设计的难度，省去了外围电路的设计，简化了程序的设计。
　　用语音对小车进行控制，就必须让单片机识别发出的声音。因此语音识别主要分为“训练”和“识别”两个阶段。在训练阶段，单片机对采集到的语音样本进行处理，提取出特征信息，建立一个语音模型；在识别阶段，单片机对采集到的语音样本进行处理，提取出语音的特征信息，然后与已有的模型进行对比，如果二者相匹配，则输入的语音被识别，小车就会执行相应的命令。训练的命令依次为：前进-左转-右转-倒车-停车这五项简单命令。
　　8 软件系统设计
　　在软件编程方面我们采用c

语言与汇编语言相结合的编程方式。汇编语言具有直接和硬件打交道、执行代码效率高等特点。在本设计中用c语言做框架，在中断部分和对i/o端口的访问部分编制汇编子程序被c语言调用。这样设计出的程序不仅简单而且操作效率高。
　　避障小车在软件的设计方面总体分为：初始化、语音训练、语音识别、障碍物识别、重新训练五部分：（1）初始化部分：初始化操作将ioa4设置为上拉电阻输入，用于检测红外传感器探测到障碍物的信号。将iob1～iob4设置为同相输出，用于控制两个电动机的转动。（2）训练部分：单片机采集语音信息，然后建立语音模型。将训练成功的模型储存到闪存中，以后使用时会把存储在闪存中的模型调出来装载到辨识器中。（3）语音识别部分：单片机对采集到语音信息进行识别，识别后小车会语音告知相应动作并执行该动作。（4）障碍物识别：当单片机读取ioa4端口处于“0”状态时，表明前方有障碍物。小车停止前进，并进行语音提示（单片机通过喇叭发出“前方发现障碍物，请指示”的声音）。（5）重训操作部分：考虑到有时训练效果不佳，需要重新训练，因此设置了重新训练的按键（spce061a的 key3），并利用一个特殊的 flash 单元（0xe000 单元）设置为训练标志位，当此标志位为0x0055（该值由辨识器自动生成），说明已经训练过，该单元内容在擦除后为 0xffff，说明没有经过训练。通过循环扫描key3按键，一旦检测到此键按下，则将擦除训练标志位，当检测到训练标志位为 0xffff 时会重新对其训练。因此在程序的开始也会检测该标志位，判断是否训练过。系统主程序流程如图3：
　　9 结束语
　　本方案经过实践调试实现了小车在红外传感和语音相结合的控制下完成避障任务。红外识别模块能够较好的识别前方20cm处的白色障碍物；语音模块能够在较安静的环境下能清晰识别设定的五个指令。当然本次设计的智能小车还有很多需要完善的地方，可利用pwm资源对小车的车速进行控制，在车身周围增加传感器的数量，检测更多方向的障碍物，对小车进行精确控制等。
　　参考文献
　　[1]邱邵峰.凌阳十六位单片机原理及应用[m].西安.西安电子科技大学出版社，2011（1）.
　　[2]侯媛彬.凌阳单片机原理及开发[m].北京.科学出版社，2012.
　　[3]凌阳科技大学计划.凌阳单片机在大学生电子竞赛中的应用[m].北京.北京航空航天大学出版社，2005（6）.
　　作者简介：叶鹏（1991，1-），男，汉，籍贯：新疆，学历：本科，工作单位：西南交通大学峨眉校区。